天然氣分子篩脫水系統(tǒng)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題目：分子篩脫水系統(tǒng)一再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生姓名：口子虧：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：教授分子篩脫水系統(tǒng)再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要液化天然氣(LNG)作為天然氣的一種使用形式，在天然氣的儲存和運輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性。液化天然氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳?xì)渌衔?，?yán)重時可能堵塞液化系統(tǒng)的管路和設(shè)備。對于含H2S、CO2的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備和管線的嚴(yán)重腐蝕。所以，對液化天然氣原料氣必須進(jìn)行脫水處理。本課題結(jié)合巴彥淖爾華油天然氣LNG項目的實際情況，介紹了液化天然氣技術(shù)的基本知識及天然氣的脫水工藝流程

2、，采用分子篩脫水系統(tǒng)對天然氣進(jìn)行深度脫水。再生氣加熱爐是脫水工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一，采用計算機(jī)控制，控制系統(tǒng)由PCI-6011A板卡和IPC-610工控機(jī)組成，對燃燒過程采用串級比值控制方案。在系統(tǒng)運行過程中，需要隨時跟蹤和了解生產(chǎn)的實際情況，所以本課題采用MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件設(shè)計了人機(jī)交互界面，對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控，保證生產(chǎn)的安全和正常運行。關(guān)鍵詞：液化天然氣；分子篩脫水；再生氣加熱爐；計算機(jī)控制Molecularsievedehydrationsystem-recyclegasfurnacecontrolsystemdesignAbstractLiquefiednaturalgas(LNG)

3、asanapplicationformofnaturalgas,naturalgasstorageandtransportationinallaspectsofthesuperiorityisveryobvious.Liquefiednaturalgasinsaturatedwaterundercertainconditionsmayformhydrocarbonhydrate,seriouswhenmayjamliquefactionsystemequipmentandpiping.TocontaintheH2S,CO2gas,duetotheeffectofwater,theywillfo

4、rmcorrosiveacid,thuscausingseriouscorrosionequipmentandpiping.So,forLNGfeedgasmustundertakedehydration.ThesubjectofoilgasLNGprojectbayinnaoerChinasactualsituation,introducesthebasicknowledgeofliquefiednaturalgas(LNG)technologyandthedehydrationprocess,naturalgassystemusingmolecularsievedehydrationin-

5、depthdehydration.Recyclegasisdehydrationprocessofreheatingfurnaceisoneofthekeyequipment,computercontrolsystem,controlofPCIcardandIPC6011A-610-ofcombustionprocesscontrolcomputeradoptedcascaderatiocontrolscheme.Inthesystemoperationprocess,fortheproductionoftrackingandactualconditions,sothistopicbyMCGS

6、softwaredesignfortheman-machineinterface,real-timemonitoringofproductionprocess,andensurethenormaloperationofproductionsafety.Keywords:liquefiednaturalgas；Molecularsievedehydration；Recyclegasfurnace；Automaticcontrol目錄摘要AbstractTOCo1-5hz目錄I第一章引言0液化天然氣概述0液化天然氣的概念和基本性質(zhì)0液化天然氣的特性液化天然氣在國民生活中的重要性1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)

7、展趨勢3國外LNG的發(fā)展現(xiàn)狀3國內(nèi)LNG研究現(xiàn)狀5LNG未來的發(fā)展趨勢6本文研究的主要內(nèi)容及意義7第二章分子篩脫水系統(tǒng)的設(shè)計72.1液化天然氣工藝流程概述82.2分子篩脫水系統(tǒng)8天然氣脫水方法的選擇9脫水系統(tǒng)吸附劑的選擇分子篩脫水工藝12224分子篩脫水的設(shè)備13第三章再生氣加熱爐控制系統(tǒng)143.1再生氣加熱爐工藝及要求143.2方案設(shè)計16自動控制方案的選擇16被控參數(shù)和控制參數(shù)的選擇17測控儀表的選擇173.3控制原理圖及系統(tǒng)方框圖243.4加熱爐計算機(jī)控制系統(tǒng)27計算機(jī)控制系統(tǒng)原理27加熱爐計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計28控制算法的選擇323.5調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定34第四章監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計錯誤！未

8、定義書簽。MCGS組態(tài)軟件概述36MCGS組態(tài)軟件簡介36MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成37MCGS組態(tài)軟件的功能和特點384.2加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計39控制系統(tǒng)工程設(shè)計39報警顯示和報警數(shù)據(jù)41報表和曲線顯示42第五章結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝46第一章引言1.1液化天然氣概述隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人口數(shù)量的急劇增長，世界能源的需求量也不斷增長，而溫室效應(yīng)和各種有害物質(zhì)的排放對人類生存環(huán)境造成了極大的挑戰(zhàn)。在這一背景下，天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的能源和化工原料正日益受到人們的重視，其使用范圍也日益擴(kuò)大?，F(xiàn)已廣泛用于工業(yè)部門、發(fā)電、天然氣汽車、天然氣化工及天然氣合成油等方面。合理利用天然氣己成

9、為世界各國改善環(huán)境和維持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇。據(jù)世界能源專家預(yù)測，大約在2020年以后，天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將趕上并超過石油，成為世界第一大能源，二十一世紀(jì)將成為“天然氣的世紀(jì)”。【1】我國有豐富的天然氣資源，是世界天然氣大國之一。目前，我國的“西氣東輸”工程正在建設(shè)中，南北方向跨國天然氣干線也正在進(jìn)行可行性研究。到“西氣東輸”管線建成時，上海將成為我國天然氣的集中聚集地，這必然引起天然氣的儲存空間問題。而液化天然氣正可解決這個問題。但目前我國在液化天然氣生產(chǎn)、儲存技術(shù)方面所作的研究工作還很少，和發(fā)達(dá)國家還存在很大的差距。2我國尚無大規(guī)模LNG系統(tǒng)工程的實踐，天然氣液化技術(shù)的發(fā)展使

