СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | |
| 1. Описание технологического процесса | |
| 3.Разработка и описание системы контроля, регулирования и управления технологическим процессом 4. Выбор комплекса технических устройств 5.Алгоритм сбора и первичной обработки информации и алгоритм циклического опроса датчиков. | |
| Заключение | |
| Приложение 1 Спецификация на приборы и средства автоматизации | |
ВВЕДЕНИЕ
В нефтехимической промышленности комплексной автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожаро-опасностью перерабатываемых веществ и т.д.
Ограниченные возможности человеческого организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество одновременно 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.
Основной целью управления технологическими процессами, протекающими в соответствующих аппаратах, является стабилизация технологических режимов. Решение этой задачи достигается с помощью автоматических регуляторов, являющихся частью системы автоматического регулирования. Кроме того, при управлении технологическими процессами нередко осуществляется их оптимизация, т.е. реализация того или иного критерия эффективности, обеспечивающего протекание процесса в наилучшем (в каком-либо смысле) направлении. Стабилизация и оптимизация технологических процессов могут выполняться автоматически без непосредственного участия человека-оператора (за ним могут оставаться только функции контроля работы системы управления).
Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например, процессы, осуществляемые на атомных установках и в паровых котлах высокого давления, процессы дегидрирования и д.р.). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьезным последствиям.
Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) нефтехимической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, регулирования, сигнализации и т.д.), но и автоматическое управление пуском и остановом аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.
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, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного пробега оборудования. Автоматизация производства кроме экономических решает большие социальные задачи, повышая культуру производства, интеллектуальность труда.
Описание технологического процесса
Возвратный растворитель из цистерны поз. Е-136б (емкости Е-136) насосом поз. Н-601/1,2 через межтрубное пространство теплообменника поз. Т-262а/2 или, минуя его, непрерывно подается в колонну азеотропной осушки возвратного растворителя поз. Кт-256/2 на 28 или 30 тарелки.
Расход растворителя на питание колонны поз. Кт -256/2 регулируется клапаном поз.10-5, клапан которого установлен на линии нагнетания насоса поз. Н-601/1,2.
В теплообменнике поз. Т-262а/2 растворитель от насоса поз. Н-601/1,2 подогревается за счет тепла растворителя, поступающего от насоса поз. Н-458/1,2 в трубную часть теплообменника поз. Т-262а/2.
Обогрев колонны поз. Кт-256/2 производится через выносные кипятильники поз. Т-257/3,4, обогреваемые паром давлением 6,0 кгс/см2 (0,6 МПа).
Расход пара в кипятильники поз. Т-257/3,4 регулируется клапаном поз.1-7, клапан которого установлен на линии подачи пара из коллектора в межтрубное пространство кипятильника поз. Т-257/3,4 с коррекцией по температуре куба колонны поз. Кт-256/2.
Пары азеотропной смеси - вода-растворитель, отводятся с верха колонны поз. К -256/2 и поступают в последовательно работающие дефлегматор поз. Т-258/3 и конденсатор поз. Т-258а/2.
Дефлегматор поз. Т-258/3, конденсатор поз. Т-258а/2 могут быть включены в схему параллельно.
Дефлегматор поз. Т-258/3 охлаждается промышленной водой, конденсатор поз. Т-258а/2 - захоложенной водой, подаваемой в трубное пространство.
Сконденсированные пары углеводородов из дефлегматора поз. Т-258/3, конденсатора поз. Т-258а/2 сливаются в отстойник поз. Е-259/2, где происходит расслаивание углеводородного конденсата на углеводородный слой и воду.
Углеводородный слой из отстойника поз. Е-259/2 насосом поз. Н-261/3,4 подается в колонну поз. Кт-256/2 в виде флегмы через подогреватель поз. Т-261а, обогреваемый паром.
Нижний водный слой периодически сливается в емкость поз. Е-90.
Количество флегмы, подаваемой в колонну поз. Кт-256/2, регулируется клапаном поз.6-7, клапан которого установлен на линии нагнетания насоса поз. Н-261/3,4 с коррекцией по уровню в отстойнике поз. Е-259/2.
