При выборе средств контроля, регулирования и сигнализации руководствуются следующими положениями:
1) системы автоматизации технологических процессов должны строиться, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники;
2) при выборе технических средств автоматизации необходимо учитывать вид и характер технологического процесса, его пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность, а также параметры и физико-химические свойства контролируемых и регулируемых сред, расстояние от местных приборов (первичных преобразователей, исполнительных устройств, до пунктов управления и контроля, требуемую точность и быстродействие контролирующей аппаратуры);
3) выбор рода используемой энергии (электрической, пневматической, гидравлической) для средств автоматизации определяется пожаро- и взрывоопасностью технологического процесса, агрессивностью, влажностью и пыльностью сред, требуемыми точностью, быстродействием, надежностью технических средств и дальностью передачи информации;
4) необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации, обеспечивающих простоту сочетания, взаимозаменяемость, удобство компоновки на щитах управления, простоту обслуживания;
5) класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;
6) диапазон измерения измерительных приборов должен быть выбран так, чтобы номинальное значение измеряемого параметра составляло 50...70% от верхнего предела измерения;
7) при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более дешёвым и доступным средствам автоматизации. [1]
Для осуществления контроля, регулирования и сигнализации параметров предлагается применение следующих приборов.
Цель исследования – дать обоснование и выбор технических средств АСУТП изомеризации.
Материалы и методы исследования - совокупность общенаучных и частно-научных методов познания, в их числе: диалектический, системно-структурный, формально-юридический, социологический, статистический методы.
Температура газосырьевой смеси на выходе из печи П-1 T=2900С, допустимая абсолютная погрешность ΔТ=±50С, рабочее давление P=2,8 МПа.
Максимальное значение шкалы:
Тв.≈290·1,5≈4350С. [3]
Для измерения температуры газосырьевой смеси применяют термопреобразователь ТХАУ Метран-271-03-Exia с диапазоном измерения 0 - 6000С. Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред. Температура окружающей среды от -45 до +70 °С. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Чувствительный элемент изготовлен из термопарного кабеля КТМС (ХА), термоэлектроды которого сварены лазерной сваркой. Выходной сигнал - аналоговый 4-20 мА. Пределы допускаемой основной приведённой погрешности γ=±0,5%, взрывозащитное исполнение 0ExiaІІCT6(«искробезопасная электрическая цепь»). Применение таких термопар на установке обусловлено малой инерционностью, малыми размерами чувствительного элемента и точностью измерения. [5]
Давление на входе в реактор Р-2 P = 2,8 МПа, рабочая температураT = 150ºС, ΔР=±0,05.
Максимальное значение шкалы: Pmax= 2,8·3/2=4,0 МПа.
Для измерения давления используются интеллектуальный датчик давления Метран 150 TG, предназначенный для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал 4...20 мА, предел измерений от 120 до 6000 кПа, выдерживают перегрузки давлением P=10 МПа, температура рабочей среды на входе в датчик -40...149 °С (для снижения температуры измеряемой среды в рабочей полости датчика необходимо использовать специальные устройства-удлинённые импульсные линии, разделительные сосуды), датчик устойчив к воздействию окружающего воздуха в пределах от -40 до 80 °С, взрывозащитное исполнение 0ExiaІІCT5X («искробезопасная электрическая цепь» с уровнем защиты «особовзрывобезопасный»). [7]
Для выбранного верхнего предела измерения Рв=4,0 МПа и максимального верхнего предела Рмах=6 МПа проверяем выполнение условия:
Рв≥ Рмах/2
Подставляя значения Рви Рмахубеждаемся, что условие выполняется
4,0≥ 3,0 (МПа)
Приведенная погрешность составляет γ=±0,075%, условиевыполняется, следовательно, прибор подобран верно. [9]
Характеристики среды: V=67 м3/ч; Dу=200мм; Траб=80℃;
В качестве датчика расхода используется расходомер Метран 350 с условным проходом 200мм. Датчик имеет выходной сигнал 4-20 мА, токовый сигнал пропорционален объемному расходу, приведенному к нормальным условиям. Допустимая относительная погрешность при измерении объемного расхода ±0,8%. Температура окружающей среды от минус 40 до плюс 85 ºС. Температура измеряемой среды от минус 40 до плюс 450 ºС. Предельно-допустимое избыточное давление расходомера 25 МПа. Диапазон измерений 0,8-49137 м3/ч. Наличие взрывозащищенного исполнения: Exia, Exd. [2]
Применение данного расходомера обуславливается стабильностью измерения, повышенной помехозащищенностью и устойчивостью к вибрации, коррозионной стойкостью материала. [7]
Датчики уровня:
Lраб= 60% ; Lmax=80%; Lmin=20% м; ΔL=±0,1 м.
