Техническое обеспечение системы автоматического регулирования состава отходящих газов в дымовой трубе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автоматизация технологических процессов - это комплекс средств, позволяющих осуществлять технологические производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, повышает надежность и долговечность машин, уменьшает численность обслуживающего персонала, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.

Предприятия нефтяной и газовой промышленности относятся к классу объектов с повышенной техногенной опасностью, поэтому важнейшим требованием к системам автоматизации является повышенная надежность (здесь недопустимы даже мелкие аварии из-за возможного значительного экологического и материального ущерба). На выполнение этого требования ориентируются при выборе программно-аппаратных средств, используемых на всех уровнях автоматизации.

Автоматизированные системы управления отдельными технологическими процессами предназначены для: повышения эффективности управления и учета нефтепродуктов; сокращения количества аварийных ситуаций и времени простоя оборудования для достижения его оптимальной загрузки; снижения затрат на ремонт оборудования за счет оперативного выявления его неисправностей и уменьшения трудоемкости эксплуатации оборудования; повышения производительности и улучшения условий труда персонала, занятого управлением, сбором и анализом информации; оперативной передачи данных технологического процесса в экономические процессы организации производства.

Анализ состава веществ, образующихся в ходе технологического процесса, необходим практически на всех производственных предприятиях. Особо это важно на предприятиях нефтяного и газового профиля, например, таких как АГПЗ. В процессе производства на нем образуется большое количество твердых, жидких и газообразных веществ, которые либо являются желаемыми продуктами (газ, сера), либо побочными продуктами, которые подлежат выбросу (дымовые газы, сероводород, диоксид серы и пр.). Химический состав этих веществ будет показывать качество получаемых продуктов и всего процесса в целом.

В данном проекте описывается система контроля и регулирования химического состава, отходящих газов в дымовой трубе.

1. Описание технологического процесса

Установка предназначена для получения элементарной серы из кислого газа, выделенного в процессе сероочистки природного газа на установках У172, У141, установках переработки конденсата, а также газа выветривания с установок У-122, У-165.

Установка состоит из:

Отделения Клаус, где путем прямого окисления в реакционных печах сероводорода до элементарной серы и SО2 (термическая часть) и дальнейших реакций Н2S и SO2 на слое катализатора (каталитическая часть) получается основной объем серы. В термической части выход достигает 55%, а в каталитической части - 40% от общего количества серы.

Отделения Сульфрин, где путем доочистки хвостовых газов на катализаторе (активированный глинозем высокого качества) достигается в целом по установке 99,6% извлечения серы из газа.

Печи дожига остаточных газов, где преобразуются в SO2 перед сбросом в атмосферу все сернистые соединения, имеющиеся на выходе отделения Сульфрин.

Узла дегазации жидкой серы, предназначенного для извлечения сероводорода, абсорбированного в сере, полученной в отделениях Клаус и Сульфрин.

Производительность установки 2У151 составляет: 79,35 т/ч серы, по кислому газу 95000 м3/ч - номинальная, 96900м3/час - максимальная.

Продукцией является сера техническая газовая, соответствующая ГОСТ 127-76.

Дымовая труба D01 предназначена для выброса дымовых газов в атмосферу, которые образуются в процессе сжигания остаточных газов отделения Сульфрин в печи F03.

В случае возгорания серы в линии отходящих газов предусмотрена подача пара VB в двух точках: у PV025 и перед F03. В эту же линию перед F03 вводится газ дегазации серной ямы Т02.

Температура отходящих газов перед F03 контролируется на щите операторной поз. TI135. Тепло дымовых газов используется для подогрева газа регенерации реакторов Сульфрин и Клаус в теплообменнике Е05, перегрева пара VM в теплообменнике Е07. Теплообменники установлены на потоке дымовых газов от F03.

Дымовые газы, пройдя теплообменники Е05, Е07, охлаждаются до 350 оC (поз.TI142) и направляются в дымовую трубу Д01. Температура дымовых газов (TI142) поддерживается регулятором ТRС077, клапан которого TV077 установлен на байпасе Е07/1(1-ступень пароперегревателя).

Проходя по трубе Д01, дымовые газы охлаждаются, отдавая тепло стенкам трубы и выбрасываются в атмосферу. Температура дымовых газов по высоте трубы контролируется в операторной поз. TI076 и TI143. Температура на выходе из трубы регистрируется в операторной поз. ТR075.

