Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверской государственный технический университет»

Курсовая работа

по дисциплине

Метрология и измерительная техника

«Выбор и расчет средств измерений в системах автоматизации технологических процессов»

Выполнил:

Студент группы УТС 13.01

Мякатин И.Д.

Принял:

Старший преподаватель

Бусаров Е.В.

Тверь 2016



Цели курсового проекта

Целью данного курсового проекта является разработка системы автоматизации технологического процесса или его части, выбор комплекса технических средств автоматизации для ее реализации и расчет средства измерения расхода согласно нормативно-технической документации.



Описание технологического процесса

Производство соляной кислоты

В промышленности НСl получают следующими способами: сульфатным, синтетическим и из абгазов (побочных газов) ряда процессов. Первые два метода теряют свое значение.

Производство соляной кислоты (реактивной, полученной сульфатным способом, синтетическим, абгазной) заключается в получении НСl с последующей абсорбцией водой. В зависимости от способа отвода теплоты абсорбции (достигает 72,8 кДж/моль) процессы разделяются на изотермический, адиабатический и комбинированные.

Основной метод получения (синтетический)

Производство синтетической соляной кислоты включает две последовательных стадии: синтез хлористого водорода из хлора и водорода и абсорбцию хлористого водорода водой.

Впервые производство синтетической соляной кислоты из электролитического хлора и водорода было создано в период войны на заводе в Грисгейме.

В производстве синтетической соляной кислоты одним из основных аппаратов является печь синтеза хлористого водорода.

В производстве синтетической соляной кислоты никаких отходов не образуется, так как ее получают поглощением хлористого водорода водой.

Характеристика основного и вспомогательного сырья

Сырьем для производства синтетической соляной кислоты служат водород, хлор и вода. Водород получают в производстве каустической соды и хлора диафрагменным, ртутным и мембранным методами. Содержание водорода в техническом продукте не менее 98 об.%. Содержание кислорода регламентируется на уровне 0,3-0,5%. При использовании водорода, полученного ртутным методом электролиза хлорида натрия, содержание ртути должно быть не более 0,01 мг/м3.

Автоматизация процесса получения соляной кислоты.

Технологическая схема процесса и система автоматического регулирования приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схема автоматического регулирования и контроля процесса получения соляной кислоты:

1-печь синтеза; 2-колонна абсорбции; 3-насос; 4-холодильник; 5-сборник; 6-хвостовая колонна; 7-регулятор расхода; 8-регулятор соотношения расходов; 9-анализатор; 10,12-регуляторы температуры; 11-регулятор давления; 13-датчик температуры; 14-датчик уровня; 15-pH-метр; 16-20-регулирующие клапаны.

Исходными продуктами для производства соляной кислоты являются хлор и водород, поступающие в печь синтеза 1, где осуществляется синтез хлорида водорода по уравнению:

После печи синтеза 1 газообразный хлорид водорода поступает в нижнюю часть колонны абсорбции 2; в верхнюю ее часть в качестве орошения подают воду насосом 3. Полученная соляная кислота с низа колонны абсорбции 2, охлажденная водой в холодильнике 4, поступает далее в сборник 5. Газы с верха абсорбера направляют в хвостовую колонну 7, где они орошаются водой для связывания оставшегося хлорида водорода.

Статические характеристики печи синтеза дают зависимость изменения параметров хлористоводородного газа от изменения параметров входных потоков.

Наиболее вероятными возмущающими воздействиями является колебания расхода концентрации HClот соотношения расходов водорода и хлора носит экстремальный характер (рис. 2).

соляный кислота синтез

Процесс синтеза ведут с избытком водорода (“водородный режим”), чтобы избежать проскока хлора с хлоридом водорода; концентрация водорода колеблется от 2 до 10%.

