Станция защитных атмосфер

Введение

В 60х годах во многих странах началась разработка технологического процесса производства листового стекла на основе нового способа формования с применением ванны с расплавленным металлом для огневой полировки поверхности стекла. Использование этого способа предполагало резко улучшить качество стекла по оптическим показателям, повысить производительность установок при одновременном снижении затрат на выработку стекла.

Основой этих разработок была новая принципиальная идея, изложенная в 1902 и 1905 гг. в патентах американских изобретателей X. Хила и X. Хичкока.

Согласно этой идее, производство листового и плоского стекла любой желаемой толщины в форме непрерывной ленты осуществляется посредством выливания расплавленной стекломассы из стекловаренной печи в смежную с ней емкость, содержащую расплавленный материал с большим удельным весом, чем стекло. В результате этого стекломасса растекается и в виде непрерывной ленты плывет по поверхности расплавленного металла, затем снимается с него и направляется в печь отжига.Таким материалом в последние годы применялось олово.

В связи с тем, что процесс производства стекла проходит при высокой температуре, встал вопрос о защите расплавленного олова от быстрого окисления и зашлаковывания. Эту проблему разрешили путем подачи в печь отжига стекла защитной атмосферы, которая имела инертные свойства по отношению к расплавленному металлу.

Наиболее подходящей атмосферой в этом случае служит атмосфера в основном с содержанием водорода и других газов, инертных к олову.

Технологическая часть

2.1 Обоснование выбранного метода производства и оборудования

Современные аппараты должны обладать высокой производительностью, характеризоваться достаточной надёжностью и гибкостью в работе, обеспечивать низкие эксплуатационные расходы, иметь небольшую массу и, наконец, быть конструктивно простыми и технологичными в изготовлении. Последние требования не менее важны, чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но и в значительной мере влияют на эксплуатационные расходы, обеспечивают лёгкость и удобство изготовления аппаратов (в особенности это относится к серийным), их монтажа и демонтажа, ремонта, контроля, испытания, а также безопасную эксплуатацию. Кроме перечисленных выше требований проектируемые аппараты должны также отвечать требованиям государственных стандартов, ведомственных нормалей и инспекции Госнадзорохрантруда.

На действующем производстве защитной атмосферы применяются нестандартные аппараты, кторые не так надежны в эксплуатации как серийные, требуют больших затрат при изготовлени и ремонте так как их производство является единичным.

В данном дипломном проекте предлагаю разработать и ввести в производство защитной атмосферы стандартные аппараты - конвертор и адсорбер с новыми характеристиками производительности для улучшения ремонтно-эксплуатационных показателей и увеличения мощности производства защитной атмосферы с 1200 м3/ч до 1300 м3/ч.

2.2.2 Состав оборудования. Общие и вспомогательные системы

Процессы производства защитной атмосферы из природного газа ведутся на СЗА в соответствующих блоках. Для обеспечения необходимой производительности по защитной атмосфере и для обеспечения надежного резервирования по технологическому оборудованию на СЗА размещено три установки (АВУ400), одна из которых находится в «горячем» резерве. В состав оборудования СЗА входят:

-блок сжигания природного газа – 3шт.

конвертор - 3шт.

- аппарат воздушного охлаждения – 3шт.

- теплообменники - 6шт.

- машина холодильная – 3шт.

- блоки адсорбционной очистки – 4шт.

-расходные баки конденсатной системы – 2шт.

-баки-накопители конденсатной системы –1шт.

- бак «захоложенной» воды – 1шт.

- водородный компрессор 2ГМ4 – 2шт.

- насосы вакуумные ВВН2 – 50М – 5шт.

- насосная оборотного водоснабжения

- лаборатория газового анализа,

-лаборатория КИП.

В общей технологической схеме самостоятельно функционируют:

1 - конденсатная система;

2 - система воздушного охлаждения;

3 - система оборотного водоснабжения;

4 - система «захоложенной» воды;

5 - вакуумная и форвакуумная системы;

6 - система стабилизации расхода и давления защитной атмосферы при ее выработке.

1. Конденсатная система предназначена для сбора и подачи водного конденсата, полученного в результате охлажденного продуктов неполного горения в теплообменниках блока охлаждения и влагоотделения перед адсорберами.

В состав системы входят:

- бак для сбора конденсата (бак накопитель);

- два расходных бака (верхние конденсатные баки);

- два водяных насоса;

- конденсатопровод.

Система сбора и подачи конденсата обслуживает все установки АВУ400.

Сборник конденсата представляет собой емкость объемом 4 м 3 , расположенную ниже уровня технологических агрегатов (в подвальном помещении). К нему подходит конденсатопровод для слива конденсата самотеком, а выходные патрубки соединены с водокольцевыми насосами типа ВК2/26 КУ2, один из которых является рабочим, а другой - резервным.

Расходные баки представляют собой герметичные емкости по 2,5м3, расположенные на отметке плюс 12,000, что обеспечивает необходимый напор для подачи конденсата в испарители камер сжигания. Верхняя часть баков соединена трубопроводами с патрубками выхода из камер сжигания, благодаря чему конденсат в расходных баках и в линии подачи конденсата в испарители, находится под дополнительным давлением, необходимом для прохождения через узел регулирования расхода конденсата.

2. Система воздушного охлаждения должна обеспечить снижение температуры продуктов горения после конвертора с температуры 220°С до 50°С.

Для этой цели применены аппараты воздушного охлаждения типа АВМ, изготавливаемые Борисоглебским заводом химического машиностроения.

Аппарат воздушного охлаждения устанавливается на открытом воздухе.

3. Система оборотного водоснабжения должна обеспечить:

- охлаждение камер сжигания природного газа;

- охлаждение газовой смеси, проходящей через первые газоводяные теплообменники;

- охлаждение компрессора, подающего защитную атмосферу на заполнение адсорберов после регенерации цеолита;

- охлаждение конденсаторов холодильных машин;

подачи воды в водокольцевые вакуумные насосы.

Оборотное водоснабжение состоит из :

- градирни, служащей для охлаждения воды;

- насосной, служащей для подачи охлажденной воды на станцию защитных атмосфер и для подачи нагретой воды в градирню на охлаждение

- емкости, служащей для сбора нагретой воды от камер сжигания, теплообменников, компрессора, холодильных машин и вакуумных насосов.

4. Система «захоложенной» воды предназначена для охлаждения газовой смеси до температуры плюс 8Н2°С во вторых газоводяных теплообменниках В состав системы входят:

- расходный бак «захоложенной» воды;

- два водяных насоса;

- три парокомпрессионных холодильных машины;

- трубопроводы.

Расходный бак «захоложенной» воды представляет собой емкость 8м куда по трубопроводу сливается вода из газоводяных теплообменников. Из бака вода забирается водокольцевыми насосами (один из них рабочий, другой - резервный) и подается под давлением в испарители холодильных машин, где охлаждается до плюс 8М0°С и далее поступает во вторые газоводяные теплообменники.

Разводка трубопроводов воды и расположение запорной арматуры обеспечивают возможность поочередного использования холодильных машин, а также их одновременную работу, в зависимости от температуры «захоложенной» воды. Бак и трубопроводы «захоложенной» воды имеют тепловую изоляцию.

5. Вакуумная и форвакуумная системы предназначены для создания вакуума в адсорберах во время их регенерации.

В состав системы входят:

- пять вакуумных насоса марки ВВН250М, из них три вакуумных

насоса работают на вакуум, один на форвакуум и один резервный;

- вакуумная запорная арматура;

- вакуумопроводы.

Назначение форвакуумной системы - убрать из адсорбера избыточное давление и создать небольшой вакуум ( порядка минус 0,4 - 0,6 кГ/см) после его работы в режиме очистки защитной атмосферы.

Этот этап по циклограмме работы вакуумных клапанов составляет 2 минуты.

После создания предварительного вакуума форвакуумной системой, подключается основная вакуумная система, а форвакуумная отключается. В адсорбере создается вакуум до минус 0,9 кГ/см. Одновременно с подключением вакуумной системы осуществляется продувка адсорбера очищенной защитной атмосферой, отбираемой со следующего адсорбера блока, работающего в режиме очистки защитной атмосферы.

