【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 孔徑/(1010m)化學(xué)組成（M2/nOAl2O3x SiO2yH2O）3A（鉀A型）23～2/3K2O1/3Na2OAl2O3SiO24A(鈉A型）2～Na2OAl2O32SiO25A（鈣A型)2～Al2O32SiO210X(鈣X型)～8～9Al2O36H2O13X（鈉X型）～9～10Na2OAl2O38H2OY（鈉Y型）～69～10Na2OAl2O35SiO28H2O鈉絲光沸石～6約5Na2OAl2O310SiO26～7H2O表22 常見(jiàn)的幾種分子公稱直徑分子公稱直徑/(1010m)分子公稱直徑/(1010m)H2CH44CO2C2H6N23C3H8H2OnC4～nC22H2SiC4～iC22CH3OH苯，要用分子篩脫水，選擇4A（或者3A）分子篩是比較合適的，因?yàn)?A分子篩的孔徑為(3～)1010m，4A分子篩的孔徑為(～)1010m，1010m。4A分子篩不僅可以吸附水同時(shí)還可以吸附COH2S等雜質(zhì)。在上游的脫碳裝置出現(xiàn)短時(shí)間波動(dòng)而導(dǎo)致天然氣沒(méi)有達(dá)標(biāo)時(shí),分子篩可以發(fā)揮一定的凈化作用,因此本項(xiàng)目選擇4A分子篩作為脫水吸附劑。分子篩脫水屬于氣固吸附過(guò)程,是一個(gè)可逆過(guò)程。分子篩在低溫高壓下吸附至臨近轉(zhuǎn)效點(diǎn)時(shí),通過(guò)升高溫度、降低壓力讓被吸附物質(zhì)從分子篩表面脫附再生。[12]綜上所述，分子篩與活性氧化鋁和硅膠相比較，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： 1．吸附選擇性強(qiáng)，只吸附臨界直徑比分子篩孔徑小的分子；另外對(duì)極性分子也具有高度選擇性，能牢牢地吸附住這些分子。2．脫水用分子篩如3A或4A分子篩，它不吸附重?zé)N，從而避免因吸附重?zé)N而使吸附劑失效。用硅膠或活性氧化鋁進(jìn)行脫水時(shí)，由于共吸附天然氣中的重?zé)N，操作壽命一般比較短，而且脫水的深度也受到限制。3．具有高效吸附性能，在相對(duì)濕度或分壓很低時(shí)，仍保持相當(dāng)高的吸附容量，特別適用于深度干燥。4．吸附水時(shí)，同時(shí)可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體。5．不易受液態(tài)水的損害。[13]目前天然氣工業(yè)用的脫水吸附器主要是固定床吸附塔,為保證裝置連續(xù)操作,至少需要兩個(gè)吸附塔。分子篩工藝一般分為兩塔流程、三塔或多塔流程。在兩塔流程中,一塔進(jìn)行脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的再生和冷卻,然后切換操作。在三塔或多塔流程中,受進(jìn)料條件等因素影響切換程序可以有多種選擇,例如三塔流程可采用一塔吸附、一塔再生、另一塔冷卻或二塔吸附、一塔再生及冷卻的切換程序。在同等吸附周期的情況下,兩塔流程相對(duì)三塔流程而言，設(shè)備少,投資較為節(jié)省。由于設(shè)備數(shù)量的減少,今后的操作維護(hù)費(fèi)用也將大大降低。同時(shí)由于減少了設(shè)備、工藝管線數(shù)量,實(shí)際上也相應(yīng)削減了管線、設(shè)備穿孔泄漏的風(fēng)險(xiǎn),提高了安全可靠性。 分子篩脫水一般采用兩塔或三塔流程,巴彥淖爾市磴口縣項(xiàng)目中采用的是兩塔流程。正常生產(chǎn)中,一塔吸附,另一塔再生。脫水吸附：吸附時(shí)，經(jīng)醇胺法脫碳后，含飽和水的天然氣自上而下通過(guò)分子篩（分子篩塔1）床層,從而減少氣流對(duì)吸附劑床層的擾動(dòng),脫水后的干氣含水量低于1106(φ),再經(jīng)過(guò)分子篩塔出口粉塵過(guò)濾器濾除氣體中攜帶的分子篩顆粒后去冷箱液化。再生：在加熱期間,再生氣由再生氣加熱爐加熱到300℃后,自下而上地進(jìn)入分子篩脫水塔(分子篩塔2)并將分子篩加熱并穩(wěn)定在280℃，恒溫一小時(shí)后脫水結(jié)束。分子篩脫水塔(分子篩塔2)塔頂出來(lái)的再生氣經(jīng)過(guò)再生氣換熱器換熱后溫度降低，再經(jīng)過(guò)再生氣冷卻器冷卻后進(jìn)入再生氣分離器分離出凝液,之后再生氣可返回到濕原料氣中,也可摻入產(chǎn)品氣中,還可進(jìn)入工廠燃料氣系統(tǒng)中。