Таким образом, основная задача автоматического регулирования работы печей синтеза - поддержание такого соотношения расходов хлора и водорода на входе в печь, которое необходимо для получения хлорида водорода заданной концентрации. Расход хлора стабилизируют с помощью регулятора 7. Соотношение расходов хлора и водорода поддерживают регулятором соотношений 8, на который также поступает сигнал от анализатора 9, определяющего содержание водорода или хлорида водорода в газе на выходе печи синтеза. Этот сигнал является корректирующим, автоматически изменяющим заданное соотношение расходов хлора и водорода.

Схема автоматического контроля и регулирования процесса получения соляной кислоты включает также следующие контуры:

стабилизации температуры в колонне абсорбции регулятором 10, изменяющим подачу воды на орошение колонны; стабилизации давления орошающей воды регулятором 11, воздействующим на клапан 19, установленный на линии перепуска воды с выхода насоса 3 на его вход; стабилизации температуры соляной кислоты на выходе холодильника 4 регулятором 12, изменяющим подачу воды в холодильник 4; контроль температуры газа на выходе печи синтеза 1 датчиком 13; контроль уровня соляной кислоты в сборнике 5 датчиком 14; контроль проскока HClна выходе хвостовой колонны 6 с помощью pH-метра 15.

Выбор средств измерений

1) Средства измерения уровня

В качестве средства измерения уровня был выбран уровнемер УЛМ-11.

Описание:

Применяемая в уровнемерах УЛМ-11 технология непрерывного измерения (FMCW), позволяет надежно измерять уровень большого спектра продуктов в различных режимах эксплуатации. Данная технология обеспечивает стабильные и точные измерения уровня вне зависимости от амплитуды отраженного сигнала.

Применение оригинальных технологий определило универсальность уровнемера УЛМ-11. Уровнемер УЛМ-11 одинаково хорошо измеряет уровень и сыпучих материалов, и жидких продуктов. УЛМ-11 обеспечивает надежную работу в условиях быстропротекающих процессов - загрузки, отгрузки, перемешивание и т.д.

Уровнемер УЛМ-11 применяется для измерения уровня нефти, мазута, бензина, дизельного топлива, масла, кислот, щелочи, пульпы, воды, растительного масла, пива, угля, угольной пыли, цемента, клинкера, руды, зерна и т.д.

Особенности:

· Рабочая частота - 94ГГц. УЛМ-11 - первый в мире уровнемер использующий рабочую частоту 94ГГц. Это позволяет добиться уникальной чувствительности - 0,05мм;

· Ширина измерительного луча - 4⁰. Ширина измерительного луча, при диаметре антенны 90мм, составляет 4⁰;

· Возможность экстремального сужения измерительного луча - до 1,3⁰. При использовании расширительного адаптера достигается уменьшение ширины измерительного луча до 1,3⁰;

· Рабочая температура от -60 ⁰С. Возможность работы при температуре окружающей среды от -60 ⁰С достигается без использования каких-либо дополнительных обогревающих кожухов или чехлов.

Технические характеристики

Максимальная абсолютная погрешность измерения уровня	±1мм
Ширина измерительного луча	40
Диапазон измерения уровня	0,6 ч 30м
Рабочая температура окружающей среды в месте установки уровнемера	от -60 до +500С
Температура контролируемого продукта	не ограничена
Напряжение питания	24В постоянного тока, либо 220В 50Гц
Исполнение	Взрывозащищенное, 1ExdIIBT6
Цифровой интерфейс	RS485, Modbus
Аналоговый выход	4-20 мА

Уровнемер УЛМ-11 внесен в Госреестр Средств Измерения - регистрационный номер 16861-08.

