Описаниеобъекта управления
1.1Пиролиз дихлорэтана в печах R-501А, В, С.
Печь пиролиза R-501 А, В, Спредставляет собой стальную вертикальную, зауженную вверху камеру с габаритнымиразмерами: нижней части — 15200х1900х6300 мм,верхней части — 15200х1224х5200мм. Тепловая мощность 1,9х106 ккал/ч.Внутри печь пиролиза футерована огнеупорным материалом, на верхней частирасположены дымовая труба диаметром 1500мм высотой 26000мм. Общая высота печипиролиза, вместе с дымовой трубой, составляет 40м.
В печи пиролиза R-501А, В размещен змеевик из 96 горизонтальныхтруб, в печи пиролиза R-501С из 88 горизонтальных труб, который по потоку условно делится назоны подогрева, испарения, перегрева паров и реакции (см. рис. 1). Длиназмеевика в печи R-501А, В–1308 п.м., в печи R-501С –1199п.м.
Зона подогрева печи пиролиза R-501А, В состоит из двух рядноговстроенного подогревателя, состоящего из 8 горизонтальных труб диаметром 114,3´4 мм по 4 трубы в каждом и десятирядного подогревателя, состоящего из 40 горизонтальных труб диаметром 114,3´4 мм по 4 трубы в каждом ряду.Общая длина зоны подогрева 654 п.м. Трубы семи верхних рядов имеют оребреннуюповерхность.
Зона подогрева печи пиролиза R-501С представляет собой десятирядный подогреватель из труб диаметром 114,3´4 мм по 4 трубы в каждом ряду, общей длиной 544 п.м.Трубы пяти верхних рядов имеют оребренную поверхность.
Зона испарения состоит из 14горизонтальных труб диаметром 168,3´5,6 мм, общей длиной 191 п.м., размещенных в пять рядов, по 3 трубы в каждомряду; в пятом 2 трубы.
Зона перегрева паров состоит из8 горизонтальных труб диаметром 168,3´9,5 мм, общей длиной 109 п.м., размещенных в 2 ряда, по 4 трубы в каждомряду.
Зона реакции состоит из 26горизонтальных труб диаметром 168,3´9,5 мм, длиной 354 п.м., размещенных в 13 рядов, по 2 трубыв каждом ряду.
В зоне реакции дихлорэтаннагревается излучением тепла при сгорании топлива на форсунках. В зонах испарения и подогрева дихлорэтан нагреваетсяотходящими дымовыми газами.
По потоку дымовых газов, печьпиролиза разделена на три зоны излучения: радиантную, переходную (шоковая) и конвекции (см. рис.1).
Зона излучения находится врасширенной части печи пиролиза, где расположены в шахматном порядке 128горелок (64 шт на каждой стенке в 5 рядов по высоте: 1, 2 ряд по 14 шт., 3, 4,5 – ряды по 12 шт.). В торцевых стенках печи пиролиза R-501 А, В, С расположены смотровые окна, для контроляза горением топлива на форсунках и состоянием труб змеевика.
Вверху расширенной частинаходится переходная или шоковаязона,предусмотренная для защиты труб конвекционной зоны от шокового эффекта прямогоизлучения (радиации) горелочной камеры. Зона конвекции размещается в самойверхней части печи, которая заужена для увеличения скорости дымовых газов иулучшения теплообмена.
Верхняя часть печи пиролиза соединена с дымовой трубойдвумя дымоходами со встроенными шиберами, для ручного регулирования перепададавления в топке печи.
В печи пиролиза R-501 А, В, С при температуре350-520оС происходит пиролиз дихлорэтана (дегидрохлорированиедихлорэтана до винилхлорида). Пиролиз – эндотермический процесс (DН298 =73 кДж/моль),который проходит со степенью конверсии не более 55 %, по следующему механизму:
/>/>C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl; Н298= 73 кДж/моль
Ниже 350оС скоростьэтой реакции крайне низкая, а при 250оС – 1,2 дихлорэтан неразлагается, вообще. Пиролиз 1,2 дихлорэтана – цепной свободно-радикальныйпроцесс, включающий в себя:
1. Инициирование цепи
/>CH2Cl — СН2Cl t CH2 Cl – C*H2 + Cl *
дихлорэтан
2. Развитие ирост цепи.