一旦分子篩床層被再生完全后,再生氣將走再生氣加熱器旁通,進(jìn)入分子篩脫水塔(分子篩塔2)以使床層冷卻下來(lái),當(dāng)冷吹氣流出口溫度低于40℃時(shí),冷卻過(guò)程即可停止。再生后的床層需經(jīng)冷卻降溫后才具有較好的吸附效果,為此進(jìn)行冷吹,用低溫氣體帶走分子篩的熱量。冷卻氣通常是自上而下流過(guò)吸附劑床層，從而使冷卻氣中的水分被吸附在床層的頂部。這樣，在脫水操作中，床層頂部的水分就不會(huì)對(duì)干燥后的天然氣露點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)大影響。圖22 分子篩脫水系統(tǒng)工藝流程圖 分子篩脫水的設(shè)備⑴分子篩塔 在分子篩脫水系統(tǒng)中需要用到兩個(gè)分子篩塔。一塔進(jìn)行脫水操作,另一塔進(jìn)行吸附劑的再生和冷卻,然后切換操作。在再生期間,所有被吸附的物質(zhì)通過(guò)加熱而被脫吸,為該塔的下一個(gè)吸附周期作準(zhǔn)備。⑵粉塵過(guò)濾器 在分子篩脫水以后設(shè)置分子篩粉塵過(guò)濾器。粉塵過(guò)濾器的作用是分離脫水后的天然氣中攜帶的分子篩粉塵等雜質(zhì)顆粒。在高速流動(dòng)條件下,細(xì)小的固體顆粒會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生很大的磨損,因此粉塵過(guò)濾器對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是必需的。⑶再生氣加熱爐 再生氣加熱爐的作用是對(duì)天然氣進(jìn)行加熱，使再生氣的溫度達(dá)到300℃。加熱的再生氣進(jìn)入分子篩塔恒溫到280℃一段時(shí)間后，脫除分子篩上吸附的水，使分子篩塔重新具有吸附功能。⑷再生氣換熱器 本項(xiàng)目的換熱器選用氣氣換熱器。氣氣換熱器的作用是使進(jìn)口天然氣與輸出的低溫干氣進(jìn)行換熱,可進(jìn)一步降低進(jìn)口天然氣溫度,并且可提高輸出干氣的溫度，達(dá)到能源的充分利用。⑸再生器冷卻器 再生氣冷卻器的作用是降低進(jìn)入分離器的天然氣的溫度,可以采用水冷或氣冷等冷卻方法。降低進(jìn)口溫度在天然氣低溫冷凝法脫水工藝中的應(yīng)用是很普遍的,在相同的條件下可以達(dá)到更低的露點(diǎn),有利于提高脫水的深度。⑹再生氣分離器 在分離后的液體中,還包含一些氣體,再生氣分離器的作用是將這部分氣體分離出來(lái), 并將氣體輸入干氣系統(tǒng)。第三章 再生氣加熱爐控制系統(tǒng),氣體自上而下流過(guò)脫水塔1吸附劑床層。原料氣中的水分被吸附劑選擇吸收,從床層底部流出的干氣進(jìn)入后面的液化工藝。整個(gè)吸附周期為8 h。塔1進(jìn)行干燥吸附時(shí),同時(shí)塔2則進(jìn)行再生。再生氣進(jìn)入加熱爐加熱到300℃后從下而上進(jìn)入干燥塔2,熱的再生氣將床層加熱,加熱時(shí)間為4h。隨著床層溫度的不斷升高,水從吸附劑上脫附,脫附出來(lái)的水蒸汽隨再生氣一起進(jìn)入空冷器冷卻到40℃以下,大部分水蒸汽被冷凝下來(lái)并在再生分離器中分離。加熱結(jié)束后,加熱爐停止運(yùn)行,接著對(duì)床層進(jìn)行冷吹,冷吹時(shí)間也為4 h,直到床層溫度低于40℃為止。加熱爐主要是用來(lái)加熱再生氣,再生氣的溫度需要加熱到300℃，由于加熱和冷卻時(shí)間均為4 h，因此，加熱爐只有50%工作時(shí)間。為了保證安全，停止加熱時(shí)，冷吹氣仍要通過(guò)爐內(nèi)翅管，同時(shí)在加熱爐選擇上，選擇了美國(guó)生產(chǎn)加熱爐的專業(yè)廠家GTS公司生產(chǎn)的對(duì)流式加熱爐。該加熱爐與普通加熱爐不同之處在于增加了一個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)，讓出口煙氣2/3的氣體重新返回燃燒室，不但可防止?fàn)t膛溫度超高，而且爐膛溫度分布更均勻，熱效率高于89%，常用的輻射加熱爐熱效率只有69%左右，因此更節(jié)約燃料氣。加熱爐形狀為┛，這種加熱爐主要由兩部分組成：燃燒段和對(duì)流傳熱段。在燃燒段,燃燒器采用短火焰燃燒器，防止火焰直接與盤管接觸，燃料氣和空氣混合燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c循環(huán)氣混合后流向?qū)α鞫蔚谋P管，使工藝流體均勻的被加熱，同時(shí)使煙囪的煙道氣溫度低于245℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然氣的自燃溫度538℃。