Эта операция носит название вакуумно-продувочная регенерация.

6. Система стабилизации расхода и давления защитной атмосферы при ее выработке.Учитывая, что адсорбера после их регенерации находятся под вакуумом, а заполнение их осуществляется очищенной защитной атмосферой с выходных трубопроводов, находящихся под избыточным давлением, происходит кратковременный увеличенный отбор защитной атмосферы на заполнение адсорберов, что приводит к колебанию расхода защитной атмосферы, подаваемой в ванну расплава и, соответственно, давления.

Проектной документацией разработана система стабилизации расхода и давления защитной атмосферы при ее выработке.

Суть ее работы состоит в том, что с выходных трубопроводов ( с одного, двух или трех) идет постоянный отбор защитной атмосферы с расходом, необходимым для заполнения работающих адсорберов после их регенерации.

Отбор защитной атмосферы осуществляется компрессором (проектом предусмотрено два компрессора: один рабочий, другой резервный) и подается в существующие аммиачные емкости под давлением 8 кГ/см . Из емкостей защитная атмосфера через регуляторы расхода подается в адсорбера для заполнения их до рабочего давления.

Технологической схемой предусмотрен резервный вариант работы системы стабилизации без компрессоров через емкости.

Переключение адсорберов с одного на другой режим осуществляется согласно разработанной циклограмме, которая также обеспечивает равномерную нагрузку на вакуумные и форвакуумные насосы.

При переходе на резервный блок адсорбционной очистки вакуумные клапана должны работать по циклограмме заменяемого блока.

2.7 Гидравлический расчет

Поскольку высота катализатора и адсорбента, диаметры штуцеров, высота обечаек в проектируемых аппаратах такие же как и в аппаратах на действующем производстве, то в этам случае принимаем гидравлические сопротивления потоку среды такие же: для конвертора – 13 кПа; для адсорбера – 10 кПа.

Описание конструкции и принципа работы аппарата

3.1 Описание работы конвертора

3.1.1 Назначение конвертора

Конвертор предназначен для каталитической очистки продуктов неполного сгорания природного газа от окиси углерода и обогащения их водородом.

3.1.2 Конструкция конвертора

Конвертор представляет собой цилиндрический сосуд из нержавеющей стали диаметром 1,2 м, высотой 4 м, разделенный по высоте пополам решеткой из нержавеющей стали. Конвертор заполняется низкотемпературным катализатором. В боковой поверхности конвертора имеются два люка для выгрузки катализатора. Сверху конвертор закрывается крышкой на фланцевом соединении. Вход продуктов горения, насыщенных водяным паром, осуществляется в верхнюю часть конвертора. Отвод очищенных от окиси углерода продуктов горения осуществляется снизу через патрубок в боковой поверхности конвертора. По высоте конвертора установлены 4 термоэлектрических термометра типа ХК для контроля температуры катализатора. Снаружи конвертор имеет тепловую изоляцию из шамоталегковеса.

3.2 Описание работы блока адсорбционной очистки

3.2.1 Назначение, состав блока адсорбционной очистки

Блок предназначен для очистки конвертированных продуктов сгорания

природного газа от углекислого газа и паров воды.

Блок адсорбционной очистки состоит из следующих основных узлов:

-трех адсорберов;

-фильтров;

-вакуумной системы;

-щит системы автоматического управления вакуумной запорной арматурой.

3.2.2 Конструкция адсорбера

Адсорбер представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 1,2 м,

высотой 2,7 м. В нижней части адсорбера имеется распределитель потока, который представляет собой слой засыпанных колец из стальных труб диаметром 2550 мм. Кроме распределения потока слой колец снижает температуру продуваемого через него газа в режиме адсорбционной очистки за счет того, что в режиме адсорбции поглощенных цеолитом веществ, слой охлаждается. Над распределителем потока расположена решетка с металлической сеткой. Такая же решетка установлена и в верхней части адсорбера. Между решетками засыпан цеолит NаХ. На боковой поверхности адсорбера расположены два люка для выгрузки цеолита. Сверху адсорбер закрывается крышкой на фланцевом соединении. Объем цеолита в адсорбере составляет 2,5 м3, вес цеолита – 1,5 т.

Фильтр представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 0,3 м и

высотой 1,0 м. К съемной крышке фильтра приварена труба с просверленными в ее боковой поверхности отверстиями, которая обтягивается технической байкой. Два фильтра устанавливаются параллельно и могут поочередно отключаться для проведения профилактического обслуживания и ремонта.

Вакуумная система состоит из вакуумных насосов и вакуумопроводов с вакуумной запорной арматурой.

Для создания вакуума в вакуумной системе применяется водокольцевые вакуумные насосы типа ВВН50. Возможно применение масляных вакуумных насосов типа НВЗ500. Эксплуатировать вакуумные насосы необходимо в соответствии с прилагаемыми при поставке инструкциями по эксплуатации. Вакуумные насосы с помощью вакуумопроводов подсоединены к единому вакуумному коллектору. Адсорберы также подсоединяются трубопроводами к вакуумному коллектору с помощью вакуумных клапанов, установленных на трубопроводах.

Щит системы автоматического управления вакуумной запорной арматурой установлен в щитовой и служит для переключения вакуумной запорной арматуры в соответствии с заданной циклограммой. Предусмотрена возможность ручного управления вакуумной запорной арматурой. На передней панели щита расположены сигнальные лампочки для индикации положения рабочих органов вакуумных клапанов («Открыто» или «Закрыто»).

3.2.3 Описание технологического процесса адсорбционной очистки

Полный цикл работы каждого адсорбера блока состоит из трех режимов:

-рабочего;

-регенерации с продувкой защитной атмосферой;

-заполнения.

В рабочем режиме охлажденные конвертированные продукты сгорания

подаются в нижнюю часть адсорбера. Проходя через слой цеолита, они очищаются от паров воды и углекислого газа. Очищенная азотоводородная защитная атмосфера отводится из верхней части адсорбера, проходит через фильтр, где удаляются унесенные из адсорбера частицы цеолита и подается потребителю. Часть чистой азотоводородной смеси подается в другие адсорбера на продувку и заполнение.

В режиме регенерации в адсорбере создается вакуум путем соединения его нижней части с вакуумной системой через открытый вакуумный клапан. В верхнюю часть адсорбера через расходомерную диафрагму и регулирующий вентиль подается очищенная защитная атмосфера в количестве 60100 нм3/ч для продувки слоя цеолита.

В режиме заполнения в адсорбере происходит восстановление давления до рабочего. Подача защитной атмосферы на заполнение осуществляется в верхнюю часть адсорбера через расходомерную диафрагму и регулирующий клапан. Расход защитной атмосферы на заполнение устанавливается таким, чтобы рабочее давление в отрегенерированном адсорбере восстанавливалось к моменту окончания времени режима заполнения.

Выбор основных конструкционных материалов

4.1 Выбор материалов для конвертора

Учитывая свойства и температуру среды, для изготовления конвертора выбираем сталь аустенитного класса – 12Х18Н10Т

Материал цилиндрической обечайки, внутренних устройств, днища и крышки - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 563272

Материал аппаратных фланцев - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 563272

Материал трубопроводных фланцев и арматуры - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 563272.

Материал труб для патрубков - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 563272

Материал крепёжных деталей для аппаратных фланцев - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 563272

Материал болтов и гаек для трубопроводных фланцев и арматуры - сталь 10Х17Н13М2Т ГОСТ 563272].

Материал опоры - сталь Ст3сп3 ДСТУ 265194 .

Прокладочные материалы для фланцевых соединений:

- для аппаратных фланцев - паронит ГОСТ 48180 в соответствии с ГОСТ 28759.690 - для трубопроводных фланцев и арматуры - паронит ГОСТ 48180 в соответствии с ГОСТ 15180-86

4.2 Выбор материалов для адсорбера

Учитывая свойства и температуру среды, для изготовления адсорбера выбираем углеродистую сталь – Ст3сп3 ГОСТ 380 – 94

Материал цилиндрической обечайки, внутренних устройств, днища и крышки - сталь Ст3сп3 ГОСТ 380 – 94 .