10、得中、西部地區(qū)豐富的天然氣資源低成本地走向東、南發(fā)達(dá)地區(qū)成為可能，從而緩解我國天然氣資源分布不均的矛盾；天然氣液化后作為汽車燃料和城市民用清潔燃料，可減小對大氣的污染，對城市環(huán)境污染問題的解決十分有利；天然氣液化技術(shù)的發(fā)展，給中、老油氣區(qū)尋找新的經(jīng)濟(jì)增長點，解決資源不足問題提供了新的思路:天然氣液化工藝技術(shù)的發(fā)展，將促進(jìn)我國低溫技術(shù)、低溫設(shè)備制造、化工生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，給我國經(jīng)濟(jì)的高速快速發(fā)展注入一份新的生機(jī)。所以深入研究天然氣液化技術(shù)，對我國今后發(fā)展LNG工業(yè)具有非常重要的現(xiàn)實意義。液化天然氣的概念和基本性質(zhì)液化天然氣(LiquefiedNaturalGas即LNG)是天然氣的一種使用形式。其

11、一般生產(chǎn)工藝過程是將氣田開采出來的天然氣，經(jīng)過“三脫”(即脫水、脫烴、脫酸性氣體)凈化處理后，采用先進(jìn)的制冷工藝，使甲烷在常壓下冷凍至-162C變?yōu)橐后w。由于其體積僅為原氣態(tài)時的1/600，所以采用LNG形式在天然氣的儲存和運輸方面都具有十分明顯的優(yōu)越性。11】一般商業(yè)LNG的組成如表1-1所示。由表1-1所示，LNG的主要成分是甲烷，其中還有少量的乙烷，丙烷，丁烷及氮表1-1商業(yè)LNG的基本組成組分%組分%甲烷9298丁烷04乙烷16其它烴類化合物01丙烷14惰性成分03氣等惰性組分。LNG的性質(zhì)隨組分變化而略有不同，一般商業(yè)LNG的主要性質(zhì)為：在-162T和0.1Mpa下，LNG為無色無味

12、的液體，其密度約為430Kg/m3,燃3點為650C，熱值一般為37.62MJ/m,在-162C時的氣化潛熱約為510KJ/Kg,爆炸極限為5%15%，壓縮系數(shù)為0.7400.820?！?】液化天然氣的特性LNG不同于一般的低溫液體，它還具有以下的特性。LNG的蒸發(fā)LNG儲存在絕熱儲罐中，任何熱量滲漏到罐中，都會導(dǎo)致一定量的LNG汽化為氣體，這種氣體被稱為蒸發(fā)氣。LNG蒸發(fā)氣的組成主要取決于液體的組成，它一般含氮氣20%(約為LNG中N2含量的20倍)，甲烷80%及微量乙烷。對于純甲烷而言，-113C以下的蒸發(fā)氣比空氣重；對于含有氮氣20%的甲烷而言，低于-80T的蒸發(fā)氣比空氣重。LNG的溢出

13、和擴(kuò)散LNG傾倒至地面上時，最初會猛烈沸騰蒸發(fā)，其蒸發(fā)率將迅速衰減至一個固定值。蒸發(fā)氣沿地面形成一個層流，從環(huán)境中吸收熱量逐漸上升和擴(kuò)散，同時將周圍的環(huán)境空氣冷卻至露點以下，形成一個可見的云團(tuán)，這可作為蒸發(fā)氣移動方向的指南，也可作為蒸發(fā)氣-空氣混合物可燃性的指示。LNG的燃燒和爆炸LNG具有天然氣的易爆易燃特性，在-162C的低溫條件下，其燃燒范圍為6%13%(體積百分比)；LNG著火溫度即燃點隨組分的變化而變化，其燃點隨重?zé)N含量的增加而降低，純甲烷著火溫度為650C【2】液化天然氣在國民生活中的重要性天然氣使用包括直接利用(如用作能源、化工等)和轉(zhuǎn)換利用。根據(jù)第14屆世界石油大會報告資料，天

14、然氣在全球范圍內(nèi)主要用于城鄉(xiāng)居民生活和商業(yè)部門，約占總消費量的41.5%，其次是工業(yè)燃料和化工利用占37%，發(fā)電占19%,交通運輸業(yè)占1%上下。不過目前情況正在發(fā)生改變。我國1998年消費天然氣城鄉(xiāng)屈輪燃油代山自用214億m3，總體利用如圖1-2所示。預(yù)計今后50年內(nèi)，天然氣的使用將會顯著擴(kuò)大，天然氣轉(zhuǎn)化生產(chǎn)合成氨、甲醇和烯烴、芳烴等技術(shù)將會取得新的進(jìn)展，天然氣用作汽車燃料也將使天然氣汽車得到進(jìn)一步的推廣。天然氣和其它燃料相比，具有使用方便、經(jīng)濟(jì)、熱值高、燃燒產(chǎn)物對環(huán)境污染少等優(yōu)點，是一種在技城鄉(xiāng)居民燃口-匸業(yè)燃料優(yōu)工口發(fā)電柚代田自用圖1-21998年中國天然氣利用比例術(shù)上證實的優(yōu)質(zhì)清潔燃料【

15、3】。天然氣替代其它燃料，可以進(jìn)一步減少一氧化碳（CO）、二氧化碳（C02）、氧氮化物（NOX）及烴類等的排放有利于環(huán)境保護(hù)。因此，它不僅被廣泛作為鋼鐵、非金屬礦產(chǎn)、玻璃、食品、陶瓷、造紙等工業(yè)的能源，同時也是發(fā)電廠的主要燃料。天然氣的一些特性使它有可能成為一種很具有吸引力的汽油替代燃料。它的價格和汽車廢氣排放指標(biāo)都低于汽油。截止目前，在全世界40多個國家推廣了以天然氣作為燃料的汽車約120多萬輛,且發(fā)展勢頭還在擴(kuò)大。天然氣主要成分是甲烷，此外還含有乙烷、丙烷、丁烷及戊烷以上的烷類，是重要的基本有機(jī)化工原料。以天然氣為原料，可以生產(chǎn)出合成氨、甲醇、低碳含氧合物、合成液體燃料等種類繁多的化工產(chǎn)品

