СКАЧАТЬ:  kp_atpip.zip [848,37 Kb] (cкачиваний: 142)

1. РЕФЕРАТ

Курсовой проект по дисциплине: «Автоматизация технологических процессов и производств», на тему: «Секция получения и выделения серы 600». Данная установка относится к «Елховскому Нефтеперерабатывающему Управлению» при НГДУ «Елховнефть» ОАО «ТатНефть». Секция содержит следующие технологические линии:

• технологическая линия подготовки “кислого” (сероводородного) газа к переработке и сжигание его в котле-утилизаторе, с образованием паров серы, воды и двуокиси серы;
• технологическая линия отделения контактного газа и жидкой серы;
• технологическая линия по регенерированию сероводорода и двуокиси серы в реакторе с образованием элементарной серы;
• технологическая линия дегазации жидкой серы в.

Ключевые слова, использующиеся в данном курсовом проекте:

• АРМ – автоматизированное рабочее место;
• УПВСН – Установка подготовки высокосернистой нефти;
• НПУ – нефтеперерабатывающее управление;
• ЦКППН – цех комплексной подготовки перекачки нефти;
• АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.

Елховское НПУ является единственным малотонажным заводом с производительностью 400 тыс. тонн в год, получением бензина - 68 тонн, диз. топливо - 85 тонн в год, битума – 66 тонн в год, серы – 16,8 тонн в год.

Сырая нефть по отношению к готовым нефтепродуктам стоит дешево, к примеру, бензин дороже нефти в несколько раз, то целесообразнее продавать готовые нефтепродукты.

Работа включает в себя технологическое описание блока получения и выделения серы – секция 600, модель автоматизированной работы рассматриваемого блока, описание технических средств автоматизации: расчётно-пояснительную записку , состоящую из введения, технологической, технической, расчётной, графической части; чертёж схемы автоматизации блока получения и выделения серы – секция 600.

2. ВВЕДЕНИЕ

Под автоматизацией производственных процессов нефтяных и газовых промыслов следует понимать применение приборов, приспособлений и машин, обеспечивающих бурение, добычу, промысловый сбор, подготовку и передачу  нефти и газа с промысла потребителю без непосредственного участия человека, лишь под его контролем. Автоматизация  производственных процессов является высшей формой развития техники добычи нефти и газа, предусматривающей применение передовой технологии, высокопроизводительного и надежного оборудования.

Современные нефте- и газодобывающие  предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (скважины, групповые измерительные установки, сепарационные установки, сборные пункты, установки комплексной подготовки нефти и газа, резервуарные парки) связаны между собой через продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования, дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием.

Наиболее высокая эффективность работы газо -  и нефтедобывающих объектов может быть достигнута при автоматическом управлении технологическими процессами в оптимальном режиме.

Под оптимальным автоматическим управлением технологическим объектом понимают функционирование объекта с автоматическим выбором такого технологического режима, при котором обеспечивается наибольшая производительность с наилучшим использованием энергетических и сырьевых ресурсов. 

Технологические процессы бурения, добычи и транспортировки нефти и газа характеризуются  значительным числом параметров, определяющих ход этих процессов, наличием внутренних связей между параметрами, их взаимным многообразным и сложным влиянием друг на друга и на течение всего процесса. Для того чтобы решить задачу создания системы оптимального автоматического управления технологическим процессом, необходимо его изучить, определить степень влияния характеризующих его параметров  на выходные качественные и количественные показатели процесса.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Технологическая схема завода

Район  Татарстана испытывает  потребность  в горючем. На  заводе  применяется  распределенная  система  регулирования.  Завод  спроектирован  так,  чтобы  свести  к  минимуму  выбросы  в  атмосферу  и  эффективно  использовать  энергию. Продукты, которые  будут  производиться,  включают  автомобильный  бензин А – 76, летние  и  зимние  сорта  дизельного  топливо  и газойль.   Кроме  того, выпускаются  4  марки  битума  на  базе  остатка,  сформировавшегося   после  изготовления  данных  продуктов.  Будут выпускаться  2  марки  кровельного битума  и 2  марки  дорожного  битума. Завод  выпускает  также  серу  в качестве  побочного  продукта, получаемого  для  удаления  сернистых  соединений  из  дизельного  топлива.

На  сегодняшний  день  Кичуйский  НПЗ  является    единственным   малотонажным    заводом  с  производительностью  400 тыс. тонн в  год,  получением  бензина  - 68 тонн, диз. топливо  - 85 тонн в год,  битума – 66 тонн в год, серы – 16,8 тонн в год.

Сырая  нефть  по  отношению к готовым нефтепродуктам  стоит дешево, к примеру,  бензин  дороже  нефти  в  4 раза,  то целесообразнее  продавать  готовые нефтепродукты.

Установка  размещена  на  территории  Кичуйского  товарного  парка.  Нефть  получают  из  резервуаров  КТП, а  готовую  продукцию  отгружают  потребителям  автотранспортом. Завод  перерабатывает  девонскую  нефть.