Отдувки из отстойника поз. Е-259/2, дефлегматора поз. Т-258/3, конденсатора поз. Т-258а/2 подаются в конденсатор поз. Т-210б.
Давление верха колонны поз. Кт-256/2 выдерживается не более 2,0 кгс/см2 (0,2 МПа), регулируется клапанами поз.8-5,8-8 клапана, которых установлены на линии стравливания отдувок из дефлегматора поз. Т-258/3, конденсатор поз. Т-258а/2 в конденсатор поз. Т-210б соответственно.
Осушенный растворитель из куба колонны поз. Кт-256/2 насосом поз. Н-262/3,4 откачивается в колонну поз. Кт-453 или в емкость поз. Е-136б (цистерну Е-136) по уровню в отстойнике поз. Е-259/2.
Уровень в кубе колонны поз. Кт-256/2 регулируется клапаном поз.4-5, клапан которого установлен на линии подачи возвратного растворителя от насоса поз. Н-262/3,4 на питание колонны поз. Кт-453.
До достижения режимных параметров в колонне поз. Кт-256/2 растворитель из куба колонны поз. Кт-256/2 откачивается насосом поз. Н-262/3,4 в емкость поз. Е-5/3,4 (установка Т-10).
При подготовке к ремонту межтрубное пространство теплообменника поз. Т-262а/2, трубное пространство кипятильников поз. Т-257/3,4, подогревателя поз. Т-261а освобождаются в сепаратор поз. Е-273а, трубное пространство теплообменника поз. Т-262а/2 откачивается насосом поз. Н-262/3,4 в колонну поз. Кт-453.
Осушенный возвратный растворитель из куба колонны поз. К-256/2 подается на 22 тарелку колонны поз. Кт-453.
Расход растворителя в колонну поз. Кт-453 измеряется прибором поз.11-1.
Пары возвратного растворителя с верха колонны поз. Кт-453 поступают в параллельно работающие конденсатор поз. Т-456 и дефлегматор поз. Т-140а, охлаждаемые промышленной водой, пары конденсируются и собираются в сборник поз. Е-457.
Давление верха колонны поз. Кт-453 регулируется клапаном поз.18-5,18-8,18-11 клапана которых установлены на линии сброса отдувок из конденсатора поз. Т-456, дефлегматора поз. Т-140а в конденсатор поз. Т-210б, на линии обратной промышленной воды из конденсатора поз. Т-456, дефлегматора поз. Т-140а соответственно.
В колонне поз. Кт-453 происходит ректификация растворителя от тяжелых соединений.
Из сборника поз. Е-457 насосом поз. Н-458/1,2 часть растворителя в заданном количестве подается в виде флегмы в колонну поз. Кт-453 на орошение.
Другая часть растворителя по уровню в сборнике поз. Е-457 насосом поз. Н-458/1,2 откачивается через трубное пространство теплообменника поз. Т-262а/2, трубное пространство испарителя поз. Т-88/1, охлаждаемого жидким пропаном из цеха № 1506 в поз. Е-5/3,4 (установка Т-10).
Растворитель из сборника поз. Е-457 может откачиваться насосом поз. Н-458/1,2 в поз. Е-.5/3,4, минуя теплообменник поз. Т-262а/1,2, испаритель поз. Т-88/1.
Температура растворителя на выходе из испарителя поз. Т-88/1 измеряется прибором поз.15-1.
Уровень в сборнике поз. Е-457 регулируется клапаном поз.16-5, клапан которого установлен на линии подачи растворителя от насоса поз. Н-458/1,2 в поз. Е-5/3,4 (установка Т-10).
Расход флегмы в колонну поз. Кт-453 регулируется клапаном поз.19-5, клапан которого установлен на линии нагнетания насоса поз. Н-458/1,2.
Обогрев колонны поз. Кт-453 производится через выносные кипятильники поз. Т-454/1,2, в межтрубное пространство которых подается пар из коллектора пара давлением 6,0 кгс/см2 (0,6 МПа).
