Файл: Расчет и проектирование систем обеспечения техносферной безопасности трубчатой печи пиролиза.docx
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 159
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
из-за прогара трубчатого змеевика и попадания целевого продукта в топочное пространство трубчатой печи; разгерметизация трубчатого змеевика чаще всего происходит из-за разрушения в областях высокой концентрации механических напряжений или прогара в зонах внутренних отложений кокса. Своевременная очистка внутренней полости змеевика и предотвращение наступления предельного напряженно-деформированного состояния позволяют предупредить возникновение пожаров или взрывов.
Взрыв Пожар
Выброс опасных веществ
Рисунок 1.1 – Статистика аварий на трубчатых нагревательных печах
Один из известных способов обеспечения промышленной и пожарной безопасности трубчатых нагревательных печей – это применение систем аварийно- предупредительной сигнализации (АПС) и противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ), которые должны предупреждать и предотвращать аварийные ситуации, возникающие вследствие ошибочных действий работников или при сбоях в работе оборудования. В системах АПС и ПАЗ применяются специальные сертифицированные датчики, исполнительные устройства, измерительные приборы, а также программируемые контроллеры.
Контроллеры имеют дублированную архитектуру, которая повышает их надежность, и, следовательно, безопасность ведения технологического процесса. Система ПАЗ вырабатывает управляющие сигналы на исполнительные устройства
с целью предотвратить и не дать развиться аварийным (нештатным) ситуациям.
Нарушение правил безопасности
некачественный монтаж и ремонт оборудования
некачественная молниезащита
нарушение правил технологического регламента
износ оборудования
прочие неисправности
Рисунок 1.2 – Статистические данные о причинах аварий на предприятиях
нефтегазовой отрасли
Надо отметить, что значительная часть нештатных событий на трубчатых печах происходит из-за повреждений конструктивных элементов, включая оборудование систем автоматизации, таким образом, актуальной является задача оценки их технического состояния и прогнозирования ресурса безотказной эксплуатации.
В настоящее время существует множество программных продуктов для моделирования и инженерных расчетов, применяемых в нефтегазовых производствах, к числу наиболее известных относятся: Aspen Plus, PRO 2, Hysys, ChemCAD, UniSim Design.
Программное обеспечение UniSim DeSign Honeywell используется для того, чтобы создать компьютерную модель технологического процесса.
UniSim Design обеспечивает 2 рабочих режима: статичный и динамичный. В статическом режиме возможно смоделировать распределения потоков вещества и энергии в статике. Статический режим может применяться для того, чтобы провести оптимизацию экономических компонентов производства: снижение стоимости оборудования и сырья, в то время как увеличится выход продукции.
Динамическое моделирование применяется, когда статический анализ не достаточен, чтобы исследовать технологические процессы. На практике эти процессы невозможно привести в стационарное состоянии. Постоянно меняются расходы сырья, реагентов, топлива, присутствует постоянный непрекращающийся теплообмен с окружающей средой – все эти факторы нарушают запланированный ход технологических процессов. Следовательно, анализ скоротечных и переходных процессов рекомендован для изучения с использованием динамических моделей процесса. Динамическое моделирование представляет собой: оптимизацию технологического процесса; оптимизацию системы автоматического управления; оценку безопасности ведения технологического процесса; анализ параметров переходного процесса; улучшенный контроль за
работой технологической установки исключает проблемы при пуске, отклонения свойств продукта от
заданных в регламенте производства, незапланированные простои.
UniSim Design включает в себя большой набор инструментов, которые позволяют моделировать работу различного технологического оборудования.
Описание элементов компьютерной модели. Компьютерная модель технологического процесса состоит из нескольких аппаратов и элементов, описанных в Таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Аппараты и элементы узла гидрирования
Теплообменник: конвекционная часть печи.
Элемент теплообменник (Heat Exchanger) применяется для моделирования предварительного нагрева сырья в конвекционной секции (за счет дымовых газов из радиантной секции) до необходимой температуры (Рисунок 2.1). Данная операция рассчитывает
для теплообменного аппарата энергетический и материальный балансы. В теплообменнике происходит обмен тепловой энергией двух потоков.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
e=Mcold(Hout–Hin)cold–Qleak–(Mhot(Hin–Hout)-Qloss), (2.1)
где е– ошибка баланса (для каждого теплообменника специфична);
Н– энтальпия;
М– массовый расход;
Qloss,Qleak– потери тепла горячих и холодных потоков.
Индексы cold и hot относятся к нагреваемому и охлаждаемому потокам соответственно, а индексы out и in – к выходному и входному потокам.
Рисунок 2.1 – Конвекционная часть печи, реализованная на основе элемента «теплообменник»
В динамическом режиме параметры рассчитываются на основании утилит программного продукта:
Холодильник/Нагреватель печи. Элемент Cooler/Heater представляет собой теплообменник, в нем рассматривают однонаправленный поток сырья. Входной поток охлажден или нагрет до желаемых условий, а различие в энтальпии между потоками на входе и выходе компенсируется энергетическим потоком.