В потоке дымовых газов перед входом их в боров трубы Д01 установлен поточный газоанализатор, который измеряет содержание кислорода и содержание S02 в дымовых газах.

Полученные данные регистрируются в операторной.

Топливный газ поступает к F03 по 6" трубопроводу от границы установки. Расход топливного газа измеряется датчиком расхода FТ029 с регистрацией в операторной FR029 и индикацией по месту FI029. Давление топливного газа контролируется по месту техническим манометром РI028, сигнализация по низкому давлению (3,5 кг/см2) выведена на щит операторной поз. 51PAL076 и блокировка PALL077 (3,0кг/см2) останавливает печь F03 и, соответственно, всю установку.

Топливный газ сжигается в топке F03 в потоке воздуха, подаваемого воздуходувками К02А/В, К12, на трех горелках, расположенных на фасаде печи. Каждая горелка снабжена основной горелкой, пилотной горелкой, датчиком наличия пламени, электрозапальником. На пилотные горелки газ подается через клапан - отсекатель UV043 и редуцирующий клапан РСV088. На основные горелки газ поступает через отсекатель UV034 и регулирующий клапан ТV081. Каждая горелка снабжена сигнализацией наличия пламени ВАL004, ВАL005, ВАL006. На каждую горелку для охлаждения датчика наличия пламени через расходную шайбу FО073Х/075Х/077Х постоянно подается воздух КИП.

В случае погасания какой-либо горелки соответствующий датчик наличия пламени выдает сигнал на остановку печи. При этом закрываются отсекатели на линии пилотных и основных горелок UV043 и UV034 и открывается UV057, на щите операторной и на местном щите включается сигнализация BAL004/005/006 и BAL004/005/006.

Розжиг пилотных горелок осуществляется нажатием на кнопку HS148а на пульте у горелок. При этом через систему автоматически открывается UV043 и в районе подачи газа на запальник зажигается электрическая дуга. Каждая горелка снабжена ключом "байпас детектора наличия пламени" HS280, HS281, HS282, который позволяет работать печи F03 при малых нагрузках на установку с одной или двумя отключенными горелками.

Каждая горелка снабжена ручным шаровым краном, причем краны основных горелок имеют 1/2" байпас с расходной шайбой FО091Х, FО092Х, FО093Х для аккуратного розжига. Для обдува запальников через расходные шайбы FО074Х/076Х/078Х подается технологический воздух.

Давление в топке F03 контролируется по месту манометрами РI032, РI086.

Температура в топке печи 520-600 оС (ТI083) поддерживается регулятором ТRС081, сигнал от которого воздействует на клапан TV081 на линии топливного газа к основным горелкам.

В случае понижения температуры в топке ниже 520 оC в операторной включается предупредительный сигнал ТAL081, в случае повышения температуры выше 600 оC включается сигнализация ТАН081 и TАН084.

При дальнейшем повышении температуры выше 650 оC автоматически останавливается печь F03 по блокировке TSH082, при этом в операторной включается сигнал ТАН082.

Температура дымовых газов после Е05 контролируется датчиком TI080.

Воздух для питания F03 подается тремя воздуходувками К02А, К02В, К12, две из которых в работе, одна в резерве. Воздух поступает по 36" трубопроводу, на котором установлен регулирующий клапан FV019.

Расход воздуха измеряется "анюбаром" FТ019 и поддерживается регулятором FRС019 через блок соотношения FF029 в зависимости от расхода топливного газа FТ029. Соотношение воздух/топливный газ поддерживается в пределах 10-15 (18,2-27,25кг/кг). При уменьшении соотношения до 13,2 кг/кг реле FF029 через систему автоматически останавливает печь F03. При этом в операторной включается сигнализация FFAL029 и закрываются UV034, UV043, ТV081, открывается UV057.

При снижении расхода воздуха в печь до 50% в операторной срабатывает сигнализация 59FAL019. При дальнейшем снижении расхода ниже 40% контактор 59FSLL017 останавливает печь F03, при этом в операторной включается сигнализация FАLL017.

Температура воздуха контролируется по прибору 59TI024 в операторной, давление по манометру РI063 по месту.

При режимах работы установки с малой производительностью, расход воздуха в печь дожига может оказаться ниже расхода помпажа воздуходувок. Для этого случая предусмотрена антипомпажная линия с клапаном FV008Х, который управляется автоматически регулятором FRС008 или вручную из операторной ручным регулятором ограничения антипомпажа НIС183. Антипомпажная линия сбрасывает избыток воздуха непосредственно в зону горения топки F03.

