Автоматизация процесса гидроочистки дизельного топлива

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

1. Общая характеристика и описание схемы процесса гидроочистки ДТ

1.1 Общая характеристика процесса

1.2 Описание схемы процесса гидроочистки

2. Анализ процесса как объекта автоматизации

2.1 Реакторный блок

2.2 Блок стабилизации

2.3 Блок очистки газов

3. Выбор параметров контроля, регулирования, сигнализации, противо-аварийной защиты (ПАЗ) и алгоритмов управления и ПАЗ

3.1 Уровень

3.2 Расход

3.3 Температура

3.4 Давление

4. Выбор и обоснование технических средств АСУТП

4.1 Датчики температуры

4.2 Датчики давления

4.3 Датчики уровня

4.4 Датчики расхода

4.5 Регуляторы и средства отображения информации

4.6 Нормирующие преобразователи

4.7 Исполнительное устройство

5. Описание систем контроля, регулирования, сигнализации и ПАЗ

5.1 Контроль и регулирование давления

5.2 Контроль и регистрация давления

5.3 Регистрация, контроль и сигнализация температуры

5.4 Контроль и регулирование температуры

5.5 Контроль, регулирование и сигнализация уровня

5.6 Контроль и регистрация расхода

5.7 Регулирование, контроль и сигнализация расхода

5.8 Описание системы противоаварийной защиты

Список использованной литературы

1. Общая характеристика и описание схемы процесса гидроочистки дизельного топлива

1.1 Общая характеристика процесса

Каталитическая гидроочистка дизельного топлива (ДТ) применяется для улучшения экологических и эксплуатационных свойств, для повышения термической и химической стабильности товарного моторного топлива, путем удаления сернистых, азотистых, кислородных, металлорганических соединений, а также насыщения непредельных и ароматических углеводородов. Гидроочистке, подвергают дистилляты, как прямогонные, так и вторичного происхождения: дизельная фракция, легкий газойль каталити++ческого крекинга, легкий газойль пекования. Процесс гидроочистки применяется также для облагораживания компонентов смазочных масел и парафинов.

Остаточное содержание серы в целевых продуктах невелико, например дизельное топливо - 0,005 - 0,001 % (масс.) серы; легкий газойль каталитического крекинга - 0,050 - 0,030 % (масс.) серы.

При гидроочистке получают также газ, отгон, сероводород. Газ, содержащий водород, метан, этан и незначительное количество пропана и бутана, используется как топливо непосредственно на заводе, если же в составе нефтеперерабатывающего завода есть нефтехимический комплекс, то газ, после предварительной очистке, можно использовать как сырье для нефтехимии. Отгон, образующийся при гидроочистке дизельного топлива и более тяжелого сырья и представляющий собой бензиновую фракцию с низким октановым числом, сбрасывается в автомобильный бензин или добавляется к сырью установки платформинга или риформинга. Сероводород применяется для получения серы или серной кислоты.

1.2 Описание схемы процесса гидроочистки

Сырьё - дизельная фракция из промпарка поступает на приём насоса Н-1 и подаётся на смешение с циркулирующим водород содержащим газом, подаваемым компрессором ПК-1. Газосырьевая смесь нагревается в межтрубном пространстве теплообменника Т-1 и Т-2 и в печи П-1 до температуры 350°С, после чего поступает в два последовательно работающих реактора Р-1, Р-2.

В реакторах Р-1 и Р-2 на алюмокобальтмолибденовом катализаторе происходит гидрирование сернистых, азотистых и непредельных соединений, содержащихся в сырье, с образованием Н2S, NН3, а также частичный гидрокрекинг с образованием углеводородного газа и лёгких бензиновых фракций.

Реакции гидрирования протекают со значительным тепловым эффектом, в результате чего температура на входе может повышаться на 50 - 55°С. Для снятия тепла предусмотрен подвод ВСГ с выкида компрессора ПК-1. Газо-продуктовая смесь из реактора Р-2 с температурой 403°С направляется в трубное пространство теплообменника Т-1, затем в Т-2, где нагревая газо-сырьевую смесь, охлаждается до температуры 140°С. Затем газо-продуктовая смесь охлаждается в холодильнике-конденсаторе ХК-1 и водяном холодильнике Х-1 до температуры 40°С и поступает в сепаратор высокого давления С-1, где происходит разделение на гидрогенизат и циркулирующий ВСГ. Затем циркулирующий водородсодержащий газ поступает на очистку от Н2S 15% раствором моноэтаноламина (МЭА) в абсорбер К-3.

Очищенный ВСГ поступает на линию подачи ВСГ, где смешивается со свежим ВСГ. Гидрогенизат из С-1 поступает в сепаратор низкого давления С-2.

Углеводородный газ из С-2 направляется в абсорбер К-2 на очистку от Н2S 15%-ым раствором МЭА. Гидрогенизат из С-2 поступает в межтрубное пространство теплообменника Т-2 и направляется в стабилизационную колонну К-1. В теплообменнике Т-3 гидрогенизат нагревается до температуры 160°С за счет тепла стабильной дизельной фракции - нижнего продукта стабилизационной колонны К-1.

В стабилизационной колонне К-1 происходит отделение углеводородного газа и лёгкой бензиновой фракции (верхний продукт) от стабильной дизельной фракции (нижний продукт). Для подвода тепла в колонну К-1 часть нижнего продукта насосом Н-3 подаётся через печь П-2, где подогревается до температуры 300°С и далее в колонну К-1.