16、。至今，全世界己有10%的天然氣用制取化（GTM）生產(chǎn)低分子烯烴（MTO）的技術(shù)己在90年代初期完成中間實驗，并正在加工產(chǎn)業(yè)化。由于它的投資回收率比石腦油裂解高很多，因此，對于天然氣資源豐富、價格便宜的地區(qū)，這種生產(chǎn)稀烴的技術(shù)將有很強(qiáng)的競爭力。天然氣產(chǎn)業(yè)本身是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物，是智力密集、技術(shù)密集，低投入低風(fēng)險的行業(yè)。科技進(jìn)步是未來天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵和全球化的重要驅(qū)動力，隨著技術(shù)的不斷開發(fā)和廣泛使用，LNG、CNG、GTL、GTC、GTP、電子商務(wù)等將為天然氣使用帶來特別廣闊的發(fā)展空間【5.6】。擴(kuò)大天然氣利用是當(dāng)今世界的潮流，天然氣用將會越來越廣，天然氣使用技術(shù)也隨之快速發(fā)展。因此，

17、應(yīng)該抓住大好機(jī)遇，迎挑戰(zhàn)，依靠高科技，積極拓寬天然氣使用領(lǐng)域，大力開發(fā)使用我國的天然氣資源。推廣高效燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)、先進(jìn)的燃?xì)馊紵鳌⒏咝細(xì)庵评?、加熱系、家用小型燃?xì)庋b置、燃?xì)鉄?、電、冷?lián)供系統(tǒng)、天然氣汽車、先進(jìn)的天然氣合油和天然氣化工技術(shù)以及LNG系統(tǒng)技術(shù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢天然氣是現(xiàn)今世界上的主要能源之一。據(jù)預(yù)測，本世紀(jì)能源比例中，天然氣將大幅度上升，而石油將有所下降。由于以氣態(tài)貯存和運輸天然氣需龐大的體積和很高的壓力，而在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，液化天然氣(LNG)的密度約相當(dāng)于氣態(tài)的625倍，這使得以液態(tài)貯存和運輸天然氣具有很高的經(jīng)濟(jì)性。城市天然氣是現(xiàn)代化城市人們生活和工

18、業(yè)生產(chǎn)的一種主要能源，因其辛烷值高,燃燒充分,不留碳黑雜質(zhì),基本沒有污染,被譽(yù)為“清凈燃料”或“綠色燃料”。發(fā)展城市天然氣可以節(jié)約能源、減輕城市污染、提高人民生活水平、同時它也是重要的化工原料，發(fā)展天然氣也同時促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提高，社會綜合效益顯著。發(fā)展城市天然氣是建設(shè)現(xiàn)代化城市必不可少的條件，對加速實現(xiàn)高度物質(zhì)文明和精神文明具有重要的意義。國外LNG的發(fā)展現(xiàn)狀天然氣液化技術(shù)始于1914年，但直到1941年才開始在美國的克利夫蘭建成了世界上第一座工業(yè)規(guī)模的LNG生產(chǎn)裝置。1959年，世界上第一艘LNG運輸船甲烷先鋒”(MethanePionee號從美國的路易斯安納州載運sooom3LNG，橫渡

19、大西洋成功地抵達(dá)英國的坎威(Canvey)島。1964年9月27日，阿爾及利亞的世界上第一座LNG工廠建成投產(chǎn)。同年，第一艘載著12000噸LNG的船駛往英國，標(biāo)志著世界LNG貿(mào)易的開始。1969年，位于美國阿拉斯加的肯奈LNG裝置投產(chǎn)，開始向日本出口LNG。1970年，利比亞成為非洲第一個LNG生產(chǎn)和出口國，其目標(biāo)市場是西班牙。文萊是亞洲第一個LNG生產(chǎn)國，1972年，其LNG裝置投產(chǎn)，向日本出口如今，LNG國際貿(mào)易已有將近40年的歷史，全球已有8個LNG出口國和9個LNG進(jìn)口國或地區(qū)。自1990年以來，全球LNG貿(mào)易量以年均7%以上的速度增長。1997年貿(mào)易量達(dá)7921萬噸，占全世界天然氣

20、消費量的4%。目前，國際LNG貿(mào)易已形成了幾個基本流向。有兩大出口地區(qū)北非地區(qū)（包括近東一些國家）和亞太地區(qū)（前者占1/4份額，后者占3/4份額）;有三大進(jìn)口地區(qū)西歐、北美和亞太地區(qū)（前兩者占1/4，后者占3/4）。在西歐市場，從阿爾及利亞出口到法國、意大利和比利時，從利比亞出口到西班牙，從尼日利亞出口到法國、意大利和西班牙。葡萄牙、希臘、捷克、德國、克羅地亞及土耳其可能成為西歐地區(qū)LNG的新用戶，挪威、俄羅斯可能成為新的出口國。亞太地區(qū)是LNG增長最快的市場，年增長幅度為5%6%。長期以來，這一市場一直保持著并將繼續(xù)保持對國際LNG市場的支配地位。日本一直是最主要的用戶（約占LNG進(jìn)口總額的

21、2/3），其次是韓國和中國臺灣。據(jù)外國專家預(yù)測，不久的將來，泰國、印度、和中國將成為這一地區(qū)LNG的需求國。LNG工廠按使用情況一般分為基地型、調(diào)峰型、終站型、衛(wèi)星型四種類型。LNG工廠具有投資費用大、操作條件特殊、配套要求嚴(yán)格等特點【7】。（1）基地型（BaseLoad）基地型LNG工廠多建在氣源附近，生產(chǎn)大量的LNG供應(yīng)遠(yuǎn)離氣源的用戶或供出口。其特點是液化能力大，每天可將（534）106m3的天然氣液化，最大可達(dá)70 xl06m3。此外，這類工廠的儲罐容量也較大，并附有碼頭及裝載設(shè)施。（2）調(diào)峰型（peakshaving）調(diào)峰型LNG工廠多建在用戶附近，主要用來調(diào)節(jié)用戶高峰負(fù)荷或冬季為用戶

22、提供燃料，平時則用來液化管輸來的相對富裕的天然氣。其特點是液化能力較小，通常每天可處理天然氣（1020）04m3，而儲存容量和LNG再氣化能力相對較大。儲罐一般可儲LNG（2.510）O4m3。每年開工約200250天，若使儲罐充滿LNG在用氣高峰時再氣化可供612天使用。這類工廠在國外很普遍，僅美國和加拿大就建有100多套。此外，英國、德國、澳大利亞以及其它以天然氣為主要燃料的國家也建有這類工廠。終站型(Terminal)終站型LNG工廠主要用來大量接收由船從基地型工廠運來的LNG，加以儲存并氣化后再進(jìn)入配氣系統(tǒng)供應(yīng)給用戶。它的液化能力很小(主要是液化儲罐中LNG蒸發(fā)出來的氣體)，而氣化能力