Материал аппаратных фланцев - сталь 20 ГОСТ 1050 – 88

Материал трубопроводных фланцев и арматуры - сталь 20 ГОСТ 1050 – 88].

Материал труб для патрубков - сталь Ст3сп3 ГОСТ 380 – 94.

Материал крепёжных деталей для аппаратных фланцев трубопроводных фланцев и арматуры:

- болтов - сталь 35 ГОСТ 105088

- гаек - сталь 25 ГОСТ 105088 , в соответствии с ГОСТ 28 28759.590.

Материал опоры - сталь Ст3сп3 ДСТУ 265194.

Прокладочные материалы для фланцевых соединений:

- для аппаратных фланцев - паронит ГОСТ 48180 в соответствии с ГОСТ 28759.690

- для трубопроводных фланцев и арматуры - паронит ГОСТ 48180 в соответствии с ГОСТ 15180-86

Расчеты на прочность, жесткость и устойчивость

5.1 Исходные данные

5.1.1 Расчётная температура

Максимальная рабочая температура в аппаратах: конвертор 270°С, адсорбер 40°С. За расчётную температуру принимаю максимальную рабочую:

- для конвертора:

t = 270°С;

- для адсорбера:

t = 40°С.

5.1.4 Коэффициент прочности сварных швов

Азото-водородная смесь относится к средам 3 класса опасности по ГОСТ 12.1.00776.

В зависимости от расчётного давления, расчётной температуры и класса опасности среды определяем группу сосуда для конвертора и адсорбера: группа сосуда - 4.

Для сосудов 4 группы длина контролируемых участков швов составляет 25 % от общей длины каждого шва

Для стыковых швов с двусторонним сплошным проваром выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой коэффициент прочности сварных швов

Технология изготовления аппарата

Изготовление проектируемого оборудования – конвертора и адсорбера – производится по общим техническим требованиям по конструированию и изготовлению апаратов, работающих под давлением.

Аппараты, работающие под давлением, изготавливаются в соответствии с действующими требованиями правил Госгортехнадзора и отраслевого стандарта ОСТ 26 – 291 – 71 «Сосуды и аппараты сварные стальные. Технические требования»..

Для изготовления сосудов и аппаратов в зависимости от их конструкции и размеров применены все виды промышленной сварки, кроме газовой, которая допускается только для труб условным диаметром до 80 мм с толщиной стенки не более 4 мм.

За базовые размеры диаметров аппаратов принимаются диаметры отбортованных днищ по ГОСТ 6533 – 68. Аппараты снабжаются люками или смотровыми лючками, обеспечивающими их осмотр, очистку и ремонт.

У механически обрабатываемых деталей размеры с неуказанными отклонениями выполняются по 7 классу точности, а у деталей из узлов без механической обработки по 9 классу точности ОСТ 1010 и ГОСТ 2689 – 54. На рабочей поверхности обечаек и днищ не допускаются риски, забоины и другие дефекты, если их глубина превышает минусовые предельные отклонения, предусмотренные соответствующими стандартами или техническими условиями на материалы.

Изготовление цилиндрических обечаек.

Технологическая последовательность операций для изготовления различных обечаек в основном одинакова. Однако в зависимости от диаметра, толщины, марки стали иногда необходимо вводить дополнительные операции либо отдельные операции исключать.

В производстве обечаек на поточных линиях изделия транспортируются от одного рабочего места к другому при помощи специальных устройств. При изготовлении обечаек не на поточных линиях порядок операций и оборудование для их выполнения в последовательности технологического процесса в основном сохраняются, но транспортировка обечаек между рабочими местами производится при помощи мостового крана.

Изготовление одношовных обечаек 1000 – 3600 мм в нагретом состоянии (из углеродистых и низколегированных сталей). Заготовка обечайки с двух сторон обмазывается меловым раствором для предохранения от образования окалины и загружается в печь. После прогрева лист вынимают из печи и подают на рольганг листогибочной машины. При этом надо следить, чтобы температура заготовки не опускалась ниже 1050 ΅С. С поверхности заготовки очищают окалину тоже в минимальный срок, чтобы температура заготовки не снизилась ниже 1000 ΅С. После изгиба заготовки на листогибочной машине ее подают на стенд для сварки продольного стыка. Непосредственно перед сборкой замеряют длину окружности (развертки) по торцам и в середине обечайки и определяют ее диаметр. Устраняют смещение кромок по толщине, размечают места установки скоб и карманов и устанавливают на продольном стыке скобы, карманы и выходные планки, прихватывают их электросваркой и приваривают их окончательно. Размечают продольную кромку стыка обечайки под газовую резку, чтобы зазор под электрошлаковую сварку был в размере мм. После отрезки кромки обечайки зачищают от следов окалины и ржавчины до металлического блеска. После элктрошлаковой сварки продольного стыка, обрезки скоб, карманов, зачистки и контроля, поверхности обечайки обмазываются меловым раствором, обечайку загружают в печь, нагревают до 980 °С и подают на листогибочную машину для правки. Затем обечайку снимают с машины и производят рентгеноскопический контроль сварного шва, вырубку и исправление дефектов.

Изготовление днищ.

Для аппаратов химических производств применяют днища, изготовленные по ГОСТ 6533 – 68 «Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов».

Технические требования к конструкции Ии изготовлению днищ изложены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» ОСТ 26 – 292 – 71. При сварке днищ из нескольких листов с расположением швов по хорде расстояние от оси шва до центра днища должно быть не менее 0,2 диаметра днища. Круговые швы на днищах должны быть расположены на расстоянии от центра днища не более 0,25 диаметра днища. Расстояние от кромки отверстия на выпуклом днище до внутренней поверхности отбортовки, измеряемое до проекции, должно быть не более 0,1 внутреннего диаметра. Основные требования на изготовление днищ ограничивают овальность днищ в пределах допуска на диаметр. Отклонения профиля выпуклой части днищ не должны превышать: 1,25 % номинального внутреннего диаметра для днищ с внутренним диаметром более 500 мм.

Изготовление эллиптических днищ выполняют по техническим условиям на изготовление и постановку днищ, которые изложены в стандартах на днища ОСТ 26 – 291 – 72 и заводских нормалях.

Точность геометрических параметров днищ определяет эксплуатационные показатели аппаратов, их напряженное состояние, а также допускаемые отклонения от формы и величины размеров в процессе изготовления.

Днища можно изготовлять штамповкой на прессах, методом обкатки роликами, электрогидравлической и электромагнитной штамповкой, ручным выдавливанием на станках и ручной выколоткой. Наибольшее распространение в промышленности находят два первые способа изготовления днищ. Любой технологический процесс изготовления днищ состоит из трех групп операций: изготовление заготовок, формование, завершающие операции.

Формование эллиптических днищ.

Производят как из холодных, так и горячих заготовок. Горячее формование, как правило, применяют в том случае, если недостаточной является мощность оборудования или заготовка днища имеет склонность к складкообразованию в процессе формования.

Формование днищ методом штамповки на прессах.

Заготовка с помощью транспорте подается в нагревательную печь для равномерного нагрева до требуемой температуры. Нагретая заготовка специальными захватами извлекается из печи и подается на транспортер, с помощью которого транспортируется к штампу, находящемуся под прессом. Затем заготовку устанавливают на протяжное кольцо и штампуют, как правило, за одну операцию. За две операции штампуют только в тех случаях, когда требуется изготовить днище повышенной точности.

В процессе горячей штамповки нагретая заготовка быстро охлаждается и, сокращая свои размеры, напрессовывается на пуансон. Для облегчения съема отштампованного днища пуансон, предназначенный для горячей штамповки, выполняется из двух частей: грибка и формующего кольца. Заготовка снимается при ходе пуансона вверх.

Завершающие операции предусматривают разметку днищ для подрезки торца, обработку отверстий, термообработку, очистку поверхностей, контроль и клеймление днища. Содержание указанных операций изложено в типовом технологическом процессе 01200.002.