Пары легкого бензина и углеводородный газ с верха К-1 конденсируются и охлаждаются в конденсаторе - холодильнике ХК-3 и поступают в сепаратор С-3. В сепараторе С-3 при температуре 40°С и давлении 0,3 МПа. происходит разделение углеводородного газа, воды и лёгкого бензина фракции. Лёгкий бензин из С-3 забирается насосом Н-4 и частично возвращается в К-1 в качестве орошения. Балансовое количество легкого бензина охлаждается и выводится с установки. Насыщенный сероводородом и парами воды углеводородный газ из сепаратора С-2 направляется на очистку в абсорбер К-2.

Углеводородный газ из С-2 очищается от Н2S в абсорбере К-2 15%-ым раствором МЭА. Сверху абсорбера выходят очищенные углеводородные газы, а снизу насыщенный сероводородом раствор МЭА.

Очищенные от Н2S углеводородные газы сверху абсорбера К-2 поступают в сепаратор С-4, где отделяются от содержащихся в нем водяных паров, которые конденсируются в сепаратор С-4 и выводятся в дренаж для последующей очистки. Углеводородные газы выводятся сверху сепаратора С-4 и подогреваясь перегретым водяным паром в теплообменнике Т-4 поступает линию, для обеспечения внутризаводских нужд углеводородными газами.

ЦВСГ из С-1 очищается от Н2S в абсорбере К-3 15%-ым раствором МЭА. Сверху абсорбера выходит очищенный ЦВСГ, а снизу насыщенный сероводородом и углеводородными газами раствор МЭА.

Насыщенный сероводородом и углеводородными газами раствор МЭА снизу абсорберов К-2, К-3 собирается в общий поток и поступает в сепаратор C-5, где от раствора отделяются углеводородные газы, а сам раствор подается в отгонную часть колонны К-4

В десорбере К-4 происходит отделение Н2S от 15% раствора МЭА. Обогрев десорбера К-4 осуществляется через кипятильник Т-6. Нижний продукт - отгон десорбера К-4 - регенерированный раствор МЭА охлаждается в трубном пространстве теплообменника Т-5, далее поступает в ёмкость Е-1.

Для поддержания заданной концентрации МЭА в ёмкость Е-1 подаётся свежий МЭА. Далее из ёмкости Е-1 насосом Н-5 осуществляется подача МЭА в абсорберы К-2, К-3.

Пары воды и Н2S, уходящие с верху колонны К-4, охлаждаются и конденсируются в водяном холодильнике Х-5 и поступают в сепаратор С-6.

Н2S из сепаратора С-6 выводится с установки, а вода насосом Н-8 на орошение в десорбер К-4.

2. Анализ процесса как объекта автоматизации

На установке гидроочистки дизельного топлива необходимо контролировать, регулировать и сигнализировать следующие параметры:

температура, давление, уровень, расход. Оптимальные значения этих параметров определяют эффективность и нормальную работу процесса. Применяется комплексная автоматизация процесса, которая достигается централизацией управления, широким применением схем каскадного и комбинированного регулирования, базирующихся на приборах малогабаритной унифицированной системы.

автоматизация гидроочистка топливо

2.1 Реакторный блок

Регулирование и контроль расхода сырья необходимо для поддержания заданной производительности установки. При этом осуществляется равномерная нагрузка оборудования установки. Изменение расхода сырья может вызвать аварию.

Регулирующее воздействие на процесс с целью регулирования параметров расхода вносится с помощью исполнительных устройств, установленных на трубопроводах и изменяющих расход тех или иных материальных потоков. При этом время запаздывания должно быть минимальным, а степень влияния воздействия на регулируемый параметр наибольшей.

На установке необходимо регулировать и контролировать расход водородсодержащего газа, поскольку изменение соотношения подачи водородсодержащего газа к сырью может привести к нарушению технологического процесса (закоксованности катализатора в результате нарушения соотношения ВСГ:сырье, увеличения перепада давления в системе выше допустимого, перегрева, закоксованности и прогара труб змеевика печи П-1), браку выпускаемой продукции. Регулируемыми и сигнализируемыми параметрами являются расход сырья, расход свежего водородсодержащего газа на узел смешения с сырьем.

Для нормального ведения процесса необходимо контролировать температуру сырья на входе и выходе печи П-1, так как высокая температура на входе в печь ведет к большой потере тепла с дымовыми газами, следовательно, уменьшается КПД печи, а также к перегреву и разрыву труб в печи из-за неравномерного нагрева потоков. Температура сырья на выходе из печи П-1 (температура на входе в реактор) регулируется количеством топлива подаваемого в печь для ее нагрева, так как в случае чрезмерного увеличения температуры происходит закоксовывание катализатора в реакторе, а понижение температуры ведет к уменьшению выхода целевого продукта.

Реакторы являются основными аппаратами процесса. Автоматизация их имеет особое значение, как в отношении безопасности, поскольку процесс протекает с высокой скоростью, при высоких температурах и давлении, так и для обеспечения длительной эксплуатации катализатора. Основным фактором, влияющим на качество получаемого продукта, является температура в реакторе. Правильно выбранный интервал температур обеспечивает как требуемое качество, так и длительность безрегенерационного пробега и общего срока службы катализатора.

Повышение давления при постоянных других параметрах процесса влияет на степень превращения сырья и тем самым на качество получаемых продуктов.

