DD274809A1 - Sicherheitsschaltung fuer schwefelgewinnungsanlagen nach dem claus-prozess - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung fuer Schwefelgewinnungsanlagen nach dem Claus-Prozess und ist anwendbar in Schwefelgewinnungsanlagen nach dem Claus-Prozess der chemischen Industrie und modifiziert bei industriellen Gasfeuerungen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitsschaltung zu schaffen, die in jedem Betriebszustand den aktuellen Sicherheitszustand feststellt und gegebenenfalls bei Abweichungen die Anlage abfaehrt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe in einer Schwefelgewinnungsanlage, deren Prozessgas- und Heizgasleitungen mit ueblichen Sicherheitsschnellschliessarmaturen, Regelarmaturen, Entspannungsarmaturen, Differenzdruck-, Druck- und Mengenmessern ausgestattet sind und deren Verbrennungsluftzufuhr ueber Verhaeltnisregler geregelt wird, mit einer Sicherheitsschaltung der Art geloest, dass die Grenzwertsignale der Schnellschliesssicherheitsarmaturen, Verhaeltnisregler und Messgeraete als Eingangssignale einer programmierbaren mikroelektronischen Ueberwachungs- und Schalteinheit - im weiteren als PMUES bezeichnet - aufgeschaltet sind und die Befehlsausgaenge der PMUES den Sicherheitsschnellschliessarmaturen der Prozessgas- und Heizgasleitungen sowie der Gesamtluftklappe aufgeschaltet sind.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für Schwefelgewinnungsanlagen nach dem Claus-Prozeß mit einem oder mehreren H₂S-haltigen Einsatzgasen und Heizgas. Die Erfindung ist anwendbar in Schwefelgewinnungsanlagen nach dem Claus-Prozeß der chemischen Industrie und modifiziert hei industriellen Gasfeuerungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Charakteristisch für die Weiterentwicklung der Clausanlügen ist einerseits durch Optimierung des Verbrennungsprozesses mittels regelungstechnischer Maßnahmen sowie durih regenerative Heizung und verfeinertes Temperaturregime die Schwefelausbeute bei weitgehender Unterdrückung scradstoffbildender Nebenreaktionen an den theoretisch möglichen Wert heranzuführen und andererseits den ausrüstungstechnischen Aufwand einschließlich Brennkammer und Brenner zu minimieren.

Nach DE-PS 2162562 ist eine MSR-Regelung bekannt, di 3 aus analytisch gewonnenen Imormationen des Einsatzgases in einem Vorhersagerechner Regelgrößen für das Oxydationsmittel errechnet und entsprechende Regelbefehle an die Regelorgane der Oxydationsmittelleitung leitet und ein Sekundärrechner, welchem die Informationen des Abgases eingegeben werden, die Einhaltung des vorausbestimmten Reaktionsablaufes bostätigt oder dem Prozeßrechner Abweichungen signalisiert, weiche dieser korrigiert.

Sicherheitsmaßnahmen, wie sie neuerdings zur Erhöhung der Sicherheit der Gasfeuerungen gefordert werden - in der DDR die TGL 30322/01 -können mit der beschriebenen Lösung nicht erfüllt werden.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, aus den Informationen des wasserdampfgesättigten Rohgases (Druck, Temperatur, Menge) mit annähernd konstanter Zusammensetzung die Regelgrößen für die Verbrennungsluftzufuhr zu errechnen und mit den dem Rechner aufgeschalteten Informationen eines Abgasanalysators zu vergleichen.

Aber auch bei dieser Lösung muß die Anlage von Hand angefahren und im Störungsfall abgefahren werden.

Besonders beim Anfahren der Anlage sind eine Fülle von Prozeß-und Medienparametern, die noch durch Informationen der Sicherheitstechnik ergänzt werden, zu beachten und in Regeleingriffe umzusetzen, die dann das menschliche Reaktionsvermögen übersteigen können.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Dichtheit von Sicherheitsabsperrarmaturen durch das Druckverhalten vor und hinter den Sicherheitsabsperrarmaturen mittels Differenzdruc«messer zu kontrollieren.

