Узел подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет

Факультет _Электротехнический_ Кафедра _Автоматики и телемеханики_

Направление _Управление и информатике в технических системах_

УИРС в период летней производственной практики в качестве

Инженера сектора КИПиА

Проект 12-20-7377 Узел подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора

Выполнил студент гр. АТ-10

Липатников Н.Г.

Проверили:

Вед. инженер гр. КИПиА, Колегов В.Г.

Доцент кафедры АТ, Южаков А.А.

Пермь, 2014



Содержание

Введение

1. Техническое задание

2. Описание установки

2.1 Постановка проблемы и пути ее решения

2.2 Выбор датчика уровня

2.3 Одиночная установка

2.4 Подключение 4…20 мА с протоколом HART

2.5 Подключение FMR-240 к ЭВМ

2.6 Интерполяция

2.7 Линеаризация

3. Проектирование

4. Заключение

5. Список используемых источников

ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема автоматизации

ПРИЛОЖЕНИЕ Б План трасс

ПРИЛОЖЕНИЕ В Опросный лист поз. LT- 4037



Введение

Уровень развития измерительной техники является одним из важнейших показателей технического прогресса. Причем развитие этой техники должно опережать развитие других видов техники.

Метрология как учение об измерениях в значительной степени определяет темпы технического прогресса, роль ее постоянно возрастает с увеличением объема и значимости измеряемой информации. Огромный объем информации, получаемый в результате измерений, будет полезным только при обеспечении единства и правильности измерений независимо от места, времени и условий их выполнения.

Одна из основных задач метрологии - обеспечение необходимой точности и достоверности измеряемой информации. В народном хозяйстве применяют лишь те средства измерений, которые гарантируют качество результатов. Оценка погрешности результата измерения в современных условиях - задача комплексная и сложная. Ошибочная оценка погрешности измерения чревата экономическими потерями, неправильными выводами в научных исследованиях и испытаниях образцов новой техники.

Сегодня тысячи физических величин, в том числе параметры технологических процессов, приходится измерять в разнообразных и порой самых неблагоприятных условиях, что немыслимо без совершенных первичных измерительных преобразователей - датчиков физических величин. Неуклонно повышаются требования к их точности, чувствительности, быстродействию. Следует отметить, что точность многих средств измерений зачастую определяется точностью датчиков. Повышение их качества будет предпосылкой повышения точности средств измерения в целом.

На сложных объектах при измерении большого числа величин в течение малого интервала времени, при измерении быстроменяющихся параметров используются информационные измерительные системы (ИИС) на базе микроЭВМ.

Базой для создания сложных информационных измерительных и вычислительных систем является государственная система приборов (ГСП) и средств автоматизации. Из многообразия измеряемых параметров, необходимых для удовлетворения потребностей отраслей народного хозяйства, можно выделить следующие структурные группы: теплоэнергетические (температура, давление, уровень, расход), электроэнергетические (сила электрического тока, напряжение, ЭДС, мощность, частота, индуктивность, электрическая емкость, электрическое сопротивление), механические (линейные и угловые величины, угловая скорость, число изделий, вибрация, звуковое давление, масса), химические (состав) и физические (влажность, проводимость, плотность, вязкость, мутность и др).

Структура построения и развития ГСП базируется на следующих принципах: агрегатировании (наращивание и видоизменение функций технических средств осуществляется за счет сочленения унифицированных блоков, модулей и комплектных изделий); унификации сигналов, интерфейсов, конструкций, элементной базы, модулей и блоков (унификация призвана обеспечить информационную, конструктивную, метрологическую, эксплуатационную и программную совместимости изделий); минимизации номенклатуры и реализации в изделиях рациональных эстетических и эргономических требований.

1. Техническое задание

1. Подобрать датчик уровня для емкости Е-6 поз. LIRCA4037-1 холодной насосной ПППН АВТ-2 согласно таблице 1;

2. Определить суммарную среднеквадратичную погрешность канала и если она окажется больше заданной разработать канал снова;

3. Разработать и представить принципиальную схему решения;

Т а б л и ц а 1

Класс взрывопожарных зон - В-Ia

Приведенная погрешность - 1,1 %.

2 

2. Описание установки

2.1 Постановка проблемы и пути ее решения

Рассмотрим принцип работы узла подачи ингибитора коррозии и нейтрализатора на АВТ-2 (12-20).

Этот узел необходим для защиты от внутренней коррозии трубопроводов системы сбора обводненной жидкости, ингибиторы коррозии необходимо подавать непосредственно в водный подслой, так как они являются органическими водорастворимыми или легко дисперсируемыми в воде реагентами. Технологический процесс ингибирования должен осуществляться с применением узла подачи ингибитора.