Взрыв Пожар Выброс опасных веществРисунок 1.1 – Статистика аварий на трубчатых нагревательных печах
Один из известных способов обеспечения промышленной и пожарной безопасности трубчатых нагревательных печей – это применение систем аварийно- предупредительной сигнализации (АПС) и противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ), которые должны предупреждать и предотвращать аварийные ситуации, возникающие вследствие ошибочных действий работников или при сбоях в работе оборудования. В системах АПС и ПАЗ применяются специальные сертифицированные датчики, исполнительные устройства, измерительные приборы, а также программируемые контроллеры.
Контроллеры имеют дублированную архитектуру, которая повышает их надежность, и, следовательно, безопасность ведения технологического процесса. Система ПАЗ вырабатывает управляющие сигналы на исполнительные устройства
с целью предотвратить и не дать развиться аварийным (нештатным) ситуациям.
Нарушение правил безопасности некачественный монтаж и ремонт оборудования некачественная молниезащита нарушение правил технологического регламентаизнос оборудования
прочие неисправностиРисунок 1.2 – Статистические данные о причинах аварий на предприятиях
нефтегазовой отрасли
Надо отметить, что значительная часть нештатных событий на трубчатых печах происходит из-за повреждений конструктивных элементов, включая оборудование систем автоматизации, таким образом, актуальной является задача оценки их технического состояния и прогнозирования ресурса безотказной эксплуатации.
-
Проектирование систем обеспечения пожарной и промышленной безопасности трубчатых печей на основе прогнозирующих моделей и
генетических алгоритмов
В настоящее время существует множество программных продуктов для моделирования и инженерных расчетов, применяемых в нефтегазовых производствах, к числу наиболее известных относятся: Aspen Plus, PRO 2, Hysys, ChemCAD, UniSim Design.
Программное обеспечение UniSim DeSign Honeywell используется для того, чтобы создать компьютерную модель технологического процесса.
UniSim Design обеспечивает 2 рабочих режима: статичный и динамичный. В статическом режиме возможно смоделировать распределения потоков вещества и энергии в статике. Статический режим может применяться для того, чтобы провести оптимизацию экономических компонентов производства: снижение стоимости оборудования и сырья, в то время как увеличится выход продукции.
Динамическое моделирование применяется, когда статический анализ не достаточен, чтобы исследовать технологические процессы. На практике эти процессы невозможно привести в стационарное состоянии. Постоянно меняются расходы сырья, реагентов, топлива, присутствует постоянный непрекращающийся теплообмен с окружающей средой – все эти факторы нарушают запланированный ход технологических процессов. Следовательно, анализ скоротечных и переходных процессов рекомендован для изучения с использованием динамических моделей процесса. Динамическое моделирование представляет собой: оптимизацию технологического процесса; оптимизацию системы автоматического управления; оценку безопасности ведения технологического процесса; анализ параметров переходного процесса; улучшенный контроль за
работой технологической установки исключает проблемы при пуске, отклонения свойств продукта от
заданных в регламенте производства, незапланированные простои.
UniSim Design включает в себя большой набор инструментов, которые позволяют моделировать работу различного технологического оборудования.
Описание элементов компьютерной модели. Компьютерная модель технологического процесса состоит из нескольких аппаратов и элементов, описанных в Таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Аппараты и элементы узла гидрирования
| Элемент UniSim Design | Моделируемый элемент |
| 1 Separator | Емкость Е-328/1,2 |
| 2 Mixer | Смесители |
| 3 Heater | Теплообменник Т-382, теплообмен со змеевиком П-301 |
| 4 Heat Exchanger | Конвекционная зона печи П-301 |
| 5 Cooler | Теплообменник Т-381, радиантная зона П-301 |
| 6 Conversion Reactor | Топка печи П-301 |
| 7 Pipeline | Змеевик печи П-301 |
| 8 Valve | Клапаны |
| 9 Controller | Регуляторы температуры, расхода, давления |
Теплообменник: конвекционная часть печи.
Элемент теплообменник (Heat Exchanger) применяется для моделирования предварительного нагрева сырья в конвекционной секции (за счет дымовых газов из радиантной секции) до необходимой температуры (Рисунок 2.1). Данная операция рассчитывает
для теплообменного аппарата энергетический и материальный балансы. В теплообменнике происходит обмен тепловой энергией двух потоков.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
e=Mcold(Hout–Hin)cold–Qleak–(Mhot(Hin–Hout)-Qloss), (2.1)
где е– ошибка баланса (для каждого теплообменника специфична);
Н– энтальпия;
М– массовый расход;
Qloss,Qleak– потери тепла горячих и холодных потоков.
Индексы cold и hot относятся к нагреваемому и охлаждаемому потокам соответственно, а индексы out и in – к выходному и входному потокам.
Рисунок 2.1 – Конвекционная часть печи, реализованная на основе элемента «теплообменник»
В динамическом режиме параметры рассчитываются на основании утилит программного продукта:
-
водяной пар разбавления и сырье подогреваются за счет использования лучистой энергии от дымовых газов; -
коэффициенты теплообмена конвективным способом и перепад давления рассчитывают с применением программ, задавая в них значения геометрических форм теплообменника, данные вбиваются вручную.
Холодильник/Нагреватель печи. Элемент Cooler/Heater представляет собой теплообменник, в нем рассматривают однонаправленный поток сырья. Входной поток охлажден или нагрет до желаемых условий, а различие в энтальпии между потоками на входе и выходе компенсируется энергетическим потоком.