【文章內容簡介】 顯示圖；各種顯示圖面編制；重要工藝操作數(shù)據(jù)儲 存要求；各類報表格式；其他必須文件。 過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 7． 第二章 自動工程設計的認識 1 自動工程設計的方法與目的 在接到一個工程項目后，進行自控工程設計時，按照什么樣的方法來完成這些內容呢？本節(jié)介紹完成這些內容的先后順序和它們之間相互關系。 ① 熟悉工藝流程 這是自控設計的第一步。一個成功的自控設計，自控設計人員對工藝熟悉和了解的深度將是重要的因素。在這階段還需要收集工藝中有關的物性參數(shù)和重要數(shù)據(jù)。 ② 確定自控方案，完成工藝控制流程圖 （ PCD） 了解工藝流程，并在和工藝人員充分協(xié)商后，定出各監(jiān)測點、控制系統(tǒng)，確定全工藝流程的自控方案，在此基礎上可畫出工藝控制流程圖（ PCD） ,并配合工藝系統(tǒng)專業(yè)完成各版管道儀表流程圖（ Pamp。ID）。 ③ 儀表選型，編制有關儀表信息的設計文件 在儀表選型中，首先要確定的是采用常規(guī)儀表還是 DCS 系統(tǒng)。然后，以確定的控制方案和所有的監(jiān)測點，按照工藝提供的數(shù)據(jù)及儀表選型的原則，查閱有關部門匯編的產(chǎn)品目錄和廠家的產(chǎn)品樣本與說明書，調研產(chǎn)品的性能、質量和價格，選定檢測、變送、顯示、控制等各類 儀表的規(guī)格、型號。并編制出自控設備或儀表數(shù)據(jù)表等有關的信息的設計文件。 ④ 控制室的設計 自控方案的確定，儀表選型后，根據(jù)工藝特點，可進行控制室的設計。對采用常規(guī)儀表時，首先考慮儀表盤的正面布置，畫出儀表盤布置圖有關的圖紙。然后均需畫出控制室布置圖及控制室與現(xiàn)場信號連接的有關設計文件，如儀表回路圖、端子配線圖等。在進行控制室設計中，還應向土建、暖通、電氣等專業(yè)提出有關的設計條件。 ⑤ 節(jié)流裝置和調節(jié)閥的計算 控制方案已定，所需的節(jié)流裝置、調節(jié)閥的位置和 數(shù)量也都已確定，根據(jù)工藝數(shù)據(jù)和有關計算翻番進行計算，分別列出儀表數(shù)據(jù)表中調節(jié)閥及節(jié)流裝置計算數(shù)據(jù)表與結果。并將有關條件提供給管道專業(yè)，供管道設計之用。 ⑥ 儀表供電、供氣系統(tǒng)的設計 自控系統(tǒng)的實踐不僅需要供電，還需要供氣（壓縮空氣作為啟動儀表的氣源，對于電動儀表及 DCS 系統(tǒng)，由于目前還大量使用氣動調節(jié)閥，所以氣源是不可少的）。為此需按照儀表的供電、供氣負荷大小及配置方式，畫出儀表供電系統(tǒng)圖、儀表空氣管道平面圖（或系統(tǒng)圖）等設計文件。 ⑦ 依據(jù)施工現(xiàn)場的 田間，完成控制室與現(xiàn)場聯(lián)系的相關設計文件 按照現(xiàn)場的儀表設備的方位、控制室與現(xiàn)場的相對位置及系統(tǒng)的聯(lián)系要求，進行儀表管線的配置工作。在此基礎上可列出有關的表格和繪制相關的圖紙，如列出電纜表（管纜）及橋架布置圖、現(xiàn)場儀表配線圖等。 ⑧ 根據(jù)自控專業(yè)有關的其他設備、材料的選用等情況，完成有關的設計文件 自控專業(yè)除了進行儀表設備的選用外，這些儀表設備在安裝過程中，還需要選用一些有關的其他設備材料。對這些設備材料需根據(jù)施工要求，進行數(shù)量統(tǒng)計，過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 8． 編制儀表安裝材料表。 ⑨ 設計工作基本完成后，編寫設計文件目錄等文件 在設計開始時，先初定應完成的設計內容，待整個工程設計工作基本完成后，要對所有的設計文件進行整理，并編制設計文件目錄、儀表設計規(guī)定、儀表施工安裝要求等工程設計文件。 上述設計方法和順序，僅僅是原則性的提法，在實際的工程設計中各種設計文件的編制，還應按自控工程的程序進行。 《過程控制工程》課程設計密切結合過程工業(yè)實際的實踐環(huán)節(jié)之一，是學習完《過程控制工程》課程和下廠實習后進行的一次全面的綜合練習。其目的在于加深對過程控制工程 設計思想的理解，掌握 過程控制領域常用 和有效的控制方案和控制系統(tǒng) ， 掌握過程工業(yè)典型操作單元的控制方案和系統(tǒng)特點；并接受嚴格和系統(tǒng)的實驗操作訓練，從而為以后的畢業(yè)環(huán)節(jié)工作和擔負實際工程任務打下良好和堅實的基礎。 《過程控制工程》課程設計是一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，是學生在校期間必須接受的一項工程訓練。