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1、本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：分子筛脱水系统再生气加热炉控制系统的设计学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师： 教授分子筛脱水系统再生气加热炉控制系统的设计摘要液化天然气(LNG)作为天然气的一种应用形式，在天然气的储存和运输方面都具有十分明显的优越性。液化天然气中的饱和水分在一定条件下可能形成碳氢水合物，严重时可能堵塞液化系统的管路和设备。对于含H2S、CO2的天然气，由于水分的作用，它们将形成具有腐蚀性的酸液，从而造成设备与管线的严重腐蚀。所以，对液化天然气原料气必须进行脱水处理。本课题结合巴彦淖尔华油天然气LNG项目的实际情况，介绍了液化天然气技术的基本知识及天然气的脱水工
2、艺流程，采用分子筛脱水系统对天然气进行深度脱水。再生气加热炉是脱水工艺的关键设备之一，采用计算机控制，控制系统由PCI-6011A板卡和IPC-610工控机组成，对燃烧过程采用串级比值控制方案。在系统运行过程中，需要随时跟踪和了解生产的实际情况，所以本课题采用MCGS组态监控软件设计了人机交互界面，对生产过程进行实时监控，保证生产的安全和正常运行。关键词：液化天然气；分子筛脱水；再生气加热炉；计算机控制Molecular sieve dehydration system - recycle gas furnace control system designAbstractLiquefied n
3、atural gas (LNG) as an application form of natural gas, natural gas storage and transportation in all aspects of the superiority is very obvious. Liquefied natural gas in saturated water under certain conditions may form hydrocarbon hydrate, serious when may jam liquefaction system equipment and pip
4、ing. To contain the H2S, CO2 gas, due to the effect of water, they will form corrosive acid, thus causing serious corrosion equipment and piping. So, for LNG feedgas must undertake dehydration.The subject of oil gas LNG project bayinnaoer Chinas actual situation, introduces the basic knowledge of li
5、quefied natural gas (LNG) technology and the dehydration process, natural gas system using molecular sieve dehydration in-depth dehydration. Recycle gas is dehydration process of reheating furnace is one of the key equipment, computer control system, control of PCI card and IPC 6011A - 610 - of comb
6、ustion process control computer adopted cascade ratio control scheme. In the system operation process, for the production of tracking and actual conditions, so this topic by MCGS software design for the man-machine interface, real-time monitoring of production process, and ensure the normal operatio
7、n of production safety.Key words: liquefied natural gas； Molecular sieve dehydration；Recycle gas furnace；Automatic control目 录摘要IAbstractII目 录III第一章 引言11.1 液化天然气概述11.1.1 液化天然气的概念和基本性质11.1.2 液化天然气的特性21.1.3液化天然气在国民生活中的重要性21.2 国内外研究现状和发展趋势41.2.1国外LNG的发展现状41.2.2 国内LNG研究现状61.2.3 LNG未来的发展趋势71.3 本文研究的主要内容及意
8、义8第二章 分子筛脱水系统的设计92.1液化天然气工艺流程概述92.2 分子筛脱水系统92.2.1 天然气脱水方法的选择102.2.2脱水系统吸附剂的选择112.2.3分子筛脱水工艺132.2.4 分子筛脱水的设备14第三章 再生气加热炉控制系统163.1再生气加热炉工艺及要求163.2方案设计173.2.1 自动控制方案的选择173.2.2 被控参数和控制参数的选择183.2.3 测控仪表的选择193.3控制原理图及系统方框图253.4加热炉计算机控制系统293.4.1计算机控制系统原理293.4.2加热炉计算机控制系统设计303.4.3控制算法的选择343.5 调节器PID参数整定36第四