Для безопасности ведения процесса и обеспечения четкости разделения парожидкостной смеси необходимо контролировать и сигнализировать давление в аппаратах С-1, С-2. Необходимо контролировать перепад давления в реакторах, так как высокое гидравлическое сопротивление в слое катализатора может привести к его закоксовыванию - а следовательно, снижению активности, а также может повлиять на эксплуатацию технологического оборудования.

Необходимо регулировать и сигнализировать уровень жидкости в газосепараторах С-1, С-2 с помощью регулирующих клапанов, расположенных на трубопроводах, по которым гидрогенизат поступает в колонну К-1. При понижении уровня может произойти попадание ВСГ в систему низкого давления, а при повышении - переполнение сепараторов, попадание дизельного топлива с систему очистки газов.

2.2 Блок стабилизации

Основными регулируемыми и сигнализируемыми параметрами в блоке стабилизации являются температура верха и низа колонны К-1, уровень, давление, расход «горячей струи».

С целью получения дизельного топлива как целевого продукта, то необходимо регулировать конец кипения бензиновой фракции и начало кипения дизельной фракции путем регулирования температуры верха и низа колонны К-1 и давления. Температура верха регулируется подачей орошения в верх колонны, а температура низа - изменением количества стабильного гидрогенизата, подаваемого после печи П-2 в нижнюю часть колонны. Температура в печи П-2 регулируется количеством подаваемого газа. Также для поддержания температурного режима низа колонны К-1 необходимо регулировать количество гидрогенизата в П-2.

Повышение давления при постоянных других параметрах процесса влияет на степень превращения сырья и тем самым на качество получаемых продуктов. Для безопасного ведения процесса фракционирования и обеспечения четкости разделения парожидкостной смеси необходимо контролировать давление в стабилизационной колонне К-1.

При превышении уровня и затоплении нижних тарелок стабилизационной колонны К-1 нарушается заданная степень разделения газопродуктовой смеси.

2.3 Блок очистки газов

На блоке очистки газов происходит очистка углеводородного газа и ВСГ от сероводорода моноэтаноламином и регенерация МЭА.

На установке Л-24-7 предусмотрен отдув ВСГ. Расход водорода на отдув появляется в связи с тем, что для поддержания оптимального парциального давления приходится непрерывно выводить из системе небольшой поток циркулирующего ВСГ, следовательно, необходимо регулировать расход отдува.

Уровень в колоннах К-2 и К-3 необходимо регулировать и контролировать во избежание прорыва газа в систему регенерации раствора МЭА и переполнении колонн. Уровень в емкости Е-1 также регулируется и контролируется, при его повышении может произойти перелив раствора МЭА на площадку установки. В колонне К-4 минимальный уровень приведет к прорыву сероводорода на свечу, а максимальный - к нарушению технологического режима. В сепараторе С-6 повышения уровня способствует выбросу конденсата на УПС.

Расход МЭА в колонны К-2 и К-3 также регулируется и контролируется, так как избыток раствора МЭА приведет к попаданию вместе с газом на форсунки печей, повышению давления на блоке стабилизации. Анализ качества очистки ВСГ и смеси углеводородных газов раствором МЭА проводится в лаборатории.

Температура «горячей струи» колонны К-4 регулируется изменением количества водяного пара, подаваемого в ребойлер Т6.

Необходимо контролировать расход продуктов выводимых с установки в товарный парк для подсчета материального баланса. Анализ качества полученных продуктов проводится в лаборатории.

Процесс проводится при высоких температурах и давлениях. Гидроочистка характеризуется большим числом контролируемых и регулируемых параметров и показателей эффективности, разнообразием технологических операций и технологического оборудования, многотоннажностью, а также взрыво- и пожароопасностью. Отклонение определенных параметров от заданного допускаются лишь в незначительных пределах. Поэтому проектируемую установку нельзя эксплуатировать без применения контрольно-измерительных приборов и автоматики. С целью обеспечения требуемого качества продуктов, норм технической безопасности и исключения тяжелого ручного труда, проектируемая установка оснащается новейшими средствами автоматизации параметров контроля и регулирования.

Автоматизация процесса обеспечивает повышение производительности труда обслуживающего персонала установки при единовременном улучшении условий труда; позволяет повысить качество выпускаемой на установке продукции, снизить её себестоимость и в целом улучшить эффективность управления технологическим процессом.

Для нормального ведения процесса очень важным аспектом является оптимальное регулирование и контроль основных технологических параметров, существенно влияющих на ход процесса.

3.Выбор параметров контроля, регулирования, сигнализации, противоаварийной защиты (ПАЗ) и алгоритмов управления и ПАЗ

