Автоматизация реакторного блока установки по производству водорода

 

 

Содержание

    Введение.........................................................................................................4

1. Описание технологической схемы с КИПиА……………………...6
2. Регулируемые и контролируемые параметры установки………...6
3. Выбор средств автоматизации ……………………………………..7
4. Выбор закона регулирования автоматической системы регулирования…………………………………………………….........................10

         4.1. Позиционный регулятор……………………………………………12

      Список  использованной литературы........................................................15

      Спецификация  на технические средства автоматизации………….16

      Приложение  А

      Приложение  Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В химической промышленности комплексной  механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также   чувствительностью их к нарушению  режима и, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и.т.д.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжелый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда и.т.д. В механизированном технологическом процессе человек продолжает принимать непосредственное участие,  но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и.т.д. Здесь на человека возложены функции управления механизмами и машинами.

С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, сложности и  масштабов производства с повышением давлений, температур и скоростей химических реакций ручной труд даже в механизированном производстве  подчас просто немыслим. Например, в производстве полиэтилена   давление достигает 300 МПа, в производстве карбида кальция температура в электрических печах равна 3000 ⁰С, процесс обжига серного колчедана в кипящем слое продолжается несколько секунд. В таких условиях даже опытный рабочий часто не в состояние своевременно воздействовать на процесс в случае отклонения его от нормы, а это может привести к авариям, пожарам, взрывам, порче большого количества сырья и полуфабрикатов.

Ограниченные возможности человеческого  организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество поступающей информации, субъективность в оценке сложившейся ситуации и.т.д.) являются препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Наступает новый этап машинного производства – автоматизация, когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве, а функции управления технологическими процессами,  механизмами, машинами передаются автоматическим устройствам.

Полную или частичную замену операторов машинами и механизмами  в рабочих операциях, выполняемых  вручную, называют механизацией. При механизации за человеком сохраняются функции контроля и управления.  

Автоматизация – процесс совершенствования производства, характеризуемый прежде всего уменьшением потока информации от человека к машине и повышением самостоятельности различных уровней и звеньев управления.

Автоматизация приводит к улучшению  основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, численности основных рабочих, снижение капитальных затрат  на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых современных  технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (н/р, процессы, осуществляемые    на атомных установках и в паровых котлах высокого давления, процессы дегидрирования и др.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоемов промышленными отходами.

В автоматизированном производстве человек  переключается на творческую работу -  анализ результатов управления, составление заданий и программ для   автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и.т.д.

Дальнейшим развитием автоматизации  явилось создание гибких производственных модулей  -   независимых обрабатывающих комплексов, управляемых с помощью ЭВМ без участия человека; соединения гибкой производственной ячейки с другими производственными подразделениями,  которые подают сырье,  реагенты и другие необходимые материалы и информацию. Это привело к созданию систем машин, управляемых от ЭВМ. Окончательным шагом автоматизации являются интеграция с помощью ЭВМ всей производственной деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание технологической схемы установки по производству водорода с КИПиА

 

Сырье (газ) сжимают компрессором  до давления 2,6 МПа, подогревают в подогревателе, расположенном в конвекционной секции печи, до температуры 300—400 °С"и подают в реакторы для очистки от соединений серы. К очищенному газу в смесителе добавляют водяной пар, перегретый до 400—500 °С в пароперегревателе, также расположенном в конвекционной секции печи. На линии подачи сырья до поступления в печь открытием клапана 1-4 и расходомером FE 1-1  замеряется нужный расход и устанавливается датчик температуры TE-2-1,также устанавливается расходомер FE 11-1 с клапаном 11-4 для регулирования топлива, подаваемого для нагрева печи П-1.

Полученная парогазовая  смесь поступает в печь паровой конверсии. Собственно процесс паровой конверсии углеводородов проходит в вертикальных трубчатых реакторах, заполненных катализатором и размещенных в радиантной секции печи в один, два или несколько рядов, закрепленных только внизу или вверху и обогреваемых с двух сторон. Типичный катализатор процесса — никель, нанесенный на оксид алюминия. Парогазовая смесь с температурой 400—500°С подается в реакционную трубу через верхний коллектор, а конвертированный газ отводится снизу. Контроь за температурой осуществляет датчик температуры 10-1. Затем газ пройдя через расходометр FE 12-1 попадает в котел-утилизатор.

Конвертированный газ, охладившийся до 400— 450°С в паровом котле-утилизаторе, поступает в реактор среднетемпературной конверсии оксида углерода в диоксид над железохромовым катализатором,где контроль за температурой осуществляет датчик TE 15-1 и за давление PE 14-1.После понижения температуры до 230— 260°С в котле-утилизаторе и подогревателе воды парогазовая смесь поступает в реактор низкотемпературной конверсии оксида углерода над цинкмедным катализатором.

Смесь водорода, диоксида углерода и водяного пара охлаждают  далее в теплообменниках до 104 °С и направляют в абсорбер на очистку горячим водным раствором карбоната калия от диоксида углерода.

 

 

 

2 Регулируемые и контролируемые параметры установки

 

2.1 Автоматические устройства контроля (контрольно-измерительные приборы) обеспечивают быстрые и точные измерения технологических параметров: температуры, давления, расхода, уровня и, что очень важно, параметров качества продукции. В состав устройств контроля может быть включен регистрирующий прибор, записывающий динамику изменения технологических параметров. Диаграмма регистрирующего прибора служит документом, позволяющим в дальнейшем восстановить ход событий.

