Каждый трубный модуль имеет 28 узлов подачи ОТВ с оросителями тонкого распыла воды равномерно расположенных на секциях Dу = 159, четыре узла подачи газа, узел залива и слива ОТВ. Фактическая масса ОТВ, находящегося в 2-х кольцевых трубных модулях составит 2826 кг.

Режим работы установки принимается в один импульс продолжительностью 20 секунд, при этом фактический расход составит 0,714 кг/м3. Общий суммарный расход установки составит 131 л/с., а интенсивность (J) подачи будет равна:

.

Рабочим пусковым газом в установке является диоксид углерода (СО2) по ГОСТ 8050-85, находящийся в баллонах батареей типа БАГЭ. Требуемое количество баллонов с запасом рабочего газа - 8 шт. Подача газа от баллонов к модулям осуществляется по трубопроводам. Батареи с пусковым газом располагаются в огнегасительной камере находящейся вне защищаемого помещения, с северной стороны машинного зала.

Установка пожаротушения схематично представлена на плакате №6.

4.5.2 Расчет электрического освещения

Недостаточное освещение затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление, увеличивает опасность травм и способствует развитию близорукости, излишне яркий свет слепит, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, поэтому выбор системы светильников и устройств освещения выполняется с учетом следующих основных требований действующих строительных норм и правил:

обеспечение достаточной освещенности рабочих мест, инструментов, предметов труда;

ограничение прямой и отраженной блёскости;

научное обоснование выбора системы освещения, конструкции и мощности светильников, их числа, расположения, вида, исполнения и т. д.;

обеспечение благоприятного спектрального состава света, степени его рассеивания и направления;

постоянство освещенности и других светотехнических показателей во времени и пространстве и т. д.

Машинный зал ЭВМ II очереди Оренбургского ГПЗ имеет следующие размеры: длина - , ширина - , высота - , т.е. площадь . Номер группы административных районов по ресурсам светового климата - 2. Коэффициент светового климата (световые проемы в наружных стенах, ориентация световых проемов - юго-восток) - 0,85. Для освещения выбраны люминесцентные лампы марки ЛБ (лампа белого цвета) мощностью 80 Вт, со световым потоком и светильником типа ОДР с экранирующей решёткой.

Уровень рабочей поверхности над полом составляет 0.8 м, тогда:

.

Нормируемая освещённость рабочего места для разряда зрительных работ VIII, согласно СНиП 23-05-95, составляет: .

Вычисляем индекс помещения по формуле:

.(4.6)

По индексу помещения (i), коэффициентам отражения от стен (), потолка () и пола () находим значение коэффициента использования светового потока =0,54.

Количество светильников вычисляет согласно формуле:

,(4.7)

где FЛ - световой поток лампы, лм;

Е - минимальная нормируемая освещенность, лк;

S - площадь помещения, м2;

К - коэффициент запаса учитывающий загрязнение светильников и наличие в воздухе пыли, дыма, копоти;

Z - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность освещения (Z=1,2);

- коэффициент использования светового потока;

N - число светильников в помещении;

m - число ламп в светильнике.

.

Следовательно, для обеспечения освещенности в помещении машинного зала ЭВМ соответствующей СНиП 23-05-95, необходимо использовать 5 светильников.

4.5.3 Расчет защитного заземления

Оборудование работает под напряжением 220 В 10%. Согласно ПУЭ - 85 нормируется сопротивление заземления в зависимости от напряжения электроустановки, в данном случае сопротивление заземления должно быть не выше Ом. Грунт - суглинок , коэффициент сезонности - .

В качестве заземляющего устройства выбираем комбинированное заземляющее устройство, состоящее из электродов вертикальных (стальные газопроводные трубы , толщина стенок - 3.5 мм, длина - , расстояние между электродами - ), соединительных полос (полосовая сталь шириной 0.03 м, толщиной 0.004 м и глубиной залегания - ) и заземляющих проводников (полосовая сталь шириной м, толщиной 0.004 м).

Формула для расчета сопротивления одиночного заземлителя растеканию электрического тока имеет вид:

,(4.8)

где - удельное электрическое сопротивление с учетом коэффициента сезонности, .