Таблица 1.1 Нормы технологического режима

Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Номер позиции прибора на схеме	Единицы измерения	Допускаемые пределы технологических параметров	Сигнализация
				Мin	Мax
1	2	3	4	5	6
Температура продуктов реакции на выходе из тепло-обменника T-1, оС:	TIR 101-3	°C	Не нормируется
Температура газосырьевой смеси на выходе из холодильника X-1	TIRСА 111-3	°C	Не более 60		60
Температура дымовых газов на входе в камеры конвекции печи П-1	TIRSA 103-3	°C	Не более 700 Не менее 400	400	700
Температура потоков газо-сырьевой смеси на выходе из печи П-	TIRС 104-3, TIRС 105-3	°C	Не более 380		220
Температура сырья на входе в печь П-1	TIRА 102-3	°C	Не более 220 Не менее 180	180	220
Температура газосырьевой смеси на входе в реактор Р-1	TIR 106-3	°C	Не нормируется		420
Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Номер позиции прибора на схеме	Единицы измерения	Допускаемые пределы технологических параметров	Сигнализация
				Min	Max
1	2	3	4	5	6
Температура в слое катализатора реактора Р-1 Р-2	TIRA 107-3 TIRA 108-3	°C °C	Не более 420 Не более 420		420 420
Температура продуктов на вsходе из реактора Р-2	TIR 109-3	°C	Не нормируется
Перепад давления в реакторах P-1 и P-2 соответственно	PdIR 210-2 PdIR 211-2	МПа МПа	Не более 0,3 Не более 0,3
Давление в газо-сепараторе С-1	PIRCA 212-2	МПа	Не более 5,0		5,0
Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Номер позиции прибора на схеме	Единицы измерения	Допускаемые пределы технологических параметров	Сигнализация
				Min	Max
1	3	2	4	5	6
Уровень гидро-генизата в сепараторе С-1 С-2	LIRCA 400-2 LIRCA 401-2	% %	30-70 30-70	30 30	70 70
Температура гидро-генизата на входе в сепаратор С-2	TIR 127-3	°C	Не нормируется
Расход гидрогенизата на выходе из сепаратора С-2	FIR 301-3	нм3/с	Не нормируется
Расход ЦВСГ на выкиде компессора ПК-1	FIRCA 309-3	нм3/с	Не более 500,0 Не менее 200,0	200,0	500,0
Расход сырья на выкиде насоса Н-1	FIRCA 309-3	нм3/с	Не более 0,6 Не менее 0,2	0,2	0,6
Давление ЦВСГ на выкиде компрессора ПК-1	PIRA 209-2	МПа	Не менее 3,0	3,0
ПАЗ при очень высокой и очень низкой температуре дымовых газов на входе в камеру конвекции печи П-1	TIRSA 103-3	°C	Не более 900 Не менее 300	300	900
Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима	Номер позиции прибора на схеме	Единицы измерения	Допускаемые пределы технологических параметров	Сигнализация
				Min	Max
1	3	2	4	5	6
ПАЗ при очень высоком и очень низком расходе ЦВСГ на входе в смеситель СМ-1	FIRCA 311-3	нм3/с	Не более 600,0 Не менее 100,0	100,0	600,0

3.1 Уровень

Уровень гидрогенизата в сепараторе высокого давления С-1 контролируется прибором LIRCA 400-2 и регулируется клапаном LV 400-4. При низком - 30 % (LIRCA 400-2(L)) и высоком - 70 % (LICA 400-2(H)) уровне срабатывает предупредительная сигнализация, а при очень высоком уровне продукта в сепараторе высокого давления C-1 срабатывает предаварийная сигнализация LA 400-2 (HH) и происходит блокировка клапана LV 400-4.

3.2 Расход

На входе в Т-1 к сырью процесса подается ЦВСГ с расходом 250-460 м3/с, контроль осуществляется прибором FIRСA 309-3, регулирование клапаном FV 309-5 на выкиде компрессора ПК-1 ЦВСГ.

При низком расходе ЦВСГ (200 м3/ч) на входе в теплообменник Т-1 срабатывает предупредительная сигнализация FIRSA 309-3 (L).

При высоком расходе ЦВСГ (500 м3/ч) на входе в теплообменник Т-1 срабатывает предупредительная сигнализация FIRSA 309-3 (Н).

Для ПАЗ доступен другой контур с прибором FIRSA 311-3 с отсечным клапаном FV 311-5 на входе в смеситель. При достижении низкого или высокого расхода и бездействии прибора FIRSA 309-3, в целях предотвращения аварийной ситуации, срабатывает ПАЗ и приходит в действие отсечной клапан FV 311-5.

3.3 Температура

Температура продуктов на входе в сепаратор С-1 контролируется прибором TICА 111-2 и регулируется за счет изменения подачи теплоносителя - воды клапаном ТV 111-5.

При повышении температуры на выходе из холодильника и достижения 60 оС срабатывает предупредительная сигнализация TICA 111-2 (H).

3.4 Давление

Давление на выходе из сепаратора С-1 регулируется прибором PICA 212-2, клапан которого PV 212-4 расположен на трубопроводе отвода углеводородного газа на аминовую очистку в абсорбер К-3. При достижении верхнего значения давления в С-1 (5,00 МПа) срабатывает предупредительная сигнализация PICA 212-2 (H).

4. Выбор и обоснование технических средств АСУТП

При выборе приборов контроля руководствоваться следующими принципами:

- приборы должны быть надежными и чувствительными;

- приборы должны обеспечивать необходимую точность измерения;

- приборы должны иметь наглядную шкалу и указатель;

- местные приборы должны быть легкодоступными для наблюдения за показателями месторасположения

- погрешность не должна выходить за допустимые пределы при изменении внешних условий, температуры, давления;

- защитные гильзы должны быть прочными, рассчитанными на данные условия работы;

- приборы должны отвечать требованиям по взрывоопасности и пожароопасности;

Все измерительные и регулирующие приборы должны соответствовать требованиям промышленной безопасности.

4.1 Датчики температуры

Для измерения температуры смеси на выходе из П-1 в качестве датчиков используют термоэлектрические термометры (термопары):

Температура смеси на выходе из печи П-1 350 єC, давление - 4,5 МПа .