Diese Lösung beinhaltet aber lediglich die sichere Feststellung der Dichtheit der Sicherheitsschnellschließarmaturen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung bosteht darin, die Sicherheit der Anlage in jeder. Betriebszustand zu gewährleisten und Gefährdungen durch menschliches Versagen weitgehend auszuschließen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung Ist es, eine Sicherheitsschaltung zu schaffen, die In jedem Betriebszustand den aktuellen Sicherheitszustand feststellt und gegebenenfalls bei Abweichungen die Anlage abfährt. ' Wesen der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe In einer Schwefelgewinnungsanlage, deren Prozeßgas· und Heizgasleitungen mit üblichen Sicherheitsschnellschließarmaturen, Regelarmaturen, Entspannungsarmaturen, Differenzdruck-, Druck- und Mengenmessern ausgestattet sind und deren Verbrennungsluftzufuhr über Verhältnisregler geregelt wird, mit einer Sicherheitsschaltung derart gelöst, daß die Grenzwertsignale

1. der Differenzdruckmesser über den Schnellschließsicherheitsarmaturen und Absperrarmaturen der Prozeßgas- und Heizgasleitungen,

2. der Druck- und Mengenmesser aller Modienleltungen,

3. der Verhaltnisregler zwischen den Medienleitungen,

4. der Temperatur- und Druckmesser der Claus-Brennkammer und

5. gegebenenfalls der Meßgeräte der Führungsgrößen nachgeschalteter Prozeßstufen sowie

6. der Endlagenkontakte der Sicherheitsarmaturen in den Prozeßgas· und Heizgasleitungen und der Gesamtluftklappe

als Eingangssignale einer programmierbaren mikroelektronischen Überwachungs- und Schalteinheit- im weiteren als PMUESbezeichnet- aufgeschaltet sind und die Befehlsausgänge der PMUES den Sicherheitsschnellschließarmaturen der Prozeßgas-und Heizgasleitungen sowie der Gesamtluftklappe aufgeschaltet sind.

Die PMUES ist so programmed, daß sie dem vorgegebenen Anfahr- und Betriebsalgorithmus folgend, ständig im „ja/nein- Dialog" mit den Schnellschließsicherheitsarmaturen, den Keglern und Meßgeräten steht und bei einer auftretenden Negativaussage zum Sollwert - mit welcher der gestörte Betriebszustand charakterisiert wird - in jedem Falle den Steuerbefehl

„Schließen" an die Sicherheitsarmaturen aller Medienleitungen auslöst.

Notwendige Steuereingriffe beim Anfab,prozeß können einprogrammiert werden öderes wird „Handeingriff" signalisiert. In Fällen, in denen die Verbrennungsluft in mehrere separat geregelte Ströme aufgeteilt ist, können über die Verhältnisregler Summationsglieder geschaltet sein. Im allgemeinen wird es beim Anfahrprozeß genügen, wenn die Sicherheitsschaltung auf den Heizgasstrang und dessen Verbrennungsluftzufuhr wirkt. Ist aber z. B. zur schnelleren Aufheizung der Brennkammer im Anfahrbetrieb ein Heizgasumschluß auf die Prozeßgasbrenner

konzipiert und/oder Schwachlastfahrweise vorgesehen, dann ist eine umschaltbare Verhältnisregelung zwischen Heizgas und

Gesamtluft oder Prozeßgasluft bzw. zwischen Rohgas und Gesamt- oder Prozeßgasluft vorzusehen und der Verhältnisregler für Gesamtgas-, Gesamt- oder Prozeßgasluft der Überwachungseinheit aufzuschalten, in die Algorithmen aufzunehmen und

entsprechend zu programmieren.

Es entspricht dem Wesen der Erfindung, wenn in jedem Rohgasstrang und im Heizgasstrang eine Sicherheitsschaltung der

beschriebenen Art angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung soll nachstehend an zwei Beispielen näher erläutert werden: Beispiel 1 Figur 1 zeigt ein Prinzipschema der Sicherheitsschaltung für die Anfahrauf heizfahrwehe einer Clausanlage. Der an der Brennkammer angeordnete Kombinationsbrenner besteht aus dem Heizgasgrundlastbrennerteil 1 und dem Parallelstrombrennerteil 2. Die für einen sicheren Anfahrbetrieb mittels Heizgas erforderlichen Handlungen werden im Algorithmus

- .Vorlüftung der zugehörigen Anlage

- Dichtheitskontrolle der Sicherheitsabsperreinrichtung im Heizgasstrang

- elektrische Zündung des Brenners

- Absich6iü.;o der Flammenstabilität sowie des Ausbrandverhältnisses der Gasfeuerung unter Einbeziehung festgelegter Verriegeiungsbedingunfjen fixiert.

