Обоснование выбора комплекса технических средств автоматизации

ВВЕДЕНИЕ

Заданием для курсового проекта является технологическая схема и описание технологического процесса, перечень продуктов и материалов, технические характеристики оборудования, технологические параметры процесса, описание контуров управления, контроля и противоаварийных защит (требования к оперативности поступления информации и метрологические требования к измерительным каналам), критерии эффективности системы управления.

В первой главе осуществляется анализ технических особенностей объекта управления, продуктов и материалов применяемых в производстве, а также требований предъявляемых к системе управления и техническим средствам автоматизации.

Во второй главе на основе имеющихся данных об объекте осуществляется выбор первичных преобразователей (датчики температуры, давления, уровня, расхода), барьеров искробезопасности, регулирующих органов и исполнительных механизмов. Также проводится расчет метрологических характеристик измерительных каналов. Проводится выбор системы управления, расчет характеристик и выбор регуляторов.

В третьей главе проводится разработка проектной документации.

 

Задание 1. Анализ поставленной задачи курсового
1.1. Анализ технических особенностей объекта управления, продуктов и материалов применяемых в производстве

Разделение бутилен-бутадиеновой фракции на дивинил-сырец и бутилен-изобутиленовую фракцию производится методом экстрактивной ректификации.

Перечень продуктов, используемых в данном технологическом процесса:

1) Бутилен-бутадиеновая фракция (БДФ);

2) Дивинил-срец;

3) Бутилен-изобутиленовая фракция;

4) Ацетонитрил;

5) Пар;

 

Бутилен-бутадиеновая фракция (БДФ) со склада Т-4/2 подается постоянным расходом в сепаратор Е-9. Клапан регулятор расхода поз.8001. Из сепаратора Е-9 БДФ поступает в трубное пространство испарителя Т-10, который обогревается горячим десорбированным растворителем, поступающим из колонны Кт-18 через испаритель Т-1. Имеется также возможность подачи горячего десорбированного ацетонитрила по байпасной линии испарителя Т-1. Уровень в сепараторе Е-9 регулируется изменением расхода десорбированного растворителя в емкость Е-23 помимо испарителя Т-10. Клапан-регулятор уровня поз. 8002. Имеется возможность подачи сырья в колонну Кт-111 на 9-ю тарелку помимо аппаратов Е-9, Т-10.

Состав бутилен-бутадиеновой фракции анализируется поточным хроматографом поз.9005. Отбор с линии подачи сырья в сепаратор Е-9 до регулирующего клапана поз.8001, возврат после регулирующего клапана поз.8001.

В линию сырья до сепаратора Е-9 имеется возможность подачи рецикла с установки ДБ-10/1.

В линию сырья перед сепаратором Е-9 подается из емкости Е-76 насосом-дозатором Н-77 толуольный раствор ингибитора «ИПОН».

Периодически толуольный раствор «ИПОНа» по линии опорожнения трубной части испарителя Т-10 выводится в емкость Е-49, откуда по достижении уровня в емкости до 50-55 % передавливается азотом на склад Т-8.

Пары бутилен - бутадиеновой фракции из испарителя Т-10 через сепаратор Е-9 с температурой до 50 0С поступают под 1-ую, на 9, 15 тарелку колонны Кт-111 (колонна ректификационная с клапанными двухпоточными тарелками, диаметром 2600 мм, высотой 52400 мм, числом тарелок 65 шт.) или на 51-ю тарелку колонны Кт-112 (колонна ректификационная с клапанными двухпоточными тарелками, диаметром 2600 мм, высотой 52170 мм, числом тарелок 61 шт.) в зависимости от содержания дивинила в сырье.

Колонны Кт-11I, Кт-112 выполнены как две отдельно стоящие части технологически единой колонны экстрактивной ректификации. Колонна Кт-111 является верхней, а колонна Кт-112 нижней его частью. В колоннах экстрактивной ректификации Кт-111 и Кт-112 в присутствии растворителя ацетонитрила происходит разделение бутилен-бутадиеновой фракции на бутилен-изобутиленовую фракцию, которая отводится с верха колонны Кт-111 и дивинил-сырец, который с куба колонны Кт-112 в виде насыщенного дивинилом растворителя поступает в колонну десорбции Кт-18 для отгонки дивинила-сырца.