Измеряемый параметр: T = 350 єC.

Шкала прибора: T = 350·3/2 = 525 єC - принимаем шкала прибора 600 єC.

В качестве датчика рекомендуется использовать:

- Термопару ТХК Метран - 202 (с пределами измерений -40...600 °С, материал термоэлектродов хромель-капель)[1];

- Материал защитной арматуры - сталь 12Х18Н10Т;

- Условное рабочее давление до 6,3 Мпа;

- Исходя из габаритных размеров выходного трубопровода с D=400 мм выбираем длину монтажной части 200 мм.

- Климатическое исполнение T3 (для районов с сухим климатом, в нерегулярно отапливаемых помещениях);

- Взрывозащищенное исполнение;

- Класс точности 0,5.

Для измерения температуры дымовых газов на входе в конвекционную камеру трубчатой печи П-1:

Измеряемый параметр: T = 600 єC, Pраб. = 0,6 МПа.

Шкала прибора: T = 600·3/2 =900 єC. Шкала прибора - 1000 0С.

В качестве датчика рекомендуется использовать:

- Термопару ТХА Метран - 201 (с пределами измерений -40...1000 °С, материал термоэлектродов хромель-алюмель)[1];

- Материал защитной арматуры - сталь ХН78Т;

- Предел измерения от 0 до 1000 °С;

- Условное рабочее давление до 4,0 Мпа;

- Климатическое исполнение T3 (для районов с сухим климатом, в нерегулярно отапливаемых помещениях);

- Исходя из габаритных размеров печи 7200х3200х8152 мм выбираем длину монтажной части 1600 мм.

- Маркировка взрывозащиты 1ExdIICT5 X (взрывонепроницаемая оболочка).

- Погрешность измерений равна 2,50C, согласно классу допуска 2 по ГОСТ Р 8.585.

4.2 Датчики давления

Датчики давления: для измерения давления в сепараторе С-1, используют измерительные тензометрические преобразователи Метран-100-ДИ-1161[2] с встроенными нормирующими преобразователями, имеющие на выходе стандартный токовый сигнал 4…20 мА.

Измеряемый параметр: P = 4,2 Мпа; Траб. = 400 0С.

Шкала прибора: P = 4,2·3/2 = 6,3 МПа - шкала прибора - 16,0 МПа.

- Верхний предел измерения датчика 10 Мпа;

- Взрывозащищенное исполнение;

- Климатическое исполнение У2 (для районов с умереным климатом, под навесом или в помещении, где условия такие же, как на открытом воздухе, за исключением солнечной радиации, атмосферных осадков);

- Класс точности 0,25;

- Температура измеряемой среды -50 до 300 0С.

Оценим требуемую относительную погрешность измерений д. Для заданной абсолютной погрешности ?Р = 10 кПа и верхнего предела измерений Pmax = 16000 кПа погрешность составляет:

Оценку и выбор максимальной приведенной допускаемой погрешности г (класса точности) выбранного преобразователя производим по таблице 3 [1]. Она не должна превышать 0,25% и должна иметь запас по точности.

Для выбранного верхнего предела измерения Рв = 6,3 Мпа и максимального верхнего предела измерения Pmax = 16 Мпа проверяем выполнение условия (табл. 3):

Подставив значения Рв и Pmax проверяем условие и убеждаемся, что оно выполняется:

8 > 6,3 3,2

Выбираем код диапазона 2-4 и обычное исполнение по пределам погрешности, что соответствует г = 0,075%, что значительно меньше д = 0,25%.

Датчик имеет взрывозащитное исполнение, а также защищен от воздействия влаги, пыли и агрессивных сред.

Для измерения перепада давления на насоса Н-1 используются дифманометры с встроенными нормирующими преобразователями типа Метран 100-ДД-1460 АС выходным токовым сигналом 4-20 мА.

Давление на выкиде насоса Н-1 составляет порядка 2,5-4 МПа, соответственно перепад давления будет значение около 3 МПа, Траб. = 70 0С.

Измеряемый параметр: P = 3,0 МПа.

Шкала прибора: P = 3,0·3/2 = 4,5 МПа. Принимаем шкалу прибора - 5,0 МПа.

Верхний предел измерения датчика 6 МПа.

Взрывозащищенное исполнение. Климатическое исполнение У2.

Класс точности 0,25.

Температура измеряемой среды -50 до 300 0С.

4.3 Датчики уровня

Рассмотрим выбор датчика уровня гидрогенизата в газосепараторе высокого давления С-1.

Рабочий уровень гидрогенизата в сепараторе С-1 должен поддерживаться на уровне L = 2500 мм,

Pраб. = 1,5 МПа, Tраб. = 50 ?С.

Шкала прибора равна - 2500·3/2=3750. Шкала прибора 4 м.

Для измерения уровня в сепараторе С-1 в качестве датчиков рекомендуется использовать радарный уровнемер Apex tmSentry с пределами измерения 0,6…6,0 м.. Предельно допускаемое рабочее давление 10 МПа. На выходе стандартный унифицированный токовый сигнал 4…20Ма.

Приведенная погрешность прибора 0,03%.

Климатическое исполнение по ГОСТ 15150 У1.1 (от минус 40 до 75 оС).

Степень защиты от воздействия пыли и воды IP66 по ГОСТ 1425.