Ремонт и монтаж

Ремонт проектируемого оборудования (конвертора и адсорбера) в связи с непрерывным характером производства защитной атмосферы производится в сжатые сроки во время холодного ремонта ванной печи производства стекла. Поэтому основная цель подготовительных операций – максимально сократить время на ремонт аппаратов.

Получив распоряжение о проведении ремонта аппаратов, механик цеха инструктирует бригаду о характере предстоящих операций. После этого бригада приступает к подготовке инструмента, подъемных механизмов и сменных деталей. Эту подготовку следует вести одновременно с подготовкой к ремонту самих аппаратов, то есть в то время, когда сменный персонал производит его отключение от действующей системы, сброс давления, пропарку и т.п.

Ремонт корпуса аппаратов начинается с внешнего осмотра. Результаты осмотра отражаются в протоколе и схеме расположения дефектов и повреждений. Нужно обратить особое внимание на состояние сварных швов и уплотнительных поверхностей корпуса и крышки.

При отсутствии видимых дефектов и повреждений может осуществляться выборочный магнитный и ультразвуковой контроль. При наличии механических повреждений и трещин проводится выборка дефектов металлов шлифовальной машинкой с периодическим магнитным контролем. Образовавшееся при этом сферическое углубление разделывается до получения плавных переходов, после чего проводится ультразвуковой контроль металла в зоне повреждения и вокруг нее.

Ультразвуковой контроль наружной или внутренней поверхности корпуса осуществляется дефектоскопом.

Ремонт корпуса аппарата заключается в устранении трещин, вмятин, свищей или коррозионноэрозионного износа. В зависимости от вида повреждения выбирается способ ремонта.

Заварка трещин.

Путем внимательного осмотра трещины устанавливают ее границы. Места расположения трещин тщательно зачищают с внутренней и наружной сторон. На концах трещины просверливают отверстия, чтобы не допустить ее распространения в длину. Кроме того, отверстия снижают напряжения, возникающие в этих местах во время сварки. После засверловки концов трещину «разделывают» под сварку: эта операция производится с помощью пневматического молотка-зубила или специального газового резака.

Ремонт штуцеров.

Ремонт штуцеров возможен путем установки гильзы. Гильза приваривается с обоих сторон к цилиндру. Плотность сварных швов проверяется гидравлическим испытанием. В теле штуцера просверливаются два отверстия с резьбой М 10 для контроля состояния сварных швов в процессе эксплуатации. При этом в резьбу контрольного отверстия ввертывается штуцер с вентилем для контроля пропуска газа. При замене фланца вытачивается гильза с фланцем и приваривается к штуцеру.

Износ деталей.

При ремонте внутренних устройств аппараты очищают от кокса и других отложений. Твердую и тестообразную массу удаляют лопаточками и скребками, кокс – пневматическими отбойными молотками.

Определение износа и отбраковка внутренних устройств. Изношенные штуцера вырезают и заменяют новыми с обязательной установкой укрепляющих колец. При каждом ремонте измеряют фактическую толщину стенки корпуса аппаратов.

Корпус аппаратов демонтируют при необходимости замены части корпуса или днища. Нижнюю часть корпуса или днища можно заменять и без демонтажа аппарата. Нижнюю часть аппарата отрезают и удаляют после подъема верхней части на высоту 100 мм. После подведения новой нижней части верхнюю часть опускают и сваривают с нижней. После ремонта аппаратов их подвергают гидравлическим и пневматическим испытаниям.

Требования к монтажу и эксплуатации.

При эксплуатации сосудов должны соблюдаться требования по технике безопасности, изложенные в «Общих правилах взрывоопасности для взрывоопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (М.: Металлургия, 1988 г.) и других отраслевых документов.

При приемке в монтаж сосуды подвергаются наружному осмотру без разборки на узлы и детали, при этом проверяются:

комплектность оборудования по заводским спецификациям или справочным и упаковочным ведомостям;

соответствие оборудования рабочим чертежам, данному отраслевому стандарту; проектным спецификациям;

отсутствие повреждений или поломок, трещин, раковин и прочих видимых дефектов оборудования;

наличие и полнота технической документации предприятияизготовителя, необходимой дл производства монтажных работ;

наличие у сосудов приваренных к сосуду деталей устройств для крепления теплоизоляции;

наличие заглушек и пробок у штуцеров, которыми они должны быть закрыты во избежание попадания в сосуд атмосферных осадков, грязи и посторонних предметов;

наличие у штуцера ответных фланцев, рабочих прокладок и крепежных деталей в соответствии с указаниями отраслевого стандарта;

наличие у сосудов окраски и консервации в соответствии с требованиями ОСТ 26 – 291 – 87;

наличие указаний о расположении центра тяжести, мест строповки и веса сосуда.

Монтаж сосудов должен производиться в соответствии с проектом производства работ (ППР). К эксплуатации сосудов допускается только квалифицированный обслуживающий персонал.

Если расчетное давление в сосуде поднимается выше допустимого, необходимо выпустить часть паровой фазы в факельную линию до восстановления расчетного давления.

Пуск, остановку и испытание сосудов на плотность в зимнее время следует проводить в соответствии с ОСТ 26 – 291 – 87.

Монтаж оборудования включает следующие основные операции: подготовка и установка механизмов и приспособлений для подъема и установки аппарата на фундамент; распаковка оборудования, проверка комплектности и приемка в монтаж; подготовка оборудования к монтажу; проверка фундаментов и установка фундаментных болтов; перемещение оборудования в пределах места установки; подъем и установка оборудования в проектное положение; выверка и закрепление оборудования на фундаменте; монтаж внутренних устройств оборудования; демонтаж грузоподъемных механизмов и приспособлений; испытания на прочность и плотность, вхолостую и под нагрузкой; подготовка к сдаче оборудования в эксплуатацию с оформлением необходимой технической документации.

Работы по монтажу оборудования и конструкций производят способами и средствами, предусмотренными в технических картах ППР.

Автоматика и автоматизация технологического процесса

8.1 Информационная автоматизированная система управления

технологическим процессом (ИАСУТП).

8.1.1 Назначение системы.

Система предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом получения защитной атмосферы методом неполного высокотемпературного сжигания газа, посредствам автоматического поддержания, в соответствии с технологическим регламентом, основных технологических параметров ее работы, выполнения предусмотренных функций защит и блокировок, а так же для предоставления оперативной информации, характеризующей протекание технологического процесса в целом и состояния основного оборудования.

8.1.2 Цели создания системы.

Целью создания системы является повышение эксплуатационной надежности управляющей системы и уменьшение площади поражения технологического процесса при отказах частей КТС, за счет:

Применения современной микропроцессорной техники для управления технологическим

оборудованием и основными параметрами, влияющими на безопасность и качество ведения технологического процесса.

Разумного сочетания технического и функционального дублирования основных управляющих

функций, процессов и КТС.

Целью создания системы является снижение аварийности в работе технологического оборудования, снижение затрат на его ремонт за счет точного соблюдения предельных режимов эксплуатации оборудования.

Целью создания системы является повышение оперативности при управлении процессом за счет сосредоточения основной оперативной информации на рабочей станции оператора.

8.2 Характеристика объекта автоматизации.

Станция защитных атмосфер производительностью 1200 м3/час предназначена для обеспечения азотоводородной газовой смесью (защитной атмосферой) ванны расплава для формования высококачественного стекла.

Станция состоит из трех азотоводородных установок (АВУ400) производительностью по 400 м3/час каждая.

Каждая установка может вырабатывать защитную атмосферу с содержанием водорода 0,514 % по объему.