Десорбированный ацетонитрил из емкости Е-23 насосом Н-24 подается в межтрубное пространство холодильника Т-25а, где охлаждается промышленной водой и поступает в колонну Кт-11I на 56 или 59 тарелку. Клапан-регулятор расхода поз.8012. Температура ацетонитрила после холодильника Т-25а регулируется подачей промышленной воды. Клапан-регулятор температуры поз.8016.

Пары бутилен-изобутиленовой фракции с верха колонны Кт-11I конденсируются в конденсаторе Т-12, который охлаждается промышленной водой с температурой до 25 0С, подаваемой в трубное пространство аппарата.

Регулирование давления в системе колонн Кт-111,2 обеспечивается изменением расхода промышленной воды в конденсаторе Т-12 и расходом отдувок из емкости Е-13 в емкость Е-101. Клапаны-регуляторы давления поз.80141 и 80142 соответственно.

Конденсат (гетероазеотроп: бутилен-изобутиленовая фракция - ацетонитрил-вода) из конденсатора Т-12 сливается в емкость Е-13, где происходит расслаивание на углеводородный и водный слои.

Бутилен-изобутиленовая фракция из емкости Е-13 насосом Н-14 в виде флегмы подается в колонну Кт-11I с коррекцией по температуре на 43 тарелке. Клапан-регулятор расхода поз.8013. Остальная часть дистиллята по уровню в емкости Е-13 отводится в колонну Кт-28 на отмывку бутилен-изобутиленовой фракции от ацетонитрила, после охлаждения в холодильнике Т-271,2 промышленной водой. Клапан-регулятор уровня поз.8015. Имеется возможность откачки бутилен-изобутиленовой фракции из емкости Е-13 насосом Н-14 на склад Т-3 без отмывки от ацетонитрила в колонне Кт-28 по схеме: Е-13 → Н-14 → Т → 271,2 → клапанная сборка поз. 8015→ линия всаса насоса Н-30 → по перемычке между всасом и нагнетанием насоса Н-30 → в линию нагнетания насоса Н-30 → клапанная сборка поз.8025 → на склад Т-3.

Состав бутилен-изобутиленовой фракции анализируется поточным хроматографом поз.9002. Отбор установлен на линии подачи флегмы в колонну Кт-111 до регулирующего клапана поз.8013, возврат на линии до конденсатора Т-12.

Водный слой из емкости Е-13 по уровню раздела фаз отводится в линию промывной воды через теплообменник Т-35 в колонну Кт-37. Клапан-регулятор уровня раздела фаз в отстойнике емкости Е-13 поз.8052.

Насыщенный углеводородами (дивинилом и бутиленами) ацетонитрил из куба колонны Кт-11I, с коррекцией по уровню в кубе колонны, насосом Н-15 подается на верхнюю тарелку колонны Кт-112. Клапан-регулятор расхода поз.8005.

Пары углеводородов (бутиленов) с верха колонны Кт-112 поступают под первую тарелку колонны Кт-11I.

Подача тепла в колонну Кт-112 производится при помощи выносного испарителя Т-1, в межтрубное пространство которого подается горячий десорбированный ацетонитрил из куба колонны Кт-18. Имеется возможность подачи ацетонитрила помимо испарителя Т-1 по байпасной линии.

Колонна Кт-112 имеет в кубовой части две “глухие” тарелки, что позволяет использовать для обогрева колонны Кт-112 тепло десорбированного ацетонитрила для повышения эффективности отгонки из экстрагента бутиленов, растворенных в нем.