4.4 Датчики расхода

Опишем подбор датчика для измерения расхода в трубопроводе подачи сырья в Т-1.

С целью создания переменного перепада давления на линии потока используются диафрагмы для расходомеров типа ДКС-10 (рабочее давление в трубопроводе от 0,6 до 10 МПа) [4]. Стандартная диафрагма представляет собой сужающее устройство, выполненное в виде диска с отверстием для истечения жидкости. При выборе диафрагм следует знать диаметр условного прохода трубопровода и создаваемый перепад давления. На примере расхода сырья покажем расчет для диафрагм:

Массовый расход сырья:

[т/ч],

где Q - производительность установки, т/год;

N=340- количество рабочих дней в году;

24 - число часов в сутках.

Объемный расход сырья:

м3/с;

Диаметр трубопровода:

[м];

где w = 1,1 м/с - допускаемая линейная скорость светлых нефтепродуктов в трубопроводе.

Принимаем стандартное значение диаметра D = 400 мм.

Условное давление в трубопроводе Др

где - местное сопротивление, для диафрагмы ;

- плотность сырья 881,0 [кг/м3];

- линейная скорость движения светлых нефтепродуктов в трубо-проводе,

[м/с],

[Па].

Исходя из диаметра трубопровода и допускаемого давления выбираем диафрагму ДКС-10-400.

Расход, как функция перепада давления, измеряется дифманометрами:

- Метран-100-Ех-ДД-1442, который воспринимает перепад давления в пределах 0-1 кПа, выходной сигнал дистанционной передачи 4…20 мА. Класс точности 0,25.

Шкала прибора равна Q=0,2·3/2=0,3 м3/сек. Примем шкалу прибора 0,5 м3/сек.

Итак, значит подбираем диафрагму типа ДКС-10-400, после чего перепад давления фиксируется на Метран-100-Ех-ДД-1442. Эквивалентное значение изменения перепада давления в пределах 0-100 кПа, будет характеризовать изменение потока от 0-0,5 м3/сек.

4.5 Регуляторы и средства отображения информации

Станция сбора данных DX2000 - это разработка Yokogawa Electric Corporation[5]. Станции предназначены для сбора, обработки больших объемов данных, их архивации и работы в сетях Ethernet и RS-485/232. Это позволяет просматривать данные в реальном времени, используя Internet Explorer, сохранять данные на внешнем носителе или на компьютере FTP протоколу, производить рассылку электронной почтой e-mail по какому-либо событию. Станция позволяет принимать или обрабатывать данные с прибора, поддерживающих протокол MODBUS. Отличительной способностью станции является возможность расширения количества измерительных входов с помощью внешних модулей на базе системы сбора данных MW100.

В качестве контроллера для регулирования процесса подберем программируемый контроллер с функцией индикации YS 1500 фирмы Yokogawa [5].

Возможны три режима управления: одноконтурный, каскадный и с переключением 2 входов.

Сигнализации по верхнему и нижнему пределу.

Жесткое ручное управление предусмотрено.

4.6 Нормирующие преобразователи

В качестве преобразователей применяется электропневматический позиционер Emerson-3582i [6], входящий в комплект поставки клапана Emerson Process-GX, для преобразования электрического сигнала, идущего от вторичного прибора, в унифицированный пневматический регулирующий сигнал, который посылается на исполнительный механизм регулирующего клапана. Прибор имеет входной сигнал 4-20 мА, выходной сигнал - унифицированный пневматический 0,02ч0,1 МПа. Общее количество электропневматических позиционеров составляет 24.

В качестве нормирующего преобразователя для преобразования термо-ЭДС в стандартный токовый сигнал 4...20 мА выбираем прибор типа Ш-9322И. Класс точности 0,5.

4.7 Исполнительное устройство

В качестве исполнительных устройств применяется клапан регулирующий типа Emerson Proscess-GX с пневматическим мембранным исполнительным механизмом [6]. Материал: Ст.10Х18Н9Т, рассчитанные для работы придавлении Ру до 15 МПа, температура среды до 500 °С, класс точности 1,0.

Ввиду того, что на блоке имеются различные потоки, соответственно диаметры будут отличатся, Ду - 50…400 мм.

Общее количество регулирующих клапанов равно - 24.

В проектировании использовали также отсечные клапана типа КМО [7], с различными Ду. Материал: Ст.10Х18Н9Т, условное давление 6,3 МПа, температура среды до 400 °С.

5.Описание систем контроля, регулирования, сигнализации и противоаварийной защиты

5.1 Контроль и регулирование давления

Параметр давления в сепараторе С-1 осуществляется с помощью манометра типа Метран-100-ДИ (212-1), стандартный токовый сигнал 4-20 мА. Токовый сигнал поступает на дисплейную станцию DX-2000 (поз.212-2), где происходит отображение и регистрация данного параметра. Регулирование происходит с помощью контролера YS 1500. Регулирующий выходной токовый сигнал поступает на позиционер Emerson-3582i (212-3), преобразующий унифицированный токовый сигнал в стандартный пневматический 0,02-0,1МПа, и далее сигнал поступает на клапан регулирующего типа Emerson Proscess-GX (212-4).

При достижении давления в С-1 максимального (6,3МПа) или минимального (2,5МПа) значения срабатывает предупредительная сигнализация.