Расход пара в кипятильники поз. Т-454/1,2 регулируется клапаном поз.21-7, клапан которого установлен на линии подачи пара в кипятильники поз. Т-454/1,2 с коррекцией по температуре куба колонны поз. Кт-453.
Кубовый продукт из колонны поз. Кт-453 откачивается насосом поз. Н-455/1,2 в емкость поз. Е-10 (установка Т-10) или в цех № 1506.
Уровень в кубе колонны поз. Кт-453 регулируется регулятором уровня поз.22-5, клапан которого установлен на линии нагнетания насоса поз. Н-455/1,2.
Состав кубового продукта, откачиваемого из куба колонны поз. Кт-453 в емкость поз. Е-10 (установку Т-10) или в цех № 1506, определяется поточным хроматографом поз.26-1, установленным на линии нагнетания насоса поз. Н-455/1,2.
Все параметры процесса можно разделить на три группы: возмущающие воздействия, регулируемые параметры, управляющие потоки.
Возмущающие воздействия процесса:
- Расход исходной смеси поступающей в колонну поз. Кт-256/2;
- Температура исходной смеси поступающей в колонну поз. Кт-256/2;
- Параметры окружающей среды;
- Свойства тепло - и хладоносителей;
- Состав исходного продукта;
- Старение оборудования;
- Расход исходной смеси поступающей в колонну поз. Кт-453;
- Температура исходной смеси поступающей в колонну поз. Кт-453.
Регулируемые параметры процесса:
- Давление верха колонны поз.Кт-256/2;
- Уровень в кубе колонны поз. Кт-256/2;
- Уровень в отстойнике поз. Т-259/2;
- Температура куба колонны поз. Кт-256/2;
- Расход растворителя подаваемой в колонну поз. Кт-256/2;
- Давление верха колонны поз.Кт-256/2;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-454/1,2;
- Расход флегмы в колонну поз. Кт-256/2;
- Уровень в отделителе поз. Е-88а/1;
- Давление на выходе отделителя поз. Е-88а/1;
- Уровень в флегмовой емкости поз. Е-457;
- Расход возвратного растворителя подаваемой в колонну поз. Кт-453;
- Температура куба колонны поз. Кт-453;
- Уровень в кубе колонны поз. Кт-453;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-257/3,4.
Управляющие потоки процесса:
- Расход обратной промышленной воды, паров возвратного растворителя в емкость поз.Т-210б;
- Расход возвратного растворителя в колонну поз.Кт-453;
- Расход флегмы в колонну поз. Кт-256/2;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-257/3,4;
- Расход растворителя подаваемой в колонну поз. Кт-256/2;
- Расход обратной промышленной воды, отдувок в емкость поз. Е-225а;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-454/1,2;
- Расход флегмы в колонну поз. Кт-256/2;
- Расход пропана в отделитель поз. Е-88а/1;
- Расход пропана в цех 1506;
- Расход растворителя в теплообменник поз. Т-262а/2;
- Расход возвратного растворителя подаваемой в колонну поз. Кт-453;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-454/1,2;
- Расход растворителя в цех 1506 или емкость поз. Е-10;
- Расход пара в кипятильник поз. Т-257/3,4.
Регулируемые параметры – это переменные, которые связанны с воздействием системы регулирования, их в процессе регулирования необходимо поддерживать на заданном уровне. Управляющие потоки – это потоки, изменением которых система может воздействовать на объект с целью управления. Возмущающие воздействия – это переменные, изменения которых не связанны с воздействием системы регулирования, они отражают влияние на объект управления внешних условий, изменение характеристик самого объекта. Переменные этой группы можно разбить на две составляющие – первую можно измерить, а вторую – нельзя или нецелесообразно. Возможность измерения возмущающего воздействия позволяет ввести в систему дополнительный сигнал, что улучшает возможности системы автоматического регулирования.
Совокупность значений всех параметров процесса называют технологическим режимом, а совокупность значений параметров, обеспечивающую решение задачи, поставленной при управлении процессом – нормальным технологическим режимом. Нормальный технологический режим содержит перечень параметров, значения которых необходимо поддерживать на определенном уровне, а также указывать диапазоны значений, в которых изменение этих параметров не приводит к серьезным нарушениям технологического режима.