Расход воздуха измеряется расходомером FЕ008, установленным на общем коллекторе воздуходувок К02А/В, К12. На величину расхода воздуха, определяемого регулятором FRС007, вводится коррекция по температуре ТЕ020 и давлению РТ052. Изменение одного из этих параметров изменяет величину сигнала на регулятор FRС008. В результате регулятор изменяет величину открытия клапана FV008Х, поддерживая требуемый расход воздуха. При понижении давления воздуха в коллекторе до 0,05кгс/см2 сигнал от датчика давления РТ052 через пороговое реле РU052 воздействует непосредственно на регулятор FRС008, который прикрывает антипомпажный клапан FV008 и повышает давление в системе. Низкое давление в системе сигнализируется в операторной поз. РАL052.

Значение измеряемых параметров

О2 до 1% об. SО2 0,07 - 0,1% об.

Характеристика дымовых газов приведена в таблице:

	Наименование параметров
1.	Номинальный расход дымовых газов	312456,4 кг/ч
2.	Температура дымовых газов	350 оС
3.	Молекулярный вес	27,03
4.	Максимальный расход выброса через дымовую трубу У151	SО2	203,2 г/сек	5852,2 т/год
		СО2	374,87 г/сек	10796,3 т/год
		NО2	3,66 г/сек	105,2 т/год
		у/в	1,773 г/сек	51,0 т/год
	бензопирен	0,00000206 г/сек	0,00006 т/год

2. Разработка контура регулирования

Необходимость измерения содержания SO2 (сернистый ангидрид) и O2 в дымовой трубе обуславливается тем, что сернистый ангидрид является вредным веществом, и его чрезмерный выброс может привести к тяжелым экологическим последствиям. Его воздействие заключается в сильном раздражающем действии на органы дыхания. При острых отравлениях раздражение слизистых, верхних дыхательных путей, бронхов. Смерть может наступить от удушья до развития симптомов отравления. Поэтому необходимо вести тщательный контроль за содержанием этого компонента в выбрасываемых газах.

Для обеспечения системы регулирования содержания сернистого ангидрида и кислорода в дымовой трубе выберем оборудование:

Газоанализатор, измеряющий содержание SO2 и O2 в линии подачи дымовых газов от печи F03 и экономайзера E07 к дымовой трубе D01.

Регулятор, который сопоставляет измеренное значение с задающим, и формирующий управляющий сигнал.

Электропневматический преобразователь - преобразует электрический сигнал в пневматический для исполнительного устройства

Исполнительное устройство - регулирующий клапан на линии подачи воздуха в печь F03. Увеличение подачи кислорода в камеру сгорания будет способствовать более полному сгоранию и, следовательно, уменьшению содержания SO2 в отходящих дымовых газах.

Линии связи.

3. Выбор технических средств автоматизации

Газоанализатор

Многофункциональный газоанализатор многокомпонентных смесей Гамма-100

Назначение и область применения.

Многокомпонентный стационарный газоанализатор ГАММА-100 предназначен для непрерывного автоматического измерения от 1-го до 3-х компонентов из следующего набора газов СО, СО2, SО2, H2, N2, CН4, NO, О2 при контроле различных технологических процессов.

Газоанализатор ГАММА-100 изготавливается, как в трех-, двухкомпонентном, так и в однокомпонентном варианте и используется в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами в черной, цветной металлургии,нефтяной и газовой промышленности, цементной и стекольной промышленности, предприятиях производства кирпича и керамики, в химической и нефтехимической промышленности, ТЭЦ, ГРЭС, котельных и т.д.

Методы измерения

В отличие от большинства существующих приборов в данном газоанализаторе используются несколько высокоточных и высоконадежных методов измерения.

В основе работы инфракрасного канала использован оптико-акустический метод анализа газа, основанный на измерении поглощения энергии в инфракрасной области оптического спектра. Каждый газ, молекулы которого состоят как минимум из двух разноэлементных атомов, поглощает инфракрасные излучения в определенной, свойственной ему области спектра, что позволяет проводить измерения концентрации газов (СО, СО2, SО2, CН4, NO) оптико-акустическим методом.