23、很大，儲-罐容量也很大。這類工廠一般都配有冷量回收和利用裝置。例如，將LNG再氣化過程中產(chǎn)生的可觀冷量用于海水淡化、空氣液化、冷凍和冷藏、發(fā)電、空調(diào)及固體低溫粉碎等。衛(wèi)星型(satellite)衛(wèi)星型為調(diào)峰型的一種，靠用船或特殊槽車從中心運來LNG加以儲存，到用氣高峰時再氣化以補(bǔ)充不足。其本身無液化能力。至1998年為止，在全世界8個LNG出口國中，有22座天然氣液化工廠，共56系列，其設(shè)計能力為9420萬噸/年，1997年實際生產(chǎn)7921萬噸，開工率為84%。而且，隨著目前正在建造的5座共8系列的LNG工廠的建成，LNG生產(chǎn)能力將再增加2300萬噸/年。另外，還有大量的LNG工廠正在計劃建造

24、，設(shè)計能力超過1億噸/年，如全部投產(chǎn)，屆時全球LNG生產(chǎn)能力將是目前的乙5倍左右。自60年代起，全世界生產(chǎn)LNG裝置的數(shù)量和規(guī)模不斷增加，已投產(chǎn)的LNG裝置目前達(dá)160多套。其中70%左右是調(diào)峰型裝置，它們主要分布在北美。最大的LNG工廠在馬來西亞鼓蒂，其天然氣處理能力為70X106m3/d。1】國內(nèi)LNG研究現(xiàn)狀我國雖于1973年在四川建成了國內(nèi)第一個天然氣提氮工廠(可聯(lián)產(chǎn)LNG)，但總體來說我國的LNG工業(yè)仍處于起步階段。在我國，液化天然氣在天然氣工業(yè)中所占比重幾乎為零，這無法滿足我經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對液化天然氣的需求，也和世界上液化天然氣的高速度、大規(guī)模發(fā)展的形勢相悖，但值得稱道的是，我國的科研

25、人員和從事天然氣開發(fā)的工程技術(shù)人員為我國液化天然氣工業(yè)做了許多探索性的工作。目前，有三套全部國產(chǎn)化的小型液化天然氣生產(chǎn)裝置分別在四川綿陽、吉林油田和長慶油田建成，三套裝置采用不同的生產(chǎn)工藝，為我國LNG事業(yè)發(fā)展起到了很好的示范作用。中科院低溫技術(shù)實驗中心分別為四川綿陽燃?xì)饧瘓F(tuán)總公司、中國石油天然氣總公司勘探局和吉林石油管理局研制一套實驗性天然氣液化示范裝置，液化量分別為300升/小時、500升/小時【8】。在四川的一套天然氣液化裝置采用天然氣透平膨脹機(jī)，利用天然氣自身壓力膨脹制冷，將部分天然氣液化，設(shè)備緊湊，除少量儀表及照明用電外，不消耗電能，但需安排有穩(wěn)定的天然氣用戶來使用經(jīng)過減壓后大部分未

26、液化的天然氣。其主要參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：進(jìn)氣壓力4MPa；出口壓力0.5MPa；日處理天然氣量（標(biāo)準(zhǔn)）4000m3；液化量300L/h;電能消耗12kw;燃?xì)庀模?biāo)準(zhǔn)）500m3。該裝置采用了天然氣潤滑的氣體軸承透平膨脹機(jī)，具有國際先進(jìn)水平。上海煤氣公司建設(shè)的平湖燃?xì)廨斉涔こ桃夯烊粴庹{(diào)峰站位于上海市東北。該站接收通過浦東燃?xì)廨敋夤芫W(wǎng)輸來東海海上油田氣，其主要功能是:l）在氣源或輸氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，利用調(diào)峰站的儲備能力，保證浦東地區(qū)十天連續(xù)供氣，2）在冬季用氣高峰期，保證正常供氣量外新增加的額外要求。該調(diào)峰站的設(shè)計能力為:LNG生產(chǎn)能力為174m3/d,LNG氣化能力為120m3/h【9】

27、。據(jù)悉，為解決沿海一帶的能源短缺問題，我國已計劃從國外進(jìn)口一部分LNG。我國首家進(jìn)口液化天然氣（LNG）利用項目-廣東液化天然氣接收站和輸氣干線項目，于2002年4月18日在北京正式簽署項目合作原則協(xié)議。該項目一期規(guī)模300萬噸/年，總投資為51億元人民幣，計劃2005年投產(chǎn)。二期規(guī)模500萬噸/年，投資21億元人民幣，計劃2008年投產(chǎn)。中國海洋石油總公司占股份33%，深圳市投資管理公司、廣東省電力集團(tuán)公司、廣州市煤氣公司、東莞市燃料工業(yè)總公司和佛山市燃?xì)饪偣驹趦?nèi)的廣東5家項目發(fā)起方占31%,BP公司占30%,香港電燈集團(tuán)有限公司和香港中華煤氣有限公司各占3%。此外，2005年2010年，

28、亞洲（包括我國大陸及臺灣在內(nèi)）LNG的供需缺口將由1535Mt擴(kuò)大到3070Mt，因此，今后我國的LNG工業(yè)也將會有較大發(fā)展。LNG未來的發(fā)展趨勢世界LNG工業(yè)總的發(fā)展趨勢是：在保證安全性的前提下，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低能耗，降低費用，提高效率，提高有效性和安全性，增強(qiáng)LNG價格在能源價格（以原油價格為基礎(chǔ)）中的競爭能力。安全第一將繼續(xù)成為LNG裝置設(shè)計、施工和操作的基本原則。不斷改進(jìn)設(shè)計手段，提高設(shè)計質(zhì)量，改進(jìn)技術(shù)參數(shù)，減少設(shè)計余量，正確合理的選擇液化工藝和工藝設(shè)備，可節(jié)省大量的費用。實現(xiàn)LNG系統(tǒng)的優(yōu)化。不但要對液化工藝和設(shè)備的選擇優(yōu)化組合，而且要對整個LNG系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化，如輸入輸出站的儲罐容