/>Cl * + CH2Cl — CH2Cl CH2Cl– C* HCl + HCl
дихлорэтан
/>CH2Cl – C* HCl CH2 =CHCl + Cl*
винилхлорид
3. Обрыв цепи
/>CH2Cl – C* HCl + Cl* CH2Cl– CHCl2
1,1,2 –трихлорэтан
/>2CH2Cl – C*HCl CH2Cl– CHCl – CHCl — CH2Cl
1,2,3,4 –тетрахлорбутан
/>2CH2Cl – C* HCl CHCl = CHCl + CH2Cl- CH2Cl и др.
дихлорэтилен
Дихлорэтан из танков T-501А-Е насосами P-501А, В, С,D, Е с объемным расходом 25-50 м3/ч(в пусковом режиме 14-24 м3/ч), подается в змеевик печи пиролиза R-501А, В, С. При этом имеется возможность подаватьдихлорэтан на все три печи любыми двумя насосами одновременно.
При расходе дихлорэтана в печьпиролиза менее 25 м3/ч срабатывает сигнализация, а при расходе менее20 м3/ч срабатывает сигнализация изакрываются клапаны подачи топлива и воздуха. ПечьпиролизаR-50l А, В, С останавливается.
Состав дихлорэтана, подаваемый на печь пиролиза,определяется аналитически и состоит из: -1,2 дихлорэтана не менее 99,1 %; — легкокипящихкомпонентов не более 0,5 %; высококипящих компонентов не более 0,4 %; — железане более 0,00007 %; — воды не более 0,0015 % (при сушке не более 0,0030 %), хлора– не более 0,0002 %.
Контролируется давлениедихлорэтана на входе в печь пиролиза R-50l А, В, С в пределах 2,3-4,0 МПа. При давлении менее 2,3МПаи более 3,9 МПа, срабатываетсигнализация. При давлении более 4,0 МПа открывается предохранительный клапансо сбросом дихлорэтана с печей R-501 А, В в танк сухого дихлорэтана Т-501С,D, а с печи R-501С в танк Т-501D. Контролируется температурадихлорэтана на входе в печь R-501А, В, С (не выше 60°С).
Дихлорэтан поступает в верхнюючасть зоны подогрева, проходит сверху вниз подогреватель, где нагревается дотемпературы 200-260°С. После зоны подогрева, дихлорэтан поступает в зону испарения, где нагревается до температуры250-290оС, и поступает в зону перегрева.
После зоны перегрева, парыдихлорэтана с температурой 270-390°С, поступают в зону реакции. В зоне реакции пары дихлорэтана нагреваются дотемпературы 460-520оС.
Реакционная смесь, состоящая извинилхлорида, хлористого водорода, побочных продуктов и неразложившегосядихлорэтана направляется из печи пиролиза в колонну закалки С-501А, В стемпературой не выше 520°С.
При температуре более 520°С,срабатывает сигнализация, а при температуре 550°С срабатывает сигнализация изакрываются клапаны подачи топлива и воздуха. Печь пиролиза R-501 А, В, С останавливается.
В качестве топлива, используемого для обогрева печипиролиза, используется: керосин осветительный,дизельное топливо (летнее и зимнее), газовый конденсат, топливо самолетноеТС-1.
Со склада ЛВЖ по эстакадетопливо с температурой минус 40 — плюс 40оС, через грязевикпоступает в сборник V-510 вместимостью 9,76м3.В зимнее время топливо подогревается до температуры 40 — 50оС,проходя через подогреватель Е-506. В подогреватель Е-506 подается конденсат отнасоса Р-606А, В, с температурой 90-105оС. Объемный расход топлива,поступающего в сборник топлива V-510, не более 5 м3/ч.