, - длина и диаметр вертикальных электродов, м;

- сумма и , м.

.

Примерное количество необходимых вертикальных электродов:

.

Сопротивление найденного количества заземлителей, установленных на принятом расстоянии друг от друга, с учетом коэффициента их использования:

.

Длина полосы связи для условий комбинированного заземления определяется согласно формуле:

.(4.9)

Следовательно, сопротивление полосы связи растеканию электрического тока в грунт будет равно:

.

Тогда, сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства будет равно:

.

Для того чтобы проектируемое заземляющее устройство удовлетворяло требованиям ПУЭ, увеличиваем количество электродов до 6 ().

,

,

,

.

5. Экономический раздел

Проектируемая в рамках дипломного проекта система автоматизированного управления технологическим процессом предназначена для автоматизированного и автоматического сбора данных, контроля, управления и защиты в реальном масштабе времени технологических процессов на установках доочистки отходящих газов с У04-06 (установки получения серы по методу Клауса).

Объектом автоматизации является установки У-07,08, предназначенные для получения серы Сульфрен, доочисткой отходящих газов с У04-06. Автоматизируемым пунктом управления является операторная второй очереди Оренбургского ГПЗ. Характер протекания технологических процессов во времени на установке непрерывный.

5.1 Экономические показатели предлагаемой АСУТП

5.1.1 Расчет сметной стоимости предлагаемой системы

В сметную стоимость проекта включаются все затраты, связанные с его выполнением. Определение затрат производится путем составления калькуляции себестоимости.

Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты.

При построении системы АСУТП У-07,08 используются готовые к работе модули и приборы, перечень которых приведен в таблице 5.1, их общая стоимость определяется по формуле:

;(5.1)

где - затраты на покупные изделия и полуфабрикаты, рубли;

Nj - норма расхода j-го комплектующего изделия, полуфабриката, штуки;

Цj - цена единицы j-го комплектующего изделия, полуфабриката, рубли/штуки;

j =1..m - перечень покупных изделий и полуфабрикатов на единицу изделия.

Таблица 5.1 - Перечень комплектующих системы АСУТП У-07,08

Наименование изделия	Кол-во, шт ()	Стоимость, руб
1	2	3
Консоль АРМа оператора/инженера РСУ с промышленным компьютером	2	74252
Монитор LCD 20”	2	34339
Лицензия на ПО	1	165 971
Коммутатор	2	32637
Управляющий процессор FCP270	2	176601
Оборудование для подключения FCP	2	26625
Оптоволокно 50 метров	1	1444
Лицензия на ПО процессора	1	140094
Модуль FBM 217	4	38983
Модуль FBM 242	6	84882
Модуль FBM 211	6	40093
Модуль FBM 237	2	40093
Модуль FBM 233	2	17544
Шкаф Rittal для размещения модулей	1	23065
Плата для размещения 2 FCP	1	3921
Плата для модулей FBM (8 позиций)	2	8049
Плата для модулей FBM (2 позиций)	2	4824
Терминаторы	4	2038
Кабель (соединение HID с FBM)	16	38596
Барьер искрозащиты HID 2026	24	106218
Барьер искрозащиты HID 2062	22	113932
Барьер искрозащиты HID 2824	32	108050
Барьер искрозащиты HID 2034	8	40970
Барьер искрозащиты HID 2872	24	82069
Выходное реле	3	25335
8 посадочных мест для HID	16	79206
Блок питания для HID Quint 10	4	14473
Блок питания FBM и FCP Lamda	2	17879
Дополнительное оборудование	1	109908
Контроллер Trident с ПО	1	341721
Модули ввода/вывода и коммуникации	5	147343
Барьеры искрозащиты	22	189888
8 посадочных мест для HID	2	9881
Сумма:	2.340.924
Разработка алгоритмов управления, мнемосхем процесса, написание контуров управления (два программиста работают в течении полутора месяцев)	1	40.500
Обучение работников отдела АСУ II очереди Оренбургского ГПЗ (инженера-электроника, инженера-программиста)	1	132.000

Расчет затрат на заработную плату.