29、量，海運效率和速度，氣候條件和LNG季節(jié)性需求，原料供應(yīng)等，都對LNG生產(chǎn)有影響，必須對所有變量或參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳妙果提高裝置的有效性。提高裝置的有效性是降低LNG費用的重要途徑之一。裝置停機(jī)，包括計劃停機(jī)和非計劃停機(jī)，對裝置的有效工作時間有很大影響，要把計劃停機(jī)和非計劃停機(jī)控制到最低水平。延長裝置的使用壽命。延長裝置的使用壽命，也能降低LNG費用。目前主要研究那些對裝置維修次數(shù)和時間影響大的易損易磨元件上，如軸承和密封件。LNG工廠的生產(chǎn)線向大型化發(fā)展。擴(kuò)大LNG生產(chǎn)能力，提高LNG生產(chǎn)線數(shù)量，提高LNG產(chǎn)量，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，可以進(jìn)一步節(jié)約能耗，降低LNG的生產(chǎn)成本。降低LNG工廠的能耗

30、。目前世界上對降低LNG工廠能耗正進(jìn)行不懈的努力，力求達(dá)到更低的能耗指標(biāo)。隨著LNG生產(chǎn)的發(fā)展，天然氣液化工藝經(jīng)歷了繁一簡一繁（在一個新的高度上）的變化過程，其主要目的是為了降低能耗，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1.3本文研究的主要內(nèi)容及意義天然氣是一種清潔優(yōu)質(zhì)能源，近年來，世界天然氣產(chǎn)量和消費量呈持續(xù)增長趨勢。從今后我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展看，加快天然氣的開發(fā)利用，對改善能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。分子篩脫水系統(tǒng)在天然氣液化過程中占有重要的地位，只有在分子篩脫水系統(tǒng)中脫除天然氣中的水分，才能保證后面的液化過程順利進(jìn)行，從而也保護(hù)了設(shè)備和管線不被腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命，

31、提高了經(jīng)濟(jì)效益。本文主要針對巴彥淖爾華油天然氣LNG項目天然氣液化過程中的脫水系統(tǒng)進(jìn)行了研究。脫水方法有溶劑吸收法、低溫冷凝法，固體吸附法等多種方法，而固體吸附法中以分子篩脫水的使用最為廣泛，技術(shù)最成熟可靠。在脫水工藝中的一個很重要的設(shè)備是再生氣加熱爐。穩(wěn)定的控制再生氣加熱爐的爐溫，是保證脫水系統(tǒng)深度脫水的必要條件。所以如何控制再生氣加熱爐中氣體的溫度，采用什么樣的控制系統(tǒng)是本文研究的關(guān)鍵。第二章分子篩脫水系統(tǒng)的設(shè)計2.1液化天然氣工藝流程概述天然氣液化（見圖2.1）般包括天然氣凈化（也稱預(yù)處理）過程和天然氣液化過程兩部分，后者則是核心。通常，先將原料天然氣經(jīng)過預(yù)處理，脫除液化過程的不利組分（

32、酸性組分、水分、較重?zé)N類及汞等），之后再進(jìn)入制冷系統(tǒng)的高效換熱器不斷降溫，并將丁烷、丙烷、乙烷等逐級冷凝分離，最后在常壓下使溫度降低到-162C左右，即可得到LNG產(chǎn)品【1】。將LNG送入保冷良好的絕熱容器，可以在常壓下儲存、運輸和使用。由于天然氣在液化前經(jīng)過凈化處理，清除掉了不利于天然氣液化流程順利進(jìn)行的成分，因此它比管輸氣更為清潔的燃料?，F(xiàn)代LNG工業(yè)技術(shù)的內(nèi)容包括了LNG生產(chǎn)、儲運和利用的全過程，即天然氣液化（含預(yù)處理、深冷液化、LNG儲存）、LNG運輸（船運、車運）、LNG接受終端、LNG衛(wèi)星站及LNG利用等。和氣態(tài)天然氣相比，液化后的天然氣只有原體積的1/625,因此采用LNG的形式

33、對遠(yuǎn)離能源消耗地區(qū)，海上天然氣田的開發(fā)利用，都具有十分明顯的優(yōu)越性。儲罐閃蒸氣過程閃蒸氣天然氣原料氣天然氣凈化、干燥脫水單元凈化原料天然氣冷卻、液化單元LNGLNG氐溫儲罐NGLLPGcOH2SH2o制冷劑液體制冷劑蒸氣冷劑制冷單元冷劑制冷單元圖2-1天然氣液化過程工藝流程圖2.2分子篩脫水系統(tǒng)天然氣作為液化裝置的燃料氣，首先必須對其進(jìn)行預(yù)處理。天然氣預(yù)處理主要是脫除其中的有害雜質(zhì)及深冷過程中可能結(jié)晶的物質(zhì)，也就是天然氣中的H2S、CO2、水分、重?zé)N和汞等雜質(zhì)。天然氣預(yù)處理主要目的有：避免低溫下水和烴類組分凍結(jié)而堵塞設(shè)備和管道，降低管線的輸氣能力；提高天然氣的熱值，滿足氣體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；保證天然氣

34、在深冷條件下液化裝置能正常運行；避免腐蝕性雜質(zhì)腐蝕管道及設(shè)備。由于LNG原料氣中的飽和水分在一定條件下可能形成碳?xì)渌衔?，?yán)重時可能堵塞液化系統(tǒng)的管路和設(shè)備，最終影響LNG生產(chǎn)。另外，對于含CO2、H2S的天然氣，由于水分的作用，它們將形成具有腐蝕性的酸液，從而造成設(shè)備和管線的嚴(yán)重腐蝕。所以，對LNG原料氣必須進(jìn)行脫水處理。天然氣液化過程中需深冷至約-162r，為避免在低溫液化過程中出現(xiàn)結(jié)冰堵塞設(shè)備和管線，天然氣在液化之前必須進(jìn)行凈化，脫除天然氣中的酸性氣體（如H2S,CO2等）和水。因為天然氣液化的溫度非常低，對含水量要求相應(yīng)很高,故需要進(jìn)行深度脫水。天然氣脫水方法的選擇為避免天然氣中由于水