Уровень в сборнике топлива V-510регулируется в пределах 20-80 %, клапан которого установлен на трубопроводеприема топлива. При уровне в V-510 менее 20 % и более 80 %, срабатываетсигнализация.
Сборник топлива V-510 соединен с атмосферой черезвоздушку. Для предотвращения образования взрывоопасной концентрации паровтоплива с воздухом, в воздушку сборника подается азот через ограничительнуюшайбу и сбрасывается в атмосферу через огнепреградитель.
Топливо из сборника V-510насосом Р-508 А, В подается в коллекторы, находящиеся на каждом ряду горелок идалее через вентиля к горелкам печей пиролиза R-501 А, В, С. Излишки топлива с каждого ряда черезограничительную шайбу поступают обратно в сборник топлива V-510.
Диаметр дюз на форсунках горелоки диаметр отверстий на ограничительных шайбах индивидуальны для каждого ряда иподобраны так, что обеспечивают, при давлении топлива 3,0 МПа (30 кгс/см2),нужное распределение тепла.
Объемный расход топлива попрямому потоку составляет не более 3,5 м3/ч. Объемный расходтоплива по обратному потоку составляет 1,2-3,2 м3/ч. При расходе пообратному потоку менее 1,2 м3/ч и более 3,2 м3/ч,срабатывает сигнализация.
Кроме того, для каждого рядагорелок предусмотрено ручное регулирование давления топлива с помощьюрегулирующих вентилей.
Давление топлива по рядамгорелок составляет 0,8-3,5МПа. При давлении менее 0,8 МПа срабатывает сигнализация.
Температура в топке печипиролиза R-501А, В, С не выше 950оС.
Дымовые газы, образованные присжигании топлива, с объемной долей кислорода 3,3-8,0 % и температурой270-330°С, через дымовую трубу, выбрасываются в атмосферу.
Контролируется объемная долякислорода. При объемной доле кислорода менее 3,3 % и более 8 %, срабатываетсигнализация. Дымовые газы контролируются аналитически на содержание: объемнойдоли кислорода — 3,3-8,0 %.
Контролируется температурадымовых газов. При температуре дымовых газов более 370°С, срабатываетсигнализация, а при температуре более 450°С, срабатывает сигнализация и закрываются клапаны:
– натрубопроводе подачи дихлорэтана в печь пиролиза;
– натрубопроводе подачи топлива в печь пиролиза;
– натрубопроводе подачи воздуха в печь пиролиза;
и открывается клапан натрубопроводе подачи азота в топку печи пиролиза. Печь пиролиза R-501 А, В, Состанавливается.
Атмосферный воздух засасываетсятурбокомпрессором К-501 А, В, С, через подогреватель S-504/2, а турбокомпрессором К-501 D, Е через подогреватель S-504/4 и подается к горелкампечей пиролиза с температурой не ниже 0°С. В качестве греющего агента вподогревателе используется пар низкого давления. При температуре ниже 0°С, срабатывает сигнализация.
Регулируется давление воздуха впределах 4,5-5,5 кПа. При давлении менее 4,5 кПа и более 5,5 кПа срабатываетсигнализация. При давлении менее 2,0 кПа, срабатывает блокировка по остановкепечи, при этом закрываются клапаны на трубопроводах подачи топлива и воздуха.
К трубопроводам подачидихлорэтана в печь пиролиза подсоединены трубопроводы подачи азота высокогодавления 4,0 МПа, азота низкого давления 0,25-0,6 МПа, технологического воздуха0,45-0,6 МПа, пара высокого давления 1,0-1,2 МПа.