С верхней «глухой» тарелки насыщенный углеводородами (дивинилом и бутиленами) ацетонитрил самотеком стекает в нижнюю часть трубного пространства испарителя Т-1. Насыщенный ацетонитрил из верхней части трубного пространства испарителя Т-1 поступает под верхнюю «глухую» тарелку колонны. При этом за счет разницы в температурах кипения в присутствии ацетонитрила бутилены отгоняются, а насыщенный дивинилом ацетонитрил с нижней «глухой» тарелки самотеком подается в нижнюю часть трубного пространства испарителя Т-16, из верхней части трубного пространства испарителя Т-16 насыщенный дивинилом ацетонитрил и бутилены в виде пара подаются под нижнюю «глухую» тарелку, при этом бутилены отгоняются, в результате чего достигается наиболее полная отгонка бутиленов из насыщенного дивинилом растворителя.

Недостающее тепло в колонну Кт-112 подводится через испаритель
Т-161,2, в межтрубное пространство которого подается пар давлением 8 кгс/см2. Расход пара в испаритель Т-16 регулируется с коррекцией по температуре куба колонны Кт-112. Клапан-регулятор температуры поз.8006.

Паровой конденсат из испарителя Т-16 собирается в конденсатосборнике
Е-16а и отводится на утилизацию тепла в испаритель Т-412 по уровню в емкости
Е-16а.

Насыщенный дивинилом ацетонитрил из куба колонны Кт-112 в пусковой период насосом Н-15, а при нормальной работе самотеком за счет перепада давлений, подается в десорбционную колонну Кт-18 на 32 или 36 тарелку с коррекцией по уровню в колонне Кт-112. Клапан-регулятор расхода поз.8007.

 

Таблица 1. Краткая характеристика технологического оборудования:

 

Наименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.) Номер позиции по схеме Материал Техническая характеристика
  Испаритель (рекуператор), испарение кубового продукта колонны Кт-112 Т-1 Корпус ВСт3Сп5 решетки 09Г2С днище ВСт3Сп5 трубная решетка 09Г2С Поверхность теплообмена - 1014 м2
    Диаметр - 2000 мм
    трубки - 25х2х4000 мм - 3039 шт.
    давление расчетное:  
    - в трубках - 12,5 кгс/см2
    - в корпусе - 12,5 кгс/см2
    Температура расчетная:  
    - в трубках - 300 0С
    - в корпусе - 300 0С
        Давление разрешенное:  
        - в трубках - 12,5 кгс/см2
        - в корпусе - 12,5 кгс/см2
        Температура разрешенная:  
        - в трубках - 150 0С
        - в корпусе - 150 0С  
  Сепаратор, сепарация бутилен-бутадиеновой фракции подаваемой со склада Т-4/2 в колонну Кт-111 Е-9 Обечайка ВСт3Сп5 днище ВСт3Сп5 Объем - 12,5 м3
    Диаметр - 2000 мм
    Длина цилиндрической части - 3200 мм
    Давление расчетное - 10,0 кгс/см2
    Температура расчетная - 200 0С
    Давление разрешенное - 10,0 кгс/см2
    Температура разрешенная - 200 0С  
  Испаритель 1400 ИНТ-П-25-25-М1-3 испарение бутилен-бутадиеновой фракции подаваемой из сепаратора Е-9 в колонну Кт-111 Т-10 Обечайка 09Г2С-12 днище ВСт3Сп5 трубки Ст 20 решетки 09Г2С-12 Поверхность теплообмена - 340 м2
    Диаметр - 1200 мм
    Трубки - 25х2,5х4000 мм - 1100 шт.
    Давление расчетное:  
    - в трубках - 10,0 кгс/см2
    - в корпусе - 10,0 кгс/см2
    Температура расчетная:  
    - в трубках - 200 0С
    - в корпусе - 200 0С
        Давление разрешенное:  
        - в трубках - 8,3 кгс/см2
        - в корпусе - 8,3 кгс/см2
        Температура разрешенная:  
        - в трубках - 200 0С
        - в корпусе   - 200 0С
  Колонна ректификационная, разделение бутилен-бутадиеновой фракции экстрактивной ректификацией с ацетонитрилом Кт-111 Обечайки 09Г2С днище 09Г2С Общая высота - 52400 мм
    Диаметр - 2600 мм
    Число тарелок - 65 шт.
    Тип тарелок - клапанные двухпоточ- ные
    Расстояние между тарелками - 600 мм
    Давление расчетное - 10,0 кгс/см2
    Температура расчетная - 100 0С
    Давление разрешенное - 10,0 кгс/см2
        Температура разрешенная - 100 0С  
  Колонна ректификационная, разделение бутилен-бутадиеновой фракции экстрактивной ректификацией с ацетонитрилом Кт-112 Обечайки 09Г2С-17 днище 09Г2С Общая высота - 52170 мм
    Диаметр - 2600 мм
    Число тарелок - 61 шт.
    Тип тарелок   Расстояние между тарелками Давление расчетное Температура расчетная - клапанные двухпоточ- ные
    - 600 мм   - 10,0 кгс/см2 - 200 0С
 