5.2 Контроль и регистрация давления

Параметр давления на входе в теплообменник Т-1 в потоке ЦВСГ осуществляется с помощью манометром типа Метран-100-ДИ (поз.209-1), который преобразует давление в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи. Токовый сигнал поступает на дисплейную станцию DX-2000 (поз.209-2), где происходит отображение и регистрация данного параметра. Расход как функция перепада давления после реакторов воспринимается дифманометром типа Метран-100-ДД-1420 (поз.210-1/211-1), преобразующий его в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи. Токовый сигнал поступает на дисплейную станцию DX-2000 (поз.210-2/211-2), где регистрируется данный параметр.

5.3 Регистрация, контроль и сигнализация температуры

Параметр температуры реактора воспринимается термоэлектрическим термометром типа ТКХ Метран - 202 (поз. 107-1), который преобразует технологический параметр в термоэдс (ТЭДС). С помощью нормирующего преобразователя типа Ш-9322И (поз. 107-2) ТЭДС преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20 мА дистанционной передачи, который поступает на дисплейную станцию DX-2000 (поз.107-3), где происходит отображение и регистрация данного параметра.

В позициях 101-1, 114-1, 120-1, 121-1, наряду с отображением происходит сигнализация при повышении предельного значения.

5.4 Контроль и регулирование температуры

Параметр температуры газо-сырьевой смеси, покидающей печь, воспринимается термоэлектрическим термометром типа ТКХ Метран - 202 (поз. 105-1), который преобразует технологический параметр в термоэдс (ТЭДС). С помощью нормирующего преобразователя Ш-9322И. (поз. 202-3) ТЭДС преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20мА. Токовый сигнал поступает в на станцию сбора данных DX-2000 (поз.202-4), где он отображается и регистрируется, а так же контроллер YS-1500, где вырабатывается управляющий сигнал 4...20 мА, который через функциональный преобразователь Emerson-3582i (поз.202-5) в виде пневматического сигнала подается на исполнительное устройство клапан Emerson Proscess-GX (поз.202-6), подачи топлива.

5.5 Контроль, регулирование и сигнализация уровня

Параметр уровня в сепараторе С-1 воспринимается радарным Apex Sentry (поз.400-1) и преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи, который поступает на станцию сбора данных DX-2000 (поз.400-2), где он отображается и регистрируется, а так же контроллер YS-1500 (поз. 400-3), где вырабатывается управляющий сигнал 4...20 мА, который через функциональный преобразователь Emerson-3582i (поз.400-4) в виде пневматического сигнала подается на исполнительное устройство клапан Emerson Proscess-GX (поз.400-5), которое меняет проходное сечение трубопровода отбора гидрогенизата.

5.6 Контроль и регистрация расхода

Параметр расхода гидрогенизата, выводимого с сепаратора С-2, осуществляется помощью преобразователя типа ДКС-10-400 (поз.301-1) преобразуется в перепад давления, который воспринимается дифференциальным манометром типа Метран-100-ДД (поз.301-2) и преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи. Этот сигнал поступает на станцию сбора данных DX-2000 (поз.301-3), где происходит отображение и регистрация данного параметра.

5.7 Регулирование, контроль и сигнализация расхода

Параметр расхода сырья подводимого к теплообмеенику Т-1 осуществляется с помощью преобразователя типа ДКС-10-400 (поз.300-1) преобразуется в перепад давления, который воспринимается дифференциальным манометром типа Метран-100-ДД (поз. 300-2) и преобразуется в стандартный токовый сигнал 4.,.20м, который преобразует давление в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи. Токовый сигнал поступает в на станцию сбора данных DX-2000 (поз.300-2), где он отображается и регистрируется, а так же контроллер YS-1500 (поз. 300-3), где вырабатывается управляющий сигнал 4...20 мА, который через функциональный преобразователь Emerson-3582i (поз.300-4) в виде пневматического сигнала подается на исполнительное устройство клапан Emerson Proscess-GX (поз.302-5), При понижении уровня ниже допустимого на дисплее высвечивается оповестительный сигнал.

5.8 Описание системы противоаварийной защиты

В случае необходимости немедленного вмешательства в ход технологического процесса при чрезвычайных и аварийных ситуациях (пожар, разгерметизация оборудования и т.д.), предусмотрено отключение главных технологических линий (сырья, ВСГ и топливного газа) при помощи отсечных клапанов КМО.

Параметр температуры на перевале печи воспринимается термоэлектрическим термометром типа ТХК Метран - 201 (поз. 103-1), который преобразует технологический параметр в термоэдс (ТЭДС). С помощью нормирующего преобразователя Ш-9322И. (поз.103-2) ТЭДС преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20мА дистанционной передачи, который поступает DX-2000 (поз.103-3), где регистрируется этот параметр. При повышении температуры выше допустимого (например, при прогаре труб) срабатывает оповестительная сигнализация, при этом вырабатывается управляющий, дискретный сигнал, который через преобразователь (поз. 103-4) в виде пневматического сигнала одновременно подается на отсечные клапаны КМО (поз. 103-5, 311-5, 312-5), которые прекращают подачу топливного газа и сырья на установку.

Расход сырья воспринимаемый ДКС-10-400 (поз. 312-1) преобразуется в перепад давления измеряемый дифманометром Метран-100-ДД (поз. 312-2) преобразуется в стандартный токовый сигнал 4...20 мА. Этот сигнал поступает на дисплейную станцию DX-2000 (поз. 312-3), где происходит регистрация и отображение этого параметра. При аварийной ситуации вырабатывается управляющий, дискретный сигнал, который через функциональный преобразователь (поз. 312-4) в виде пневматического сигнала подается на отсечной клапан КМО (поз. 312-5).

