PLC300天然气脱水设计

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1、重庆科技学院重庆科技学院 学生实习（实训）总结报告学生实习（实训）总结报告 院（系）:电气与信息工程学院 专业班级:自动化 2013-04 学生姓名:_ _ _ 学 号:_ 实习(实训)地点:_化学化工学院、电气与信息工程学院等_ 课程名称: 过程控制系统综合训练 实训课题: 天然气脱水系统设计 小组成员: 许央、吕明泽、陈雅瑞、张春燕 报告日期：2016 年 12 月 10 日 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ 重庆科技学院本科学生实习总结报告 目录 II 目 录 1 绪 论 . 4 1.1 课题背景 . 4 1.2 天然气净化技术简介和国内外现状 . 4 1.3 自动控制系

2、统在天然气净化系统中的应用 . 4 1.4 课题目的和意义 . 5 2 控制方案设计 6 2.1 天然气净化技术工艺需求分析 . 6 2.1.1 天然气净化系统概述 . 6 2.1.2 脱水工艺多种方案 . 6 2.1.3 工艺的选择与确定 . 7 2.1.4 P&ID 图绘制 7 2.2 天然气净化控制系统选定方案 . 7 2.2.1 系统设备组成 . 7 2.2.2 系统复杂工程问题分析 . 8 2.2.3 自动控制系统方案选择及确定 . 8 3 硬件设计 . 10 3.1PLC 硬件设计 . 10 3.2 控制器（PLC）选型 10 3.3 主要元器件选型 . 13 3.3.1 断路器的

3、选型 13 3.3.2 接触器的选型 14 3.3.3 中间继电器选型 14 3.3.4 热继电器的选型 15 3.3.5 仪表仪器的选型 15 3.3.6 电磁阀的选型 . 16 3.3.7 PS307 规格选型 16 3.4 电气图设计 . 17 3.4.1 主电路图 17 3.4.2 数字量输入输出原理图 17 3.4.3 模拟量输入输出原理图 17 3.5 S7-300PLC 的硬件组态 18 重庆科技学院本科学生实习总结报告 目录 III 4 下位机软件设计 . 19 4.1 系统软件简介 19 4.1.1 PLC 的基本概念 19 4.1.2 PLC 技术的发展历史 19 4.1.

4、3 PLC 的特点 19 4.1.4 S7-300 的系统结构 . 20 4.1.5 S7-300 的 CPU 模块 . 20 4.1.6 S7-300 的模拟量输入模块 . 20 4.2 系统控制要求 . 21 4.2.1 控制回路 21 4.2.2 系统安全控制及其报警限 21 4.2.3 控制器 . 21 4.3 工作方式 22 4.3.1 PLC 的两种工作状态 22 4.3.2 PLC 的工作过程 22 4.3.3 用户程序的循环扫描过程 . 23 4.4 程序流程 . 24 4.4.1 逻辑控制关键程序设计 24 4.4.2 连续控制关键程序设计 28 4.4.3 故障检测及安全保

5、护 32 5 上位机软件设计 . 35 5.1 人机界面设计 35 5.2 变量管理 35 5.3 图形编辑 36 5.4 各个画面功能 37 6 系统调试 . 42 6.1 PLC 程序仿真调试 42 6.2 PLC 与上位机联机调试 45 6.3.1 通讯连接 . 45 6.3.2 联机调试 . 46 6.4 程序仿真调试中遇到的问题 . 48 7 总结 . 51 参考文献 . 52 重庆科技学院本科学生实习总结报告 4 1 绪 论 1.1 课题背景 刚从井里采出来的天然气里充满了饱和水蒸气。 水蒸汽可能是天然气中最令人讨厌 的杂质。天然气中有水汽存在时，会减少输气管道对天然气的输送能力，

6、降低天然气的 热值。当管输压力和环境温度变化时，可能引起水汽从天然气中析出形成液态水，在一 定条件下还会与烷烃分子等形成固态水合物，这些物质的存在会增加输压，减少管线的 输气能力；严重时还会堵塞阀门、管线等，影响平稳输气。在输送含有酸性组分的天然 气时，液态水的存在还会加速酸性组分（H2S，CO2 等）对管壁、阀件的腐蚀，减少管线 的使用寿命； 严重时还会引起管道破裂等突发事件， 造成天然气的大量泄漏和安全事故。 为避免出现这些问题，在天然气进入输气管网之前，必须除掉其中的部份水蒸气。 天然气脱水工程就是采用一定的方法使天然气中饱和的水蒸气脱除出来的工艺。 1.2 天然气净化技术简介和国内外现