При автоматизированном контроле функции человека сводятся к определению отклонения параметра от заданного значения, выработке решения по изменению технологического режима и реализации этого решения на ТОУ изменением положения регулирующих органов на технологических магистралях.

Следующим этапом при  автоматизации управления было использование  сумматора, позволяющего рассчитывать отклонение параметра от заданного значения. Результат расчета реализовался в устройствах сигнализации, регулирования и защиты.

2.2 Устройства регулирования (регуляторы) предназначены для поддержания текущего значения параметра равным заданному. Текущее значение регуляторы получают от устройств контроля, а заданное — от оперативного технологического персонала с помощью задатчиков или других автоматических устройств.

В зависимости от того, как формируется заданное значение, различают следующие типы регуляторов: стабилизирующие (заданное значение постоянно во времени); программные (заданное значение изменяется во времени по заранее заданной зависимости); следящие (заданное значение соответствует текущему значению какого-либо другого параметра, т. е. произвольно изменяется во времени); экстремальные (заданное значение соответствует экстремальному значению параметра для данных производственных условий).

Регуляторы поддерживают параметры на значениях, соответствующих нормальному технологическому режиму. Оператор корректирует их работу путем изменения задания или коэффициентов настройки только в случае невыполнения цели функционирования ТОУ, возникновения критических ситуаций или перехода на другой вид продукции (т. е. изменения технологического режима).

 

 

3 Выбор средств автоматизации

 

Автоматизация базируется на различных  технических средствах.

При создании измерительных устройств, регуляторов и др. средств автоматизации предусматривается их стандартизация в рамках Государственной системы приборов и средств автоматизации (ГСП).

Разрабатываемые в рамках ГСП технические  средства могут использоваться в виде локальных систем контроля, регулирования, сигнализации, защиты и др.,  а также на нижнем уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Основной технической базой современных АСУ ТП является ГСП,    выполненная в виде совокупности изделий, предназначенных для получения, обработки и использования информации.

Изделия ГСП строятся на основе базовых  конструкций с унифицированными структурами, сигналами, источниками питания, конструктивными параметрами, Это позволяет иметь общую технологическую базу для производства изделий, обеспечивает их взаимозаменяемость, высокую точность, надежность и долговечность.

В ГСП стандартизированы параметры входных и выходных сигналов источников энергии, элементы, блоки и модули приборов и устройств, их присоединительные, габаритные и монтажные размеры. В нормализованный ряд приборов и средств автоматизации входят первичные преобразователи и измерительные приборы; преобразователи для получения нормированных сигналов; регуляторы; вычислительные, функциональные и логические блоки, запоминающие устройства; вторичные приборы; цифропечатающие устройства; исполнительные устройства.

По роду энергии, используемой для передачи информации и команд управления, в ГСП имеются  три ветви:

1) электрическая – устройства которой обладают высокой точностью, быстродействием обеспечивают большую дальность и емкость каналов передачи информации;

2) пневматическая – устройства которой характеризуются безопасностью работы в легковоспламеняющихся и взрывоопасных средах; высокой надежностью в тяжелых условиях работы;

3) гидравлическая – устройства которой обеспечивают   точные перемещения исполнительных органов и большие перестановочные усилия.

В ГСП входят такие устройства, работающие без использования вспомогательной энергии – приборы и регуляторы прямого действия. Это устройства, использующие для выполнения своих функций энергию той среды, параметры которой они измеряют и регулируют.

По функциональному признаку технические  средства в ГСП подразделяются на следующие группы:

1) средства получения информации  о состоянии объекта управления. К ним относятся первичные  измерительные преобразователи  (датчики), измерительные приборы и преобразователи, которые вместе с нормирующими устройствами, формирующими унифицированный сигнал, образуют устройства для получения измерительной информации, а также устройства формирования алфавитно-цифровой информации.  Устройства этой группы предназначены для преобразования измеряемой физической величины в удобный для восприятия, передачи и обработки сигнал измерительной информации;

2) средства приема, преобразования  и передачи информации. К этой  группе относятся различные преобразователи  сигналов и кодов, коммутаторы измерительных цепей, шифраторы и дешифраторы, согласовательные устройства, а также устройства для дистанционной передачи, телеизмерения и теле

управления. Технические средства этой группы используются для приема, преобразования и передачи сигналов, содержащих измерительную информацию и несущих команды управления;                         

3) средства обработки информации, формирования команд управления, представления информации оператором. В эту группу, называемую центральной частью ГСП, входят; функциональные и операционные преобразователи, логические устройства, анализаторы сигналов, запоминающие устройства, регуляторы, задатчики, управляющие вычислительные устройства;

4) средства использования командной  информации для воздействия на  объект управления. Это исполнительные устройства, исполнительные механизмы, усилители мощности и вспомогательные устройства к ним, регулирующие органы.

Устройства  первой и четвертой групп непосредственно  взаимодействуют с объектом управления.

В системах автоматического управления для измерения (регистрации) текущих значений величин химико-технологических процессов используются разные измерительные устройства (измерительные приборы и измерительные преобразователи).