Содержание примесей в вырабатываемой защитной атмосфере не превышает по объему: кислорода - 0,0003% оксида углерода - 0,005% диоксид углерода - 0,005% влаги - 0,001% (минус 60°С по температуре точки росы)

Подробно технология производства и оборудование СЗА описаны в технологическом регламенте станции защитных атмосфер

В целом линия АВУ400, с точки зрения технологического процесса, характеризуется несколькими состояниями:

ремонт - оборудование АВУ400 остановлено и находится в ремонте;

простой - оборудование АВУ400 остановлено и готово к пуску;

пуск - оборудование АВУ400 находится в стадии пуска;

горячий резерв - камера сжигания АВУ400 работает на минимальной нагрузке, продукты сжигания сбрасываются на свечу №1, остальное оборудование готово к запуску;

работа - АВУ-400 находится в работе, защитная атмосфера выдается потребителю,

плановый останов оборудование АВУ400 находится в стадии планового (штатного) останова;

аварийный останов по защите - немедленный останов подачи газа на горение в соответствии с технологическим регламентом.

Блок адсорберов, с точки зрения технологического процесса, характеризуется несколькими состояниями:

ремонт - оборудование находится в ремонте;

простой - оборудование готово к работе;

резерв - оборудование подготовлено к работе с определенной АВУ;

работа - блок адсорберов находится в работе;

плановый останов оборудование находится в стадии планового (штатного) останова;

аварийный останов - немедленное отключение блока адсорберов в соответствии с технологическим регламентом.

8.4 Сведения о функциях ИАСУ ТП «СЗА».

8.4.1 Сведения о функциях сервера.

К числу автоматизированных функций сервера относятся:

Сбор оперативной информации состояния основных технологических параметров СЗА от рабочих станций оператора;

Сбор оперативной информации состояния основного технологического оборудования СЗА от рабочих станций оператора;

Запрос от рабочих станций, хранение и отображение логических переменных (по каждой линии и блокам адсорберов);

Текущее состояние линии (ремонт, простой, розжиг, работа, горячий резерв, останов, аварийный останов).

Текущий режим управления АВУ400 (ручной со щита, раздельное управление регуляторами, автоматическое управление по заданному соотношению газ/воздух и

нагрузке по природному газу);

Текущее состояние блока адсорберов (ремонт, простой, резерв, работа).

Текущий режим управления пневмоклапанами блока адсорберов (ручной, автоматический по циклограмме);

8. Запрос от рабочих станций, хранение и отображение расчетных переменных (по каждой установке АВУ400);

приведенный к нормальным условиям расход газа на горение;

приведенный к нормальным условиям расход воздуха на горение;

потребление газа на горение (с начала смены, суток, месяца, квартала и года);

потребление воздуха на горение (с начала смены, суток, месяца, квартала и года);

время пребывания линии АВУ400 в определенных режимах (ремонт, простой, горячий резерв, работа), с начала смены, суток, месяца, квартала и года;

9. Расчет, хранение и отображение данных по станции защитной атмосферы:

суммарный расход природного газа на горение с начала смены, суток, месяца, квартала и года;

суммарный расход сжатого воздуха на горение с начала смены, суток, месяца, квартала и года;

10. Хранение истории технологического процесса и истории АРМ:

накопление и хранение краткосрочной истории процесса (шесть суток, для оперативного использования);

накопление и хранение долгосрочной истории процесса (шесть месяцев);

накопление и хранение истории АРМ (возможность формирования по времени, периоду или событию);

Хранение мастер-копий серверного, клиентского приложения и приложений рабочих станций.

Для обеспечения выполнения выше перечисленных функций на сервере запускается серверное приложение, (5В_8ЯУ) выполненное на основе РтеМаз1ег имеющее собственную базу данных и необходимый набор мнемосхем объектов управления.

ПЭВМ администратора сети предназначена для выполнения всего комплекса администрирования и обслуживания программно-технического комплекса ИАСУ ТП «СЗА». Здесь хранятся копии приложений для оперативного использования (внесения изменений и добавлений в программное обеспечение). С рабочего места администратора сети может перегружаться приложение рабочей станции, запускаться и останавливаться удаленно.

Для предоставления данных руководству и отделам завода предусмотрена связь с сетью завода.

8.4.2 Сведения о ИП «ЦЕХ»

К числу автоматизированных функций ИП «ЦЕХ» относятся:

Сбор оперативной информации состояния общецехового технологического оборудования (аналоговые сигналы):

температура природного газа на входе в цех до редуцирования;

температура сжатого воздуха на входе в цех до редуцирования;

температура оборотной воды на входе в цех;

температура защитной атмосферы по линии А на выходе из цеха;

температура защитной атмосферы по линии Б на выходе из цеха;

температура защитной атмосферы по линии В на выходе из цеха;

давление природного газа на входе в цех до редуцирования;

давление сжатого воздуха на входе в цех до редуцирования;

давление защитной атмосферы по линии А на выходе из цеха;

давление защитной атмосферы по линии Б на выходе из цеха;

давление защитной атмосферы по линии В на выходе из цеха;

расход природного газа на входе в цех до редуцирования;

расход сжатого воздуха на входе в цех до редуцирования;

расход защитной атмосферы по линии А на выходе из цеха;

расход защитной атмосферы по линии Б на выходе из цеха;

расход защитной атмосферы по линии В на выходе из цеха;

концентрация Н2О в защитной атмосфере по линии А на выходе из цеха;

концентрация Н2О в защитной атмосфере по линии Б на выходе из цеха;

концентрация Н2О в защитной атмосфере по линии В на выходе из цеха;

концентрация СО2 в защитной атмосфере по линии А на выходе из цеха;

концентрация СО2 в защитной атмосфере по линии Б на выходе из цеха;

концентрация СО2 в защитной атмосфере по линии В на выходе из цеха;

концентрация СО в защитной атмосфере по линии А на выходе из цеха;

концентрация СО в защитной атмосфере по линии Б на выходе из цеха;

концентрация СО в защитной атмосфере по линии В на выходе из цеха

концентрация Н2 в защитной атмосфере по линии А на выходе из цеха;

концентрация Н2 в защитной атмосфере по линии Б на выходе из цеха;

концентрация Н2 в защитной атмосфере по линии В на выходе из цеха;

Сбор оперативной информации состояния общецехового технологического оборудования

(дискретные сигналы):

давление сжатого воздуха на входе в цех аварийное;

давление оборотной воды на входе в цех тт;

давление оборотной воды на входе в цех тах;

уровень конденсата в расходном баке №1 конденсатной системы max;

уровень конденсата в расходном баке №1 конденсатной системы min;

уровень конденсата в расходном баке №1 конденсатной системы аварийный;

уровень конденсата в расходном баке №2 конденсатной системы max;

уровень конденсата в расходном баке №2 конденсатной системы min;

уровень конденсата в расходном баке №2 конденсатной системы аварийный;

уровень конденсата в баке накопителе конденсатной системы аварийный;

уровень в баке «захоложенной» воды min;

уровень в баке «захоложенной» воды max;

превышение довзрывоопасной концентрации метана в районе узла редуцирования природного газа на входе в цех;

Программно-техническими решениями должна быть предусмотрена световая и звуковая сигнализация на щит и на рабочую станцию оператора по следующим параметрам:

падение давления сжатого воздуха;

падение давления природного газа;

превышение верхней регламентной границы давления природного газа;

превышение довзрывоопасной концентрации метана в районе узла редуцирования природного газа на входе в цех;

падение давления оборотной воды;

min и max уровень конденсата в расходных баках;

аварийный уровень конденсата в баке накопителе;

min и max уровень в баке «захоложенной» воды.

ИП «ЦЕХ» должна предоставлять оперативные данные технологических параметров и данные состояния запорной и регулирующей арматуры, быть открытой, восстанавливаемой и многофункциональной системой.

Измерение расходов природного газа, сжатого воздуха на цех и защитной атмосферы на выходе из цеха выполнить с коррекцией по давлению и температуре.

При разработке ИП "ЦЕХ", необходимо предусмотреть номенклатурную защиту камер сжигания в соответствии с «Правилами безопасности систем газоснабжения» - отсечка природного газа на входе в цех. Система защиты (автоматика безопасности) должна быть независимой от основной системы и реализовать функцию отсечки газа при выходе за нормы по следующему параметру:

• падению давления воздуха на входе в цех;

Как составная часть интегрированной автоматизированной системы управления цехом, система должна быть подключена к серверу вычислительной сети цеха.

8.4.3 Сведения о системе АСУ «АВУ».