Технический результат - устранение прогаров змеевика в зоне впрыскивания раствора ингибитора - достигается тем, что узел ввода, включающий прямой участок змеевика с патрубком для подвода сырья, распылитель ингибитора, трубку для подвода ингибитора к распылителю и охватывающую ее дополнительную трубку, расположенные соосно, снабжен струевыпрямителем, подавляющим крупномасштабную турбулентность вниз по потоку, расположенным соосно в прямом участке змеевика, в зоне впрыскивания раствора ингибитора.



Рис. 1 Емкости Е-5,Е-6,Е-7 Ингибиторной установки и расположение датчиков уровня (сверху).

В нашем случае требуется заменить на емкости Е-6 пьезометрический датчик уровня поз. LIRCA4037-1 на датчик уровня радарный FMR 240 Micropilot M в холодной насосной АВТ-2. Причиной замены датчика на емкости Е-6 послужила неудовлетворительная работа с жидкостью Додикор-1830, которая кристаллизуется в стержне пьезометрического датчика и следовательно не происходит останов насосов Н-40/3 и Н-40/5. Слесари КИПиА раз в сутки проводят чистку стержня датчика от кристаллизующейся жидкости.

измерительный ингибитор емкость датчик

2.2 Выбор датчика уровня

Радарный датчик уровня является оптимальным решением проблемы, так как Micropilot является радарной системой, работающей по принципу времени прохождения сигнала. Он идеален для малых сосудов. Кроме того, он обеспечивает точность измерения . Прибор измеряет дистанцию от точки начала измерений (подключения к процессу) до поверхности продукта. Радарные импульсы излучаются антенной, отражаются от поверхности продукта и принимаются самим же радаром.

Особенности и преимущества FMR:

* 2 частотных диапазона -ок. 6 ГГц (FMR 230/FMR 231) и 26 ГГц (FMR 240):

Для конкретного применения - оптимальная рабочая частота.

* Интерфейсы HART, PROFIBUS-PA или Foundation Fieldbus.

* Простота настройки с алфавитно-цифрового местного дисплея.

* 2- проводная технология, невысокая стоимость: реальная альтернатива поплавковым и механическим уровнемерам.

2- проводная технология удешевляет подключение и упрощает интеграцию прибора в технологический процесс.

* Бесконтактное измерение:

Измерение практически не зависит от свойств продукта.



Рис. 2 Принцип измерения и конструкции.

Вход

Отраженные импульсы принимаются антенной и передаются в электронный блок.

Микропроцессор рассчитывает сигнал и идентифицирует эхо-сигнал, возникающий при отражении радарного импульса от поверхности продукта. Однозначная идентификация эхо-сигнала уровня достигается программным обеспечением PulseMaster, основанном на многолетнем опыте производства и эксплуатации микроволновых уровнемеров.

Высокая точность измерения Micropilot возможна благодаря запатентованному алгоритму программного обеспечения PhaseMaster.

Дистанция D до поверхности продукта пропорциональна времени прохождения импульса t:

D = c · t/2,



где c - скорость света.

На основе известной дистанции E для пустой емкости, рассчитывается уровень L:

L = E - D

См. на рис. вверху точку отсчета дистанции "E".

Micropilot имеет функции подавления помех. Это исключает влияние паразитных эхо-сигналов (вызванных, например, отражением от внутренних конструкций емкости) на эхо-сигнал уровня. При необходимости эти функции активизируются самим пользователем.

Выход

Настройка Micropilot состоит в задании дистанции для пустой емкости E (= ноль), для заполненной емкости F (= шкала) и параметра применения. Параметр применения автоматически адаптирует прибор к условиям измерения. Данные для "E" и "F" соответствуют для приборов с токовым выходом 4 мА и 20 мА соответственно, для цифровых приборов и для дисплея 0 % и 100 % шкалы.

Кроме того, может быть активизированная функция линеаризации, на основе таблицы, вводимой в ручном или полуавтоматическом режиме. Эта функция обеспечивает измерение в выбранных инженерных единицах для сферических емкостей, емкостей в форме горизонтального цилиндра или с выходным конусом.



Рис. 3 Датчик уровня радарный FMR 240 в различном исполнении антенны.

2.3 Одиночная установка

Micropilot M может применяться как для измерения в свободном пространстве, так и в направляющих трубах/байпасах. Прибор имеет выходной токовый сигнал 4-20 мА с протоколом HART, или цифровой интерфейс PROFIBUS-PA или Foundation Fieldbus.

2.4 Подключение 4..20 мА с протоколом HART

2-проводной кабель (сечение жил 0,5..2,5 мм) подключается к клеммам отделения подключения. (рис 4). Для подключения рекомендуется применять 2-жильную экранированную витую пару. Электронная схема прибора включает цепи защиты от обратной полярности, ВЧ-помех и пиков напряжения.



Рис 4. Схема подключения.