35、的存在造成堵塞現(xiàn)象，通常需在高于水合物形成溫度時就將原料氣中的游離水脫除，使其露點達(dá)到-100C以下。目前，LNG原料氣的脫水方法可援用天然氣的常用脫水法，主要包括低溫冷凝法、溶劑吸收法、固體吸附脫水法和膜法脫水法。低溫冷凝法利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用透平膨脹機(jī)使天然氣膨脹降溫，借助于天然氣和水氣凝結(jié)為液體的溫度差，使天然氣中的水汽和重?zé)N冷凝為液體，再借助于液烴和水的密度差進(jìn)行重力分離。該法適用于高壓天然氣，對低壓天然氣則必須首先增壓。但是，節(jié)流膨脹、透平機(jī)膨脹等低溫冷凝法的適用范圍窄、造價高、系統(tǒng)復(fù)雜、使用局限性較大、工程投資和能耗因脫水過程而增大。溶劑吸收脫水法該法利用某些溶劑對天然

36、氣中的水有很好的溶解能力且不和天然氣中的水或烴類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特點，它們的混合液的蒸氣壓很低，溶劑可再生和循環(huán)使用。這樣的溶劑一般是相對分子質(zhì)量較高的醇類，如三甘醇（TEG）、二甘醇（DEG）和乙二醇（EG）等。該方法處理量大、脫水成本低、使用廣。膜法脫水法和傳統(tǒng)的化學(xué)吸收、物理吸收和深冷法相比，膜分離法具有無額外材料及試劑的加入、無再生、無二次污染、設(shè)備簡單、操作簡單、操作費用低等優(yōu)勢。但在天然氣脫水過程中，膜材料的滲透將損失部分甲烷，且處理量不大。固體吸附脫水法使用具有內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的、比表面積較大的吸附劑來脫水。脫水后的天然氣含水量可降至1mg/kg，或天然氣的露點達(dá)到-101C，常用的固

37、體吸附劑有硅膠、活化氧化鋁、4A分子篩和5A分子篩。固體吸附劑一般容易被水飽和，可采用熱吹脫附再生，以便循環(huán)使用。固體吸附劑一般用于低含水天然氣的深度脫水。【2】本項目要求進(jìn)入液化廠的天然氣中水含量小于1X10-6,所以我們選用固體吸附脫水法進(jìn)行深度脫水。脫水系統(tǒng)吸附劑的選擇目前在天然預(yù)處理過程中，主要使用的固體吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩三大類。活性炭的脫水能力甚微，主要用于從天然氣中回收液烴?；钚匝趸X是一種極性吸附劑，它對多數(shù)氣體和蒸汽都是穩(wěn)定的，是沒有毒性的堅實顆粒，浸入水或液體中不軟化、溶脹或破裂，抗沖擊和抗磨損的能力強(qiáng)。它常用于氣體、油品和石油化工產(chǎn)品的脫水干燥。活性氧化鋁干燥

38、后的氣體露點可低達(dá)H3C。循環(huán)使用物化性能變化不大。為了防止生成膠質(zhì)沉淀，活性氧化鋁宜在177316C下再生，即床層再生氣體在出口時最低溫度需維持在177C，方可恢復(fù)至原有的吸附能力，因此其再生耗熱量較高。活性氧化鋁吸附重?zé)N后，再生時不易清除?；钚匝趸X呈堿性，可和無機(jī)酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)故不宜處理酸性天然氣。硅膠是一種親水性的極性吸附劑。硅膠對極性分子和不飽和烴具有明顯的選擇性，因此可用于天然氣脫水。硅膠的吸附性能和其它吸附劑大致相同，一般可使天然氣的露點達(dá)-60C。硅膠很容易再生，再生溫度為180200C。雖然硅膠的脫水能力很強(qiáng)，但易于被水飽和，且和液態(tài)水接觸很易爆裂，產(chǎn)生粉塵。分子篩是一種天然

39、或人工合成的沸石型硅鋁酸鹽。在分子篩的結(jié)構(gòu)中有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴。這些孔穴不僅提供了很大的比表面，而且它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入，而比孔徑大的分子則不能進(jìn)入，從而使分子篩吸附分子有很強(qiáng)的選擇性。根據(jù)孔徑的大小不同，以及分子篩中SiO2和Al2O3的摩爾比不同，分子篩可分為幾種不同的型號，見表2.1。X型分子篩能吸附所有能被A型分子篩吸附的分子，并且具有稍高的濕容量【11】。在天然氣凈化過程中，常見的幾種物質(zhì)分子的公稱直徑見表2.2所列。其中，H2O、CO2和H2S分子的直徑小于4X10-10m,烴類分子的直徑均大于4X10-10m。表2-1幾種常用的分子篩表2-2常見的幾種

40、分子公稱直徑型號SQ2/AI2O3摩爾比孔徑/(10-10m)化學(xué)組成(M2/nOAl2O3XSiOzyHzO)3A（鉀A型）233.32/3K2O-1/3Na2O-Al2O3SiO24.5H2O4A（鈉A型）24.24.7Na2O-Al2O32SiO24.5H2O5A（鈣A型）24.95.62O-Al2O32SiO24.5H2O10X（鈣X型）2.23.3892O-Al2O32.5SiO26H2O13X（鈉X型）2.33.3910Na2OA2O32.5SiO28H2OY（鈉Y型）3.36910Na2O-Al2O35SiO28H2O鈉絲光沸石3.36約5Na2OAl2O310SiO267H2O

41、分子公稱直徑/（10-1m）分子公稱直徑/（10-10m）H22.4CH44CO22.8C2H64.4N23C3H84.9H2O3.2nC4nC224.9H2S3.6iC4iC225.6CH3OH4.4苯6.7從表2.1和表2.2可以看出，要用分子篩脫水，選擇4A（或者3A）分子篩是比較合適的，因為3A分子篩的孔徑為（33.3）K010m,4A分子篩的孔徑為（4.24.7）10-10m,水的公稱直徑為3.210-1m。4A分子篩不僅可以吸附水同時還可以吸附CO2、H2S等雜質(zhì)。在上游的脫碳裝置出現(xiàn)短時間波動而導(dǎo)致天然氣沒有達(dá)標(biāo)時，分子篩可以發(fā)揮一定的凈化作用，因此本項目選擇4A分子篩作為脫水吸