К числу автоматизированных функций АСУ «АВУ» относятся:

Сбор оперативной информации состояния технологического оборудования АВУ400 (аналоговые сигналы):

температура продуктов сжигания после испарителя АВУ-400

температура слоя катализатора в I зоне блока конверсии АВУ-400

температура слоя катализатора во II зоне блока конверсии АВУ-400

температура слоя катализатора в III зоне блока конверсии АВУ-400

температура слоя катализатора в IV зоне блока конверсии АВУ-400

температура газа на входе в аппарат воздушного охлаждения АВУ-400

температура газа на выходе из аппарата воздушного охлаждения АВУ400;

температура на входе в аппарат термообработки (только для АВУ1);

температура на выходе из аппарата термообработки (только для АВУ1);

давление в камере сжигания АВУ-400

расход природного газа на линию АВУ-400

расход сжатого воздуха на горение на линию АВУ-400

положение ИМ регулирования расхода природного газа на горение АВУ400;

положение ИМ регулирования расхода воздуха на горение АВУ-400

положение ИМ регулирования расхода конденсата на испаритель АВУ400;

концентрация Н2 в продуктах сжигания после испарителя АВУ400.

Сбор оперативной информации состояния технологического оборудования АВУ400 (дискретные сигналы):

управление со щита расходом природного газа на линию АВУ400;

управление со щита расходом сжатого воздуха на горение на линию АВУ400;

управление со щита расходом конденсата на испаритель АВУ400;

превышение давления з/а после после газоводяного теплообменника II ступени (на «захоложеной» воде);

превышение довзрывоопасной концентрации метана вблизи камеры сжигания.

Вывод дискретных сигналов управления на ИМ и электроприводы:

управление ИМ природного газа на горение БОЛЬШЕ;

управление ИМ природного газа на горение МЕНЬШЕ;

управление ИМ воздуха на горение БОЛЬШЕ;

управление ИМ воздуха на горение МЕНЬШЕ;

управление ИМ конденсата на испарение БОЛЬШЕ;

управление ИМ конденсата на испарение МЕНЬШЕ;

Программно-техническими решениями должна быть предусмотрена световая и звуковая сигнализация на щит и на рабочую станцию оператора по следующим параметрам:

температура продуктов сжигания после испарителя гшп, тах.

превышение довзрывоопасной концентрации метана в районе камеры сжигания;

давление в камере сжигания т!п, тах;

превышение давления з/а после газоводяного теплообменника 11 ступени (на «захоложеной» воде).

Разрабатываемая система должна обеспечивать управление основными

технологическими параметрами АВУ400 в следующих режимах работы:

Ручной - в данном режиме АСУ должна обеспечивать возможность управления ИМ АВУ со щита управления. При реализации данных функций система должна обеспечивать полноценную регистрацию и выдачу технологической информации. Щит управления должен содержать необходимые для управления органы и средства визуализации, обеспечивающие полноценное управляющее воздействие на оборудование.

Автоматизированный - управление с рабочей станции оператора:

а) раздельное управление регуляторами;

б) автоматическое управление регуляторами по заданному соотношению газ/воздух и нагрузке погазу.

Температура продуктов сжигания после испарителя регулируется изменением расхода конденсата на испаритель.

Необходимо обеспечить индикацию по месту следующих параметров:

расход природного газа на одну линию;

расход воздуха на одну линию;

3.расход конденсата на испаритель;

4. температура продуктов сжигания после испарителя;

Программно-технические решения должны обеспечивать гибкую настройку, без выгрузки приложения, указанных режимов использую для этого специальные мнемосхемы, предназначенные для персонала обслуживающего КТС системы, которые недоступны операторам.

Розжиг камеры сжигания выполняется вручную, в присутствии ИТР цеха, согласно технологической инструкции.

Вывод камеры сжигания на НТР должен осуществляться раздельным управлением ИМ регулирования расхода газа и воздуха.

Останов АВУ400 осуществляется раздельным управлением ИМ регулирования расхода газа и воздуха.

Для поддержания давления в камере сжигания в допустимых пределах необходимо предусмотреть независимое от основных технических средств открытие электроклапана на свечу №2 при превышении давления з/а после газоводяного теплообменника II ступени.

Аварийный останов АВУ400 по инициативе оператора (случаи оговоренные в должностной инструкции оператора) должен осуществляться с рабочей станции нажатием на клавишу «СТОП» экрана монитора.

АСУ «АВУ» должна обеспечивать непрерывную и безаварийную работу технологического оборудования АВУ400, управлять основными технологическими параметрами, предоставлять оперативные данные технологических параметров и данные состояния запорной и

регулирующей арматуры, быть открытой, восстанавливаемой и многофункциональной системой.

Программно-технические решения должны обеспечивать автоматическое поддержание заданных параметров в автономном режиме работы контроллера, при отключении рабочей станции оператора. И ручное управление, при отключении контроллера, со щита управления.

Как составная часть интегрированной автоматизированной системы управления цехом, система должна быть подключена к серверу вычислительной сети цеха.

8.4.4 Сведения о системе АСУ «АДСОРБЕР».

К числу автоматизированных функций АСУ «АДСОРБЕР» относятся:

Сбор оперативной информации состояния технологического оборудования блока адсорберов (аналоговые сигналы):

расход защитной атмосферы на «натекание» при регенерации;

расход защитной атмосферы на «заполнение» адсорберов после регенерации;

давление защитной атмосферы после блока адсорберов;

Сбор оперативной информации состояния технологического оборудования блока адсорберов (дискретные сигналы):

положение «открыт» пневматических клапанов №№ 1... 15 на адсорберах;

положение «закрыт» пневматических клапанов №№ 1... 15 на адсорберах;

режим работы блока адсорберов «ручной»/«автоматический»;

управление со щита расходом защитной атмосферы на «натекание»;

управление со щита расходом защитной атмосферы на «заполнение»;

Вывод дискретных сигналов управления на ИМ:

управление ИМ пневматических клапанов №№1...15 на трехадсорберных блоках согласно циклограмме работы адсорберов ОТКРЫТЬ;

управление ИМ пневматических клапанов №№1...15 на трехадсорберных блоках согласно циклограмме работы адсорберов ЗАКРЫТЬ;

управление ИМ защитной атмосферы на «натекание» при регенерации БОЛЬШЕ;

управление ИМ защитной атмосферы на «натекание» при регенерации МЕНЬШЕ;

5. управление ИМ защитной атмосферы на «заполнение» адсорберов после регенерации БОЛЬШЕ;

6. управление ИМ защитной атмосферы на «заполнение» адсорберов после регенерации МЕНЬШЕ;

Необходимо обеспечить индикацию по месту следующих параметров:

расход защитной атмосферы на «натекание» при регенерации;

расход защитной атмосферы на «заполнение» адсорберов после регенерации.

Разрабатываемая система должна обеспечивать управление пневматическими клапанами №№1...15 на трехадсорберных блоках в следующих режимах работы:

Ручной - управление пневматическими клапанами №№1...15 на адсорберах тумблерами со щита управления.

2. Атоматический - управление пневматическими клапанами №№1...15 на адсорберах контроллером согласно циклограмме.

Переход с одного режима работы должен осуществляться переключателем со щита и отображаться на рабочей станции оператора.

При переходе с ручного на автоматический режим работы контроллер должен запускать циклограмму управления пневматическими клапанами №№1 ...15 с начала.

Необходимо предусмотреть возможность изменения в циклограмме времени на очистку и регенерацию в диапазоне от 3 до 6 минут.

Необходимо отображение на рабочей станции оператора текущей комбинации «рабочий резервный» блоков адсорберов. Возможные варианты (задаются вручную оператором): блок адсорберов №1 блок адсорберов №2; блок адсорберов №2 блок адсорберов №3; блок адсорберов №3 блок адсорберов №4;

АСУ «АДСОРБЕР» должна обеспечивать непрерывную и безаварийную работу технологического оборудования адсорберов, управлять основными технологическими параметрами, предоставлять оперативные данные технологических параметров и данные состояния запорной и регулирующей арматуры, быть открытой, восстанавливаемой и многофункциональной системой.