2) Средства измерения температуры

В качестве средства измерения температуры был выбран преобразователь Метран-231-1-3.Метран-231-1-3 предусмотрен для измерения температур жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, которые не разрушают оболочку кабеля. Благодаря тому, что данные термопреобразователи исполнены в кабельном виде, они не боятся изгибаний в ходе укладки и монтажа, легко укладываются в труднодоступные места, а также прижимаются к поверхностям, температуру которых необходимо измерить. Диапазон рабочих температур от -40°С до +1000°С

3) Средства измерения расхода

В качестве средства измерения расхода был выбран вихревой расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200. Прибор ЭМИС-ВИХРЬ 200 измеряет объёмный расход пара, жидкостей и газа (кислорода в том числе) с погрешностью, не превышающей 1%.

Данный расходомер можно использовать, если температура среды, в которой работает прибор, находится в диапазоне от -200°С до 460°С, а её давление не превышает 25 МПа. Т окружающей среды может колебаться от -40°С до 70°С.

Расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200 имеет взрывозащитные исполнения.

ЭМИС-ВИХРЬ 200 ППД является модификацией описанного выше расходомера и предназначен для использования в системах поддержания и измерения пластового давления. Прибор выдерживает избыточное давление, не превышающее 25 МПа.

Его отличает повышенная надёжность (она обусловлена специальной конструкцией сенсора) и возможность измерять расход загрязнённых механическими включениями сред.

Технические данные:

Характеристика	Значение
Измеряемая среда	жидкость газ (в том числе кислород) пар
Диапазон расхода	См. таблицу расходов
Погрешность	до ±0.5%при измерении расхода жидкостей до ±1% при измерении расхода газа и пара
Динамический диапазон	до 50:1 для газа и пара до 40:1 для жидкостей
Присоединение к трубопроводу	фланцевое (от 25 до 300 мм) фланцевое с коническими переходами (от 25 до 300 мм) сэндвич (от 15 до 200 мм) муфтовое (от 25 до 50 мм)
Давление измеряемой среды:	до 6,3 МПа
Температура измеряемой среды	от -40°С до +460°С
Измеряемая среда	жидкость газ (в том числе кислород) пар
Выходные сигналы	аналоговый токовый 4-20 мА частотный до 10000 Гц цифровой RS-485 Modbus RTU
Взрывозащита	ExibIIBT6X ExibIICT6X
Температура окружающей среды	от -40°С до +70°С

4) Регулятор

В качестве регулятора был выбран ОВЕН ТРМ148. Применяется для построения автоматизированных систем мониторинга, контроля и управления технологическими процессами в пищевой, металлообрабатывающей промышленности, при производстве керамики, в системах климат-контроля и др.

Прибор выпускается в щитовом корпусе типа Щ4 и Щ7

Функциональные возможности многоканального ПИД - регулятора ОВЕН ТРМ148

· Линейка стандартных модификаций для наиболее распространенных технологических процессов

· Восемь универсальных входов для подключения широкого спектра датчиков

· До восьми встроенных выходных ЭЛЕМЕНТОВ различных типов в выбранной пользователем комбинации для управления исполнительными механизмами:

· - 2-х позиционными (ТЭНы, двигатели, устройства сигнализации);

· - 3-х позиционными (задвижки, краны).

· Вычисление дополнительных функций от измеренных величин

· Задание графика коррекции уставки по измерениям другого входа или по времени

· Автонастройка ПИД-регуляторов

· Режим ручного управления выходной мощностью

· Встроенный интерфейс RS-485 (протокол ОВЕН)

· Широкие возможности конфигурирования:

· - программа быстрого старта EasyGo;

· - программа « Конфигуратор ТРМ148 » для свободного конфигурирования прибора;

· - задание параметров с лицевой панели прибора.

· Быстрый доступ к уставкам



Расчетная часть

Рассчитать расходомер переменного перепада давления для измерения расхода воды на входе в хвостовую колонну.

Исходные данные для расчета.

Измеряемая среда - вода.