        Давление разрешенное - 10,0 кгс/см2
        Температура разрешенная   - 200 0С
  Конденсатор, конденсация бутилен-изобутиленовой фракции верха колонны Кт-111 Т-12 Корпус ВСт3Сп5 решетки 16ГС-6 обечайка ВСт3Сп5 трубки Ст 20 Поверхность теплообмена - 1518 м2
    Диаметр - 2000 мм
    Трубки 25х2х6000 мм - 3270 шт.
    Давление расчетное:  
    - в трубках - 6,0 кгс/см2
    - в корпусе - 10,0 кгс/см2
    Температура расчетная:  
    - в трубках - 100 0С
    - в корпусе - 100 0С
        Давление разрешенное:  
        - в трубках - 6,0 кгс/см2
        - в корпусе - 10,0 кгс/см2
        Температура разрешенная:  
        - в трубках - 100 0С
        - в корпусе   - 100 0С
  Емкость, для сбора бутилен-изобутиленовой фракции верха колонны Кт-111 Е-13 Обечайка ВСт3Сп5 днище 16ГС Объем - 25 м3
    Диаметр - 2400 мм
    Длина цилиндрической части - 4500 мм
    Давление расчетное:  
    - в корпусе - 10,0 кгс/см2
    - в змеевике - 16,0 кгс/см2
    Температура расчетная:  
    - в корпусе - 200 0С
    - в змеевике - 200 0С
        Давление разрешенное:  
        - в корпусе - 10,0 кгс/см2
        - в змеевике - 16,0 кгс/см2
        Температура разрешенная:  
        - в корпусе - 200 0С
        - в змеевике - 200 оС
        Поверхность подогревателя - 1,6 м2
  Насос НК-200/120-120-2В-СДК-60р перекачка бутилен-изобутиленовой фракции из емкости Е-13 на отмывку от ацетонитрила в колонну Кт-28 Н-14 Сборный Производительность - 76 м3/час
    Напор - 95 м ст.ж.
    Тип уплотнения - двойное торцевое «ТРЭМ»
    Электродвигатель - ВАО-72-2У2
    Мощность - 30 кВт
    Число оборотов - 2940 об/мин
    Исполнение - ВЗГ  
  Насос НК-560/335-120В-1б-СДК-70р перекачка насыщенного растворителя из куба колонны Кт-111 в колонну Кт-112 Н-15 Сборный Производительность - 460 м3/час
    Напор - 84 м ст.ж.
      Тип уплотнения - двойное торцевое «ТРЭМ»
      Электродвигатель - ВАО-2-280-2У-5
    Мощность - 132 кВт
    Число оборотов - 2961 об/мин
    Исполнение - ВЗТ4  

 

Таблица №2. Возмущающие воздействия.

 

Возмущающие воздействия
  Уровень в кубе колонны поз. Кт-111,2
  Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-1
  Температура воды, нагревающий конденсатор Т-12
  Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-10
  Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-16
  Давление в сепараторе поз.Е-9
  Уровень в емкости поз. Е-13
  Расход БДФ, поступающей в колонну Кт-111,2
  Температура БДФ, поступающей в колонну Кт-111,2
  Параметры окружающей среды
  Уровень в кубе колонны поз. Кт-111,2
  Состав БДФ, поступающей в поз. Кт-111,2
  Состав ацетонитрила, поступающего в поз. Кт-111,2
  Старение установки
  Температура и давление окружающей среды

 

Таблица №3. Управляющие потоки.