Сигнализация работы пневматических клапанов №№1 ...15 блоков адсорберов должна быть выведена на щит.

Сигнализация работы адсорберов в режиме «очистка» должна быть выведена в лабораторию.

Как составная часть интегрированной автоматизированной системы управления цехом, система должна быть подключена к серверу вычислительной сети цеха.

Промышленная экология

Введение

В современных условиях остро встаёт задача охраны природы от различных загрязнений. Научной базой охраны природы является экология. Экология – биологическая дисциплина. Однако экологические и природоохранные мероприятия в настоящее время решают преимущественно инженерными, в том числе химико-технологическими методами. Поэтому экология представляет собой не только научную базу охраны природы, но и становится неотъемлемой частью технологических дисциплин.

Загрязняющие вещества, попавшие в природную среду, способны перемещаться на значительные расстояния. Они могут распространяться в пределах отдельных составляющих биосферы. Например, в атмосфере вещество переносится ветром; примеси, попавшие в воду, растворяются в ней или сорбируются на взвешенных веществах, переносятся водой водоёма на разные расстояния. Миграция загрязняющих веществ в почве осуществляется процессами вымывания и массопереноса.

Накопление промышленных отходов, обусловливая высокий уровень загрязнения биосферы, способствует повышению заболеваемости людей, животных, ускорению коррозии машин и металлов, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животных, гибели уникальных природных комплексов.

Экологические проблемы тесно переплетаются с вопросами технологии, экономики, морали, права, эстетики, медицины. Поэтому экология является комплексной наукой. С современных позиций экология это:

Одна из биологических наук, изучающая живые системы в их взаимодействии со средой обитания;

Комплексная наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии её и общества;

Особый общенаучный подход к исследованию проблем взаимодействия организмов, биосистем и среды;

Совокупность научных и практических проблем взаимоотношения человека и природы.

Задачи экологии как науки:

- исследование закономерностей организации жизни;

создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов,

- прогнозирование изменения природы под влиянием жизнедеятельности человека;

- разработка систем мероприятий по минимальному применению химических мер борьбы с вредными видами;

- восстановление нарушенных природных систем;

- охрана нетронутых человеком участков земли.

Инженеры призваны разрабатывать и совершенствовать технологические процессы с глубоким пониманием воздействия вредных на окружающую среду. На основе знаний, полученных при изучении общехимических, инженерных и специальных (биологических, экономических, экологических и др.) дисциплин, с учётом основных свойств атмосферы, гидросферы и литосферы они должны разрабатывать и осуществлять меры по предупреждению попадания вредных веществ в окружающую среду путём совершенствования технологии и создания эффективных очистных систем с рекуперацией отходов.

Выбор путей охраны окружающей среды зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Первичная цель – настолько уменьшить выводимый в единицу времени в биосферу поток массы неиспользованных отходов, чтобы сохранялось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов.

В создании безотходной технологии определились следующие четыре принципа:

1) Разработка и внедрение различных бессточных технологических схем и водооборотных циклов на базе эффективных методов очистки;

2) Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов, исключающих образование любых видов отходов;

3) Создание территориально-промышленных комплексов, т. е. экономических районов, в которых реализована замкнутая система материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса;

4) Широкое использование отходов в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов.

10.1 Физико-географическая и климатическая характеристика

площадки

Проектируемое производство находится на территории северной окраины города Лисичанска. Это возвышенность южной Восточно-Европейской равнины – Донецкий кряж, высота которого до 367 м. Средняя температура января от минус 10 до плюс 6°С, июля – от плюс 20 до плюс 23°С. Осадков выпадает от 450 до 500 мм в год. Ветер, в основном, северовосточный, поэтому все вредные вещества ликвидируются за счёт эффекта рассеивания, не попадая в городскую зону.

10.3 Основные загрязнители

Основными загрязнителями воздушного бассейна, которые сохраняются при сжигании природного газа, служат окислы азота и углерода. Однако при соответствующей организации процесса сжигание газообразного топлива можно существено снизить количество образующихся окислов азота и углерода.

В производстве защитной атмосферы применяется такой метод сжигания газа, который позволяет резко уменьшить содержание вредных веществ в продуктах горения. Наибольший эффект обеспечивает организация двухстадийного или двухступенчатого сжигания газа. При этом в первичную зону горения для снижения температуры и концентрации кислорода и азота подается только часть воздуха (70…95%), необходимого для полного сгорания, вторичный воздух поступает через горелки верхнего ряда.

10.3.1 Влияние вредных выбросов на здоровье человека

Влияние окиси углерода на здоровье людей. Более 10 лет ученые подозревали, что концентрации окиси углерода, обнаруженные в городах являются опасными для здоровья. Но только за последние несколько лет были получены необходимые данные для надежных выводов. Теперь мы знаем, что окись углерода, содержащаяся в воздухе, представляет реальную опасность для здоровья.

В атмосфере с большим содержанием окиси углерода наступает смерть от удушья. Это другой способ доказать, что ткани тела умирают от кислородного голодания. При меньших концентрациях окиси углерода отмечаются другие, более тонкие эффекты.

Чтобы осознать опасность малых концентраций окиси углерода, необходимо ознакомиться с процессом переноса кислорода к тканям тела. Кислород поступает в легкие при каждом вдохе. В альвеолах кислород переходит в кровяное русло. В крови кислород присоединяется к гемоглобину, сложным белковым молекулам, содержащимся в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Эритроциты разносят связанный с гемоглобином кислород через сеть артерий и капилляров по всему телу. В капиллярах кислород через их стенки попадает в клетки тканей тела.

Эта нормальная картина переноса нарушается, когда во вдыхаемом воздухе присутствует окись углерода. Даже очень малые количества окиси углерода обрывают перенос кислорода, поскольку ее молекулы присоединяются к гемоглобину в 200 раз легче, чем кислород. Окись углерода, прочно связанная с гемоглобином, оттесняет кислород от его переносчика к клеткам тканей. Чем больше окиси углерода содержится в воздухе, тем больше гемоглобина прочно связывается с ней и становится неспособным переносить кислород. Гемоглобин, соединившийся с окисью углерода, называется карбоксигемоглобином. Даже очень малые количества газообразной окиси углерода в воздухе приводят к образованию большого количества карбоксигемоглобина в крови.

Данные о воздействии на здоровье людей низких концентраций окиси углерода были получены в экспериментах, а не в результате фактических наблюдений. Использование экспериментальных данных оказалось необходимым, поскольку при высоких концентрациях окиси углерода в уличном воздухе концентрации других загрязнений обычно также высоки, и их эффекты невозможно разделить.

У людей с повышенным содержанием карбоксигемоглобина наблюдаются два важных симптома. Один из них – снижение способности воспринимать сигналы, поступающие из внешней среды. Такое снижение измеряли с помощью ряда тестов. Например, испытуемых просили сообщить о звуковых сигналах. При уровнях карбоксигемоглобина в пределах 3 – 5% от общего гемоглобина сигналы часто не воспринимались. Способность определять, какой из двух тонов является более продолжительным, уменьшается, когда содержание карбоксигемоглобина составляет 2,5 – 4%. Нарушаются также процессы мышления. Простые тесты, такие, например, как сложение столбца чисел, требуют больше времени для завершения по мере увеличения уровня карбоксигемоглобина в крови. Ослабевает способность различать повышение яркости света. В тесте на восприятие яркости дается меньше правильных ответов даже тогда, когда уровни карбоксигемоглобина невысоки и не превышают 3%.

В экспериментальных ситуациях с повышением уровня карбоксигемоглобина до 10% навыки, необходимые для управления автомобилем, оказывались нарушенными; реакции на появление стоп-сигнала и на скорость едущего впереди автомобиля ослабевали. Возможное влияние такого состояния на безопасность движения очевидно. На скоростных автострадах уровень окиси углерода может подниматься до значений, при которых серьезно нарушаются навыки вождения.

Врачи давно подозревали, что окись углерода может быть причиной сердечных приступов, поскольку было обнаружено, что между числом сердечных приступов и повышением концентрации окиси углерода существует прямая связь. Теперь это подозрение подкрепилось новыми данными о людях, страдающих стенокардией.