Для измерения концентрации О2 используется термомагнитный метод измерения, который основан на использовании парамагнитных свойств кислорода и зависимости их от температуры. При наличии в среде кислорода, градиента температуры и градиента магнитного поля возникает термомагнитная конвекция. Соприкасаясь с нагретым термосопротивлением (чувствительным элементом), парамагнитный газ нагревается, теряя при этом частично свои магнитные свойства и выталкивается из магнитного поля более холодным. Конвективные потоки, возникшие вокруг чувствительного элемента, приводят к его охлаждению, что в свою очередь изменяет его сопротивление. Это и служит мерой содержания кислорода в газовой смеси.

Прекрасно зарекомендовал себя для измерения концентрации газов Н2, СО2, N2, О2 SO2 в различных средах термокондуктометрический датчик. В основу измерения положена зависимость теплопроводности анализируемой газовой смеси от содержания в ней измеряемого компонента, так как теплопроводностьвыше приведенных газов значительно отличается от теплопроводности остальных компонентов анализируемой газовой пробы.

Достоинства газоанализатора ГАММА-100:

возможность одновременного измерения до 3-х компонентов;

единое максимально допустимое влагосодержание и расход пробы для всех типов датчиков, что позволяет упростить систему пробоподготовки;

введение термо- и влагокомпенсации, что значительно повышает стабильность показаний;

увеличение межкалибровочного интервала для термокондуктометрического и инфракрасного датчика до 30 суток; для термомагнитного до 6 месяцев (для ряда шкал);

учет взаимных влияний измеряемых компонентов (для многоканальных приборов);

возможность использования дополнительной оболочки со степенью защиты IР54 и подогревом;

цифровая обработка сигнала;

удобное меню пользователя;

самодиагностика с выдачей результатов на дисплей;

два программируемых порога (на превышение или понижение);

мощные пороговые реле 250 В, 2,5 А;

наличие звуковой сигнализации;

цифровые выходы RS 232 и RS 485;

Условия эксплуатации газоанализатора:

Параметры	Значение
Диапазон температуры окружающей среды и анализируемой среды	от 5 до 45 °С
Диапазон температуры окружающей среды при работе в дополнительной оболочке	от -40 до 45 °С
Относительная влажность окружающей среды при температуре 25 °С	до 80 %
Влажность анализируемой газовой среды	не более 5 г/м3
Массовая концентрация пыли в анализируемой среде	не более 1 г/м3
Производственная вибрация: частота амплитуда	не более 25 Гц не более 0,1 мм

Функциональные возможности:

Газоанализатор выполняет следующие функции:

Цифровая индикация концентрации измеряемого компонента по каждому измерительному каналу;

Выдача унифицированного выходного токового сигнала, пропорционального концентрации определяемого компонента;

Выдача световой индикации зеленого цвета при включении газоанализатора;

Выдача непрерывной световой, красного цвета и звуковой сигнализации, свидетельствующей о превышении или принижении концентрации определяемого компонента порогового значения;

Коммутация внешних цепей двумя группами переключающихся контактов реле («сухой контакт») для автоматического включения (отключения) исполнительных устройств при срабатывании сигнализации, свидетельствующей о достижении измеряемым компонентом установленных пороговыхзначений (превышения или принижения);

Выдачу информации о концентрации измеряемых компонентах в цифровом виде по RS 232 или RS 485.

Кроме возможности считывания концентраций по основным каналам в газоанализаторе реализована возможность управления по каналу связи RS 232 (RS 485), а именно:

корректировка начала шкалы;

корректировка конца шкалы;

задание порогов.



Рис. 1

Особенности конструкции (рис. 1):

Газоанализатор представляет собой одноблочный прибор со встроенными в корпус измерительными датчиками. На лицевую панель выведены: жидкокристалический дисплей, на котором отображается измерительная информация, клавиатура управления, индикация расхода контролируемой пробы. Газоанализатор оснащен интерфейсами RS 232, RS 485 с помощью которых данные могут передаваться на персональный компьютер. Также в газоанализаторе имеются унифицированный токовый выход (0 - 5 мА или 4 - 20 мА) и контакты реле для коммутации внешних цепей. Электропитание осуществляется от сети переменного тока, напряжением 220 В.

Степень защиты газоанализатора от доступа к опасным частям, от попадания внешних твердых предметов и от проникновения воды - IP20, при необходимости установки на наружных площадках (-50 - +45°С) прибор поставляется в стандартном шкафу со степенью защиты - IP54. Возможна поставка газоанализатора во взрывозащищенном шкафу.

Способ забора пробы - принудительный (побудитель расхода или избыточное давление).