170 нм³/час 60 нм³/часt=50С

P_изб=5 кгс/см²0,6 кгс/см²

D₂₀=80 мм

Материал трубопровода - сталь 1X18Н9Т

Диапазон температур для расчета средства измерения температуры

+10 +70 С

Определение недостающих для расчета данных

1	Абсолютное давление воды перед диафрагмой, P	п.133a	5+1	6 кгс/см2
2	Плотность воды в рабочих условиях (Pи t),p	пр.2	-	988.3 кг/мі
3	Внутренний диаметр трубопровода при температуре t, D	п.80, рис.A15	k1'*D=1.0004*80	80.032 мм
4	Динамическая вязкость воды в рабочих условиях (P и t), м	рис. А1	-

Выбор сужающего устройства и дифманометра

5	Тип сужающего устройства	п.127	Диафрагма камерная; материал - сталь Х17
6	Тип и разновидность дифманометра	п.128	Дифманометр сильфонный ДС-V-2
7	Верхний предел измерений дифманометра,	п.130 ГОСТ 3720-66	-	250 мі/ч



Определение номинального перепада давления дифманометра

8	Вспомогательная величина С	ф.128		66.6
9	Предельный номинальный перепад давления дифманометра,	п. 133в, рис.А18	-	1.6 кгс/смІ
10	Приближенное значение модуля, m	п. 133в, рис.А18	-	0.65

Определение числа Рейнольдса

11	Число Рейнольдса, Re	п.133г ф.14		172633.7
12	Минимальное допустимое число Рейнольдса, Remin	рис.А21 п.133г	-	40000
			Т.к Re>Reminрасчёт продолжаем
13	Граничное значение числа Рейнольдса, Reгр	рис.40 п.133н	-	270000
			Так как 172633.7<270000, необходимо учитывать увеличенную погрешность коэффициента расхода

Определение параметров сужающего устройства

14	Наибольший перепад давления в диафрагме,	п. 43б, ф. 65		1.6 кгс/смІ
15	Вспомогательная величина	ф. 130		0.5265
16	Модуль диафрагмы, m	рис. А8		0.663
17	Поправочный множитель на тепловое расширение материала диафрагмы,	п. 80		1
18	Диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20°С,	ф. 131		65.166 мм

Проверка расчета

19	Коэффициент расхода, б	рис. А8	-	0.793
20	Диаметр отверстия диафрагмы при температуре t,d	п. 80		65.166 мм
21	Расход, соответствующий наибольшему перепаду давления	ф. 72		169.64 мі/ч
22	Допустимое нижнее предельное значение наибольшего расчетного расхода	табл. 10	-	169.65 мі/ч
			Следовательно, расчёт выполнен правильно

Определение поправки на влияние числа Рейнольдса

23	Величина k	рис. А21	-	1190
24	Поправка к показаниям дифманометра,	ф. 132		0.0413 мі/ч
25	Отношение	ф. 134 п. 133н		0.0243%
			Так, как 0.0243%<0.3%, поправку на число Рейнольдса вводить не нужно



Список литературы

1. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. для техникумов. - М.: Химия, 1985.

2. ШуваловВ. В., Огаджанов Г. А., Голубятников В. А.Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. -М.: Химия, 1991.

3. Справочник по автоматизации целлюлозно-бумажных предприятий/ Э. В. Цешковский, Н. С. Пиргач, Г. Д. Ерашкин и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1989.

4. Правила 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М.: Изд-во стандартов, 1980.

5. Альбом графиков к правилам 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. М.: Изд-во стандартов, 1980.

6. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие /А. С. Клюев, Б. В. Глазов и др; под ред. А. С. Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1990.

7. Техника чтения схем автоматического регулирования и технологического контроля. / Под ред. А. С. Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1991.

8. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник. / Под ред. В. В. Черенкова. М.:

9. НПО «Овен». Каталог продукции 2016.

10. М.И. Левинский, А.Ф. Мазанко, И.Н. Новиков. Рецензент - д.х.н. профессор А.П. Томилов. «Хлористый водород и соляная кислота». © Издательство «Химия», 1985 г.

Размещено на Allbest.ru