9、章 监控系统的设计384.1 MCGS组态软件概述384.1.1 MCGS组态软件简介384.1.2 MCGS组态软件的系统构成394.1.3 MCGS组态软件的功能和特点394.2 加热炉监控系统设计414.2.1控制系统工程设计414.2.2 报警显示和报警数据424.2.3 报表与曲线显示43第五章 结论46参考文献47致谢49 第一章 引言1.1 液化天然气概述随着世界经济的快速发展及人口数量的急剧增长，世界能源的需求量也不断增长，而温室效应和各种有害物质的排放对人类生存环境造成了极大的挑战。在这一背景下，天然气作为一种优质、高效、清洁的能源与化工原料正日益受到人们的重视，其应用范围也
10、日益扩大。现已广泛用于工业部门、发电、天然气汽车、天然气化工及天然气合成油等方面。合理利用天然气己成为世界各国改善环境和维持经济可持续发展的最佳选择。据世界能源专家预测，大约在2020年以后，天然气在世界能源结构中的比重将赶上并超过石油，成为世界第一大能源，二十一世纪将成为“天然气的世纪”。【1】我国有丰富的天然气资源，是世界天然气大国之一。目前，我国的 “西气东输”工程正在建设中，南北方向跨国天然气干线也正在进行可行性研究。到“西气东输”管线建成时，上海将成为我国天然气的集中聚集地，这必然引起天然气的储存空间问题。而液化天然气正可解决这个问题。但目前我国在液化天然气生产、储存技术方面所作的研
11、究工作还很少，与发达国家还存在很大的差距。2我国尚无大规模LNG系统工程的实践，天然气液化技术的发展使得中、西部地区丰富的天然气资源低成本地走向东、南发达地区成为可能，从而缓解我国天然气资源分布不均的矛盾；天然气液化后作为汽车燃料和城市民用清洁燃料，可减小对大气的污染，对城市环境污染问题的解决十分有利；天然气液化技术的发展，给中、老油气区寻找新的经济增长点，解决资源不足问题提供了新的思路:天然气液化工艺技术的发展，将促进我国低温技术、低温设备制造、化工生产行业的发展，给我国经济的高速快速发展注入一份新的生机。所以深入研究天然气液化技术，对我国今后发展LNG工业具有非常重要的现实意义。1.1.1
12、 液化天然气的概念和基本性质液化天然气(Liquefied Natural Gas即LNG)是天然气的一种应用形式。其一般生产工艺过程是将气田开采出来的天然气，经过“三脱” (即脱水、脱烃、脱酸性气体)净化处理后，采用先进的制冷工艺，使甲烷在常压下冷冻至-162变为液体。由于其体积仅为原气态时的1/600，所以采用LNG形式在天然气的储存和运输方面都具有十分明显的优越性。【1】一般商业LNG的组成如表1-1所示。由表1-1所示，LNG的主要成分是甲烷，其中还有少量的乙烷，丙烷，丁烷及氮表1-1 商业LNG的基本组成组分组分甲烷9298丁烷04乙烷16其它烃类化合物01丙烷14惰性成分03气等惰
13、性组分。LNG的性质随组分变化而略有不同，一般商业LNG的主要性质为：在-162和0.1Mpa下，LNG为无色无味的液体，其密度约为430Kg/m3,燃点为650，热值一般为37.62MJ/m3,在-162时的气化潜热约为510KJ/Kg,爆炸极限为515，压缩系数为0.7400.820。【2】1.1.2 液化天然气的特性LNG不同于一般的低温液体，它还具有以下的特性。(1) LNG的蒸发 LNG储存在绝热储罐中，任何热量渗漏到罐中，都会导致一定量的LNG汽化为气体，这种气体被称为蒸发气。LNG蒸发气的组成主要取决于液体的组成，它一般含氮气20（约为LNG中N2含量的20倍），甲烷80及微量乙
14、烷。对于纯甲烷而言，-113以下的蒸发气比空气重；对于含有氮气20 的甲烷而言，低于-80的蒸发气比空气重。（2）LNG的溢出与扩散 LNG倾倒至地面上时，最初会猛烈沸腾蒸发，其蒸发率将迅速衰减至一个固定值。蒸发气沿地面形成一个层流，从环境中吸收热量逐渐上升和扩散，同时将周围的环境空气冷却至露点以下，形成一个可见的云团，这可作为蒸发气移动方向的指南，也可作为蒸发气-空气混合物可燃性的指示。(3) LNG的燃烧与爆炸 LNG具有天然气的易爆易燃特性，在-162的低温条件下，其燃烧范围为613（体积百分比）；LNG着火温度即燃点随组分的变化而变化，其燃点随重烃含量的增加而降低，纯甲烷着火温度为65
15、0。【2】1.1.3液化天然气在国民生活中的重要性天然气应用包括直接利用(如用作能源、化工等)和转换利用。根据第14届世界石油大会报告资料，天然气在全球范围内主要用于城乡居民生活和商业部门，约占总消费量的41.5%，其次是工业燃料和化工利用占37%，发电占19%，交通运输业占1%上下。不过目前情况正在发生改变。我国1998年消费天然气214亿m3，总体利用如图1-2所示。预计今后50年内，天然气的应用将会显著扩大，天然气转化生产合成氨、甲醇和烯烃、芳烃等技术将会取得新的进展，天然气用作汽车燃料也将使天然气汽车得到进一步的推广。天然气与其它燃料相比，具有使用方便、经济、热值高、燃烧产物对环境污染少等优点，是一种在技 图1-2 1998年中国天然气利用比例术上证实的优质清洁燃料【3】。天然气替代其它燃料，可以进一步减少一氧化碳(CO)、二氧化碳(C02)、氧氮化物(NOx)及烃类等的排放有利于环境保护。因此，它不仅被广泛作为钢铁、非