在課程設計過程中，在教師指導下，運用工程的方法，通過一個簡單課題的設計練習，可使學生初步體驗過程控制系統(tǒng)的設計過程、設計要求、完成的工作內容和具體的設計方法，了解必須提交的各項工程文件，也達到鞏固、充實和綜合運用所學知識解決實際問題的目的。 通過課程 設計，應能加強學生如下能力的培養(yǎng)： ①獨立工作能力和創(chuàng)造力； ②綜合運用專業(yè)及基礎知識，解決實際工程技術問題的能力； ③查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力； ④工程繪圖的能力； ⑤編寫技術報告和編制技術資料的能力。 2 自動工程設計 的內容 與任務 按照當前實施的設計“新體制”的要求，自控工程設計階段的工作可歸納為以下六個方面的內容： ① 根據(jù)工藝專業(yè)提出的監(jiān)控條件繪制工藝控制圖（ PCD: Process Control Drawing） 。 ② 配合系統(tǒng)專業(yè)繪制各版管道儀表流程圖（ Pamp。ID: Piping and Instrumentation Drawing）； ③ 征集研究用戶對 Pamp。ID 及儀表設計規(guī)定的意見； ④ 編制儀表請購單，配合采購部門開展儀表和材料的采購工作； ⑤ 確定儀表制造上的有關圖紙，按儀表制造商返回的技術文件，提交儀表接口條件，并開展有關設計工作； ⑥ 編（繪）制最終自控工程設計文件。 在設計工作中，必須嚴格的貫徹執(zhí)行一系列技術標準和規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)有同類型工廠或實驗裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗及技術資料，使設計建立在可靠的基礎上。在設計過程中，應對工程的情況、國內外自動化水平、自動化技術工具的制造質量和供過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 9． 應情況，以及當前生產(chǎn) 中的一些新技術發(fā)展的情況進行深入調查研究，才能有一個正確的判斷，做出合理的設計。設計中還應加強經(jīng)濟觀念，注意提高經(jīng)濟效益。 自控工程設計常用的方法是有工藝專業(yè)提條件，而自控與工藝專業(yè)一起討論確定控制方案，確定必要的中間儲槽及其容量，確定合適的設備余量，確定開、停車以及緊急事故處理方案等。這種設計方法對合理確定控制方案，充分發(fā)揮自控專業(yè)的主觀能動性是有益的。但在實際設計過程中，尤其對一些新工藝，有時主要是由工藝專業(yè)提出條件確定控制方案，自控專業(yè)進行設計，在某些國外的公司就采用這種做法。 自控工程設計的基本任務 是負責工藝生產(chǎn)裝置于公用工程、輔助工程系統(tǒng)的控制，檢測儀表、在線分析儀表和控制及管理用計算機等系統(tǒng)的設計以及有關的順序控制、信號報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)（ SIS）和緊急停車系統(tǒng)（ ESI）的設計。完成這些基本任務時，還要考慮自控所用的輔助設備及附件、電氣設備材料、安裝材料的選型設計；自控的安全技術措施和防干擾、安全設施的設計；以及控制室、儀表車間與分析器室的設計。 過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 10． ． 第三章 HPF 法脫硫工藝設計的介紹 1 HRF 法 脫硫工藝簡介 HPF法脫硫屬濕式催化氧化法脫硫工藝，是 PDS脫硫工藝 [4]的改進工藝，兩者的區(qū)別在于所使用的催化劑略有差異：前者使用對苯二酚加 PDS及硫酸亞鐵的復合催化劑 (HPF)，后者使用 PDS催化劑。 HPF催化劑在脫硫和再生過程中均有催化作用，是利用焦爐煤氣中的氨做吸收劑，以 HPF為催化劑的濕式氧化脫硫。煤氣中的 H2S等酸性組分由氣相進入液相與氨反應，轉化為硫氫化銨等酸性銨鹽，再在空氣中氧的氧化下轉化為硫。 HPF法脫硫選擇使用 HPF(鈷鐵類 )復合型催化劑，可使焦爐煤氣的脫硫效率達到 99%左右。 脫硫 工藝原理和工 藝流程 HPF 法脫硫工藝置于噴淋式飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝之后，從鼓風冷凝工段來的溫度約 55℃ 的煤氣，首先進入直接式預冷塔與塔頂噴灑的循環(huán)冷卻水逆向接觸，被冷至 30～ 35℃然后進入脫硫塔。 