2.5 Подключение FMR-240 к ЭВМ

Уровнемер представляет информацию об измеряемом параметре в виде аналогового сигнала, а ЭВМ обрабатывает только сигналы в двоичном коде, поэтому прежде чем сигнал с датчика подавать на ЭВМ его нужно пропустить через АЦП - аналогово-цифровой преобразователь.

В качестве АЦП используем существующее устройство сбора и обработки данных фирмы ADDI-DATA CPCI - 3120:

CPCI - 3120 - многофункциональный модуль сбора данных. Устройство устанавливается на шину Compact PCI.



Основные технические характеристики:

· АЦП: разрешение 16 бит, частота выборки до 100 кГц;

· Диапазоны входного сигнала:

· ±10, ±5, ±2, ±1, 0-10, 0-5, 0-2, 0-1 В, 4…20 мА;

· Программируемый коэффициент усиления по каждому каналу;

· Гальваническая развязка: 500 В;

· ЦАП: разрешение 14 бит, время установления 30 мкс;

· Диапазоны выходного сигнала: ±10, 0-10 В;

· Возможна поставка с монтажной планкой высотой 6U;

· Вариант исполнения: CPCI - 3120-8-4 -- 8 каналов АЦП, 4 канала ЦАП;

· Погрешность АЦП- 0,05/0,05;

Погрешность АЦП:

где хмах - размах входного сигнала;

х - текущее значение;

Очевидно, что максимальная относительная погрешность будет при минимальном x.

c = 0,05; d = 0,05; хмах = 20 - 4 =16 мА; х = 4 мА;

Оценка погрешности канала измерения уровня жидкости

Измерительный канал содержит уровнемер, АЦП и ЭВМ:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Суммарная среднеквадратичная погрешность канала:

Очевидно, суммарная среднеквадратичная погрешность канала не превышает заданную (1,1 %). То есть разработанный канал полностью выполняет поставленную задачу.

2.6 Интерполяция

Выбираем из градуировочной таблицы радарного уровнемера FMR 240 Micropilot M 10 точек в интервале высоты сосуда от 180 до 1140 мм.

H, мм	180	286	392	498	604	710	826	928	1034	1140
	69.556	79.110	88.516	97.770	106.889	115.850	124.679	133.35	141.880	150.253

Определение интерполяционного полинома минимальной степени

Составим интерполяционный полином, используя первую интерполяционную формулу Ньютона для равноотстоящих узлов

,

где .

, , .

Для нашего случая h = 1140.

Таблица конечных разностей

Таблица 3

180	69.556	9.554	-0.148	-0.004	0.021	-0.061	0.15	-0.34	0.726	-1.479
286	79.110	9.406	-0.152	0.017	-0.040	0.089	-0.19	0.386	-0.753
392	88.516	9.254	-0.135	-0.023	0.049	-0.101	0.196	-0.367
498	97.770	9.119	-0.158	0.026	-0.052	0.095	-0.171
604	106.889	8.961	-0.132	-0.026	0.043	-0.076
710	115.850	8.829	-0.158	0.017	-0.033
826	142.679	8.671	-0.141	-0.016
928	133.35	8.530	-0.157
1034	141.880	8.373
1140	150.253

Расчет коэффициентов:

Расчет коэффициентов полинома:

,

,



Полином первой степени

Погрешность полинома

Таблица 4

	180	286	392	498	604	710	826	928	1034	1140
	69,556	79,110	88,516	97,770	106,889	115,850	124,679	133,350	141,880	150,253
	69,556	79,106	88,656	98,206	107,756	117,306	126,856	136,406	145,956	155,506
	0	0,004	0,140	0,436	0,867	1,456	2,177	3,056	4,076	5,253

где - точное значение

- значение полинома

- погрешность полинома.

Находим максимальную погрешность

Относительная погрешность

Погрешность больше допустимой, поэтому повысим степень полинома до 2-х.

Полином 2-й степени

Погрешность полинома

Таблица 5

	180	286	392	498	604	710	826	928	1034	1140
	69,556	79,110	88,516	97,770	106,889	115,850	124,679	133,350	141,880	150,253
	69,556	79,106	88,508	97,762	106,868	115,826	124,636	133,298	141,812	150,178
	0	0,004	0,008	0,008	0,021	0,024	0,043	0,054	0,068	0,075

Максимальная погрешность

Относительная погрешность

Полином 3-й степени



Погрешность полинома

Таблица 6

	180	286	392	498	604	710	826	928	1034	1140
	69,556	79,110	88,516	97,770	106,889	115,850	124,679	133,350	141,880	150,253
	69,556	79,106	88,508	97,758	106,852	115,786	124,556	133,158	141,558	149,842
	0	0,004	0,008	0,012	0,037	0,064	0,123	0,192	0,322	0,411

Максимальная погрешность

Относительная погрешность

Погрешность больше допустимой, поэтому ограничимся полиномом 2-й степени. Относительная погрешность в этом случае будет равна 0,0929 %.