Die Endlagenkontakte der Sicherheitsschnellschließarmaturen 4,5,6 und die Grenzwertkontakte des Verhältnisreglers 21, des Summationsgliedes 19, der Druck- und Differenzdruckmesser 9,10 sowie der Mengenmeßblenden 8,11, des Flammenwächters 13 und der Kesselwasserstandsanzeige 12 sind der PMUES 3 als Eingangssignale aufgeschaltet. Ausgangssignale der PMUES 3 sind lediglich den Betätigungsmechanismen der Sicherheitsschnellschließarmaturen 4,5,6 und der Entspannungsarmatur 7 sowie den elektrischen Zündeinrichtung des Brenners aufgeschaltet. Die PMUES 3 ist so programmiert, daß entsprechend dem voraus beschriebenen Algorithmus zunächst die Stellung der Sicherheitsarmaturen 4,5,7 im Heizgasstrang abgefragt wird.

In der Stellung „Geschlossen" für die Armaturen 4 und 5 sowie „Offen" für die Armatur 7, die bei diesem Schritt als Positivaussage programmiert sind, ergeht an die als Schnellschließarmatur ausgelegte Luftklappe 6 das Ausgangssignal „Öffnen" zur Vorlüftung.

Danach erfolgt die Dichtheitskontrolle der Sicherheitsschnellschließarmaturen 4,5 der Heizgasleitung in der Abfolge: 1. Messung des zeitlichen Druckanstieges Δρ in der Zeitt zwischen den Armaturen 4,5 im zulässigen Bereich als Positivsignal. Signalisiert der Druckanzeiger keinen unzulässigen Druckanstieg, f ο ergeht &n die Sicherheitsschnellschließarmatur 4 als Ausgangssignal der PMUES 3 der Befehl „Öffnen" und nachdem durch den Druckmesser 9 der Solldruck angezeigt wird, der Befehl „Schließen" der Armatur 4.

2. Messung des zeitlichen Druckabfalles Δρ in der Zeit t zwischen den Armaturen 4,5 im zulässigen Bereich als Positivsignal. Bleibt der Druckabfall im zulässigen Bereich, ergeht der Ausgangsbefehl .Öffnen" an die Sicherheitsarmatur 4 und vor der Sicherheitsarmatur 5 stellt sich der Solldruck des Heizgases ein.

3. Messung des Differenzdruckes Δρ in der Zeit t als Positivsignal.

(Die Regelarmaturen in der Brenneranschlußleitung 14 und Im Umschluß 20 sind selbstverständlich geschlossen.) Signalisiert der Differenzdruckmesser 10 keine Unterschreitung des Differenzdruckes, so wird von der PMUES 3 die Information „Zündbereitschaft" signalisier« und oie Freigabe des Anfahrstarters (für Handeingriff) ausgelöst.

Im vorliegenden Falle ist die Zündung des Heizgasbrenners durch Handeingriff vorgesehen. Die Verhältnisreglor 15,16,21 wirken direkt auf die Stellklappen in den Luftanschlußleitungen 17,18,22 zum Brenner. Signalisieren die mit dem Brennerstart zugeschalteten Verhältnisregler 21 und 15,16 über Summationsglied 19 keine Störung,

befindet sich die Anlage im stabilen Betrieh.

Zur schnelleren Aufheizung der Anlage ist im vorliegenden Fall ein Umschluß 20 des Heizgases auf den Rohgasbrenner 2

vorgesehen. Für den Anfahrbetrieb erfordert der Umschluß 20 aber keine zusätzlichen sicherheitstechnischen Maßnahmen, weillediglich der Durchsatz nicht aber die Betriebszustände geändert werden.

Die sich bei der Mischgas-Fahrweise ergebenden Zustände werden im Beispiel 2 beschrieben. Die PMUES 3 verbleibt permanent mit allen genannten Meßgeräten und Reglern im „ja/nein-Dialog" und setzt jede Sollwertabweichung in eine Negativaussage um und erteilt den Befehl „Schließen" an die Sicherheitsarmaturen 4,5, β sowie

den Befehl „Öffnen" an die Entspannungsarmatur 7.

Beispiel 2 Figur 2 zeigt ein Prinzipschema der Sicherheitsschaltung für die Mischgasfahrweise von Prozeß- und Heizgas einer Clausanlage. Unter Prozeßgasteillastbedingungen wird analog Beispiel 1 der Heizgasgrundlastbrennerteil 1 in Betrieb genommen. Bei Erreichen der Arbeitstemperatur, gemessen mit Temperaturmesser 29, in der Brennkammer wird die Verriegelung des Rohgasstranges freigegeben, der Heizgasumschluß 20 geschlossen und das Rohgas durch Handeingriff zugeschaltet und durch

die Anschlußleitung 23 dem Parallelstrombrennerteil 2 zugeführt.