預冷塔自成循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)冷卻水從塔下部用預冷循環(huán)泵抽出送至循環(huán)水冷卻器，用低溫水冷卻至 20～ 25℃后進入塔頂循環(huán)噴灑。采取部分剩余氨水更新循環(huán)冷卻水，多余的循環(huán)水返回鼓風冷凝工段，或送往酚氰污水處理站。煤氣在脫硫塔內與塔頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫、氰化氰 (同時吸收煤氣中的氨，以補充脫硫液中的 堿源 )。脫硫后煤氣含硫化氫降至 50mg／ m3。左右，送入硫酸銨工段。其主要反應為： NH3 + H2O → NH4OH (1) H2S + NH4OH → NH4HS + H2O (2) 2NH4OH + H2S → (NH4)2 S + 2H2O (3) NH4OH + HCN → NH4CN + H2O (4) NH4OH + CO2 → NH4CO3 (5) NH4OH + NH4HCO3 → (NH4)2CO3 + H2O (6) NH4OH + NH4HS + (x一 1)S → (NH4)2Sx + 2H20 (7) 吸收了 H2S、 HCN的脫硫液從脫硫塔底排出，經(jīng)液封槽滿流人反應槽。然后用脫硫循環(huán)液泵抽出后送人再生塔底部，再生塔的塔底部通人壓縮空氣，使溶液在塔內得以氧化再生。再生空氣從再生塔頂放散管至洗凈 塔洗滌后放散，再生后的過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 11． ． 溶液從塔頂經(jīng)液位調節(jié)器自流回脫硫塔循環(huán)再生。其主要反應為： 再生反應 NH4HS + 1／ 2O2 → NH4OH + S (8) (NH4)2S + 1／ 2O2 + H2O → 2NH4OH + S (9) (NH4)2S + 1／ 2O4 + H2O → 2NH4OH + S (10) 除上述反應外，還進行以下副反應 2NH4HS + 2O2 → (NH4)2S2O3 + H2O (11) 2(NH4)2S2O3 + O2 → 2(NH4)2SO4 + 2S (12) 浮于再生塔頂部擴大部分的硫磺泡沫，利用位差自流人泡沫槽，經(jīng)澄清分層后，清液返回反應槽，硫泡沫用泡沫泵送人熔硫釜，經(jīng)數(shù)次加熱、脫水，再進一步加熱熔融，最后排出熔融硫磺，經(jīng)冷卻后裝袋外銷。系統(tǒng)中不凝性氣體經(jīng)尾氣洗凈塔洗滌后放散。 為避免脫硫液中副反應鹽類積累影響脫硫效果，排出少量廢液送往配煤。自鼓風冷凝送來的剩余氨水，經(jīng)氨水過濾 器除去夾帶的煤焦油等雜質，進入換熱器與蒸氨塔底排出的蒸氨廢水換熱后進入蒸氨塔，用直接蒸汽將氨蒸出。同時向蒸氨塔上部加一些稀堿液以分解剩余氨水中的固定銨鹽。蒸氨塔頂部的氨氣經(jīng)分凝器和冷凝冷卻器冷凝成含氨大于 10 的氨水送人反應槽，以增加脫硫液中的堿源。 其工藝流程圖如下： 圖 氨法 HPF 脫硫工藝流程 HPF 法脫硫工藝特點 和操作條件 HPF法脫硫工藝特點 ① 以氨為堿源、 HPF為催化劑的焦爐煤氣脫硫脫氰新工藝，具有較高的脫硫脫氰效率 (脫硫效率 99%，脫氰效率 80%)，脫硫后煤氣 H2s含量在 50mg／ m3以下。而且流程短，不需外加堿，催化劑用量小，脫硫廢液處理簡單，操作費用低，一次性投資省。 ② 硫磺收率一般為 50%～ 60%，硫損失約為 40%，這部分硫主要生成硫氰酸銨和硫代硫酸銨隨廢液流失，其廢液量約為 300～ 500kg／ (1000m3 h)，廢液回兌至配煤中，對焦炭的質量有一定的影響。 ③ 硫膏產(chǎn)品質量不理想，外觀多為暗灰色，純度 90%左右，產(chǎn)品銷售難度大。若后續(xù)能再配置硫膏生產(chǎn)硫酸的工藝，硫酸用于硫銨生產(chǎn) ，則 HPF工藝不失為一過程裝備與控制工程課程設計 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 12． ． 種完善的工藝。 ④ 脫硫塔中可以填充聚丙烯填料 (或波紋填料 )，不易堵塞，脫硫塔操作阻力較小，生產(chǎn)成本較低。 ⑤ 脫硫廢液送往配煤，工藝簡單，對周邊環(huán)境無污染。再生塔采用空氣與脫硫液預混再生，再生過程排放的尾氣量少，尾氣含氨達 2． 5g／ m3左右，如直接排往大氣不但損失了氨，而且還會污染環(huán)境，故尾氣必須進一步凈化處理。 ⑥ 在脫硫過程中，因氨生成 (NH4)2S2O3和 NH4CNS等氨鹽隨廢液回兌至配煤中，以 及再生尾氣帶出而損失一部分。氨的損失率約 15%。 HPF 法脫硫工藝 操作條件 山西南村化工設計焦炭年產(chǎn)量為 150萬噸，與參考文獻 [12]中年產(chǎn) 145萬噸的漣鋼焦化廠非常相似。漣鋼的實際生產(chǎn)情況對本設計有莫大