Если параметры анализируемой среды на входе газоанализатора не соответствуют техническим требованиям, то по отдельному заказу поставляется необходимая система пробоподготовки. В данную систему можно включить холодильник, побудитель расхода, осушитель пробы и другие устройства. Количество и необходимость применения того или иного устройства согласовывается с предприятием изготовителем.

Пробоподготовка:

При не соответствии параметров контролируемой пробы требованиям руководства по эксплуатации, необходимо применение вспомогательного оборудования для обеспечения нормальной и долговечной работы газоанализатора. Это оборудование позволяет обеспечить: 1. Доставку пробы к газоанализатору; 2. Очистку от пыли; 3. Очистку от агрессивных примесей; 4. Охлаждение и осушение пробы с автоматическим сливом конденсата; 5. Плавную регулировку и стабилизацию расхода газа через газоанализатор. Для удобного и компактного размещения прибора и вспомогательных устройств, необходимых для работы, наше объединение предлагает, как вариант, поставку оборудования вмонтированного в шкаф. (см. Рис. 1) ШВО-ГА обеспечивает выполнение следующих функции: размещение газоанализатора и вспомогательного оборудования для отбора, подготовки и подачи пробы к газоанализатору; размещение блока управления вспомогательным оборудованием; подачу сетевого напряжения на газоанализатор и электропневматические вспомогательные устройства; защиту от несанкционированного доступа к вспомогательному оборудованию и блоку управления. Учитывая, что от правильного выбора устройств и их привязки к объекту, зависит не только работоспособность, но и стоимость оборудования, мы, по желанию заказчика, командируем на объект своих специалистов для определения необходимой конфигурации, осуществления “привязки” и проведения пуско-наладочных работ.



Рис. 2

Технические характеристики:

Изделие	Многокомпонентный стационарный газоанализатор ГАММА-100, предназначенный для непрерывного автоматического измерения от 1-го до 3-х компонентов из следующего набора газов СО, СО2, SО2, H2, N2, CН4, NO, О2
Принципы измерения	Оптико-акустический, термомагнитный, термокондуктометрический
Диапазоны измерения SO2, г/м3	0 - 2, 0 - 5, 0 - 10, 0 - 20, 0 - 60
Способ измерения SO2	Оптико-акустический
Дипазоны измерения O2, объемная доля, %	0 - 1, 0 - 2, 0 - 5, 0 - 10, 0 - 20, 0 - 30, 0 - 60
Способ измерения O2	Термомагнитный
Количество измерительных каналов	1 - 3
Среднее время наработки на отказ	120 000 часв
Габаритные размеры	Длина - 435 мм Ширина - 485 мм Высота - 280 мм
Масса	20 кг

Регулятор

Измеритель-регулятор ТРИМ

Приборы ТРИМ предназначены для построения автоматических систем контроля и управления производственными технологическими процессами в металлургии, машиностроении, нефтедобывающей, -транспортирующей, -перерабатывающей, химической, энергетической, пищевой и других отраслях промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.

Приборы могут иметь маркировку по взрывозащите [Exia] ПС (ИВ, ПА) и предназначены для применения в отраслях промышленности, связанных с получением, переработкой, использованием и хранением взрыво- и пожаро- опасных веществ и продуктов.

Обработка результатов измерения:

автоматическая коррекция показаний прибора по температуре свободных концов термопар;

масштабирование шкалы измерения (для датчиков с аналоговым выходным сигналом и реостатных датчиков);

функция извлечения квадратного корня;

цифровая фильтрация сигнала от помех;

коррекция измерительной характеристики датчика.

Краткое описание

4 релейных выхода с 8 функциями сигнализации (вариантами логики работы компараторов)

Аналоговый выход (4-20 мА)

Взрывозащищенное исполнение

Встроенный источник питания внешних датчиков

Обмен информацией с компьютером через интерфейс RS 485

Работа с реостатными датчиками положения

Высокое быстродействие (не более 250 мс)

Энергонезависимая память емкостью 2 Mb

Работа с переносным флеш-носителем типа SDC

Общие характеристики

Напряжение и частота питания: ~(220 В + 20 %), от 47 до 63 Гц;

Потребляемая мощность: не более 4 В>А при номинальном напряжении питания (220 + 4,4) В;

Количество входов для подключения датчиков: 1 универсальный;

Источник питания измерительных датчиков: 24 В, 20 мА (макс);

Время измерения входного сигнала: не более 0,25 с;