Gleichzeitig wird durch den Umschalter 31 die Impulsleitung des Verhältnisreglers 21 auf den Verhältnisregler 24 umgeschaltet

und der Verhältnisregler 21 blockiert.

Durch den Verhältnisregler 24 wird der Luftstrom in der Luftanschlußleitung 22 zum Parallelstrombrennerteil so eingestellt, daß

sich unter Berücksichtigung des Luftüberschusses aus dem Heizgasgrundlastbrennerteil eine maximale

Schwefelumsatzreaktion einstellt. In der Rohgas-Anschlußleitung 23 sind ebenfalls zwei hintereinanderliegende Schnellschlußabsperrvorrichtungen 25,26

angeordnet, wobei die Stellungsendlagenkontakte der PMUES 3 aufgeschaltet sind. Weiterhin ist hinter der

Sicherheitsabsperreinrichtung in der Heizgasleitung vor dem abgesperrten Abzweig der Teilheizgasleitung 20 eine Stellarmatur 27 mit darüber angeschlossenem Differenzdruckmesser 28 angeordnet, dessen Grenzwertsignal ebenfalls der PMUES 3 als Eingangssignal aufgeschaltet ist. Um ein Eindringen von Prozeßgas in das Heizgassystem wirksam zu verhindern, wird bei Überschreitung des Grenzwertes von

der PMUES 3 eine sofortige Sperrung des Heizgasstranges durch Ansteuerung der Sicherheitsabsperreinrichtungen 4,5ausgelöst.

Die PMUES 3 ist so programmiert, daß die Rohgaszuführung zum Brenner (Öffnen der Schnellschlußabsperrvorrichtungen 25,

26) nur erfolgt, wenn die positiven Eingangssignale wichtiger Startverriegelungen, z. B. Arbeitstemperatur (gemessen mit

Temperaturmesser 29), Heizgasflamme vorhanden (gemessen mit Flammenwächter 13) und Mindestrohgasvordruck

(gemessen mit Druckmesser 30), anliegen.

Im Störungsfall wird beim Eintreten kritischer Betriebszustände, wie Flammenausfall des Stützbrenners, Verbrennungsluftausfall, Druckerhöhung oder Temperaturabfall in der Brennkammer, Unterschreitung des Mindestkesselwasserstandes, die Betriebsanlage durch die PMUES 3 in einen gefährdungsfreien Zustand gebracht.

Claims (3)

1. Sicherheitsschaltung für Schwefelgewinnungsanlagen nach dem Claus-Prozeß mit einem oder mehreren H₂S-haltigen Einsatzgasen und Heizgas sowie einem oder mehreren Oxydationsmittelströmen für jedes Einsatzgas und das Heizgas in der Bestückung mit Verhältnisreglern zwischen der jeweiligen Prozeß· oder Heizgasleitung und der oder den zugehörigen Oxydationsmittelleitungen, Mengenmeßeinrichtungen in den Hauptmedienleitungen und Differenzdruckmeßvorrichtungen über den Sicherheitsarmaturen der Prozeß- und Heizgasleitungen sowie Temperatur- und Druckanzeige der Claus-Brennkammer, gekennzeichnet dadurch, daß die Grenzwertsignale der Verhältnisregler (15,16,21), der Differenzdruckmesser (10, 28), der Gesamtmengenmesser (8,11) und der Druckmesser (9,30) sowie des Temperaturanzeigers (29) der Claus-Brennkammer als Eingangssignale einer programmierbaren mikroelektronischen Überwachungs- und Schalteinheit (PMUEi)) (3) aufgeschaltet und die Ausgangssignale der PMUES über Befehlsieitungen den Sicherheitsschnellschließarmaturen (4,5,6) der Medienleitungen aufgesch iltot sind.

2. Sicherhe. 'sschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß über die Verhältnisregler (15, 16) mehrerer Oxydationsmittelleitungen (17,18) eines Prozeß- oder Heizgasstromes ein Summationsglied (19) geschaltet sein kann, dessen Signalleitung der PMUES (3) aufgeschaltet ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Heizgasstrang über eine absperrbare Teilheizgasleitung (20) dor oder einer Prozeßgasleitung aufgeschaltet ist, über die Regelarmatur (27) ein Differenzdruckmesser (28) liegt, dessen Grenzwertsignale der PMUES als Eingangssignal aufgeschaltet sind.