VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

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, внедрению 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.

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. 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.

Проведение некоторых современных технологических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (например, процессы, осуществляемые на атомных установках и в паровых котлах высокого давления 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.

Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, регулирования, сигнализации и др.), но и автоматическое управление пуском и остановом аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях. В автоматическом производстве человек переключается на творческую работу - анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических приборов, наладку сложных автоматических устройств и т. д. Для обслуживания агрегатов, оснащенных сложными системами автоматизации, требуются специалисты с высоким уровнем знаний. С повышением квалификации и культурного уровня рабочих стирается грань между физическим и умственным трудом.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных химических производств, весьма сложны. От специалистов требуются знания не только устройства различных приборов, но и общих принципов составления систем автоматического управления.

Цель исследовательской работы:

• Изучение мероприятий направленных на увеличение производительности по готовому продукту - 1,2-дихлорэтану, при снижении расходных норм по сырью, материалам, топлива, энергии на единицу продукции;

• Анализ способов точного регулирования параметров и режимов технологического процесса;

Задачи:

• Усовершенствование системы автоматизации регулирования и контроля в производстве 1,2 – Дихлорэтана.

• Выполнение сравнительного анализа существующих технологий и предлагаемых новшеств.

Объектом исследования является: производство1,2-дихлорэтана, узел ректификации1,2-дихлорэтана.

Предметом исследования является: системаавтоматизации регулирования и контроля параметров узла ректификации 1,2-дихлорэтана.

1. Проблема на действующем производстве, требующая

технического решения.

Ректификация - массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемой путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке с жидкостью, образующийся при конденсации этих паров.

Для увеличения производительности и повышения выхода готовой продукции производства 1,2 – дихлорэтана, необходимо внедрение автоматизированных и автоматических систем управления технологическими процессами.

Выбор средств автоматизации. Сводная спецификация приборов.

Параметры выведены на регулирование:

1. Объёмный расход ДХЭ в колону позиции КЛ13 изменением подачи ДХЭ в КЛ13.

2. Давление ДХЭ в колонне позиции КЛ13 изменением силы вращения двигателя в аппарате воздушного захолаживания позиции ХК14.

Параметры выведены на контроль:

1. Уровень в колонне позиции КЛ13.

Параметры выведены на сигнализацию:

1. Уровень в колонне позиции КЛ13.

Параметры выведены на блокировку:

1. Минимальное и максимальное давление колонны позиции КЛ13.

При создании указанных аварийных ситуаций отключаем подачу сырья, пара и воды на установку с помощью отсекателей.

Таблица 1 – Сводная спецификация действующих приборов

№ позиции	Наименование прибора, его задача и характеристика	Тип прибора	Количество
1	2	3	4
1.1	Ротаметр пневматический дистанционный с фторопластовым исполнением. Класс точности 1,5 Выходной сигнал 0,2-1 кгс/см2	РПФ	1
2.1	Измерительный дифманометрический преобразователь уровня – преобразует уровень в электрический сигнал. Класс точности 0,5 Выходной сигнал 4 – 20 мА	Сапфир 22 ДД	1
1.5	Панель переключения	ПП 12.2	1

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4
3.1	Измерительный преобразователь давления электрический – преобразует давление в электрический сигнал. Класс точности 0,5 Выходной сигнал 4 – 20 мА	Сапфир 22 ДИ	1
2.2; 3.2	Нормирующий преобразователь электрический. Класс точности 0,5 Выходной сигнал 4 – 20 мА	БПС	2
1.6	Исполнительный механизм, принимает сигнал от регулятора об отклонении параметра вместе с регулятором восстанавливает заданную величину	МИМ	1
1.3; 2.3; 3.3	Вторичный прибор двухканальный, показывает и регистрирует. Класс точности 0,5 Входной сигнал 4 – 20 мА	А510	3
2.5; 3.5	Электроконтактный манометр выдает сигнал на световую и звуковую сигнализацию	ЭКМ	2
1.4; 2.4; 3.4; 4.1	Электропневматический преобразователь – преобразует электрический сигнал в пневматический	ЭПП	4
1.2	Преобразователь пневмоэлектрический. Преобразует пневматический сигнал в электрический	ППЭ	1

На сегодняшний день производство 1,2 – дихлорэтана используют такие датчики, как:

• Сапфир 22ДИ – датчик давления;

• Сапфир 22 ДД – датчик уровня.

• РПФ – датчик расхода.

Графически преобразователи Сапфир-22ДД , Сапфир 22 ДИ и РПФ можно представить на технологической схеме в следующем виде:

F – расход;

P – давление;

L – уровень;

Y – преобразование в эл. сигнал;

R – регистрация показывающая;

H – ручное воздействие;

C – регулирование;

A – автоматическая сигнализация.