Количество аналоговых выходов: 1 (4-20) мА;

Количество дискретных выходов: 2 /4;

Интерфейс связи с компьютером: RS-485;

Протокол передачи данных по RS-485: Modbus ASCII/RTU;

Скорость обмена информацией с персональным компьютером: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бод;

Тип и размер памяти данных: Энергонезависимая флеш-память кольцевого вида, емкостью 2 Мбайт (не менее 190600 измерений);

Интерфейс для считывания данных из внутренней памяти: Встроенный Card Reader для переноса архива на флеш-носитель типа SDC; Степень защиты корпуса со стороны лицевой панели:

для исполнений без внутреннего архива данных измерений IP54;

для исполнений с архивом данных IP20;

Степень защиты корпуса со стороны задней панели:1Р20; Масса прибора: не более 0,5 кг Наработка на отказ: не менее 25000 ч.;

Средний срок службы 12 лет.Функции

Измерение сигналов от различных датчиков (типы датчиков приведены ниже);

Вывод результатов измерения на четырехразрядный индикатор; Регулирование по заданию постоянному во времени или изменяющемуся во времени по кусочно-линейной зависимости, законы регулирования:

ON/OFF;

ПИД-С (аналоговый выход);

ПИД-Н/С (ШИМ);

ПИД-S (управление МЭО)

Сигнализация:

4 уставки;

8 различных вариантов логики работы компаратора;

возможность установить исходное состояние выходного устройства.

Преобразование входного сигнала в выходной ток 4-20 мА;

Встроенный источник питания датчиков: 24В, 20мА.Погрешность от компенсации температуры холодного спая:

при работе с термопарами составляет не более 1,0°С. Пределы допускаемой дополнительной погрешности:

прибора от изменения окружающей температуры на каждые 10°С не превышают 1/2 соответствующего предела основной погрешности.

Габаритные размеры:

96х48х130 мм. Диапазон измерений, погрешности:

Измеряемая	Диапазон измерений	Погрешность измерений, % от диапазона
величина
сила тока	(0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА	+0,25
напряжение	(-10-10) мВ (-100-100) мВ, (-1-1) В	+0,5 +0,25
Термо преобразователей сопротивления	50П, 100П (W100=l,3910), (W100 =1,385): (-200 - 750) °С
	50М, 100М, (W100 =1,4260):
	(- 50 - 200) °С	4-х провод.: + 0,25
	50М, 100М (W100 = 1,4280):
	(-190 - 200) °С 100Н (W100 = 1,6170): (-60 - 180) °С
	тип L:(-200 - 800) °С тип J: (-200 - 1200) °С тип N: (-200 - 1300) °С
термопар	тип К: (-200 - 1300) °С тип S: (100 - 1600) °С тип В: (500 - 1800) °С тип А-1: (0 - 2500) °С тип Т: (-200 - 400) °С	+0,25
реостатных
датчиков	от 0 до 100 Ом
положения	от 0 до 1000 Ом	+0,25
(сопротивление)	от 0 до 2000 Ом
пирометров	РК-15: (700 - 1500)°С
суммарного	РК-20: (800 - 1900) °С	+0,25
излучения	РС-20: (900 - 2000) °С

Электропневматический преобразователь

Электропневматический преобразователь серии 8007, DS-Controls

Электропневматические преобразователи модели 8007 превращают сигнал постоянного тока в пропорциональный пневматический сигнал в диапазоне 207 -1035 мбар (3-15 фунтов на кв. дюйм) или 414 - 2070 мбар (6 - 30 фунтов на кв. дюйм) по выбору. Их действие основано на принципе баланса сил. Сигнал от прибора модели 8007 может быть использован пневматическим позиционером или питающим реле типа объемного бустера.

Эти преобразователи могут быть как прямого, так и обратного действия. Все, что необходимо для изменения направления действия - это реверсировать в клеммной коробке присоединения проводов, подводящих управляющий сигнал. Установочное положение преобразователей может быть любым, что не влияет на их работу; кроме того, они не чувствительны к радиоволнам.

Корпус: Монтажная плата позволяет устанавливать преобразователи на стойки исполнительных механизмов. Пылевлагозащищенные модели для невзрывоопасных окружающих условий: IP55.