1 Затраты на сборочно-монтажные работы. Сборочную (40 часов) и монтажную (60 часов) работу ведут один инженер-электроник II категории (оклад 9840 рублей в месяц) и два слесаря КИПиА 6-го разряда (оклад 7450 рублей в месяц).

2 Затраты на пуско-наладочные работы. Работу выполняют один слесарь КИПиА 6-го разряда, один инженер-электронщик II категории, инженер-программист I категории (оклад 11400 рублей в месяц). Время пуско-наладочных работ 120 часов.

Основная заработная плата работников определяется по формуле:

;(5.2)

где - основная заработная плата разработчика, руб;

tпп - трудоемкость, чел/ч;

Ом - месячный оклад разработчика, руб.;

Др - количество рабочих дней в месяце, дни;

Tp - длительность рабочего дня, часы.

Тогда, на сборочно-монтажные и пуско-наладочные работы основная заработанная плата составит:

Дополнительная заработная плата работников рассчитывается по формуле:

;(5.3)

где - дополнительная заработная плата разработчика, руб.;

Нд - норматив дополнительной заработной платы, %.

Норма дополнительной заработной платы для инженеров составляет 45%, для слесарей КИПиА 18 %. Следовательно, дополнительная заработная плата составит:

Отчисления на социальные нужды рассчитываются по формуле:

;(5.4)

где Ссн - отчисления на социальные нужды, рубли;

Кр - районный коэффициент (15 %);

Нсн - норматив отчислений на социальные нужды (26,2 %), %,

Подставив значения в формулу 5.4, получим:

Затраты на электроэнергию при проведении пуско-наладочных работ составят:

;(5.5)

где Сэл - затраты на электроэнергию на технологические цели, рубли;

Цэл - тариф на электроэнергию (2.15 руб/кВтч), руб/кВтч;

Мi - потребляемая мощность i-го вида оборудования (1.3 кВт наладка оборудования производится поочередно для каждой установки), кВт;

tдФ - действительный фонд времени (120 ч), машино-часы.

Следовательно, затраты на электроэнергию составят:

Сметная стоимость рассчитывается по формуле:

;(5.6)

где - сметная стоимость, руб.

Таким образом, сметная стоимость (капитальные затраты) на внедрение системы АСУТП У-07,08, будет составлять:

Согласно Общероссийскому классификатору основных фондов предлагаемую систему АСУТП можно отнести к категории оборудования для контроля технологических процессов (четвертая группа со сроком использования свыше 5 лет до 7 лет включительно), следовательно, амортизационные отчисления составят 367 490 рублей в год.

=

5.1.2 Расчет годовых издержек ГПЗ при эксплуатации предлагаемой АСУТП

Расчет годовых эксплуатационных издержек предприятия проводится методом прямого счета по формуле:

;(5.7)

где - годовые текущие издержки потребителя, руб.;

- заработная плата обслуживающего персонала, руб.;

- затраты на ремонт, руб;

- затраты на потребляемую электроэнергию, руб.;

- накладные расходы, руб.;

- прочие расходы, руб.

За оборудованием на двух установках планируется закрепить двух прибористов (оклад 7690 руб.), работающих по 7.2 часа в сутки 5 дней в неделю и двух операторов-технологов (оклад 9780 руб.), работающих по 5-ти сменному рабочему графику вахтой. Инженер-электроник I категории (оклад 11650 руб.) и инженер-программист II категории (оклад 9430 руб.) обслуживают оборудование в моменты плановой остановки установок (за исключением в не штатных ситуаций связанных с отказом оборудования АСУТП, но с учетом высокой надежности проектируемой системы время простоя установок по причине неисправности системы АСУТП сведено к минимуму), что составляет около 80 часов в год. Технологическое оборудование не входит в состав АСУТП, поэтому машинисты, в рамках дипломного проекта, не рассматриваются в качестве обслуживающего персонала.