Позиция 311-1 работает аналогично.

В таблице 5.1 приведена спецификация на средства автоматизации.

Таблица 1.2 - Спецификация средств контроля и автоматизации

Позиция	Измеряемый параметр	Наименование и техническая характеристика прибора	Марка	Коли-чество	Примечание
1	2	3	4	5	6
100-1,101-1 ,102-1, 104-1,105-1, 106-1, 107-1,108-1,109-1,110-1, 111-1, 127-1	Температура	Термоэлектрический термометр ТХК (-40...600 °С). Класс точности 0,5	ТХК Метран-202	11	по месту
103-1	Температура	Термоэлектрический термометр ТХА (-40... 1000 °С). Класс точности 0,5	ТХА Метран-201	1	по месту
200-1, 209-1	Давление	Датчик избыточного давления. Выходной сигнал 4...20мА. Пределы измерений 0...6,3 МПа. Класс точности 0,25	Метран-100-ДИ-1161	2	по месту
300-1,301-1	Расход	Диафрагма камерная, условное давление до Ру=10 МПа, Dу=400, класс точности 0,5	ДКС-10-400	2	по месту
309-1,311-1, 312-1	Расход	Диафрагма камерная, условное давление до Ру=10 МПа, Dу=50, класс точности 0,5	ДКС-10-50	3	по месту
400-1,401-1	Уровень	Apex tmSentry, радарный урвонемер, с выдачей стандартного токового сигнала 4-20 мА. Температурный диапазон измерения до 190 °С, применяемый при условном давлении до 10,0 МПа.	Apex tmSentry	2	по месту
100-2,101-2,102-2, 103-2,104-2, 105-2, 106-2, 107-2, 108-2,109-2, 110-2, 111-2,112-2,113-2,127-2	Температура	Нормирующий преобразователь ТЭДС в стандартный токовый сигнал 4. . .20 мА, класс точности 0,5	Ш-9322И	15	по месту
210-1,211-1,300-2,301-2, 309-2,310-2,311-2,312-2	Расход,	Дифманометр с унифицированным выходным токовым сигналом 4…20 мА, класс точности 0,5	Метран- 100- ДД-1420	8	по месту
103-4,104-4,105-4,111-4, 212-3,300-4 309-4, 311-4,312-4,400-3,401-3,	Расход, температура, уровень, давление	Emerson-3582i, входящий в комплект поставки клапана Emerson Process-GX, для преобразования электрического сигнала. Прибор имеет входной сигнал 4-20 мА, выходной сигнал - унифицированный пневматический 0,02ч0,1 МПа.	Emerson-3582i	11	по месту
104-5, 105-5, 111-5,	Расход, температура, давление уровень	Emerson Proscess-GX с пневматическим мембранным исполнительным механизмом. Материал: Ст.10Х18Н9Т, условное давление 5 МПа, температура среды до 400 °С, класс точности 1,0.	Emerson Proscess-GX	8	по месту
212-4 ,300-5, 309-5, 400-4,401-4
103-5,311-5,312-5	Расход	Исполнительное устройство -- клапан отсечной, Условное давление Ру=6,3 МПа Dу=50 мм Dу-400 мм	КМО	2 1	по месту
100-3,101-3,102-3, 103-3,104-3,105-3,106-3, 107-3,108-3,109-3, 110-3, 111-3,127-3,200-2,210-2, 211-2,212-2,300-3, 301-3,309-3,310-3,311 -3, 312-3,400-2,401-2	Температура, давление, перепад дав- ления, уровень, расход	видеограф-регистратор/контроллер DX-2000. Входной сигнал 4 - 20 мА, выходные сигналы: аналоговый - 4 - 20 мА, дискретный (реле). Класс точности 0,25. Число входных каналов - 48.	DX-2000	1	на щите
104-3,105-3,111-3, 212-3 300-3,309-3,306-3,307-3,400-3,401-3	Температура, давление, перепад дав ления, уровень, расход.	Контроллер с функцией индикации YS 1500 фирмы Yokogawa[6]. Аналоговый выход 4…20 мА. Количество контуров регулирования: 8. Жесткое ручное управление предусмотрено. Класс точности 0,25.	YS 1500	10	на щите

Список использованной литературы

Электронный каталог продукции Emerson Process Management, раздел «Датчики температуры». 2010.

Электронный каталог продукции Emerson Process Management, раздел «Датчики давления». 2009.

Электронный каталог продукции Apex Sentry. Уровнемеры. 2012.

Электронный каталог продукции Элемер, раздел «Расходомеры. Счетчики». 2012.

Электронный каталог продукции Yokogawa, раздел «Средства коммуникации. Функциональная аппаратура». 2009.

Электронный каталог продукции Yokogawa «Регулирующие устройства и приборы автоматического управления». 2007.

Учебно-методические указания по выполнению практических работ по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами» для подготовки бакалавров и дипломированных специалистов / Составитель Аязян Г.К. - Уфа: Изд. УГНТУ, 2006г. - 20с.

Автоматизация технологических процессов. Обозначения (условные) приборов и средств автоматизации в схемах. ГОСТ 21.404-85.

Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов. ГОСТ 21.408-93.

Размещено на Allbest.ru