Модели для взрывозащищенных окружающих условий:



Оборудование во взрывозащищенной оболочке Еех d II В + Н2Т6 (окр. темпер. <= 70 °С) Еех d II В + Н2Т5 (окр. темпер. <=80 °С) Оборудование для искробезопасных цепей Еех ia II С Т6 (окр. темпер. < 40 °С) (*)Еех ia II С Т4 (окр. темпер. < 80 "С) (*)Сигнал 4-20 мА, имледанс 216 Ом (*)

Адаптация к тропическим условиям: обеспечивается защита преобразователя от воздействия сырости, т.е. грибков и микроорганизмов. Опора коромысла: коромысло установлено в шарнирах без трения посредством двух гибких опор из бериллиевой бронзы. Сопло: конструкция обеспечивает полное отсутствие влияния вибрации на чувствительность преобразователя.

Рис. 3

Электрическая схема: Входная схема преобразователей 8007 может быть адаптирована для восприятия сигналов постоянного тока от большинства электрических контроллеров. Провода вводятся в оболочку через резьбовые отверстия 1/2" NPT. Это присоединение пригодно для сальниковых уплотнений соответствующих стандартов защиты. Обмотка: изолирована эпоксидной смолой. Любые изменения управляющего входного сигнала через обмотку влияют на зазор между заслонкой и соплом, в результате чего изменяется противодавление сопла. Это изменение давление способствует перемещению коромысла до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Для преобразователя модели 8007 выходное давление равно давлению в контуре сопла. При прямом действии любое увеличение входного сигнала приводит к увеличению давления воздуха на выходе. При обратном действии любое увеличение входного сигнала приводит к уменьшению давления воздуха на выходе.

Рис. 4

Основные технические данные:

Электрическая схема: Сопротивление стандартной схемы - 216 Ом для сигнала от 4 до 20 мА постоянного тока. Некоторые модели могут быть адаптированы для восприятия большинства существующих в настоящее время сигналов - см. таблицу ниже.

Входной управляющий сигнал Входное сорпотивление преобразователя мА Ом 1-5 2753 4-20 216 10-50 105 Другие сигналы По заказу

Таблица давлений

Давление питания Давление входного сигнала мбар psi мбар psi 1586 23 от 207 до 1035 от 3 до 15
Выходной сигнал Макс. потребление (устоявшийся режим) Макс. моментальный расход от 207 до 1035 мбар 0,30 Нм3/ч 0,30 Нм3/ч

Рабочая температура: от -50 до + 80°С. Пневматические присоединения: 1/4" NPT. Эффект от изменения давления питания: Для давления питагия 1586 мбар: 0,75 % от выходной шкалы для изменения давления питания в 100 мбар.

Характеристики:

Гистерезис: 0,8 % от выходной шкалы. Чувствительность: 0,5 % от входной шкалы. Точность: +- 1%.Характеристика системы, состоящей из клапана, сальникового уплотнения, исполнительного механизма, преобразователя и фиттингов зависит от индивидуальных характеристик каждого компонента. Испытание на электрическую прочность: 500 В постоянного тока (в течение 1 мин). Масса: 3,5 кг.

Исполнительное устройство

Регулирующий клапан серии 240 с пневмоприводом

Отличаются высокой надежностью, малой монтажной высотой и быстродействием. Классическая функция управления достигается за счет установки пневматического или электропневматического позиционера. Некоторые модели позиционеров могут работать как с традиционными (аналоговыми и дискретными) сигналами, так и поддерживать интерфейс передачи данных по протоколу HART или с помощью шины PROFIBUS-PA, что позволяет интегрировать их в системы локального и централизованного управления.

Технические характеристики:

Номинальный диаметр: 15-250мм

Корпус: литой из серого чугуна

Соединение с процессом: фланцевое

Номинальное давление: 1,0; 1,6 МПа

Графическая характеристика: линейная, равнопроцентная

Температура рабочей среды: -10…450°С

Герметичность конуса клапана: класс IV

Среднее время наработки на отказ 80 000 часов

газоанализатор электропневматический преобразователь пневмопривод

Рис. 5

Линии связи

Кабель контрольный марки КВВГнг.

Кабель с медными однопроволочными токопроводящими жилами, с изоляцией из ПВХ-пластиката, в оболочке из ПВХ-пластиката, нераспространяющего горение. Предназначен для передачи электрических сигналов в цепях управления. Номинальное переменное напряжение: до 660 В, частотой до 100 Гц. Номинальное постоянное напряжение: до 1000 В.Изготовитель: ОАО «Электрокабель «Кольчугинский завод».