В качестве объекта управления при автоматизации процесса азеотропной осушки и ректификации возвратного растворителя принимаем установку, состоящую из ректификационных колонн поз.Кт-256/2 и поз.Кт-453, выносных кипятильников поз.Т-257/3,4 и поз.Т-454/1,2, дефлегматоров поз.Т-258/2 и поз.Т-140а, конденсаторов поз.Т-258а/2 и поз.Т-456, подогревателя поз.Т-261а, отстойника поз.Е-259/2, теплообменника поз.Т-262а/2, испарителя поз.Т-88/1, отделителя поз.Е-88а/1, сборника поз.Е-457.
Сырьевые потоки производства: возвратный гексановый растворитель(питание Кт-256/2). Продуктовые потоки: осушенный растворитель (кубовые Кт-256/2 и питание Кт-453). Энергетические потоки: промышленная вода, пар, электрическая энергия.
Ректификационная колонна является сложным объектом управления со значительным временем запаздывания, с большим количеством распределенных параметров, характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними. К распределенным параметрам относится температура по высоте колонны; к сосредоточенным – давление верха колонны.
Характер технологического процесса ректификации определяется по временным режимам работы технологического оборудования. Данная установка ректификации относится к ТОУ с непрерывным характером производства.
r 4Vr+eO2tnt64xS8AAAD//wMAUEsDBBQABgAIAAAAIQArtr7k3wAAAAsBAAAPAAAAZHJzL2Rvd25y ZXYueG1sTI/BTsMwDIbvSLxDZCRuLGnLBi1NJ1RpXDgxtrvXeG1Fk5Qm28rbY07saPvT7+8v17Md xJmm0HunIVkoEOQab3rXath9bh6eQYSIzuDgHWn4oQDr6vamxML4i/ug8za2gkNcKFBDF+NYSBma jiyGhR/J8e3oJ4uRx6mVZsILh9tBpkqtpMXe8YcOR6o7ar62J6vB52/192yzzbGO+wTHYbd/V0rr +7v59QVEpDn+w/Cnz+pQsdPBn5wJYtCQp8uUUQ1ZunoEwUSeqwTEgTdPywxkVcrrDtUvAAAA//8D AFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9U eXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9y ZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAHw+UK+eAgAAKwUAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRy cy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhACu2vuTfAAAACwEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAA+AQA AGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAAAEBgAAAAA= " stroked="f">
Стабилизировать давление и состав жидкости в верхней части колонны необходимо путем изменения расхода хладоносителя, поступающего в дефлегматор, и расхода флегмы. Стабилизировать давление в кубе колонны необходимо путем изменения расхода теплоносителя, поступающего в кипятильник. Предельными значениями температуры куба и давления верха колонн поз.Кт-256/2 и поз.Кт-453 являются 90 оС и 0,2 МПа соответственно.
Сигнализации подлежат значительные отклонения давления и уровня в кубе колонны, уровня в емкости для сбора дистиллята, давления на линиях нагнетания насосов от заданных значений. Для предотвращения аварийных ситуаций и разрушения аппаратов предназначена система противоаварийной защиты. При давлении в верхе колонны поз.Кт-256/2 и поз.Кт-453 выше 0,25 МПа, срабатывает система защиты, которая закрывает отсечные клапана на линиях подачи пара в кипятильники и на линиях питания в соответствующие колонны.
Сложность управления ТОУ заключается в том, что они постоянно подвергаются возмущающим воздействиям, нарушающим технологический режим. Возмущения бывают двух видов:
1) внешние возмущения, которые проникают извне при изменении всех входных и некоторых выходных параметров, а также параметров окружающей среды. К ним относятся расход питания в колонну, состав и температура питания, температура в кубе колонны, давление греющего пара, поступающего в кипятильники, температура охлаждающей промышленной воды, поступающей в дефлегматоры, температура атмосферного воздуха;
2)
Рассматриваемый технологический процесс как объект автоматизации может быть представлен в виде структурной схемы, изображённой на рисунке 1.1 и рисунке 1.2.