7、状 天然气工业常用的脱水方法有膨胀冷却法、加压冷却法、固体吸附剂吸附法、溶剂 吸收法等。目前世界上天然气脱水应用最多的方法是溶剂吸收法中的甘醇法，而国内普 遍采用的是三甘醇法。 通过多年的自身努力和引进消化吸收国内外先进技术， 国内天然气脱水工艺已基本 配套，能在一定范围内较合理点资源条件选择脱水方案，能满足国内绝大多数气田的建 设。 国内中石油股份公司内天然气集输系统采用的脱水设备主要有长庆油田的三甘醇脱 水净化系统； 西南油气田分公司的J-T阀低温分离系统； 大庆油田的透平膨胀脱水系统； 塔里木气田的分子筛脱水及低温分离脱水系统。 1.3 自动控制系统在天然气净化系统中的应用 控制系统分为

8、下位机制层和上位机控层，PLC 控制系统设计了自动调节的温度程 序。再生气温度是整个流程中控制的重点，温度过低，分子筛床层再生无法达不到预 期目标，从而影响脱水效果；温度过高，不仅浪费燃料，而且还可能造成分子筛床层 结焦。为达到工艺要求，PLC 控制系统设计了温度自动调节程序。将再生气加热炉出口 温度与设定值进行比较，输出的偏差用于控制加热炉燃料气调节阀开度。当温度偏低 时，调节阀开度增大，使再生气温度升高；反之，当温度偏高时，调节阀开度减小。 将再生气加热炉出口温度与设定值进行比较，以输出偏差控制加热炉燃料气调节阀的 开度。温度低则增大调节阀开度，升高再生气；温度过高则减小调节阀开度。 自动

9、化程度的提高，增加了生产过程的连续性和稳定性，提高了生产的安全性和 设备利用率，有效降低了生产费用，从而增加了经济效益。微机控制的应用，解放了 重庆科技学院本科学生实习总结报告 5 劳动力，提高了产品质量，进一步减少了生产事故的发生，增加了安全性能；投资规 模是制约自动化程度提高的一个因素，合理选择控制技术获得最佳投资效益。 1.4 课题目的和意义 脱水的目的是为了防止天然气在输送、 加工处理过程中有水冷凝出来进而带来腐蚀 问题，同时也可以防止水合物、冰生成堵塞管线和设备。 随着世界经济迅速发展，人口急剧增加，能源消费不断增长，温室气体和各种有害 物质排放激增，人类生存环境受到极大挑战。在这种

10、形势下，清洁的、热值高的天然气 能源正日益受到重视， 发展天然气工业成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的 最佳选择。天然气燃烧后产生的温室气体只有煤炭的 1/2、石油的 2/3，对环境造成的 污染远远小于石油和煤炭。煤气热值为 3000 多大卡，而天然气热值高达 8500 大卡，可 见天然气是一种高效清洁的能源。 初步测算，全球天然气可采储量约为 137 亿吨石油当量，与石油基本相当。随着勘 探、开发和储运技术的进步，过去 20 年内，探明储量平均每年增长 4.9%，产量平均每 年增长3.15%。 有关专家预测， 未来 10年内， 全世界天然气消费年均增长率将保持 3.9%， 发展速度超

11、过石油、煤炭和其他任何一种能源，特别是亚洲发展中国家的增长速度会更 快。 全世界天然气储采比很高 （701） ， 而且石油和煤炭消费领域里有 70以上都可以 用天然气取代。在全球范围内，天然气取代石油的步伐加快，尤其是在东北亚、南亚、 东南亚和南美地区， 随着其输送管网的建设， 天然气在21世纪初期将会有更快的发展。 天然气将是21世纪消费量增长最快的能源， 占一次性能源消费的比重将越来越大。 预计 2020 年前后，天然气在全球能源结构中的份额将超过煤炭、石油成为能源组成中 的第一。 重庆科技学院本科学生实习总结报告 6 2 控制方案设计 2.1 天然气净化技术工艺需求分析 2.1.1 天然