1 - токопроводящая жила;2 - изоляция - ПВХ-пластикат;3 - оболочка - ПВХ-пластикат нераспространяющий горение.

Конструкция:

Жила - мягкая медная проволока

Изоляция - ПВХ пластикат

Обмотка - полиамидная, лавсановая или ПВХ лента

Экран - алюминиевая фольга

Оболочка - ПВХ пластикат, в кабелях с индексом "нг" оболочка из ПВХ пластиката пониженной горючести

Технические данные:

Рабочая температура, С - от -50 до +60

диаметр кабеля - 6 мм

Кабели соответствуют требованиям: ТУ 16-505.856-75, ТУ 16-705.426-86

Среднее время наработки на отказ: 80 000 часов

4. Расчет надежности контура регулирования

Расчёт надёжности автоматической системы регулирования разрежения осуществляется по методике оценки вероятности внезапных отказов. Расчёт по методике оценки постепенных отказов нецелесообразен, так как в течение всего срока службы системы проводятся периодические проверки технического состояния приборов и средств автоматизации и их метрологических характеристик. Средняя наработка на отказ газоанализатора (Г) - 120 000 ч.

Средняя наработка на отказ регулятора (Р) - 25 000 ч.

Средняя наработка на отказ преобразователя (ЭП) - 90 000 ч.

Средняя наработка на отказ исполнительного устройства (ИУ) - 80 000 ч.

Средняя наработка на отказ линий связи (ЛС) - 80 000 ч.

Рассчитаем надежность нерезервированной системы, считая, что надежность элементов изменяется по экспоненциальному закону. При последовательном соединении надежность системы меньше, чем надежность каждого элемента в отдельности. Вероятность безотказной работы элемента вычисляется по формуле: , где - средняя частота отказа (интенсивность отказа). Учтем также надежность линий связи (2шт).

н - интенсивность отказов прибора в нормальных условиях эксплуатации прибора.

Газоанализатор - н=8,3*10-6

Регулятор - н=40*10-6

Преобразователь - н=11,1*10-6

Исполнительное устройство - н=12,5*10-6

Линии связи - н=12,5*10-6

Система состоит из основных элементов, следовательно является безызбыточной.

н

Время наработки на отказ всей системы:

Вероятность безотказной работы в течение 8760 часов, не менее:

Вероятность отказа в течение 9000 часов, не более:

Q = 1 - P = 1 - 0,54 = 0,46.

5. Расчет надёжности контура с резервированием

Для повышения надежности используем дополнительный регулятор. Используем «теплое» резервирование с применением точно такой же модели прибора. Такой выбор обусловлен тем, что у регулятора время наработки на отказ самое низкое, чем у других элементов системы, кроме того, он является сложным электронным устройством, и его нельзя будет заменить в короткие сроки в случае его выхода из строя.

Время наработки на отказ зарезервированного элемента: t'=1.5t=37500 ч

Интенсивность отказа зарезервированного регулятора: =26,6*10-6 ч-1

Дальнейшие вычисления производим, как и в случае нерезервированной системы:

Время наработки на отказ всей системы:

Вероятность безотказной работы в течение 8760 часов, не менее:

Вероятность отказа в течение 8760 часов, не более:

Q = 1 - P = 1 - 0,596 = 0,404.

tрез/tн=587/493=1,2

После применения резервирования срок работы системы увеличился в 1,2 раза. Дальнейшее резервирование является неэффективным, т.к. с каждым дополнительным элементом цена увеличивается пропорционально их количеству, а надежность увеличивается незначительно.

Выводы

В данном курсовом проекте была разработана система контроля и регулирования содержания компонентов отходящих газов в дымовой трубе, был произведен расчет надежности.

Вероятность безотказной работы системы и среднее время работы без отказов соответствуют требованиям, предъявляемым к автоматизированным системам управления технологическими процессами и являются приемлемыми.

Список литературы

1. Технологический регламент установки У251.

2. ГОСТ 13377-75 "Надежность в технике. Термины и определения".

3. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики, М.: Сов. Радио, 1975 г., 230 с.

4. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств, М.: Машиностроение, 1983 г., 424 с.

5. Интернет: www.electro-mpo.ru/catalog-cgroupe710.html, www.etalon-chel.ru/energy/valve/valve_304.html; www.tpchel.ru/rus/production/?item=138&citem=54, www.analitpribor-smolensk.ru/data/pages/10/9.

Размещено на Allbest.ru