Сапфир - 22ДИ и Сапфир – 22 ДД

1. Прокладка;

2. Основание;

3. Полость;

4. Измерительный блок;

5. Электрическое устройство;

6. Гермовывод;

7. Мембранный тензопреобразователь;

8. Полость тензопреобразователя;

9. Фланец;

10. Мембрана;

11. Камера.

Рисунок 1. Мембранный манометр Сапфир – 22 ДИ и Сапфир 22 ДД.

Назначение Сапфира - 22ДИ и Сапфира – 22 ДД.

Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Преобразователи могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости. Класс точности: 0,5. Выходной сигнал: 4 – 20 мА

Преобразователи Сапфир - 22ДД и Сапфир – 22ДИ широко применяется в химической промышленности . Например, на ОАО «БСК» для измерения давления, уровня и расхода применяются датчики Сапфир-22ДД и Сапфир-22ДИ практически в любом производстве. Преобразователь Сапфир имеет ряд преимуществ и недостатков.

Преимущества приборов «Сапфир»:

• малогабаритность по сравнению с другими датчиками расхода;

• имеют электрический сигнал, который может передаваться на большие расстояния без погрешности и потерь;

• относительно недорогая стоимость, по сравнению с более новыми и дорогими аналогами, при почти одинаковых возможностях;

• возможность установки во взрывоопасных помещениях;

• возможность подключения ЭВМ как вторичного прибора, что актуально в наше время;

• возможность установки в агрессивных средах;

• довольно высокий класс точности.

РПФ – Ротаметр пневматический фторопластовый.

Описание:

Ротаметры типа РПФ представляет собой приборы предназначенные для измерения расхода плавноменяющихся однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей с дисперсными включениями инородных частиц и преобразования его в пневматический выходной сигнал.

Детальное описание:

Измерение расхода жидкостей, нейтральных к стали 12Х18Н9Т, и преобразование его в унифицированный пневматический сигнал, который передается на вторичный прибор или устройство с пределами измерения давления воздуха 0,2-1 кгс/см2.

Технические характеристики:

Температура измеряемой среды, (°С) : -40…+150

Температура окружающего воздуха, (°С): -30…+50

Раб. давление. (кгс/см²): 64.

Питание прибора (кгс/см²): сжатым воздухом с давлением 1,4 кгс/см² ±10%

Преимущества ротаметра РПФ:

К преимуществам данного ротаметра РПФ можно отнести то, что он не приводит к большим потерям напора, а значит, влияние на процесс сводится к нулю. Разумеется, как любой прибор для измерения он имеет некоторую погрешность, а именно +- 2,5 % - +- 4%.

В любом раскладе, если в процессе использования было замечено, что измерения стали достаточно отличаться от тех, которые проводились ранее, а технологический процесс не претерпевал серьезных изменений, то здесь, скорее всего, виноват сам ротаметр РПФ. Также, неточности и ошибки в измерениях могут возникнуть в силу изменения характера жидкости, которая проходит сквозь ротаметр РПФ, реагирующий на наличие посторонних фракций и примесей.

Рассмотрим технологическую схему действующего узла ректификации 1,2-дихлорэтана производства 1,2-дихлорэтана на сегодняшний день.

1. Предлагаемое решение производственной проблемы.

Современными тенденциями в автоматизации производства являются:

• широкое применение ЭВМ для управления;

• создание машин и оборудования со встроенными микропроцессорными средствами;

• измерения контроля и регулирования.

Одной из важнейших задач является широкое внедрение автоматизированных и автоматических систем управления технологическими процессами.

Многолетний опыт эксплуатации систем регулирования на предприятиях показал, что автоматизация дает возможность:

• увеличить производительность;

• повысить выход готовой продукции благодаря более точному регулированию технологического процесса;

• снизить расход сырья, материалов топлива, энергии на единицу продукции;

• повысить производительность труда.

Для этого я предлагаю заменить устаревшие приборы, на более усовершенствованные. Давайте рассмотрим их.

Сводная спецификация приборов.

Таблица 2 – Сводная спецификация предполагаемых приборов

№ позиции	Наименование прибора, его задача и характеристика				Тип прибора	Количество
1.1	Измерительный датчик расхода электрический – предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Выходной сигнал: 4-20; 0-5 мА				Метран 360	1
2.1	Измерительный датчик уровня электрический - предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола или Foundation™ Fieldbus				Rosemount серии 5300	1
3.1	Измерительный датчик давления				Метран 55	1
Продолжение таблицы 2
1		2	3	4
		электрический – предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Выходной сигнал: 4-20; 0-5 мА
1.2; 2.2; 3.2; 4.1		Электропневматический преобразователь – преобразует электрический сигнал в пневматический	ЭПП	4

Кориолисовый расходомер Метран – 360:

• Измеряемая среда – газы и жидкости, эмульсии и суспензии, а также нефть и т.д.