Азот высокого давления необходимдля того, чтобы при остановке печи пиролиза произвести продувку змеевика сцелью опорожнения его от дихлорэтана в колонну закалки С-501А, В. Азот высокогодавления поступает от компрессора К-502 через ресивер азота V-508 с давлениемне более 20,0 МПа, с последующим редуцированием до 4,0 МПа при помощирегулятора давления. Схемой предусмотрена возможность продувки змеевиков печейпиролиза R-501А, В, С азотом высокого давления из АКС ГП, подведенного послеклапана регулятора.
Азот низкого давления служит дляпродувки змеевика печи пиролиза перед пуском, при регенерации змеевика,подается из общезаводской сети.
Камера сгорания каждой печиимеет врезки для подачи азота низкого давления, технологического воздуха и паравысокого давления. Азот низкого давления используется для тушения пожара втопочном пространстве печи. Подача азота осуществляется через клапан, вслучаях:
– повышениятемпературы дымовых газов выше 450°С;
– аварийнойостановки печи пиролиза R-501 А, В, С с помощью кнопок аварийного отключения.
При открытии клапана,установленного на трубопроводе подачи азота, закрываются клапаны подачи топлива, воздуха и печьпиролиза R-501А, В, Состанавливается.
Технологический воздух используетсядля продувки топки печи пиролиза во время подготовки оборудования к ремонтнымработам внутри аппаратов и при регенерации змеевика печи пиролиза.
Пар высокого давленияиспользуется для сдува сажи с оребренной поверхности труб зоны подогрева и прирегенерации змеевика пиролиза.
Розжиг горелок печей пиролизаосуществляется через отверстия в конструкции форсунки с помощью запальногоустройства, работающего на этилене, который подается через редуцирующий клапаниз трубопровода этилена.
Закалкапродуктов пиролиза
Газы пиролиза, с температурой невыше 520°С и давлением 1,4-2,2МПа из печи пиролизаR-501 А, В, С, по трансфертнойлинии через конусное сопло, поступают в колонну закалки С-501А, В, где подвергаются резкому охлаждению флегмой, дляпрекращения реакции разложения дихлорэтана и образования побочных продуктов.
Технологической схемой установкиВХ предусмотрены четыре варианта работы печей пиролиза R-501А, В, С и колонн закалки С-501А, В, а именно:
/>
Колонна закалки С-501А имеетвысоту15010мм, диаметр2200мм, внутренний объем 34,35м3. Колонна закалки С-501В имеетвысоту 15305мм, диаметр 2200мм, внутренний объем 36м3. Колонна закалкиС-501А, В оборудована внутри 44 форсунками, из которых 42 расположены по всейвысоте колонны, а две находятся в головной части. Форсункирасположены таким образом, чтобы обеспечить равномерное орошение во всех сечениях колонны. Для снижения эрозионного износа,напротив ввода пирогаза в колонне смонтирована отбойная пластина. Для снижениякоррозионного износа нижняя часть колонны закалки С-501А плакирована сталью10Х17Н13М2Т, а колонна закалки С-501В изготовлена из стали 10Х17Н13М2Т.
В колонне закалки С-501А, В неразложившийся дихлорэтани значительная часть винилхлорида, хлористоговодорода, содержащегося в газах пиролиза,конденсируются и поступают в кубколонны.
Уровень в кубе колонны закалкиподдерживается в пределах 20-80% регулятором уровня, регулирующий клапанкоторого установлен на трубопроводе вывода кубового продукта С-501А, В в колоннуректификации С-601. При уровне ниже 20 % и выше 80 %, срабатывает сигнализация.
Контролируется температуракубового продукта колонны закалки С-501А, В и составляет 60-80°С, а при работе двухпечей на одну колонну 60-120оС. При повышении температуры выше 80°С, а при работе двух печей на одну колонну выше 120оС,срабатывает сигнализация.
Кубовый продукт из колоннызакалки С-501А, В, через фильтр S-501А, В, С,D, насосами Р-502А, В, С,D,E,F подается на флегмирование колонны и выводится, через фильтр S-502 А, В, С,D, в колонну ректификации С-601.