12、气净化系统概述 天然气进化是指为使天然气符合商品质量指标或管道输送要求而采用的一些工艺 过程，例如脱除酸性气体（如脱硫、脱碳和有机硫化物等） 、脱水、脱凝液和脱除固体颗 粒等杂质， 以及热值调整、 硫磺回收和尾气处理等过程。 习惯上把天然气脱除酸性气体、 脱水、硫磺回收和尾气处理等统称为天然气净化， 天然气中液相水存在时，在一定条件下会形成水合物，堵塞管路、设备、影响集输 生产的正常进行。对于含有 CO2、H2S 等酸性气体的天然气，由于液相水的存在，会造 成设备、管道的腐蚀。 2.1.2 脱水工艺多种方案 天然气脱水的几种主要方法： 低温冷凝脱水。该方法采用各种方法把高压天然气节流降压致冷，

13、用低温分离 法从天然气中回收凝析液。 这种方法是国内气田中除三甘醇法外应用较多的天然气脱水 工艺。 J-T 阀和透平膨胀机。J-T 阀和透平膨胀机脱水属于低温冷凝方法脱水。对于高 压天然气，冷却脱水是非常经济的。这些方法的缺点是：脱水循环的一部分处于水合物 生成范围内，容易生成水合物，因此需要采取添加抑制剂等防止水合物生成的措施，以 及相应配套的抑制剂回收系统；需要深度脱水时需配备制冷设备，会引起工程投资和使 用的成本的提高；透平膨胀机有高速运动部件，制造难度大、可靠性差。 三甘醇脱水。三甘醇脱水属于溶剂吸收法脱水，在天然气工业中得到了广泛的 应用。这种脱水系统包括分离器、吸收塔和三甘醇再生系

14、统。存在的主要问题是：系统 比较复杂；三甘醇溶液再生过程的能耗比较大；三甘醇溶液会损失和被污染，因此需要 补充和净化；三甘醇与空气接触会发生氧化反应，生成有腐蚀性的有机酸。所以，三甘 醇脱水的投资和运行成本比较高。 分子筛脱水。分子筛脱水属于固体吸附法脱水，脱水系统主要包括 2 个或 3 个 处于脱水、再生和冷却状态的干燥器，以及再生气加热系统。分子筛脱水法更适合于深 度脱水，露点可以降低到-73以下。但是，对于大装置，设备投资和操作费用都比较 高。另外，分子筛脱水的再生过程能耗比较大，干燥器下层的吸附剂需要经常更换。 超音速脱水。作为新型脱水技术的超音速脱水，国外主要是在壳牌石油公司支 持下

15、开展研究，包括计算机数值模拟、实验室研究和现场试验研究。 。目前，这项技术已 经进入商业应用状态。 重庆科技学院本科学生实习总结报告 7 2.1.3 工艺的选择与确定 甘醇法脱水与固体吸附法脱水是目前采用的两种天然气脱水方法。 对于甘醇脱水来 讲， 由于三甘醇水露点降大、 成本低和运行可靠， 在各种甘醇化合物中其经济效益最好， 因而在国内外广为采用。此设计采用三甘醇脱水法。 其优点为： 投资较低 压降较小，甘醇脱水的压降为 3570kpa 为连续操作，补充甘醇较容易 甘醇富液再生时，脱除 1kg 水所需热量较少 甘醇脱水装置可将天然气中水含量降低到 0.008g/m3， 如有贫液气提柱， 利用气提再 生，天然气的水含量至少降到 0.004g/m3 2.1.4 P&ID 图绘制 P&ID 图是 Piping & Instrument Diagram 的简称，也就是管道及仪表流程图，也 常称作带控制点的工艺流程图。工艺流程设计的基本步骤是： 选择并确定生产流程，确定技术经济指标,制作 PFD 图(Process Flow Diagram ,工 艺流程图） 生产工艺计算 设备选型计算，设备一览表 设计自动控制和仪表 管道设计 其它