Нефтеперерабатывающая  установка  состоит  из семи  технологических блоков: АВТ, каталитический риформинг, гидроочистка  бензина, дизельного топлива, аминовая очистка,  установка получения  серы  и битума.

Основной  задачей  является  переработка  нефти  с  целью   получения  готовых   нефтепродуктов, необходимых  для всего  народного  хозяйства:  бензина, дизельного  топлива,  битума.

Технологический процесс  состоит  в  следующем:  нефть   из  резервуаров  товарной  нефти  насосами   подается  в блок  АВТ,  где  получают  прямогонный     бензин , газойль   и  остаток ;

 -  прямогонный бензин, пройдя  гидроочистку  и очистку  от  серных  соединений, поступает в  блок каталитического  риформинга,  где  получают  товарный  бензин  с октановым   числом  76;

-  дизельное  топливо  после  очистки  -  готовый   продукт;

-  атмосферный   и  вакуумный  газойль   направляют  на  хранение  в  качестве  котельного  топлива;

   - вакуумный  остаток  служит  сырьем  для  блока  получения  товарного  битума;

Битум получают  путем  окисления  вакуумного  остатка   кислородом.

Технологический  процесс   с  целью  уменьшения  выбросов  предусматривает  установку  улавливания   легких  фракций  с  подключением  всех  товарных резервуаров   и  емкостей  сырой  нефти; газовая  фаза  подается  на  газокомпрессорную  станцию,  а  конденсат  откачивают  в  линию  товарной  нефти.  Сброс  с  предохранительных  клапанов  осуществляется  в дренажную  емкость,  откуда  жидкость  идет  в   процесс, а  газ  -  на факел.

Углеводородный  газ  с  блока  АВТ,  очищенный  в  блоке  аминовой  очистки  от Н2S,  служит  газовым  топливом  для  нагрева  продуктов  в  печах  установки.

Сероводородсодержащий   газ  поступает  в  блок  получения  серы, оттуда  получается   товарная  сера.

На   сегодняшний  день  производственная  мощность   составляет:    

Сырье - 400 тыс. тонн;

бензин - 69 тыс. тонн;

дизельное топливо - 95 тыс. тонн;

битум - 69 тыс.тонн;

сера - 2 тыс.тонн;

жидкое топливо - 115 тыс.тонн.

Структурная схема завода представлена в приложении 1.

3.2. Описание технологического процесса

В данной курсовой работе рассматривается  секция получения и выделения серы (секция  - 600) «Елховского Нефтеперерабатывающего Управления» НГДУ «Елховнефть» ОАО «Татнефть».

Технологическая схема автоматизации секция получения и выделения серы представлена в приложении 2.

Секция предназначена для получения серы путем окисления сероводо­рода. На первой стадии происходит окисление сероводорода в присутствии воздуха:

2H₂S     +     О₂     =>     2S    +     2Н₂О

2H₂S     +     ЗО₂   =>   2Н₂О  +     2SO₂

Обе реакции протекают при высоких температурах и являются экзо­термическими реакциями. Поскольку сероводород, поступающий на секцию, содержит большое количество примесей, наряду с приведенными реакциями протекает ряд побочных экзотермических реакций:

2Н₂     +     О₂     =>     2Н₂О

СН₄    +     2О₂    =>     СО₂    +     2Н₂О

4NH₃  +     ЗО₂    =>     2N₂     +     6Н₂О

Для обеспечения полного окисления двуокиси серы в реакторе в присутствии катализатора протекает реакция доокисления сероводорода и двуокиси серы:

2H₂S     +     SO₂   =>      3S     +    2Н₂О

Первые две реакции окисления являются обычными реакциями полного и частичного сгорания сероводорода. Они протекают при температуре более 1000° С. Каталитическая реакция окисления сероводорода и двуокиси серы протекает в присутствии катализатора типа Lu Roche S-201, представляющего собой активированный глинозем в форме шариков диаметром 4,8 мм. Этот катализатор состоит из 94-95% окиси алюминия с развитой эффективной поверхностью.

Данная реакция экзотермична и сопровождается выделением тепла Чем ниже температура, тем выше скорость реакции. Однако существенным недостатком низких температур является то, что при этом возможна конденсация серы в порах катализатора, что резко снижает его активность. Чтобы повысить скорость реакции и одновременно избежать конденсации серы на катализаторе, реактор на блоке разделен на три секции. Это позволяет избежать разогрева продуктов реакции выше допустимых температур, при которых возможно спекание катализатора и уменьшение его активной поверхности, и одновременно избежать конденсации серы в слое катализатора.

В емкости хранения серы V-603 возможно протекание реакций между серой и растворенным в ней сероводородом с образованием полисульфидов серы.

H₂S      +      (n-1)S      =>       Н—S—Н

Данная реакция обратима. На равновесное соотношение сероводород-полисульфид сильно влияют парциальное давление сероводорода и температура.

Влияние температуры объясняется растворимостью сероводорода в жидкой сере. Подсчитано, что при 150 °С соотношение сероводород-полисульфид равно 50:50.

На концентрацию сероводорода и полисульфидов в сере влияет время хранения жидкой серы в емкости. Считается, что равновесие между полисульфидом и растворенным сероводородом достигается после 12 часов хранения серы.