Заработная плата обслуживающего персонала определяется по формуле:

;(5.8)

где Чобс - численность обслуживающего персонала, чел.;

tобс - время затрачиваемое на обслуживание, ч/год;

Нсн - норматив отчислений на социальные нужды;

НД - норматив отчислений на дополнительную заработную плату;

Sч - часовая тарифная ставка, руб/час.

С учетом начисления оплаты труда в виде должностных окладов получим:

Накладные расходы рассчитываются по формуле:

;(5.9)

где Нр - норматив накладных расходов (10 %), %.

Подставив значения в формулу (5.9) получим:

.

Затраты на потребляемую электроэнергию рассчитываются по формуле:

;(5.10)

где Цэл - тариф на электроэнергию (2.15 руб/кВтч), руб/кВтч;

Мi - потребляемая мощность i-го вида оборудования, кВт;

tдФ - действительный фонд времени (358 дней), машино-часы.

Подставив значения в формулу 5.10, получим:

Затраты на ремонт оборудования рассчитываются по формуле:

;(5.11)

где НРУ - норматив затрат на ремонт (1.5 %), %.

Прочие расходы рассчитываются по формуле:

;(5.12)

где Нр - норматив накладных расходов (5 %), %.

Подставив значения в формулу (5.12) получим:

Подставив полученные значения в формулу (5.7) получим:

Годовые приведенные затраты потребителя рассчитываются по формуле:

;(5.13)

где - годовые приведенные затраты потребителя, руб;

- коэффициент реновации устройства (0.1296);

- норматив эффективности капитальных вложений (0.39).

Подставив полученные значения в формулу 5.8 получим:

Рассчитанные значения экономических характеристик предлагаемой АСУТП сведем в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Затраты на предлагаемую АСУТП

Наименование затрат	Сумма, руб.
Сметная стоимость	2 572 432
Годовые эксплуатационные издержки предприятия	2 256 005
из них амортизационные отчисления, руб/год	367 490
Годовые приведенные затраты предприятия	3 592 640

5.2 Экономические показатели существующей АСУТП

5.2.1 Расчет сметной стоимости существующей системы

Существующая система внедрена на производство в 1990 году. Средний срок службы подобной системы 8 лет, т.е. оборудование не только морально, но и физически устарело. Ниже следующие расчеты применимы для существующей системы так, как если бы ее внедряли в настоящее время, с учетом цен на подобные системы с аналогичными техническими характеристиками.

Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты.

Согласно формуле 5.1 и технической документации на существующую систему АСУТП:

Расчет затрат на заработную плату.

1 Затраты на сборочно-монтажные работы. Сборочную (40 часов) и монтажную (80 часов) работу ведут два инженера-электроника II категории (оклад 9840 рублей в месяц) и два слесаря КИПиА 6-го разряда (оклад 7450 рублей в месяц).

2 Затраты на пуско-наладочные работы. Работу выполняют два слесаря КИПиА 6-го разряда, один инженер-электронщик II категории, инженер-программист I категории (оклад 11400 рублей в месяц). Время пуско-наладочных работ 120 часов.

Основная заработная плата работников определяется по формуле 5.2:

Дополнительная заработная плата работников рассчитывается по формуле 5.3:

Отчисления на социальные нужды рассчитываются по формуле 5.4:

Затраты на электроэнергию при проведении пуско-наладочных работ составят, согласно формуле 5.5:

Сметная стоимость рассчитывается по формуле 5.6:

Амортизационные отчисления составят 66 228 рублей в год.

 =

5.1.2 Расчет годовых издержек ГПЗ при эксплуатации существующей системы

В настоящий момент установки обслуживают два прибориста (оклад 7690 руб.) и четыре оператора-технолога (оклад 9780 руб.), два из которых работают вахтой, а два других по 7.2 часа в день пять дней в неделю (оклад 9180 руб.). Инженер-электроник I категории (оклад 11650 руб.) и инженер-программист II категории (оклад 9430 руб.) обслуживают оборудование в моменты плановой остановки установок, а так же участвуют в профилактическом обслуживании АСУТП, что составляет около 320 часов в год.

