TSA控制方案的优化设计及焦炉煤气预处理系统自控工程设计

【摘要】： 我国焦炭年生产能力达3亿吨,每年放散的煤气超过200亿立方米,。焦炉煤气具有成分复杂的特点,其中CH4、CO、CO2、CnHm体积分数近40%,这些成分是十分重要的能源和化工资源。目前,焦炉煤气主要用于加热、发电、制纯H2、生产甲醇及生产直接还原铁(DRI)等五个方面,但经济效益并不显著。另一方面,我国乃至全世界的天然气资源日趋紧张,天然气价格仍维持上涨趋势,而焦炉煤气中甲烷含量为25%,因此充分利用现有过剩的焦炉煤气资源进行加工生产液化天然气(LNG)同时生产出H2将是焦炉煤气的最佳利用途径之一。在某公司焦炉气综合利用新工艺示范项目中,焦炉煤气通过预处理、分离净化和深冷液化等工序制成液化天然气,不但减少了焦化厂的排放,而且提高了能源品味。 预处理系统做为该工艺路线的基本前置环节,其对原料气中杂质的分离效果,直接决定了后续工序能否正常工作。它的控制品质是使原料气杂质含量达到指标要求的关键。由于用焦炉煤气制备液化天然气在国内尚属首次,在国外也不多见,所以可供直接参考的资料并不多。本文通过详尽分析预处理系统工艺,提出了预处理系统中气柜、罗茨风机、压缩机等设备的控制方案,并着重对变温吸附系统传统控制方案进行了研究,研究发现,传统控制方案控制目标过于保守,存在吸附剂使用效率低,能耗高的问题。为解决这一问题,本文设计了一种半反馈循环时间分程自动优化控制方案,并给出了时间转换算法和时间优化算法。 本文依照《石油化工分散控制系统设计规范》、《石油化工自动化仪表选型设计规范》及《自控工程施工人员技术手册》等标准,提出了适合该项目预处理系统的集散控制系统的系统规模、系统结构、系统功能以及系统控制方案,并完成了系统画面组态、底层程序设计。系统投运表明,该系统控制稳定,监控画面清晰,尤其低负荷时,半反馈循环时间分程自动优化控制系统使变温吸附系统能耗降低50%以上,节能效果显著。 【关键词】：焦炉气 综合利用 变温吸附控制 DCS系统设计
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 课题的背景及意义13-14
• 1.2 集散控制系统的发展与现状14-15
• 1.3 焦炉煤气预处理控制系统研究现状15
• 1.4 本课题的主要工作15-17
• 第二章 预处理工艺与控制方案17-33
• 2.1 焦炉煤气制液化天然气新工艺概述17-18
• 2.2 气柜控制方案18-20
• 2.2.1 气柜工艺流程18-19
• 2.2.2 控制方案分析及设计19-20
• 2.3 初级升压控制方案20-25
• 2.3.1 初级升压工艺方案20
• 2.3.2 初级升压流程20-21
• 2.3.3 控制方案分析及设计21-25
• 2.4 升压工序控制方案25-31
• 2.4.1 升压工序工艺方案25
• 2.4.2 升压工序流程25-26
• 2.4.3 升压控制方案分析及设计26-28
• 2.4.4 压缩机防振控制设计28-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 变温吸附(TSA)控制系统分析及设计33-49
• 3.1 变温吸附工艺方案33
• 3.2 变温吸附流程33-35
• 3.3 传统控制方案35-36
• 3.4 传统 TSA 系统控制方案分析及存在的问题36-40
• 3.4.1 解吸过程蒸汽能耗分析36-38
• 3.4.2 传统控制方案分析38-40
• 3.4.3 传统控制方案存在的问题40
• 3.5 TSA 系统控制方案40-45
• 3.5.1 系统设计思想40-41
• 3.5.2 吸附环节控制方案41
• 3.5.3 吸附时间变换算法41-42
• 3.5.4 解吸环节控制方案42-43
• 3.5.5 解吸时间变换算法43-44
• 3.5.6 TSA 系统半反馈循环时间分程自动优化控制方案44
• 3.5.7 优化策略44-45
• 3.6 两种控制系统的比较45-46
• 3.7 再生设备控制方案设计46-48
• 3.8 本章小结48-49
• 第四章 集散控制系统选型及配置49-63
• 4.1 控制系统选型49-53
• 4.1.1 相关规范及要求49-50
• 4.1.2 工艺对控制系统的要求50-51
• 4.1.3 控制系统的选用51-53
• 4.2 MACSV 系统简介53-54
• 4.3 系统设计54-59
• 4.3.1 DCS 系统结构55
• 4.3.2 现场控制站55-56
• 4.3.3 操作员站56-57
• 4.3.4 工程师站57
• 4.3.5 服务器57
• 4.3.6 ESD 系统57-58
• 4.3.7 ESD 与 DCS 通讯58-59
• 4.4 系统可靠性分析59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 软件组态设计63-79
• 5.1 变温吸附步序程序设计63-70
• 5.1.1 程序设计思想63
• 5.1.2 主程序块设计63-64
• 5.1.3 状态步程序块设计64-68
• 5.1.4 步运行程序设计68-70
• 5.2 预处理控制系统画面设计70-77
• 5.2.1 画面设计原则70-72
• 5.2.2 系统监控画面72-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第六章 系统调校试车79-85
• 6.1 现场仪表调校79-80
• 6.2 单体试车80-81
• 6.2.1 罗茨风机单体试车方案80
• 6.2.2 压缩机单体试车方案80-81
• 6.3 联动试车81
• 6.4 控制系统整定81-82
• 6.4.1 控制系统初步整定81-82
• 6.4.2 控制系统详细整定82
• 6.5 带负荷试车82-83
• 6.6 本章小结83-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 7.1 论文总结85
• 7.2 研究展望85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录92

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