Т.к. L= 3 м, то: Lраб= 3* 0,6≈1,8 м; Lmax=3*0,8= 2,4 м;
Lmin= 2*0,2=0,4 м;
Значение верхнего предела измерения:
Lв=2,4∙3/2=3,36 м. [4]
В качестве датчиков для измерения уровня в реакторе применяются радарные уровнемеры Метран серии 5600 с унифицированным токовым выходным сигналом 4-20 мА на базе HART-протокола. Диапазон измерений до 50 м. Погрешность измерения ±5 мм. Диапазон рабочего давления до 5,5 МПа. Температура окружающей среды от – 40 до 70 ºС. Исполнение взрывозащищенное 2Exde[ia][ib]IICT6X. Погрешность измерений уровня ±5мм.
Для работы в агрессивных средах, регулирования расхода нефтепродуктов используются клапаны малогабаритные типа КМР фирмы «ЛГ Автоматика» с условным диаметром, соответствующим диаметру трубопровода (Dу=200 мм). [6]
Это универсальный поворотный сегментный клапан с эксцентричным плунжером, сочетающий лучшие свойства подъемных и поворотных регулирующих устройств, обладающий исполнительным пневматическим механизмом с входным сигналом 0,02-0,1 МПа. Рассчитан для работы при давлениях регулируемой среды от 1,6 до 16,0 МПа и температурах от -60 до +450 °C. Исходное положение плунжера может быть как нормально открытое, так и нормально закрытое. [8]
В качестве регулятора на установке используем станцию управления и сбора данных YOKOGAWA CX2000, имеющий в комплекте специальный нормирующий резистор для преобразования токового сигнала в сигнал напряжения.
Основные характеристики:
- число входных каналов измерения: 20;
- тип входа:
- унифицированный токовый сигнал: 4-20 мА;
- напряжение: 20мВ/60 мВ/200 мВ/2 В/6 В/20 В/50 В;
- термопара 15 типов, включая ХА;
- термосопротивление: Pt100,Jpt100,Cu100, Cu50. (по ГОСТ)
- дискретный сигнал по уровню напряжения.
- ПИД-регуляторы (встроенные):
- количество контуров:6;
- интервал управления 250мс;
- Выход:
- реле сигнализации: 6 точек;
- универсальные токовые (4-20 мА), напряжения, релейные по количеству ПИД-контуров. [10]
Необходима 1 станция управления.
В качестве преобразователя электрического сигнала в пневматический выбран позиционер Siemens Sipart PS2 Север c HART протоколом с взрывозащищенным исполнением ExiaIICT5. Позиционер преобразует унифицированный токовый сигнал 4-20 мА в унифицированный пневматический сигнал 20-100 кПа. Температура окружающей среды -47…70 ºС.
Качество продукта контролируется с помощью октанометра Shatox SX-100K (AT 6-1), имеющего на выходе стандартный токовый сигнал 4-20 мА. Полученная по сигналу информация обрабатывается, отображается и регистрируется на станции управления и сбора данных CX 2000 (поз. 6-2). Для оценки качества продукта определяется его октановое число по моторному и исследовательскому методам. [5]
Результаты исследования и обсуждение.