• Температура -40…125℃

• Рабочее избыточное давление в трубопроводе до 30 МПа

• пределы основной относительной погрешности измерений массового и обьемного расходов жидкостей ±0,5%

Основные преимущества:

• высокая точность измерения параметров в течение длительного времени;

• возможность работы вне зависимости от направления потока;

• отсутствие прямолинейных участков трубопровода до и после расходомера;

• надежность работы при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давлении рабочей среды;

• длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей.

Rosemount серии 5300

Уровнемеры Rosemount серии 5300 применяются во многих отраслях промышленности.

• Измеряемая среда: агрессивная и вязкая жидкость.

• Диапазон измерений: от 0,1 до 50 м

• Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-протокола или Foundation™ Fieldbus

• Наличие взрывозащищенного исполнения

• Межповерочный интервал — 2 года

Достоинства:

• широкий диапазон измерений и качественные измерения сред с низким коэффициентом отражения благодаря технологии прямого переключения, функции проецирования конца зонда и компенсации влияния диэлектрической постоянной пара;

• улучшенные характеристики электромагнитной совместимости благодаря интеллектуальной гальванической развязке;

• измерение уровня сжиженных газов при температуре процесса от -196°С;

• возможность использования зондов от уровнемеров Rosemount серии 3300;

• повышенная безопасность благодаря модульной конструкции блока электроники;

• расширенная диагностика и возможность профилактического обслуживания по протоколам HART и Foundation Fieldbus;

• а также все достоинства и преимуществтва, которыми обладают популярные уровнемеры Rosemount серии 3300.

Метран 55 ДИ

Описание:

Малогабаритные датчики Метран-55 предназначены для работы в различных отраслях промышленности, системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин избыточного (ДИ), абсолютного (ДА) давления, разрежения (ДВ), давления-разрежения (ДИВ) нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал.

Простота конструкции, надежность, малые габариты, невысокая стоимость обеспечивают повышенный спрос потребителей.

Особенности датчиков давления:

• погрешность измерений ±0,15; ±0,25; ±0,5%;

• диапазон перенастройки 10:1;

• самодиагностика при запуске;

• встроенный фильтр радиопомех;

• микропроцессорная электроника;

• возможность простой и удобной настройки значений выходного сигнала, соответствующих нижнему и верхнему значениям измеряемого давления, кнопочными переключателями.

• Измеряемые среды: жидкость, пар, газ (в т.ч. газообразный кислород)

• Диапазон измеряемых давлений:

  • минимальный 0-0,06 МПа;

  • максимальный 0-100 МПа

• Выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА

• Температура окружающего воздуха: -40...70°С

• Межповерочный интервал: 3 года

Рассмотрим предлагаемую схему узла ректификации 1,2-дихлорэтана производства 1,2-дихлорэтана.

Заключение

В данной исследовательской работе была разработана автоматическая система управления технологическим процессом производства 1,2-дихлорэтана.

Изучили действующую схему автоматизации 1,2-дихлорэтана и выявили её недостатки.

Недостатками приборов, которые установлены на сегодняшний день на производстве 1,2-дихлорэтана является:

• устаревшие возможности, по сравнению с новыми интеллектуальными датчиками.

• необходимость в высококвалифицированных рабочих для ремонта и обслуживания.

Разработали новую усовершенствованную схему автоматизации контроля и регулирования параметров на узле выделения и концентрирования 1,2-дихлорэтана (ректификации) в производстве 1,2-дихлорэтана, и выявили её следующие преимущества:

• Функции интеллектуального датчика превосходят во всем. При помощи нового датчика можно следить за расходом при помощи ЭВМ и коммуникатора системы HART. Этим коммуникатором можно изменить и посмотреть любую характеристику, вплоть до температуры датчика, перенастроить прибор, не снимая его, практически в любом месте. У этих датчиков высочайший класс точности.

Что позволяет:

• повысить эффективность производственного процесса;

• повысить безопасность производственного процесса;

• улучшить качество регулирования и контроля параметров технологического режима узла ректификации 1,2-дихлорэтан производства 1,2-дихлорэтана.

Данную исследовательскую работу можно предложить в качестве новшества при дипломном проектировании, что позволит объективно оценить сформированность моих профессиональных и общих компетенций как специалиста.

19

Код для цитирования: Скопировать