42、附劑。分子篩脫水屬于氣固吸附過程，是一個可逆過程。分子篩在低溫高壓下吸附至臨近轉(zhuǎn)效點時，通過升高溫度、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，分子篩和活性氧化鋁和硅膠相比較，具有以下顯著優(yōu)點：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，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，在相對濕度或分壓很低時，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，

43、同時可以進(jìn)一步脫除殘余酸性氣體。5不易受液態(tài)水的損害。13分子篩脫水工藝目前天然氣工業(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)費用也將大大降低。同時由于減少了設(shè)備、工藝管線數(shù)量,實際上也相應(yīng)

44、削減了管線、設(shè)備穿孔泄漏的風(fēng)險,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。圖2.2所示為其工藝流程示意圖。脫水吸附：吸附時，經(jīng)醇胺法脫碳后，含飽和水的天然氣自上而下通過分子篩（分子篩塔1）床層,從而減少氣流對吸附劑床層的擾動,脫水后的干氣含水量低于1xi0-6（再經(jīng)過分子篩塔出口粉塵過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300C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280E，恒溫一小時后脫水結(jié)束。分子篩脫水塔（分子篩塔2）塔頂出來的

45、再生氣經(jīng)過再生氣換熱器換熱后溫度降低，再經(jīng)過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，當(dāng)冷吹氣流出口溫度低于40C時，冷卻過程即可停止。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對干燥后的天然氣露點產(chǎn)生過大影響。冷吹氣再生氣1分子聾17圖2-2分子篩脫水

46、系統(tǒng)工藝流程圖224分子篩脫水的設(shè)備分子篩塔在分子篩脫水系統(tǒng)中需要用到兩個分子篩塔。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)通過加熱而被脫吸，為該塔的下一個吸附周期作準(zhǔn)備。粉塵過濾器在分子篩脫水以后設(shè)置分子篩粉塵過濾器。粉塵過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。在高速流動條件下細(xì)小的固體顆粒會使設(shè)備產(chǎn)生很大的磨損,因此粉塵過濾器對系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行是必需的。再生氣加熱爐再生氣加熱爐的作用是對天然氣進(jìn)行加熱，使再生氣的溫度達(dá)到300C。加熱的再生氣進(jìn)入分子篩塔恒溫到280C段時間后，脫除分子篩上吸附的水，使分子篩塔重新具有

47、吸附功能。再生氣換熱器本項目的換熱器選用氣-氣換熱器。氣-氣換熱器的作用是使進(jìn)口天然氣和輸出的低溫干氣進(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。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使用是很普遍的,在相同的條件下可以達(dá)到更低的露點,有利于提高脫水的深度。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,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)3.1再生氣加熱爐工藝及要求在分子篩脫水脫酸后的原料氣經(jīng)過濾分離器除去所

48、攜帶大于0.3ym的液體和固體雜質(zhì)后去脫水塔脫水,氣體自上而下流過脫水塔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。整個吸附周期為8h。塔1進(jìn)行干燥吸附時，同時塔2則進(jìn)行再生。再生氣進(jìn)入加熱爐加熱到300E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,脫附出來的水蒸汽隨再生氣一起進(jìn)入空冷器冷卻到40C以下,大部分水蒸汽被冷凝下來并在再生分離器中分離。加熱結(jié)束后,加熱爐停止運行，接著對床層進(jìn)行冷吹，冷吹時間也為4h,直到床層溫度低于40E為止。加熱爐主要是用來加熱再生氣，再生氣的溫度需要加熱到30

49、0r,由于加熱和冷卻時間均為4h,因此，加熱爐只有50%工作時間。為了保證安全，停止加熱時，冷吹氣仍要通過爐內(nèi)翅管，同時在加熱爐選擇上，選擇了美國生產(chǎn)加熱爐的專業(yè)廠家GTS公司生產(chǎn)的對流式加熱爐。該加熱爐和普通加熱爐不同之處在于增加了一個循環(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，防止火焰直接和盤管接觸，燃料氣和空氣混合燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂脱h(huán)氣混合后流向?qū)α鞫蔚谋P管，使工藝

50、流體均勻的被加熱，同時使煙囪的煙道氣溫度低于245C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然氣的自燃溫度538C。在冷吹停爐時，由于有循環(huán)風(fēng)機(jī)，整個爐內(nèi)溫度可很快的均勻冷卻下來，保證冷吹過程不受影響。在加熱爐控制系統(tǒng)中，干氣通過再生氣換熱器升溫后進(jìn)入加熱爐加熱，再生氣加熱到300C自下而上進(jìn)入分子篩再生塔，對分子篩塔加熱并穩(wěn)定在280C。加熱爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖如圖3-1所示：圖3-1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)：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；再生溫度一般為175260C，這取決于吸附劉的種類；溫度越高，再生后

51、的吸附劑的濕容量越大，同時也將縮短吸附劑的使用壽命，本項目中再生溫度為280C；再生氣流量再生氣流量應(yīng)該滿足在規(guī)定時間內(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%;再生時間使再生吸附器出口溫度達(dá)到預(yù)定再生溫度的時間約占總時間的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間為56h。本項目根據(jù)項目的實際需要，再生時間為4h;冷卻操作參數(shù)冷卻氣流量一般和再生氣流量相同，最后的冷卻溫度為4055C,床層冷卻時間約占總時間的25%35%。若采用周期為8h的雙塔流程，則冷卻床層時間為23h,本項目的冷卻時間為4h;3.2方案設(shè)計自動控制方案的選擇自動化水平是根據(jù)工藝

52、裝置的要求，結(jié)合國內(nèi)外同類生產(chǎn)裝置的自動化水平及業(yè)主方的要求所確定。根據(jù)磴口項目工藝和生產(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，自動化水平位于國內(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)、長期運行，采用集散式控制系統(tǒng)（DCS-DistributedControlSystem）對工藝過程進(jìn)行集中控制、顯示、記錄和報警。全廠生產(chǎn)裝置設(shè)置一個控制室（CCR）,一個工程師站，兩個操作員站。DCS控制系統(tǒng)采用獨立的主控卡、獨立的操作站，同時設(shè)置ESD、F&G控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)（DCS）實現(xiàn)對工廠所有生產(chǎn)過程的連續(xù)檢測和控制操作；緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）實現(xiàn)對工廠裝置進(jìn)行緊急關(guān)斷