Описание функциональной схемы автоматизации
1) Регулирование температуры на выходе из печи П-1
Регулирование и контроль температуры на выходе из печи П-1 осуществляется с помощью термопреобразователя серии ТХАУ Метран-271-03-Exia (TT 4-1), преобразующей температуру в стандартный токовый сигнал 4-20 мА, который поступает на станцию сбора данных Yokogawa CX2000 (TIRC 4-2), где значение температуры отображается на экране дисплея и записывается (регистрируется) в базу данных. Одновременно унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемой температуре, в контроллере YokogawaCX2000 сравнивается с заданием. Ошибка регулирования в контроллере обрабатывается по ПИД-закону. Унифицированный токовый сигнал 4-20 mA с контроллера поступает на электропневмопозиционер Sipart PS2 (TY 4-3), где преобразуется в пневматический и подается на регулирующий клапан, установленный на линию подачи топливного газа в печь П-1.
2) Контроль давления на входе реактор Р-2
Давление на входе в реактор Р-2 измеряется преобразователем Метран-150-TG (PT 9-1), выходной унифицированный сигнал преобразователя 4-20 mA, пропорциональный измеряемому давлению, передается на станцию сбора данных YokogawaCX2000 (PIR 9-2), где значение давления отображается на экране дисплея и записывается (регистрируется) в базу данных.
4) Регулирование расхода сырья
Расход сырья измеряется вихревым расходомером Метран- 350-SFA (FT 1-1), выходной унифицированный сигнал расходомера 4-20 mA, пропорциональный измеряемому расходу, передается на станцию управления и сбора данных YokogawaCX2000 (FIRC 1-2), где значение расхода отображается на экране дисплея и записывается (регистрируется) в базу данных. Одновременно унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемому расходу, в контроллере YokogawaCX2000 сравнивается с заданием. Ошибка регулирования в контроллере обрабатывается по ПИД-закону. Унифицированный токовый сигнал 4-20 mA с контроллера поступает на электропневмопозиционер Sipart PS2 (FY 1-3), где преобразуется в пневматический и подается на регулирующий клапан, установленный на линии подачи сырья.
5) Регулирование уровня в емкости Е-1
Уровень в емкости Е-1 измеряется радарным уровнемером Метран серии 5600 (LT 2-1), выходной унифицированный сигнал уровнемера 4-20 mA, пропорциональный измеряемому уровню, передается на станцию управления и сбора данных YokogawaCX2000 (LIRCA 2-2), где значение уровня отображается на экране дисплея и записывается (регистрируется) в базу данных. При достижении уровня верхнего и нижнего предельныхзначений срабатывает световая и звуковая сигнализация. Одновременно унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемому уровню, в контроллере YokogawaCX2000 сравнивается с заданием. Ошибка регулирования в контроллере обрабатывается по ПИД-закону. Унифицированный токовый сигнал 4-20 mA с контроллера поступает на электропневмопозиционер Sipart PS2 (LY 2-3), где преобразуется в пневматический и подается на регулирующий клапан, установленный на линии подачи рециркулята из колонны К-2 в емкость Е-1.
Выводы и заключение.
Противоаварийная защита насоса ЦН-1 будет реализована путем введения реле температуры - датчик температуры подшипников. Данный приборы осуществляют остановку работы насоса, в случае если датчик температуры подшипников зафиксировал чрезмерный перегрев подшипников (температура поднялась выше 60-70 °С).
Насос ЦН-1 перекачивает сырьё из буферной ёмкости Е-1, имеющую температуру до 120°С. Он работоспособен в диапазоне температур от -50 °С до 250 °С. При повышении температуры подшипников до 70 - 80°С датчик меняет выходной сигнал, что приводит к срабатыванию сигнализации и остановке насоса.
Выбираем микропроцессорный датчик температуры ТСПУ Метран-276-Exia (TZT 3-1) унифицированным выходным сигналом 4-20 мА. Тип первичного преобразователя ТСПУ.
Тип первичного преобразователя ТСПУ. Диапазон преобразуемых температур -0 °С...200 °С. Приведенная погрешность не превышает 0,25%. Так как нам необходима индикация температуры подшипников, данный датчик следует подключить к станции сбора Yokogawa CX2000, которую выбрали ранее.