Рис. 1.1 Структурная схема автоматизации азеотропной осушки (Кт-256/2).
F – возмущающие воздействия, которые нельзя стабилизировать при входе в исследуемый объект;
U – управляющие воздействия, которые прикладываются к объекту регулирования с целью перевода его в нужное состояние;
Х – входные параметры, характеризующие материальные и энергетические потоки на входе в исследуемый объект;
Y – выходные параметры, характеризующие материальные и энергетические потоки на выходе из исследуемого объекта.
Рис. 1.2 Структурная схема автоматизации ректификации возвратного растворителя (Кт-453).
F – возмущающие воздействия, которые нельзя стабилизировать при входе в исследуемый объект;
U – управляющие воздействия, которые прикладываются к объекту регулирования с целью перевода его в нужное состояние;
Х – входные параметры, характеризующие материальные и энергетические потоки на входе в исследуемый объект;
Y – выходные параметры, характеризующие материальные и энергетические потоки на выходе из исследуемого объекта.
Общая задача управления технологическим процессом формируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, качества, безопасность и т.д.) при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом. Решение такой задачи для всего процесса в целом очень трудоемко, а иногда практически невозможно в виду большого числа факторов влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных. Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления, подчиненные общей задаче управления процессом в целом.
Процесс ректификации относится к основным процессам химической технологии. Показателем эффективности для данной установки является состав целевого продукта, которым является кубовый продукт колонны поз. Кт-453. Поскольку затраты на ректификацию являются одной из самых существенных составляющих в себестоимости продукции, задача автоматизации ректификационных установок часто ставится как задача оптимального управления, которой подчиняются задачи автоматического регулирования отдельных параметров.
На основании задачи оптимального управления отдельными стадиями процесса формируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных систем автоматического управления, то есть тех параметров, которые необходимо регулировать, контролировать и анализировать, и на основании этих данных можно определить предварительное состояние технологического объекта управления. Иными словами, разрабатывается стратегия управления технологическим объектом. При этом необходимо получить наиболее полное представление об объекте, имея минимально возможное число выбранных параметров. Успешному достижению цели управления способствует правильный выбор автоматических устройств.
Спецификой автоматизации ректификации является то, что они очень энергоемки, поэтому система автоматизации должна способствовать снижению энергозатрат на разделение исходного продукта на его составляющие при условии обеспечения заданного качества продуктов. Наибольшие сложности при регулировании массообменных процессов чаще
всего возникают из-за отсутствия автоматических приборов для непрерывного контроля качества получаемых продуктов. В этих случаях регулирование состава ведут по косвенным параметрам.
Важным этапом в разработке САУ является анализ процесса, так как правильный выбор САУ должен обеспечивать достижение поставленной цели управления. Это, как правило, вытекает из экономической целесообразности технологической сути процесса. При этом также важно, чтобы САУ была по возможности проста и легка в эксплуатации, пожаро - и взрывобезопасна, обеспечивала соблюдение требований технологического регламента в любых условиях производства и поддерживала бы надежную безаварийную работу оборудования.
В реальных условиях различные случайные возмущения действующие на технологический объект управления приводят к нарушению материального и теплового балансов в аппаратах, изменению давления и температуры и в конечном итоге – к отклонению составов продуктов. Поэтому одна из задач регулирования процессов – поддержание материального и теплового балансов при различных возмущениях.
Для продуктовых колонн, предназначенных для получения одного целевого продукта, ставятся следующие задачи:
─ минимизация энергозатрат для получения целевого продукта заданной концентрации при ограничении на производительность по этому продукту;
─ максимизация производительности по целевому продукту при ограничении на его состав и энергозатраты;
─ для промежуточных колонн, в которых происходит предварительное разделение смеси на две фракции, ставится задача максимизации разделительной способности колонны при ограничении на производительность по целевому продукту и на энергозатраты.
Для установки азеотропной осушки и ректификации возвратного растворителя ставится следующая задача оптимизации управления - получение гексанового растворителя при минимизации затрат на энергоресурсы с соблюдением безопасности и безаварийности работ.