53、操作；火災(zāi)及可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)（F&G）實現(xiàn)對工廠內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行可燃?xì)饧盎鹧娴奶綔y、報警操作。利用火焰探頭、感溫探頭、感煙探頭和可燃?xì)怏w探頭及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的火光、熱、煙和可燃?xì)怏w的泄漏，當(dāng)其超過安全設(shè)定時，F(xiàn)&G系統(tǒng)將進(jìn)行報警或啟動滅火設(shè)備進(jìn)行滅火操作；安全監(jiān)視系統(tǒng)CCTV（CloseCircuitTelevision）實現(xiàn)對工廠內(nèi)安全狀況及廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視。計算機(jī)信息管理系統(tǒng)能夠完成整個工廠管控一體化。為了提高整個集散式控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，DCS、ESD將獨立設(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

54、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JX-300XP系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前國內(nèi)使用最廣泛的單一型號控制系統(tǒng)產(chǎn)品。本設(shè)計中再生氣加熱爐采用計算機(jī)控制，操作過程中的信號引進(jìn)計算機(jī)系統(tǒng)，分別實現(xiàn)顯示、報警及連鎖功能。在現(xiàn)場，PLC通過硬線和DCS實現(xiàn)連鎖保護(hù)?，F(xiàn)場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MODBUSRTU協(xié)議。322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300C，而再生氣的溫度需要通過加熱爐加熱，這就需要對加熱爐進(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)和否，

55、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：一般選取可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；選擇和直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)；被控參數(shù)必須具有足夠大的靈敏度；考慮工藝過程的合理性和國內(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干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響放大倍數(shù)Kf的影響Kfy(：)-Kf越大，系統(tǒng)K余差越大，控制質(zhì)量越差。時間常數(shù)Tf的影響Tf越大，個數(shù)越多，或者說干擾進(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，干擾對被控參數(shù)的影響就越小，系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越高。純滯后T的和容量滯后T的影響造成控制作用不及

56、時，使控制質(zhì)量下降。T的影響比純滯后T對系統(tǒng)的影響緩和。若引入微分作用，對于克服T對控制質(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，再生氣是通過燃料氣和空氣的燃燒來加熱的，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。測控儀表的選擇1儀表選型原則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，盡可能滿足被檢測變量的精度等級要求；處于爆炸危險區(qū)的儀表應(yīng)采用相應(yīng)防爆等級的儀表，并根據(jù)所處環(huán)境條件確定相應(yīng)的防護(hù)等級；現(xiàn)場儀表除

57、可燃?xì)馓綔y器、火焰探測器、感煙探測器及熱電阻采用三線制外，其余均采用二線制；裝置的主要控制操作、報警監(jiān)控、安全停車主要集中在主控室DCS上完成；現(xiàn)場控制盤采用隔爆型儀表；整個工廠所選用的儀表類型、規(guī)格盡量統(tǒng)一。2儀表選型要求現(xiàn)場儀表原則上選用電子智能式，模擬量信號的儀表采用420mADC標(biāo)準(zhǔn)信號，調(diào)節(jié)閥氣信號采用20100KPa標(biāo)準(zhǔn)信號，儀表風(fēng)采用600KPa標(biāo)準(zhǔn)信號；熱電阻選用Pt100鉑電阻，輸出信號為電阻值；緊急切斷閥、開關(guān)及狀態(tài)類輸入的開關(guān)信號為干接點信號；電磁閥及現(xiàn)場儀表的供電使用24VDC信號。所有和工藝介質(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)

58、。安裝在火災(zāi)和爆炸危險場合的儀表設(shè)備符合危險區(qū)域等級劃分的要求，在爆炸危險區(qū)域的現(xiàn)場儀表為隔爆型調(diào)節(jié)閥選型要求：調(diào)節(jié)閥選用法蘭連接式，閥體材質(zhì)和壓力等級和工藝管線要求一致；調(diào)節(jié)閥計算噪音根據(jù)環(huán)保要求，在1米處不大于85dB,否則采用降噪措施通常調(diào)節(jié)閥的最大流量開度對于等百分比特性閥不超過80%，對于線性調(diào)節(jié)閥不超過60%；調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器一般要采用薄膜彈簧式，由儀表風(fēng)驅(qū)動。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；未設(shè)置旁路線的調(diào)節(jié)閥，都要求帶有手輪操作機(jī)構(gòu)，以便于定位器故障之后，手動控制閥開度；再生氣加熱爐的切換閥門采用雙作用式氣缸作為執(zhí)行器，并帶有保位閥、電磁閥、限位開關(guān)等輔

59、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；調(diào)節(jié)閥、切斷閥所使用的三通或四通電磁閥，其供電為24VDC,電磁閥的功率不大于12W，常帶電型。儀表和控制系統(tǒng)電源應(yīng)是雙回路自動切換的獨立供電回路，電壓等級為220VAC,50HZ。控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場儀表采用不間斷供源（UPS）供電，在外部電源故障期間，UPS提供后備電源（電池組），其容量能使控制系統(tǒng)和儀表正常工作至少30分鐘時間。儀表用風(fēng)：如果在空氣壓縮機(jī)停機(jī)后要求氣源裝置在20分鐘內(nèi)仍可繼續(xù)送出不小于0.5MPa的壓縮空氣。儀表氣源供氣容量：300Nm3/h氣源質(zhì)量要求：壓力：5007

60、00KPa（G）溫度:常溫儀表風(fēng)壓力露點為：-20C（操作壓力下）含塵直徑：3um含塵量：v1mg/m3含油量：v10mg/m3儀表具體選型根據(jù)巴彥淖爾華油天然氣設(shè)計說明中的選型要求，對現(xiàn)場儀表選型如下：熱電阻對于熱電阻，需要檢測天然氣的溫度。進(jìn)入到分子篩的天然氣的一般溫度在40C左右，而再生后的天然氣溫度在300C左右，為了既滿足檢測要求又符合整個工廠所選用的儀表類型、規(guī)格盡量統(tǒng)一”的規(guī)則，本設(shè)計選擇Pt100鉑電阻測量。技術(shù)參數(shù)：熱電阻類別：鉑電阻代號：WZP分度號：Pt100測量范圍（C）：-200500允許誤差厶tC：（0.30+0.005t）溫度變送器溫度變送器選用安徽天康集團(tuán)股份有