Стенокардия – это хроническая болезнь сердца с характерными болями в груди; правда, она менее опасна, чем острый спазм сердечных сосудов (инфаркт), непосредственно угрожающий жизни. С лицами, страдающими стенокардией, были проведены тесты на их восприимчивость к окиси углерода. Сначала этих людей просили вдыхать воздух с окисью углерода, концентрация которой была достаточна для увеличения содержания карбоксигемоглобина до 3%; потом их просили выполнять физические упражнения. В этих условиях приступ стенокардии начинался быстрее, чем в нормальных; кроме того, приступ продолжался дольше, чем обычно.

Стенокардия – лишь один из видов болезней сердца. Как известно, окись углерода уменьшает перенос кислорода к тканям. Ткань, которая особенно чувствительна к недостатку кислорода, – это миокард (сердечная мышца). Эксперименты, проведенные на больных, страдающих стенокардией, свидетельствуют в пользу предположения о том, что окись углерода может быть отнесена к агентам, вызывающим сердечные приступы.

Воздействие двуокиси азота на здоровье человека. Двуокись азота – газ с неприятным запахом. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 230 мкг•м–3, примерно треть добровольцев, участвовавших в эксперименте, ощущала его присутствие. Однако способность обнаруживать этот газ пропадала после 10 мин вдыхания, но при этом люди сообщали о чувстве сухости и «першеннии» в горле. Правда, и эти ощущения исчезали при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения, упомянутый выше.

Двуокись азота не только воздействует на обоняние. Она ослабляет ночное зрение – способность глаз адаптироваться к темноте. Зрительные и обонятельные ответы на воздействие двуокиси азота можно назвать сенсорными эффектами. Однако более важными следует считать патологические и функциональные эффекты двуокиси азота.

Были отмечены два функциональных эффекта двуокиси азота. Один из них связан с повышением усилий, затрачиваемых на дыхание; врачи называют это явление повышенным сопротивлением дыхательных путей.

Кроме того, данные, полученные группой чешских ученых, показали, что, как и окись углерода, газообразная двуокись азота может связываться с гемоглобином, делая его, таким образом, неспособным выполнять функцию переносчика кислорода к тканям тела.

В многочисленных исследованиях было отмечено увеличение заболеваний дыхательных путей в районах, загрязненных двуокисью азота. Хотя мы и говорим о двуокиси азота как о причинном факторе, более точно было бы сказать, что двуокись азота делает людей более восприимчивыми к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей.

Исследователи также пытались найти связь между присутствием двуокиси азота в атмосфере и повышенной смертностью. Статистический анализ показал, что в районах, где в воздухе содержится большое количество двуокиси азота, наблюдается более высокая смертность от сердечных заболеваний и рака. Однако следует все же сказать, что наличие других загрязнителей делают сомнительной надежность полученных выводов.

Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей, такими, как эмфизема легких или астма, а также лица, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, могут быть более чувствительны к прямым воздействиям двуокиси азота. У лиц, страдающих хроническими сердечно-сосудистыми заболеваниями и заболеваниями дыхательных путей, легче развиваются осложнения при кратковременных респираторных инфекциях; эти осложнения могут быть весьма опасными, например воспаление легких.

10.3.2 Воздействие на животный мир

Окись углерода. При очень высоких концентрациях животные внезапно падают и погибают в течение 1 мин или даже скорее, часто без судорог. При меньших концентрациях наблюдаются беспокойство, одышка, замедление дыхания, судороги, часто титанические мышечные сокращения, расширение зрачков, выпучивание глаз, потеря чувствительности. Постепенно животное делается всё спокойнее, дыхание более поверхностным; через 5 10 мин обычно наступает смерть. При ещё меньших концентрациях лёгкое возбуждение, движения становятся неверными, иногда рвота. Животные вялы, валятся на бок, рефлексы исчезают, дыхание всё более поверхностное и чрезвычайно замедленное, наблюдаются лёгкие мышечные подёргивания или судороги, и в течение одного или нескольких часов гибель.

Окись азота. Животные вначале проявляют беспокойство, широко открывают глаза; лапы и уши бледны, морда синюшна, глазное дно окрашено в тёмный цвет. Через несколько минут животные волочат задние конечности. Внезапно начинаются судороги, затем животные быстро принимают положение и погибают в клонических судорогах. Если животные до наступления смерти извлечены на чистый воздух, следует быстрое выздоровление. Отличительные особенности отравления NO от отравления NO2: быстрота, скоторой развивается отравление, синюха (образование метгемоглобина), паралич и судороги как результат поражения головного мозга.

10.3.3 Воздействие промышленных выбросов на почву и

растительный мир

Как правило, воздействие промышленных выбросов на почву и её свойства крайне отрицательно с позиций сельского хозяйства и лишь случайно может проявиться положительно. В целом газообразные выбросы кислотного характера (оксиды азота и др.) являются вредными, поскольку они нейтрализуют щелочные компоненты в почве и, следовательно, приводят к её закислению. За продолжительное время кислотность почвы возросла до такой степени, что её приходится нейтрализовать известняком, чтобы предотвратить резкое ухудшение плодородности. Почва также серьёзно разрушается вследствие попадания в неё других токсических веществ, которые впоследствии поглощаются корневой системой, разрушают её, приводя к ухудшению произрастания и урожайности.

Загрязняющие вещества отрицательно влияют на сельскохозяйственные растения: непосредственно – за счёт поглощения загрязнений из воздуха зелёной массой, а также косвенно – путём интоксикации почвы, откуда растения через корневую систему получают вредные вещества. Хотя воздействие может быть и острым, чаще всего происходит хроническое повреждение вследствие длительного действия малых концентраций загрязнений. Поглощение газообразных загрязняющих веществ зелёной массой приводит к поражению этих частей растений, снижению содержания хлорофилла, некротическим изменениям и отмиранию тканей. Сильное пылеосаждение приводит к накоплению пыли на зелёной массе и, как следствие, к ухудшению фотосинтеза.

Указанные отрицательные эффекты выбросов промышленных загрязнений сопровождаются существенными потерями национального продукта. Они ухудшают плодородие почв и произрастание растений, соответственно снижая урожайность и повышая затраты на раскисление почв известняком и минеральными удобрениями.

10.5 Мероприятия по снижению техногенной нагрузки на окружающую среду

Сочетание сжигания топлива при малых коэффициентах расхода воздуха (близких к 1.0) с двухступенчатой подачей воздуха или рециркуляцией продуктов горения позволяет снизить количество образующихся окислов азота на 70 – 90%.

При сжигании газа не образуются твердые частицы. Если природный газ содержит сероводород, то его обязательно очищают от сероводорода, исключая возможность образования окислов серы при сжигании.

Заключение

При выполнении дипломного проекта была выполнена следующая работа:

1) Проанализированы существующие на сегодняшний день способы производства защитной атмосферы для процесса формирования стекла и выбран наиболее оптимальный, отвечающий условиям современного рынка день и развитию современной химической промышленности;

2) Были проведены технологические расчёты, в результате которых были определены режим работы проектируемых конвертора и адсорбера и их основные размеры - диаметр и высота, а также диаметры технологических штуцеров;

3) Проведены расчёты на прочность и жёсткость элементов аппаратов, подтверждающие работоспособность разработанной конструкции. Расчёты выполнены в соответствии с действующей в химическом машиностроении нормативно-технической документацией;

4) Проведены технико-экономические расчёты. За счёт увеличения производственной мощности и реконструкции конвертора и адсорбера годовой экономический эффект согласно расчётам составляет 250997,17 грн;

5) Разработана система автоматизации, обеспечивающая нормальный режим работы технологических аппаратов;

6) Разработаны чертежи проектируемого конвертора и адсорбера. Конструкция аппаратов разработана в соответствии с действующей в химическом машиностроении нормативно-технической документацией;

7) Предусмотрены мероприятия по гражданской обороне, охране труда и технике безопасности, промышленной экологии.

В данном дипломном проекте были разработаны аппараты, отвечающие отечественным стандартам