Фильтр S-501А представляет собой горизонтальныйцилиндрический аппарат диаметром –1200 мм, длиной – 7720мм, объемом 8,0м3,внутри которого смонтирована перфорированная корзина с отверстиями диаметром5мм. Поверхность фильтрации составляет 17,7м2.
Фильтр S-501В, С,D представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром –1050мм, высотой – 3560мм, объемом 3,2м3, внутри которого смонтированаперфорированная корзина с отверстиями диаметром 5мм. Поверхность фильтрации составляет4,0м2.
Фильтр S-502 А, В, С,D представляет собой вертикальный цилиндрическийаппарат диаметром –508 мм, высотой – 1968мм, объемом 0,225м3,внутри которого смонтирована перфорированная корзина с отверстиями 4х5 мм.Корзина изнутри обтянута металлической сеткой с размером ячейки 0,25´0,25´0,2 мм. Поверхность фильтрациисоставляет 0,52м2.
Кубовый продукт колонны закалкиС-501 А, В контролируется и выводится насосами Р-502 А-F в колонну ректификации С-601 с объемным расходомне более 54 м3/ч, а при работе двух печей пиролиза на одну колонну срасходом не более 80 м3/ч.
Схемой предусмотрен выводкубового продукта из колонны закалки С-501 А, насосом Р-502 С, и из колоннызакалки С-501 В, насосом Р-502 D, в колонну ректификации С-601 по отдельной линии.
Во время розжига печи пиролиза R-501 А, В, С предусмотренавозможность вывода дихлорэтана из колонны закалки в емкость V-116 стадии 100, при температуредихлорэтана на выходе из печи пиролиза не выше 200 оС.
Кубовый продукт от насосов Р-502А–F подается на флегмирование колоннызакалки С-501 А, В с объемным расходом 550-700 м3/ч, поддерживаемымрегулятором расхода, клапан которого установлен на трубопроводе флегмы передхолодильником Е-501 А, В, С. При расходе менее 550 м3/ч, срабатываетсигнализация.
Кубовый продукт с температурой60-80 оС, а при работе двух печей пиролиза на одну колонну закалки60-120оС, контролируется и подается в холодильник Е-501 А, В, С,охлаждаемый оборотной водой. Площадь поверхности теплообмена холодильника Е-501А, В, С — 933м2.
Контролируется температураоборотной воды из холодильника Е-501 А, В, С не выше 40 оС. Притемпературе оборотной воды выше 40 оС, срабатывает сигнализация.
Для контроля герметичностихолодильников Е-501 А, В, С, в трубопроводе обратной оборотной водыконтролируется рН (в пределах 6,5-8,5). При рН менее 6,5 срабатываетсигнализация. Обратная оборотная вода контролируется также аналитически насодержание: массовой концентрации дихлорэтана – отсутствие; винилхлорида –отсутствие; рН среды — 6,5-8,5.
Температура потока флегмы наколонну закалки С-501А, В поддерживается в пределах 30-50оС с помощьюрегулятора температуры, клапан которого установлен на трубопроводе подачифлегмы, минуя холодильник Е-501 А, В, С (линия горячего потока). При температуременее 30 оС и более 50 оС, срабатывает сигнализация.Схемой предусмотрено подключение холодильника Е-501С к линии горячего потокаколонны С-501В.
Головной продукт закалки,состоящий из хлористого водорода и винилхлорида, отводится в системупромежуточной конденсации.
Контролируется температура верхаколонны закалки С-501 А, В, в пределах 40-80оС, и регулируетсякоррекцией температуры флегмы, подаваемой в колонну. При температуре верхаколонны С-501 А, В ниже 40 оС и выше 80 оС, срабатываетсигнализация.
Установлена защиты от превышениятемпературы верха колонны закалки С-501А, В. При температуре верха колонны выше120 оС, срабатывает сигнализация, при этом закрываются клапаны:
– натрубопроводе подачи дихлорэтана в печь пиролиза, через 2 минуты послесрабатывания сигнализации;
– натрубопроводе подачи топлива в печь пиролиза;
– натрубопроводе подачи воздуха в печь пиролиза.