С учетом начисления оплаты труда в виде должностных окладов получим:

Затраты на потребляемую электроэнергию рассчитываются по формуле 5.10:

Затраты на ремонт оборудования рассчитываются по формуле 5.11:

Накладные расходы определяются по формуле 5.6:

Прочие расходы рассчитываются по формуле 5.12:

Годовые эксплуатационные издержки предприятия определяются по формуле 5.7:

Годовые приведенные затраты потребителя рассчитываются согласно выражению 5.13:

Рассчитанные значения экономических характеристик существующей АСУТП сведем в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 - Затраты на существующую АСУТП

Наименование затрат	Сумма, руб.
Сметная стоимость	463 598
Годовые эксплуатационные издержки предприятия	2 325 127
из них амортизационные отчисления, руб/год	76 726
Годовые приведенные затраты предприятия	2 566 012

5.3 Определение срока окупаемости предлагаемой АСУТП

Для дальнейшего анализа срока окупаемости внедряемой АСУТП необходимо принять к сведению ниже следующее:

- существующая система автоматизированного управления устарела не только физически, но и морально по сравнению с современными разработками автоматизированных систем управления, причём серийного выпуска некоторого оборудования для базовой системы промышленностью уже не производится;

- среднее время безотказной работы для управляющей функции существующей системы составляет около 2503 часа (согласно статистике предыдущих лет - в среднем, из-за отказов системы, в год случалось до семи остановов установок) с вероятностью безотказной работы в течении года равной 0.7, а для внедряемой - 34843 часов с вероятностью - 0.77;

- предлагаемая система автоматизированного управления усовершенствует противоаварийную защиту объекта автоматизации учитывая человеческий фактор, тем самым, сохраняя работоспособным дорогостоящее оборудование и одновременно с этим, предотвращает вредные выбросы в окружающую среду в виде загазованности воздуха в районе установок, так и выбросы в виде сжигания на факеле.

В предыдущие годы было зафиксировано до 7 остановов установок в год из-за неисправности системы управления, либо из-за алгоритма работы системы, который не допускает возможности отступлений (хотя в свете складывающихся обстоятельств такое отступление необходимо).

Каждая установка Клауса на II очереди Оренбургского ГПЗ способна выдавать до отходящих газов в коллектор У-07,08. В случае останова одной из установок доочистки и при отсутствии возможности разгрузки установок Клауса путем перераспределения материальных потоков между I и III очередью в печь дожига, а, следовательно, и в атмосферу будет попадать от (минимальная производительность установки Клауса) до отходящих газов.

На выяснение причин останова (предполагаем, что останов вызван неисправностью автоматики) и на ликвидацию этих причин по регламенту выделяется до 12 часов. В течении этого времени установка не будет производить продукцию - серу (в настоящее время Оренбургский ГПЗ продает серу по 350 рублей за тонну).

Ликвидируют неисправность автоматики инженер-электроник I категории (оклад 11650 руб.), инженер-программист II категории (оклад 9430 руб.) и приборист отдела АСУ (оклад 7200 руб.).

Разница между годовыми эксплуатационными издержками предприятия существующей и предлагаемой системой - ~40 000 руб.

За время останова установки не извлекут до 35 тонн серы (с учетом времени выхода на режим), что за 7 остановов составит 245 тонн серы в год стоимостью

Предположим, что в среднем при остановах в атмосферу выбрасывается отходящих газов. Тогда с учетом суммы штрафа за превышения предельно-допустимых выбросов получим, при самых пессимистичных прогнозах, штраф около 8000 рублей (хотя в большинстве случаев штраф гасит начальник установки).

Согласно данным из различных источников (использовались данные исследовательской группы EMERSON process management) номинальная ценность при использовании распределенных систем управления (Distributed Control System) лежит в границах от 0.5 % до 5 % от производительности производства, это связано, прежде всего, с более точным управлением материальными потоками. Предположим, что предлагаемая система позволит повысить производительность на 2,75 % от номинальной, что в денежном эквиваленте составит:

;(5.14)

где - число установок, шт;

- номинальная производительность установки, т/г;

- цена серы, руб.