Вид полученного полинома:

2.7 Линеаризация

При линеаризации на участке точная функция заменяется уравнением прямой. В итоге после линеаризации график функции будет представлять собой ломаную линию.

Уравнение прямой, проходящей через точки и :

или ,

где , .

Проведем линеаризацию всего участка

Таблица расчетов:

Таблица 7

1	180	69,556	1·104	6955,6	70,605	1,049
2	286	79,110	2,25·104	1,187·104	79,555	0,445
3	392	88,516	4·104	1,77·104	88,505	-0,011
4	498	97,77	6,25·104	2,444·104	97,455	-0,315
5	604	106,889	9·104	3,207·104	106,405	-0,484
6	710	115,850	1,225·105	4,055·104	155,355	-0,495
7	826	124,679	1,6·105	4,987·104	124,305	-0,374
8	928	133,35	2,025·105	6,001·104	133,255	-0,095
9	1034	141,88	2,5·105	7,094·104	142,205	0,325
10	1140	150,253	3,025·105	8,264·104	151,155	0,902
У	6432	1107,853	1,263·106	3,97·105

Уравнение искомой прямой

Определяем для всех значение и заносим в таблицу. Далее определяем и :

Поскольку погрешность максимальна только в начале и в конце диапазона и незначительно превосходит допустимую, то задача линеаризации решена.

3. Проектирование

Проектируем в среде autoCAD схему автоматизации, представленная в приложении А. На схеме видно три бака и пять насосов, которые управляются уровнемерами, расположенными на каждом баке. Устройства, которые подлежат замене отмечаются зам. Все остальные - сущ. Принцип работы: ко входу врезаем две емкости с присадкой: Додиген-481 и Додикор-1830 (органические ингибиторы, которые вводятся в колонны крекинга для предотвращения коррозии) и по магистрали Ду25 Ру16 Ст20 подаем ручным насосом в емкости Е-5, Е-6, Е-7. Там же присадка смешивается с дизтопливом. Уровень жидкости в емкостях регулируется максимальным и минимальным уровнем срабатывания уровнемеров для останова насосов плунжерного типа, которые подают жидкость к установкам ВО.

Далее проектируем план трасс, представленная в приложении Б, с учетом необходимых материалов (кабели, коробки) и расположением нашего датчика, который будет заменен на новый. Нам потребуется три скобы для крепления измерительных проводов к коробке. От коробки КС-59И до операторной используется существующая линия.

На схеме холодной насосной АВТ-2 (вид сверху) отображены три емкости среди которых на Е-6 видно место демонтажа и установки нового уровнемера на крышке бака поз. LT4037. Кабели и коробка остаются на прежнем месте. Категория пожароопасности помещения IIBT3, взрывобезопасности В-1a.

Затем проектируем Схему внешних проводок, где видно подключение уровнемера к коробке КС-59И по двухпроводной схеме с заземлением корпуса и короба.

Составляем общие данные по проекту, в котором указывается сборка чертежей в таблице слева, перечня документов (таблица справа) и общие указания. (рис 5).



Рис 5. Ведомость документов.

Затем заполняется в текстовом редакторе спецификация С1, где записывается перечень единиц, входящих в состав проекта: наименование, техническая характеристика прибора, комплект для крепежа. (рис 6).

Рис 6. Спецификация.

И последним этапом заполняется опросный лист ОЛ LT4037, указанный в приложении В, в котором указываются запрашиваемые характеристики уровнемера и отправляется на согласование метрологам. Если метрологи одобряют заданные условия, то далее проект передается сметчикам, а затем монтажникам, которые будут проводить необходимые работы на объекте.

4. Заключение

Разработанный проект по замене уровнемера полностью выполняет поставленную задачу. Датчик уровня радарный FMR 240 Micropilot M имеет преимущество перед контактными датчиками, так как нет прямого взаимодействия с агрессивной средой, что требовалось для решения нашей задачи. Соединение выполнено к существующему интерфейсу HART 4..20мА.

5. Список используемых источников

1) http://www.oilcareer.ru - Узлы подачи ингибитора коррозии

2) Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов ГОСТ 21.408 - 93

3) Состав, оформление и комплектование рабочей документации, ГПКИ “Проектавтоматика” 1995 г.

4) Приборы для измерения и регулирования температуры. Установка на 5. оборудовании и коммуникациях. Предприятие “Норма-СА” 1998 г.

5) Камразе А. Н, Фитерман МЯ Контрольно-измерительные приборы и автоматика. Учебник для средних ПТУ. Л:1988 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Схема автоматизации



ПРИЛОЖЕНИЕ Б

План трасс

Размещено на Allbest.ru