在冷吹停爐時(shí)，由于有循環(huán)風(fēng)機(jī)，整個(gè)爐內(nèi)溫度可很快的均勻冷卻下來(lái)，保證冷吹過(guò)程不受影響。在加熱爐控制系統(tǒng)中，干氣通過(guò)再生氣換熱器升溫后進(jìn)入加熱爐加熱，再生氣加熱到300℃自下而上進(jìn)入分子篩再生塔，對(duì)分子篩塔加熱并穩(wěn)定在280℃。加熱爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖如圖31所示：圖31 加熱爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖再生氣加熱爐再生冷卻操作參數(shù)：①再生操作 通常在濕原料氣或干燥氣中分出部分氣體作為再生原料氣，當(dāng)其加熱到一定溫度后進(jìn)入再生塔床層，然后再進(jìn)入濕原料氣總管； ②再生溫度 一般為175～260℃，這取決于吸附劉的種類；溫度越高，再生后的吸附劑的濕容量越大，同時(shí)也將縮短吸附劑的使用壽命，本項(xiàng)目中再生溫度為280℃； ③再生氣流量 再生氣流量應(yīng)該滿足在規(guī)定時(shí)間內(nèi)把再生吸附劑提高到規(guī)定的溫度，一般為總原料濕氣的5%15%； ④再生時(shí)間 使再生吸附器出口溫度達(dá)到預(yù)定再生溫度的時(shí)間約占總時(shí)間的65%～75%.若采用周期為8h的雙塔流程，則加熱再生吸附劑床層的時(shí)間為5～6h。本項(xiàng)目根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需要，再生時(shí)間為4h； ⑤冷卻操作參數(shù) 冷卻氣流量一般與再生氣流量相同，最后的冷卻溫度為40～55℃，床層冷卻時(shí)間約占總時(shí)間的25%～35%。若采用周期為8h的雙塔流程，則冷卻床層時(shí)間為2～3h，本項(xiàng)目的冷卻時(shí)間為4h； 自動(dòng)控制方案的選擇自動(dòng)化水平是根據(jù)工藝裝置的要求，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化水平及業(yè)主方的要求所確定。根據(jù)磴口項(xiàng)目工藝和生產(chǎn)管理的要求，自控系統(tǒng)本著安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動(dòng)化水平位于國(guó)內(nèi)同類裝置的先進(jìn)水平。為保證生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)期運(yùn)行，采用集散式控制系統(tǒng)（DCSDistributed Control System）對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行集中控制、顯示、記錄和報(bào)警。全廠生產(chǎn)裝置設(shè)置一個(gè)控制室（CCR），一個(gè)工程師站，兩個(gè)操作員站。DCS控制系統(tǒng)采用獨(dú)立的主控卡、獨(dú)立的操作站，同時(shí)設(shè)置ESD、Famp。G控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)（DCS）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠所有生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)檢測(cè)和控制操作；緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠裝置進(jìn)行緊急關(guān)斷操作；火災(zāi)及可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)（Famp。G）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行可燃?xì)饧盎鹧娴奶綔y(cè)、報(bào)警操作。