Подставляя данные в формулу 5.14 получаем:

Эту цифру можно использовать как потери при эксплуатации существующей системы.

Просуммировав все затраты и потери получим:

Данные потери вычитаются из прибыли предприятия, поэтому можем считать сокращение потерь при переходе на предлагаемую систему АСУТП экономическим эффектом.

Таким образом, срок окупаемости предлагаемой системы будет ориентировочно равен:

Результаты расчетов можно свести в таблицу 5.4, которая также представлена на плакате № 7 ????

Таблица 5.4 - Сравнение экономических показателей систем

Заключение

Данный дипломный проект был посвящен разработке системы автоматизированного управления технологическим процессом доочистки отходящих газов на II очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода. Было предложено решение по повышению эффективности переработки газового сырья, снижению вредных выбросов в атмосферу путем модернизации системы управления технологическим процессом.

В ходе разработки проекта были выполнены следующие этапы разработки:

- определены исходные данные;

- произведено проектирование АСУТП;

- осуществлена реализация составляющих САУ.

В рамках проектирования, реализации и апробирования составляющих элементов системы автоматизированного управления получены следующие результаты:

- определена структура и функционирование программно-технического комплекса САУ;

- произведен анализ технологии доочистки отходящих газов с позиции автоматизации технологических производств;

- осуществлен подбор компонентов ПТК для реализации САУ, включающий;

- разработаны составляющие системы автоматизированного управления.

Внедрение разработанной системы автоматизированного управления позволит:

- использовать для управления информацию, по объему значительно превосходящую знания отдельного оператора;

- оперативно и точно изменять программу управления в соответствии с изменениями технологии;

- повысить производительность оборудования за счет исключения операций ручного управления;

- осуществлять логико-программное управление процессами, которыми человек управлять точно и своевременно не может из-за относительно медленной реакции на изменение хода процесса;

- резко сократить количество ошибок оперативного персонала и аварий по причине персонала.

Список использованных источников

1 ГОСТ 2.104-68. ЕСКД. Основные надписи.

2 ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

3 ГОСТ 2.106-68. ЕСКД. Текстовые документы.

4 ГОСТ 2.304-81. ЕСКД. Шрифты чертежные.

5 ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

6 ГОСТ 12.0.003-74. Опасные и вредные производственные факторы.

7 ГОСТ 19.701-90. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения.

8 ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения.

9 ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования».

10 ГОСТ 12.4.009-83 ССБТ «Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды, размещение и обслуживание».

11 РТМ 25.445-81, справочник «Надежность изделий электронной техники для устройств народно-хозяйственного значения», ВНИИЭ, 1987 г.

12 Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Технология переработки природного газа и газового конденсата. - Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002.

13 Дипломное проектирование. Учебное пособие/под ред. д.т.н., проф. В.И. Лачина. - Ростов-н/Д: «Феникс», 2003.

14 Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

15 Мееров М.В., Дианов В.Г., Теория автоматического регулирования и авторегуляторы. - М: «Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы», 1963.

16 Немцов М.В., Светлакова И.И., Электротехника /Серия «Учебники, учебные пособия». - Ростов-н/Д: «Феникс», 2004.

17 Олссон Г., Пиани Д., Цифровые системы автоматизации и управления. Третье издание. - СПб.: «Невский Диалект», 2001.

18 Правила устройства электроустановок. Шестое издание, переработанное и дополненное. М.: «Энергоатомиздат», 1985.

19 Технологический регламент ТР 2-23-98 на эксплуатацию склада хранения сжиженных углеводородов.

20 Флоренцев С., Современное состояние и прогноз развития приборов силовой электроники //Современные технологии автоматизации. 2004. - №2. - С.20-30.

21 Промышленная безопасность на газоперерабатывающих производствах. Сборник документов. Выпуск 1. М.: 2001.

22 Сборник инструкций по охране труда газоперерабатывающего завода - Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2003.

23 Временные методические указания по определению коммерческой эффективности новой техники в ОАО «Газпром». М.: 2001.

24 FoxDoc I/A Series фирмы Foxboro, 2004.

Размещено на Allbest.ru