Печь пиролиза R-501 А, В, С останавливается.
Контролируется давление верхаколонны закалки С-501 А, В, составляет 1,4-2,2 МПа. При давлении менее 1,4 МПа иболее 2,2 МПа, срабатывает сигнализация.
При давлении верха колоннызакалки С-501А, В более 2,35МПа, срабатывает сигнализация, при этом закрываютсяклапаны:
– натрубопроводе подачи дихлорэтана в печь пиролиза, через 2 минуты послесрабатывания сигнализации;
– натрубопроводе подачи топлива в печь пиролиза;
– натрубопроводе подачи воздуха в печь пиролиза.
Печь пиролиза R-501 А, В, С останавливается.
Для обеспечения безопасностиработы оборудования предусматривается остановка печей пиролиза R-501 A, В, С с помощью кнопки аварийного отключения.
Для подготовки к ремонту и кпуску после ремонта системы колонны закалки С-501 А, В предусмотрено:
– опорожнениеоборудования по системе «Е» сжатым азотом в емкость V-606 и далее по системе опорожнения в емкость V-116ст.100;
– подача азота высокого давления вфильтр S-501А, в колонну закалки С-501А, В;
– подача азота низкого давления вколонну закалки С-501 А, В, в линию GWCl колонн закалки, в межтрубноепространство холодильника Е-501;
– подача технологического воздуха вмежтрубное пространство холодильника Е-501 для барботирования;
– подача сухого дихлорэтана изсистемы DS в печь пиролиза R-501 А, В, С свыводом влажного дихлорэтана в систему DR или через кубколонны закалки С-501 А, В в емкость V-116.
Для обеспечения безопасной работыоборудования, при различных вариантах работы печей пиролиза R-501 A,B,C и колонн закалки С-501 А, В, предусмотреныследующие схемы противоаварийной защиты:
· По первому варианту, схемапротивоаварийной защиты срабатывает, как это описано в разделах 1.1 и 1.2.
· По второмуварианту, по нитке «А» закалки схема защиты срабатывает, как описано в разделах1.1 и 1.2. По нитке «В» закалки произойдет остановка печи R-501С, в случае:
– повышениятемпературы верха колонны закалки С-501В выше 120°С;
– увеличениядавления верха колонны C-501В более 2,4 МПа (24,0 кгс/см2);
– закрытияклапана (вывод газовой фазы из С-501В на промежуточную конденсацию);
– открытияклапана на 30% (вывод газовой фазы колонны закалки С-501В на санитарную колоннуС-110В).
· По третьемуварианту, по нитке «А» закалки произойдет остановка печи R-501В; по нитке «В» закалки остановка печи R-501С, в случае:
– повышениятемпературы верха колонны закалки С-501 А, В выше 120°С;
– увеличениядавления верха колонны C-501А, В более 2,4 МПа (24 кгс/см2);
– закрытияклапана (вывод газовой фазы из С-501А, В на промежуточную конденсацию);
– открытияклапана на 30% (вывод газовой фазы колонны закалки С-501А, В на санитарнуюколонну С-110В).
· Почетвертому варианту, по нитке «А» закалки схема защиты срабатывает, как описанов разделах 1.1 и 1.2. По нитке «В» закалки произойдет остановка печейпиролиза R-501В, С вслучае:
– повышениятемпературы верха колонны закалки С-501В выше 120°С;
– увеличениядавления верха колонны C-501В более 2,4 МПа (24,0 кгс/см2);
– закрытияклапана (вывод газовой фазы из С-501 В на промежуточную конденсацию);
– открытияклапана на 30% (вывод газовой фазы колонны закалки С-501В на санитарную колоннуС-110 В).
По всем вариантам работы печейпиролиза, прекращение подачи воздуха, дихлорэтана, топлива и подача азота втопку печи осуществляется, так как описано в разделах 1.1 и 1.2.