利用火焰探頭、感溫探頭、感煙探頭和可燃?xì)怏w探頭及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的火光、熱、煙和可燃?xì)怏w的泄漏，當(dāng)其超過(guò)安全設(shè)定時(shí)，F(xiàn)amp。G系統(tǒng)將進(jìn)行報(bào)警或啟動(dòng)滅火設(shè)備進(jìn)行滅火操作；安全監(jiān)視系統(tǒng)CCTV（Close Circuit Television）實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)安全狀況及廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視。計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)能夠完成整個(gè)工廠管控一體化。為了提高整個(gè)集散式控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，DCS、ESD將獨(dú)立設(shè)置，并各自完成不同的功能。DCS系統(tǒng)位于中心控制室（CCR）內(nèi)，主要由五部分組成：I/O板、控制器、工程師站、操作站、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)選用浙江中控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的JX300XP系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的單一型號(hào)控制系統(tǒng)產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)中再生氣加熱爐采用計(jì)算機(jī)控制，操作過(guò)程中的信號(hào)引進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)警及連鎖功能。在現(xiàn)場(chǎng)，PLC通過(guò)硬線與DCS實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)采用MODBUS協(xié)議的RS485（倆線）通訊接口送至DCS集散控制系統(tǒng)，提供標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議。 被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇一、被控參數(shù)的選擇在加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣的溫度需要加熱到300℃，而再生氣的溫度需要通過(guò)加熱爐加熱，這就需要對(duì)加熱爐進(jìn)行控制。在該控制系統(tǒng)中，被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇恰當(dāng)與否，是保證控制系統(tǒng)達(dá)到控制要求的必要保證。被控參數(shù)選擇的一般原則：⑴ 一般選取可直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；⑵ 選擇與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)；⑶ 被控參數(shù)必須具有足夠大的靈敏度；⑷ 考慮工藝過(guò)程的合理性和國(guó)內(nèi)、外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。本加熱爐控制系統(tǒng)要求再生氣的溫度達(dá)到一定要求，所以選擇再生氣溫度為被控參數(shù)。二﹑控制參數(shù)的選擇（1）放大倍數(shù) Kf的影響Kf越大，系統(tǒng)的余差越大，控制質(zhì)量越差。（2）時(shí)間常數(shù) Tf的影響Tf 越大，個(gè)數(shù)越多，或者說(shuō)干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥，干擾對(duì)被控參數(shù)的影響就越小，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越高。（3）純滯后 τ0的和容量滯后τc的影響造成控制作用不及時(shí)，使控制質(zhì)量下降。τc的影響比純滯后τ0對(duì)系統(tǒng)的影響緩和。