Реакция разложения полисульфидов до сероводорода может быть ускорена катализатором, в роли которого могут выступать аммиак, тиосульфат аммония, органические соединения азота (алкиламины).

На секции счет дегазации снижается концентрация растворенного в жидкой сере сероводорода, что смещает степень равновесия в сторону разложения полисульфидов.

3.3. Описание функциональной технологической схемы

Сырьем для секции извлечения и получения серы служит кислый газ, поступающий с десорбционной колонны Т-503 секции аминовой очистки газов. Этот газовый поток представляет собой главным образом сероводород с незначительными примесями водорода, метана, аммиака.

Кислый газ поступает в сепаратор V-601 для удаления увлечённых частиц жидкости. Жидкая фаза с сепаратора V-601 сливается в сепаратор отходов V-611. Уровень в сепараторе регулируется клапаном уровня прямого действия поз. LV-6101, установленным на линии слива жидкой фазы.

Очищенный кислый газ с сепаратора V-601 поступает к горелке котла-утилизатора Е-601.

Для первичного розжига горелки котла-утилизатора и разогрева катализатора в V-602 предусмотрен топливный газ от заводского коллектора и воздух от воздуходувки К-601 А, В.

Давление в линии топливного газа к горелке поддерживается клапаном-регулятором прямого действияпоз.РСУ-602. Расход воздуха к котлу-утилизатору Е-601 регулируется блоком соотношения "кислый" газ / воздух поз. FFIC-6401, клапан которого установлен на линии подачи воздуха к горелке котла.

В топке котла-утилизатора Е-601 сероводород частично сгорает с образованием паров серы, воды и двуокиси серы. За счет тепла сжигания газа и экзотермических реакций в межтрубном пространстве котла-утилизатора Е-601, заполненного хим. очищенной водой, вырабатывается пар давлением 4,2 кгс/см². Пар выводится в заводской коллектор пара.

Уровень котловой воды в межтрубном пространстве котла-утилизатора Е-601 регулируется клапаном уровня прямого действия поз. LV-6104, установленным на линии подачи хим. очищенной воды в котел.

Из 1-ой секции котла-утилизатора Е-601 технологический газ поступает в сепаратор серы V-608, где жидкая сера отделяется от газов и сливается через гидрозатвор V-607A в емкость V-603, Уровень жидкости в гидрозатворе V-607A предотвращает проскок газов из сепаратора V-608 в емкость V-603.

Выходящий из сепаратора V-608 технологический газ поступает в печь штыкового типа Н-602, где подогревается за счет тепла сгорания топливного газа в горелке печи.

Температура технологического газа на выходе из печи Н-602 регулируется клапаном температуры поз. TIC-6202, установленным на линии подачи топливного газа к горелке.

Повторно подогретый технологический газ из печи Н-602 поступает сверху в 1-ую секцию реактора V-602. Проходя через слой активированного глиноземного катализатора, сероводород и двуокись реагируют между собой с образованием элементарной серы. Выходящий из 1-ой секции реактора V-602 технологический газ направляется в трубное пространство 2-ой секции котла-утилизатора Е-601, где охлаждается до 168  С и из него конденсируется сера.

Охлажденный технологический газ и сконденсированная сера из трубного пространства 2-ой секции котла-утилизатора Е-601 поступает в сепаратор V-609, где происходит их разделение.

Жидкая сера с нижней части сепаратора через гидрозатвор V-607B отводится в емкость V-603, а технологический газ с верха сепаратора поступает в печь Н-603. Подогретый за счет тепла сгорания топливного газа, подаваемого к горелке печи Н-603, технологический газ поступает во вторую секцию реактора V-602.

Температура технологического газа на выходе из печи Н-603 регулируется клапаном температуры поз. TIC-6211, установленным на линии подачи топливного газа к горелке печи.

Проходя через слой катализатора 2-ой секции реактора V-602, сероводород и двуокись серы, содержащееся в технологическом газе, реагируют между собой с образованием элементарной серы и паров воды. Из второй секции реактора V-602 технологический газ поступает в 3-ю секцию котла-утилизатора Е-601, где он охлаждается и из него конденсируется сера. Охлажденный технологический газ из 3-ей секции котла-утилизатора поступает в сепаратор V-610, где из него выделяется жидкая сера, которая снизу сепаратора через гидрозатвор V-607C отводится в емкость V-603.

Технологический газ из сепаратора V-610 поступает в печь Н-604, где нагревается за счёт тепла сгорания топливного газа. Температура газа на выходе из печи Н-604 регулируется клапаном температуры поз. TIC-6215, установленным на линии подачи топливного газа к горелке печи.

Подогретый технологический газ из печи Н-604 поступает в 3-ю секцию реактора V-602, где в слое катализатора реагируют остатки сероводорода и двуокиси серы. Выходящий из 3-ей секции реактора газ поступает в трубную часть котла-утилизатора Е-602.

В 3-ей секции реактора V-602 реагирует незначительное количество сероводорода с двуокисью серы и выделяющегося при этом тепла в зимнее время недостаточно для компенсации потерь тепла в окружающую среду через изоляцию трубопроводов и оборудования, что может вызвать затвердевание серы в трубках котла-утилизатора Е-602. Во избежание этого котел-утилизатор Е-602 имеет два режима работы.

В теплый период времени в межтрубное пространство котла подается котловая вода для утилизации тепла технологического газа и вырабатывается пар давлением 3,5 кгс/см², который сбрасывается с котла-утилизатора в заводской коллектор пара. Уровень котловой воды в котле-утилизаторе регулируется клапаном уровня прямого действия поз. LС-6106, установленным на линии подачи котловой воды в котел.

В холодный период времени в котел-утилизатор подается пар давлением 3,5 кгс/см² для поддержания необходимой температуры в трубной части котла, конденсат пара с котла-утилизатора отводится в коллектор конденсата. Уровень конденсата в котле-утилизаторе регулируется клапаном уровня прямого действия поз. LSHL-6107, установленным на линии сброса конденсата с межтрубного пространства котла в заводской коллектор.

Выходящий из котла-утилизатора Е-602 технологический газ поступает в сепаратор V-612, где от него отделяется жидкая сера, которая через гидрозатвор V-607D сливается в емкость V-603. Технологический газ с сепаратора сбрасывается на сжигание в печь Н-605.

Собирающаяся в емкости V-603 жидкая сера содержит в себе растворенный сероводород и полисульфиды водорода, которые разлагаются с образованием сероводорода. Выделяющийся в емкости V-603 сероводород может образовать взрывоопасную концентрацию в закрытом объеме и привести к сильному отравлению. Во избежании этого производится дегазация серы с помощью воздуха.

Ёмкость V-603 снабжена перегородкой, образующей приемную зону серы, куда поступает жидкая сера после гидрозатворов V-607A, B, C, D. В эту же зону под уровень жидкой серы подается воздух от воздуходувки К-601А, В. Барботируя сквозь слой жидкой серы, воздух способствует выделению из нее растворенного сероводорода. Дегазированная сера переливается через перегородку в зону хранения серы емкости V-603.

Дополнительный воздух вводится в пространство паров над жидкой серой через вентиляционное отверстие.

Избыток воздуха с сероводородом отсасывается из емкости V-603 при помощи парового эжектора и сбрасывается в печь для сжигания отходов Н-605.

Насосом Р-601А жидкая сера перекачивается к терминалу для загрузки в тару.

Загрязненная сероводородом вода с секций гидроочистки бензина и дизельного топлива, а также загрязненная вода с сепаратора V-601 поступают в сепаратор V-611.

Из сепаратора V-611 жидкая фаза сбрасывается в канализационный коллектор.

Газовая фаза с сепаратора V-611 поступает в печь сжигания отходов Н-605.

В печи сжигания отходов Н-605 сжигаются газы дегазации серы емкости V-603, а также в случае остановки секции получения серы все кислые газы, поступающие на секцию из десорбционной колонны Т-503 секции аминовой очистки газов.

Горелки печи Н-605 равномерно сжигают газы независимо от того работает секция или стоит. Пламя топливного газа экранировано от внезапного порыва газов, поступающих в печь в случае остановки секции. Полное сгорание потока кислого газа в случае остановки секции получения серы сильно увеличивает температуру дымовых газов, что может повредить изоляцию вытяжной трубы. Во избежании этого предусмотрена подача окружающего воздуха в вытяжную трубу за счет эффекта “тяги”.

Температура дымовых газов в вытяжной трубе печи регулируется клапаном температуры поз. Т1С-6221, который управляет жалюзи на подаче окружающего воздуха в вытяжную трубу.

4. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Иерархическая многоуровневая структура автоматизированной системы

 На  рис. 1. представлена обобщенная структура АСУ ТП, построенной на базе микропроцессорных программируемых контроллеров и  ОС  “ТDC 3000”.

                                SCADA система – «TDC-3000»

                         Последовательный интерфейс RS-232

Рис. 4.1. Операторская станция в структуре автоматизированной

системы управления

Настоящим техническим заданием предусматривается создание многоуровневой системы повышенной мощности высокой информационной надёжности.

4.2. Цели, задачи и выполняемые функции систем автоматизации верхнего и нижнего уровней

Система предназначена для автоматизированного управления технологическими процессами технологической линии ЕНПУ.

В соответствии с ГОСТ 20.003 – 84  АСУ ТП предназначены для выработки и  реализации управляющих воздействий  на объекты управления и предоставляют собой системы, обеспечивающие сбор, обработку информации, необходимой для оптимизации управления объектом в соответствии с принятыми критериями.

Функции системы можно разделить на информационные, управляющие и вспомогательные.    

Информационные функции включают:

• измерение технологических показателей;
• передачу результатов в УВК с преобразованием сигналов в цифровую форму;
• предоставление информации оператору  АСУ ТП.

Управляющие функции включают:

• расчет управляющих воздействий;
• логическое управление группой оборудования;
• передача управляющих сигналов на исполнительные механизмы.

Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.

Расчет управляющих взаимодействий проводится по запрограммированным  алгоритмам.

Типичные примеры регулирования ПН, ПНД. Последовательность вычислений управляющего воздействия по таким законам и составляет алгоритм управления.

Развитие АСУ ТП связано с использованием для управления микропроцессоров, стоимость которых с каждым годом становится более низкой по сравнению с затратами на создание системы управления .

До появления микропроцессоров эволюция систем управления сопровождалась увеличением степени централизации. Но возможности централизованных систем не отвечают современным требованиям по надежности, гибкости, стоимости систем связи и программного обеспечения. С возрастанием мощности технологических аппаратов возрастают требования к точности и быстродействия систем управления.

АСУ ТП ЕНПУ является распределенной системой. В ней имеется большое число каналов контроля, регулирования и управления и децентрализация явилась методом повышения живучести АСУ ТП, снижения стоимости и эксплуатационных расходов. Технической основой являются микропроцессоры, выполняющие следующие функции:

• сбор данных (коммутация сигналов, фильтрация, преобразование в цифровую форму, ввод в базу данных);
• регулирование и управление, изменение уставок, параметров алгоритмов, и самих алгоритмов;
• реализация алгоритмов ввода, вывода, блокировки.

В распределенной системе подсистемы функционально связанны и их работа подчинена общей цели, а процессоры имеют помимо аппаратной связи программный обмен, который осуществляется при помощи каналов связи.

С точки зрения обработки данных распределенная АСУ ТП представляет собой объединение при помощи каналов связи различных МПС.

Физическая среда передачи образованна коаксиальным кабелем.

Для подключения процессоров используют приемопередатчики – узел сбора данных и управления ввода-вывода данных от подсистем в магистраль, и включает в себя адаптеры, интерфейсные схемы канала связи и сетевые интерфейсы.

Обмен информации между отдельными устройствами осуществляется через интерфейсы.

Согласно ГОСТ 26.016-81 под интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных средств, необходимых для реализации алгоритмов взаимодействия функциональных блоков и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости.

4.3. Состав комплекса технических средств АСУТП

АСУ ТП представляет собой комплекс технических средств, состоящий из большого числа различных блоков, моделей и устройств. Основная часть этих устройств – датчики, измерительные преобразователи, исполнительные механизмы  являются составной частью АСР. Характерной особенностью АСУ ТП является наличие в ее составе средств вычислительной техники, реализующей алгоритмы комплексом (УВК).

Технические средства для автоматизации выполняют следующие функции:

• сбор и преобразование информации (без изменения ее содержания) о состоянии процесса; передача информации по каналам связи (перемещение в пространстве);
• преобразование, хранение и обработка информации, формирование команд управления (перемещение информации во времени с изменением ее содержания); использование и предоставление командной информации для воздействия на процесс и связи с оператором АСУ ТП.

Все средства автоматизации технологических процессов в соответствии с ГОСТ 12997-74 объединяют в функциональные группы, образуемые по характеру преобразования информации в системах управления. В свою очередь, средства функциональных групп классифицируются по признаку отношения к системе и образуют: средства на входе системы (датчики); средства на выходе (выходные преобразователи, средства вывода информации и команд управления процессом); внутрисистемные технические средства (средства промежуточного преобразования информации, обеспечивающие взаимосвязь между устройствами с различными сигналами, различными машинными языками, средства передачи, фиксации и обработки информации).

При определенной структуре и алгоритмах функционирования АСУ ТП можно предположить возможность оптимального выбора комплекса технических средств для системы.

Одним из наиболее важных критериев выбора КТС может служить их стоимость, занимающая в общей стоимости систем управления значительную часть. Выбор ТС для АСУ ТП является задачей оптимизационного, многокритериального характера, от решения которой во многом зависит экономическая эффективность АСУ ТП.

Эффективность КТС существенно зависит также от времени и точности преобразования информации и затрат материальных ресурсов, необходимых для создания и эксплуатации КТС. Скорость обработки информации характеризуется затратами времени на решение задачи, а точность обработки – вероятностью появления ошибки в решениях. 

Описание работы датчиков

Значительную часть средств автоматизации составляют датчики, предназначенные для преобразования различных измеряемых величин в соответствующий пневматический сигнал или постоянный ток.

В системе применяются интеллектуальные датчики для измерения давления, температуры. Они являются многопараметровыми датчиками, обеспечивают высокую точность цифровой интерпретации, одновременно снижая затраты на проводную разводку.

Основным критерием точности комплекса всех измерений является необходимая точность реализации средств для выполнения задач. Этот критерий определяет допустимую погрешность измерения. Он диктует выбор датчиков. Такую точность получают лишь с помощью эл. датчиков.

В АСУ ТП используют датчики давления и расхода, имеющие аналог Сапфир. Они имеют высокий класс точности, отличаются простотой в поверке и обслуживании.

Измерение давления, температуры, уровня

Измерение любого параметра начинается с его преобразования датчиком в механический или электрический сигнал. Затем эти сигналы поступают в промежуточные преобразователи и измерительные приборы.

По сравнению с другими элементами датчики наиболее многочисленны и, несмотря на простоту устройства, достаточно сложны в эксплуатации.

Многообразие датчиков объясняется различием условий, в которых приходиться производить измерения технологических параметров.

Сложность эксплуатации датчиков связана с тем, что под влиянием внешних условий происходит изменение их коэффициента передачи за счет износа и необратимых деформаций (при повышении давления или температуры в аварийных ситуациях). При неизменных коэффициентах передачи последующих преобразователей это приведет к измерению коэффициента передачи всей измерительной цепи, и измерение параметра будет вестись с погрешностью, превышающей допустимую. Если оператор об этом не знает и считает показания прибора правильными, то нормальный режим протекания процесса нарушится.

Контроль за качеством передачи датчиков связан со значительными трудностями, так как их поверка проводится экспериментальным путем и на средах – имитаторах.

Для одних датчиков (температуры, давления) найденный коэффициент передачи не изменяется при переходе на рабочую среду, для других (уровня) возможен пересчет коэффициентов коэффициента передачи по плотности рабочей среды. Датчики давления и расхода выгодно отличаются точностью измерения.

Датчик температуры 444RL

Модель 444 предназначена для использования с термометрами сопротивления платиновыми (ТСП) с сопротивлением температуры таяния льда (Ro) 100 Ом.

Модель 444RL показывает непрерывную  приспосабливаемость к температурным режимам, разработаны как сменные и взаимозаменяемые  датчики. Размещение двойного купе разрешает электронике быть конструктивно изолированным от нуля и регулирования промежутка, терминалов датчика, и сигнала, телеграфирующего терминалы. Модель 444RL снабжена электрической изоляцией в передатчике для учета сигнала входа.

Измерение температуры сырья  требует установки датчика  в трубу или резервуар, содержащий сырье. Температурные датчики типа RTDs производят электрические сигналы низкого уровня, пропорциональные измеренной  температуре. Большая длина провода между датчиком и приемным  устройством, может явиться причиной ошибок из-за шумов, если не приняты меры по помехозащите. Кроме того, введена дополнительная компенсация (для RTD входов) необходимая между датчиком и приемным устройством.

Эти помехи могут быть устранены, путем  установки датчика вблизи от точки измерения. Модель 444 предлагает удобный, надежный и экономичный способ делать это. Температура приведена  к стандарту высокого уровня с унифицированным сигналом 4 — 20 mA, который передается в операторную по двум медным проводам.

Rosemount Alphaline Модель444

Двухпроводной температурный передатчик используется, когда точка измерения отдалена от точки управления, считывающего или делающего запись пункта или пункта измерения, подвергнута состояниям окружающей среды, которые были бы вредны для незащищенного сигнала, обусловленного для оборудования.

Когда передатчик связан с источником мощности, он передает сигнал пропорциональный температуре сырья, который независим от напряжения питания или сопротивления нагрузки передатчика. Этот  сигнал (4-20 mA) также использует передатчик, так что никакой другой источник питания не требуется, чтобы использовать петлю сигнала.

Передатчик разработан для использования с платиновым температурным датчиком сопротивления (100 Омов R_o если иначе не определено). Этот тип датчика имеет положительный температурный коэффициент, с высоко устойчивым сопротивлением против температурных отношений.

Мост конвертирует (преобразовывает) сопротивление против температурных отношений датчика к милливольту.

Против сигнала сопротивления. Переменная резистивная схема в опоре мостового смежного канала к RTD позволяет установку нуля. Выбираемые резисторы в той же самой опоре позволяют выбор нулевых режимов для широкой нулевой амплитуды изменений при поддержании требуемой разрешающей способности.

Два рукава моста напротив RTD состоят из фиксированной сети делителя. Весь выходной сигнал (если бы не электроток датчика, который установлен) перекачивает резистор обратной связи, таким образом восстановление равновесия мостовой выходной сигнал, чтобы обнулить. Мост управляется источником тока. Приспосабливаемость промежутка достигнута, изменяя текущий уровень через RTD. Источник тока также поставляет линеаризованный сигнал, столь выходной линеен с температурой.

Дифференциальный сигнал от моста усилен постоянным током точности OpAmp, чтобы управлять транзистором, который управляет текущим сигналом, пропорциональным температуре датчика. Этот сигнал объединен с электротоком, имеет обыкновение оперировать электросхему, и результат подан через мостовой резистор обратной связи. Таким образом, транзистор передает только достаточно электротока так, чтобы общее количество 4-20 mA сигнала было зависимо только от температуры датчика. Резистор ограничителя предохраняет электросхему от получения слишком много электротока при условиях (при условии, состояниях) “по масштабу”.

Электросхема стабилизатора напряжения обеспечивает устойчивое напряжение 9.1V постоянным током, чтобы гарантировать, что  сигнал независим от питающего напряжения и изменений сопротивления нагрузки. Защита против повреждения обеспечивается диодом.

Описание работы исполнительных механизмов

Исполнительное устройство является обязательным элементом любой системы управления.

В соответствии с ГОСТ 16084 – 75 исполнительные устройства входят в техническое обеспечение КТС АСУТП. Исполнительное устройство воздействует на процесс в соответствии с получаемой командной информацией. Воздействие на процесс осуществляется путем изменения такого изменения расхода проходящей через ИУ среды, которое приводит к соответствующему изменению управляемой величины. Входом исполнительного устройства является выходной сигнал от УВМ, выходом расход, протекающий через ИУ среды.

Исполнительные устройства монтируют на трубопроводах, аппаратах. Они регулируют в заданных пределах параметры среды (температуру, расход, давление, уровень), связанные с изменением ее расхода через исполнительное устройство. От параметров исполнительного устройства и правильности выбора зависят ТЭП (технико-экономические показатели) системы управления.

При выборе исполнительных устройств необходимо согласовывать ряд параметров технологического оборудования и устанавливаемого на нем исполнительного устройства. К числу таких параметров относятся:

• условное давление;
• условный проход;
• допустимые условия вибрации;
• показатели надежности;
• срок службы;
• параметры питания.

Исполнительным устройством во внедряемой системе является задвижка фирмы «VALTEK». Регулирующий (электрический) сигнал на задвижку подается от температурных датчиков, затем преобразовывается в пневматический сигнал на пневмопреобразователе. Под воздействием воздуха происходит регулирование зазора. Внутри блока происходит постоянное балансирование поршня, который своим перемещением либо уменьшает, либо увеличивает зазор. 

Периферийные устройства

Кроме датчиков, измерительных преобразователей и исполнительных устройств в состав технических средств АСУ ТП используется УВМ.

Информационно-управляющий вычислительный комплекс, основное назначение которого состоит в управлении совокупностью объектов, должен работать в реальном времени. В этом случае темп поступления информации и темп выдачи управляющих воздействии определяются управляемым процессом и согласованны с его динамическими характеристиками. Это означает, что расчеты ведутся по мере поступления информации, а результаты расчетов преобразуют в управляющее воздействие.

Главной частью устройства связи с объектом являются преобразователи аналоговых электрических сигналов в цифровую форму и обратно – соответственно АЦП и ЦАП. Эти устройства работают дискретно во времени: на каждом очередном такте преобразования в зависимости от текущего значения измеряемого сигнала вырабатывается определенный набор электрических импульсов (числовой код сигнала) или наоборот.

Отдельную группу технических средств АСУ ТП составляют устройства связи управляемо вычислительного комплекса с оператором и устройства отображения информации, с помощью которых оператор наблюдает за ходом технологического процесса.

Основным способом представления текущей информации является отображение ее на экране дисплея в виде текста, таблиц, графиков.

В операторной установлено шесть дисплеев, на экране которых можно вывести текущие, средние значения измеряемых технических параметров, сообщения о нарушениях и неисправностях. Дисплей, однако, при всем удобстве представления информации обладает недостатком – информация не регистрируется и не может быть использована для анализа качества работы системы. Для регистрации параметров применяют принтеры.

Дисплеи используют комбинацию различных методик – от гистограмм до диаграммных решений. Динамические области содержат периодически обновляемую информацию, графические элементы. Например, цвет отображения значений на мнемосхеме может изменится на красный, когда значение достигает величины срабатывания сигнализации. Наиболее мощными из рабочих дисплеев являются мнемосхемы, содержащие графическую, текстовую информацию и её можно представить как графическую модель технологического процесса с размещенной на ней сигнализацией. Они могут быть продублированы в запоминающее устройство, обеспечивая резервирование важных данных.

4.4. Прикладное программное обеспечение для верхнего уровня АСУТП, созданное с помощью SCADA-системы

Автоматизированные рабочие места (АРМ) включают следующее программное обеспечение (ПО). 

Программное  обеспечение  (ПО) операторской станции (ОС) "Комплекс" включает в себя набор программных средств, предназначенных для генерации и компоновки программного  и  информационного  обеспечения конкретных  АСУ ТП без работ по программированию. Имеющиеся средства генерации позволяют описать:

1) Техническую структуру конкретной системы по составу и характеристикам контроллеров, датчиков и т.д.;

2) Информационную структуру системы по составу групповой сигнализации, мнемосхем, групп графиков, групп параметров и контуров  регулирования и других информационных структур.

Усовершенствованный Менеджер Процесса (АРМ) - это основное в хоневелловской системе TDC 3000 устройство сбора данных и управления для промышленных процессов.

Новая технология, примененная в АРМ, обеспечивает широкий диапазон возможностей, отвечающих как текущим, так и будущим требованиям процессов. АРМ обеспечивает гибкие функции обработки как для контроля данных, так и для управления. Мощные функции управления, включая регулирующее, логическое и управление последовательностями, предлагаются для непрерывных, периодических и комбинированных процессов.

Оптимальный набор функций, которые можно сконфигурировать и запрограммировать, отвечает требованиям сбора данных и усовершенствованного управления, как с точки зрения высокой надежности, так и эффективности. Возможности АРМ включают возможность связи «порт-к-порту» и совместимость со стандартными промышленными протоколами связи.

Усовершенствованный Менеджер процесса предназначен для обеспечения гибкого и мощного сканирования процесса и расширения возможностей управления. Для этого в нем использована усовершенствованная многопроцессорная архитектура, когда отдельные микропроцессоры отвечают за выполнение конкретных задач.

АРМ состоит из усовершенствованного процессора связи и модема, усовершенствованного процессора интерфейса связи  и усовершенствованного процессора управления.

Усовершенствованный процессор связи оптимально рассчитан для обеспечения высокоскоростной сетевой связи и выполняет такие функции как доступ к данным по сети и связь «порт-к-порту». Он также обеспечивает высокоточные маркеры времени.

Усовершенствованный процессор управления — это узел АРМ, предназначенный для обеспечения функций управления, логики, и отработки последовательностей, включая расширенные функции управления. Поскольку связь и обработка осуществляются специально назначенными аппаратными средствами, вся мощь усовершенствованного процессора управления используется для реализации стратегии управления.

Усовершенствованный процессор интерфейса связи — это интерфейс АРМ с его подсистемой.

Процессор интерфейса с интеллектуальными датчиками обеспечивает полную двухстороннюю связь с Хоневелловскими интеллектуальными датчиками, поддерживает конфигурацию датчиков и повышенную точность данных.

Все операции управления осуществляются в модуле усовершенствованного Менеджера процесса, а сбор данных и «кондиционирование» сигналов осуществляют процессоры. Для повышения безопасности управления процессоры Аналоговых входов высокого уровня, интерфейса с интеллектуальными датчиками и аналоговых выходов поставляются с резервированием. При необходимости процессоры могут быть вынесены на расстояние до 8 километров от файла Усовершенствованного Менеджера процесса. В этом случае используются оптоволоконные расширители связи. В рамках конфигурационных ограничений АРМ инженер-технолог имеет полную свободу выбора и назначения типов точек и стратегий управления. Такой выбор осуществляется с использованием интерактивных программ, работающих как на универсальной так и на универсальной рабочей станции TDC3000.

Простой контур управления может быть реализован в Усовершенствованном Менеджере процесса (АРМ) с помощью точки аналогового входа, точки-регулятора и точки аналогового выхода, как показано на Рисунке 4.2.

И хотя использованы три точки, основным операторским «интерфейсом» для обычного контроля, сигнализаций и управления с помощью Группового и Детального дисплеев и мнемосхем будет являться только одна точка (FC101).

Рисунок 4.2. Типичный контур регулирующего управления системы TDC3000

АРМ диспетчера (пример видеокадров мнемосхем) представлено в приложении 4.

 4.5. Объем автоматизации технологических объектов

Система контроля и управления  секции  - 600 получения и выделения серы ЕНПУ, как и любого другого сложного технологического процесса, предназначена для оперативного учета, поддержания заданных значений параметров технологического процесса и предотвращения возникновения аварийных ситуаций. В таблице 1 приведены различные виды регулирующих, отсечных, предохранительных клапанов, параметры, которые они регулируют и их действия.

Таблица 1

5. Экспериментальная часть

5.1. Сущность экспериментального определения

статических и динамических характеристик

объектов регулирования

1. Статической характеристикой элемента, независимо от его конструкции и назначения, называется зависимость выходной величины от входной в равновесных состояниях. Статическую характеристику можно представить в виде таблиц или графически. Определит статическую характеристику можно аналитически (расчетным путем) и экспериментально. Обычно определение статических характеристик простых объектов не представляет трудностей, кроме того, они часто приводятся в литературе. Для многих сложных объектов статические характеристики неизвестны, и их трудно найти аналитически. В этом случае прибегают к экспериментальному определению их на действующих объектах.

Экспериментальное определение статических характеристик заключается в создании ряда последовательных равновесных состояний объекта при соответствующих выходных и входных величинах. В этом случае орган, управляющий притоком или расходом энергии или материи в объекте, вручную или дистанционно переводят из одного положения, соответствующего равновесному состоянию, в другое. При достижении нового равновесного состояния объекта записывают значения входных и выходных величин по показаниям измерительных приборов. По измеренным входным и выходным величинам можно составить таблицу и построить график статической характеристики и определить коэффициент усиления объекта.

Если по условиям эксплуатации изменять значения входных и выходных величин в широком диапазоне невозможно, то ограничиваются небольшим пределом выходных величин вблизи заданного значения регулируемого параметра, т. е. Снимается рабочий участок статической характеристики, в пределах которого допустимы указанные выше изменения.

2. Динамической характеристикой элемента называется зависимость изменения во времени выходной величины от входной в переходном режиме при том или ином законе изменения входной величины. Аналитически динамические характеристики выражаются обычно дифференциальными уравнениями, а графически в виде графиков (кривых), где по оси абсцисс отмечают время, а по оси ординат значения выходной величины. Очевидно, что графики динамических характеристик будут различными при разных законах изменения входной величины. Для определения динамических характеристик и сравнимости их друг с другом приняты типовые законы изменения входных величин, близкие к законам, возможным в реальных условиях работы систем. Часто таким законом является скачкообразное изменение входной величины, при котором выходная величина изменяется мгновенно на какую-либо конечную величину.

Динамические характеристики элементов систем можно определять так же, как и статические – расчетным путем и экспериментально.