 

 

Управляющие потоки
  Расход флегмы в колонну Кт-111
  Расход промышленной воды из испарителя Т-1
  Расход промышленной воды из испарителя Т-10
  Расход промышленной воды из испарителя Т-16
  Расход обратной горячей воды из испарителя Т-12
  Расход кубовой жидкости из колонны Кт-112
  Расход ингибитора от Н-14 в Кт-111
  Расход прямой горячей воды в испаритель Т-12
  Расход БИФ из емкости Е-13
  Расход флегмы в колонну Кт-111
  Расход ацетонитрила из колонны Кт-112 в колонну Кт-18

 

Таблица №4. Регулируемые параметры.

 

Регулируемые параметры
  Температура в кубе колонны Кт-111
  Температура верха колонны Кт-111
  Давление верха колонны Кт-111
  Уровень куба колонны Кт-111
  Расход ингибитора от Н-14 в Кт-111
  Уровень ацетонитрила в емкости Е-13
  Давление в Е-9
  Уровень в Е-9
  Температура БДФ, подаваемого в колонну Кт-111,2
  Температура куба колонны Кт-112
  Температура верха колонны Кт-112
  Давление верха колонны Кт-112
  Уровень куба колонны Кт-112

 

 

Таблица №5. Допускаемые пределы измеряемых величин.

 

№ п/п Контролируемые параметры Диапазон измерения (шкала) контролируемого параметра Допускаемые пределы Заданная точность технологических параметров в абсолютных величинах
  Экстрактивная ректификация, колонна Кт-111-2:      
  - температура куба колонны Кт-112   100…1500 С   не более 130   ±2,5
-уровень в кубе колонны Кт-111 1000...1250 мм (от днища 250мм) не более 1250 ±20
  - давление верха колонны Кт-111   0…6,0 кгс/см2     не более 5,5   ±0,12
- температура ацетонитрила, подаваемого в колонну Кт-111 40…700 С не более 60 ±1,6
-уровень в кубе колонны Кт-112 1000...1250 мм (от днища 250мм) не более 1250 ±20
- давление верха колонны Кт-112   0…6,0 кгс/см2     не более 5,5   ±0,12
  Состав БДФ - углеводороды С2, С3 - углеводороды С5 не более 1,0 %     не более 0,5%     -     -
  Сепаратор Е-9:      
  - уровень 0…1000 мм не более 800 ±20
  Емкость Е-13:      
  - уровень 0…2000 мм 0…2000 мм   не менее 400 не более 1200 ±50 ±50
- уровень раздела фаз 0…600 мм 0…600 мм не менее 120 не более 360 ±12 ±12  
  Насосы Н-14, Н-15 -температура в корпусе подшипников 0...60 0 С не более 50 ±1,6
-давление в маслобаке 2...2,5 кгс/см2   не более 2,5 ±0,12

 

 

1.2. Анализ требований к системе управления и техническим средствам автоматизации

Система управления предназначена для автоматизированного контроля и управления в реальном масштабе времени и обеспечивает решение следующих задач:

1. автоматизированное управление технологическим процессом;

2. стабилизация заданных режимов технологического процесса путем контроля значений технологических параметров, визуального представления и выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы, как в автоматическом режиме, так и в результате действий технолога-оператора;

3. увеличение выхода товарной продукции;

4. уменьшение материальных и энергетических затрат;

5.улучшение качественных показателей конечной продукции;

6.определение аварийных ситуаций на технологических узлах, путем опроса подключенных к системе датчиков в автоматическом режиме, анализа измеренных показаний и переключения технологических узлов в безопасное состояние путем выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы в автоматическом режиме или по инициативе оперативного персонала;

7.формирование информации о работе технологического объекта и предоставление ее для передачи в заводскую ЛВС.

При выборе автоматизированной системы управления технологическим производством (АСУТП) следует учесть, что данная информационно-управляющая система должна обеспечивать необходимую точность, быстродействие, высокую чувствительность и надежность в соответст­вии с заданными метрологическими, эксплуатационными и экономиче­скими характеристиками.