若引入微分作用，對(duì)于克服τc對(duì)控制質(zhì)量的影響有顯著的效果。[14]由于在該加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣是通過(guò)燃料氣和空氣的燃燒來(lái)加熱的，在該加熱爐控制系統(tǒng)中，再生氣溫度作為被控變量，風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量是控制變量，燃料氣和風(fēng)量以一定的空燃比燃燒加熱再生氣。通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，控制燃燒的空燃比達(dá)到控制再生氣溫度的效果。 測(cè)控儀表的選擇1．儀表選型原則①在滿足工藝要求的前提下，儀表選型本著技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、操作維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)合理等原則，盡可能滿足被檢測(cè)變量的精度等級(jí)要求；②處于爆炸危險(xiǎn)區(qū)的儀表應(yīng)采用相應(yīng)防爆等級(jí)的儀表，并根據(jù)所處環(huán)境條件確定相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)；③現(xiàn)場(chǎng)儀表除可燃?xì)馓綔y(cè)器、火焰探測(cè)器、感煙探測(cè)器及熱電阻采用三線制外，其余均采用二線制；④裝置的主要控制操作、報(bào)警監(jiān)控、安全停車主要集中在主控室DCS上完成；⑤現(xiàn)場(chǎng)控制盤采用隔爆型儀表；⑥整個(gè)工廠所選用的儀表類型、規(guī)格盡量統(tǒng)一。2．儀表選型要求①現(xiàn)場(chǎng)儀表原則上選用電子智能式，模擬量信號(hào)的儀表采用4～20mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，調(diào)節(jié)閥氣信號(hào)采用20～100KPa標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，儀表風(fēng)采用600KPa標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；熱電阻選用Pt100鉑電阻，輸出信號(hào)為電阻值；緊急切斷閥、開(kāi)關(guān)及狀態(tài)類輸入的開(kāi)關(guān)信號(hào)為干接點(diǎn)信號(hào)；電磁閥及現(xiàn)場(chǎng)儀表的供電使用24VDC信號(hào)。②所有與工藝介質(zhì)接觸的儀表材質(zhì)，均能滿足工藝介質(zhì)的要求，并且不低于儀表所在管道和設(shè)備的材質(zhì)。安裝在火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合的儀表設(shè)備符合危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)劃分的要求，在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)儀表為隔爆型③調(diào)節(jié)閥選型要求：，閥體材質(zhì)和壓力等級(jí)與工藝管線要求一致；，在1米處不大于85dB,否則采用降噪措施%，對(duì)于線性調(diào)節(jié)閥不超過(guò)60%；，由儀表風(fēng)驅(qū)動(dòng)。執(zhí)行器的大小要完全滿足調(diào)節(jié)閥在最大關(guān)斷差壓下的正常工作需要；，都要求帶有手輪操作機(jī)構(gòu)，以便于定位器故障之后，手動(dòng)控制閥開(kāi)度；，并帶有保位閥、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)等輔助設(shè)施以滿足在氣源故障或電磁閥失電的情況下，可保持閥門處于事故前狀態(tài)，所以采用ORBIT軌道式球閥；、切斷閥所使用的三通或四通電磁閥，其供電為24V DC,電磁閥的功率不大于12W，常帶電型。④儀表和控制系統(tǒng)電源應(yīng)是雙回路自動(dòng)切換的獨(dú)立供電回路，電壓等級(jí)為220VAC，50HZ?？刂葡到y(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)儀表采用不間斷供源（UPS）供電