Данная система должна соответствовать следующим требованиям:

1. потребительские требования для выбранной системы автоматического управления (САУ) заключаются в простоте работы обслуживающего и оперативного персонала, удобном представлении информационных результатов работы системы управления;

2. желательно, чтобы комплекс технических средств был компактным и надежным, а также не слишком сложным при монтаже;

3. экономические требования заключаются в получении ощутимого экономического эффекта от внедрения новой техники, получаемого за счет экономии

энергоресурсов и сырья, так и за счет улучшения качества продукции, выпускаемой на этой установке.

Эксплуатационные требования включают в себя:

1. гибкость, то есть возможность легко адаптироваться в любой системе управления;

2. оперативность полученной информации (быстрая обработка информации);

3. достоверность полученной информации;

4. надежность технического и программного обеспечения (способность выполнять поставленные функции, сохраняя при этом характеристики в течение длительного времени эксплуатации);

5. низкая инерционность по введению управляющего воздействия на технологический объект управления.

Поскольку рассматриваемый объект является взрывопожароопасным объектом, к которому предъявляются определенные требования в отношении безопасности, выбранные ТСА должны удовлетворять этим требованиям и иметь соответствующую взрывозащиту. Кроме того, для обеспечения безопасности также необходима установка барьеров искробезопасности.

Перечень контуров.

 

Контуры регулирования:

1. Контур регулирования расхода кубового продукта Кт-111 в колонну Кт-112 с коррекцией по уровню в кубе колонны Кт-112 с клапаном, установленным на линии отвода кубового продукта в Кт-111.

2. Контур регулирования расхода флегмы в колонну Кт-111 с коррекцией по температуре верха колонны Кт-111 с клапаном, установленным на линии подачи флегмы в Кт-111.

3. Контур регулирования уровня в сепараторе Е-9.

4. Контур регулирования состава дистиллята колонны Кт-111 с клапаном, установленным на линии подачи флегмы в колонну Кт-111 .

5. Контур регулирования уровня в сборнике для дистиллята Е-13 с клапаном, установленным на линии откачки дистиллята.

 

Контуры блокировки:

1. Контур блокировки по завышению давления в кубе колонны с клапаном, установленным на линии подачи пара в испаритель Т-16.

2. Контур блокировки по завышение давления в сепараторе Е-9, Закрытие задвижек на линиях питания Кт-111,2 при кратковременной остановке без прекращения циркуляции ацетонитрила

3. Контур отключения электропитания насосов Н-14, Н-15 при завышении температуры подшипников.

4. Контур отключения электропитания насоса Н-14, Н-15 при занижении уровня в насосе.

 

Контур сигнализации:

1. Сигнализация по завышению давления в кубе колонны с клапаном, установленным на линии подачи пара в испаритель Т-16.

 

Таблица №6. Приведенная погрешность.

 

Контур Приведенная погрешность
Канал измерения температура куба колонны Кт-112 ±1,9% шкалы
Канал измерения уровень в кубе колонны Кт-112 ±1,6% шкалы
Канал измерения давление верха колонны Кт-111 ±2,1% шкалы
Канал измерения температура ацетонитрила, подаваемого в колонну Кт-111 ±2,6% шкалы
Канал измерения уровень в кубе колонны Кт-112 ±1,6% шкалы
Канал измерения уровня в сепараторе Е-9 ±2,5% шкалы
Канал измерения уровня в емкости Е-13   ±4,2% шкалы

 

 

Обоснование выбора комплекса технических средств автоматизации

 

Средства автоматизации, с помощью которых будет осуществляться управление процессом, должны быть выбраны исходя из особенностей технологического процесса.. В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- взрывоопасность, агрессивность и токсичность сред, число параметров, участвующих в управлении, и их физические и химические свойства, а также требования к качеству контроля и регулирования.

Выбор конкретных типов автоматических устройств проводят из соображений:

· надёжность средств автоматизации;

· простота обслуживания;

· опыт работы на российском рынке фирмы - производителя;

· поддержка различных протоколов передачи данных;

· набор выполняемых функций.

· класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: