Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Технические средства автоматизации

Тема: Выбор комплекса технических средств автоматизации для процесса выпаривания

Исполнитель

студента 4 курса группы 4 Д.В. Моро

Минск 2010

Введение

Химическая промышленность позволяет синтезировать материалы, которых нет в природе, использовать их для создания всевозможных машин и приборов, для строительства жилищ и производства товаров потребления. Поэтому химическая промышленность в мире развивается быстрыми темпами.

Химическая промышленность выпускает синтетический каучук, пластические массы, искусственное волокно, искусственное топливо, красители, лекарственные вещества и многое другое.

Выпаривание - процесс концентрирования растворов нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Этот процесс широко распространен (в химической, пищевой, металлургической и других отраслях) по причине того, что многие вещества получают в виде разбавленных водных растворов, а для дальнейших производственных этапов они нужны в концентрированном виде. Также за счет концентрирования растворов уменьшается их объем и снижаются затраты на их транспортировку.

В процессе выпаривания происходит частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Это является принципиальным отличием выпаривания от испарения, которое происходит на поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В некоторых случаях выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально сконструированных для этих целей.

На практике часто в качестве греющего агента при выпаривании используют водяной пар, который называют греющим или первичным. Первичным служит пар, получаемый из парогенератора, или отработанный пар. Пар, который образуется при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным. Тепло необходимое для поддержания процесса обычно подводят через стенку. Процесс проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлении. Выбор давления во многом зависит от свойств выпариваемого и возможностью использования тепла вторичного пара

выпаривание автоматизация регулируемый

1. Краткое описание технологического процесса

1.1 Описание теоретических основ выпаривания

Выпариванием называют процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его удаления при кипении. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора.

Процесс выпаривания проводят таким образом, чтобы при заданной производительности получить раствор требуемой концентрации, надлежащего качества без потерь сухого вещества и при возможно меньшем расходе топлива. Особенностью процесса выпаривания является то, что в парах кипящих растворов нормально содержатся только пары чистого растворителя, а растворённое вещество является нелетучим. Это положение, лежащее в основе теории и методов расчета выпарных аппаратов, для большинства растворов твердых веществ вполне оправдывается. Удаляемый в парообразном состоянии растворитель чаще всего представляет собой водяной пар, носящий название вторичного пара. Общий материальный баланс аппарата выражается уравнением:

G_н=G_к+W, (1.1)

где G_н - количество поступающего исходного раствора с концентрацией b_н; G_к - количество удаляемого упаренного раствора с концентрацией b_к; W - количество выпариваемого растворителя. Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

, (1.2)

В качестве теплоносителя при выпаривании используют насыщенный или слегка перегретый водяной пар, который называется греющим или первичным. Первичным служит либо пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар, или пар промежуточного отбора паровых турбин. Тепло, необходимое для выпаривания раствора, обычно подводится через стенку, отделяющую теплоноситель от раствора. В некоторых производствах концентрирование растворов осуществляют при непосредственном прикосновении выпариваемого раствора с топочными газами или другими газообразными теплоносителями. Также может применяться электрический обогрев.

Уравнение теплового баланса:

Q+G_нс_нt_н= G_кс_кt_к+W?i_вт+Q_пот±Q_д, (1.3)

где Q - расход теплоты на выпаривание; с_н, с_к - удельная теплоемкость начального (исходного) и конечного (упаренного) раствора; t_н, t_к - температура начального раствора на входе в аппарат и конечного на выходе из аппарата; i_вт - удельная энтальпия вторичного пара на выходе его из аппарата; Q_пот - расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду; Q_д - теплота дегидратации.

Протекание теплоносителей в греющей камере происходит под действием напора, создаваемого извне. Скорость течения теплоносителей по трубкам в большинстве случаев определяется естественной циркуляцией, зависящей от разности удельных весов закипающего в греющей камере раствора, пронизанного пузырьками пара, и раствора, опускающегося по циркуляционной трубе.

1.2 Описание основных схем выпарных установок

Выпаривания осуществляется либо в аппарате однократного, либо многократного действия. В последнем случае расход топлива на выпаривание значительно снижается. В промышленных условиях наиболее распространены аппараты многократного действия.

Расход греющего пара на выпаривание растворов в однокорпусных аппаратах весьма велик и в ряде производств составляет значительную долю себестоимости конечного продукта. Для уменьшения расхода греющего пара широко используют многокорпусные выпарные аппараты. Принцип действия многокорпусных аппаратов заключается в многократном использовании тепла греющего пара, поступающего в первый корпус установки, путём последовательного соединения нескольких однокорпусных аппаратов, позволяющем использовать вторичный пар каждого предыдущего корпуса для обогрева последующего. Для практического осуществления такого многократного использования одного и того же количества тепла требуется, чтобы температура вторичных паров каждого последующего корпуса была выше температуры кипения раствора в последующем корпусе. Это требование легко выполняется путем понижения рабочего давления в корпусах по направлению от первого к последнему. С этой целью устанавливается сравнительно высокая температура кипения в первом корпусе и температура 50--60 ^оС в последнем корпусе выпарной установки под разряжением, который соединяется с конденсатором, снабженным вакуум-насосом.

Если греющий пар и жидкий раствор поступают в первый, «головной», корпус выпарной установки, то последняя называется прямоточной (Рисунок 1.1). По такому принципу работает большинство выпарных установок. Если же греющий пар поступает в первый по порядку корпус, а жидкий раствор -- в последний и переходит из последнего корпуса к первому, то установка называется противоточной (Рисунок 1.2). Такое встречное движение пара и раствора применяется в случае упаривания растворов с высокой вязкостью и большой температурной депрессией в целях повышения коэффициентов теплопередачи. Однако одновременно усложняется и обслуживание аппарата в связи с тем, что подобная схема требует установки между каждыми двумя корпусами установки насосов для перекачки раствора, движущегося по направлению возрастающих давлений, не говоря уже об дополнительных затратах на расход энергии на насосы. При выпаривании кристаллизующихся растворов их перегон из корпуса в корпус может сопровождаться закупоркой соединительных трубопроводов и нарушением нормальной работы установки. При этом часто используют аппараты с параллельным питанием корпусов (Рисунок 1.3). Здесь раствор выпаривается до конечной концентрации в каждом корпусе, а пар, как и в предыдущих двух схемах, движется последовательно по направлению от первого корпуса к последнему. В этом же направлении снижаются рабочие давления и температуры кипения раствора в корпусах.

В химической промышленности применяются непрерывно и периодически действующие выпарные установки. При периодической выпарке в аппарат загружают определенное количество раствора начальной концентрации, подогревают его до температуры кипения и выпаривают до заданной концентрации. Затем упаренный раствор удаляют из аппарата, вновь заполняют ею свежим раствором и процесс повторяют. Установки периодического действия обычно выполняются в виде отдельных аппаратов. Осуществить многоступенчатую выпарную установку с выпарными аппаратами периодического действия не возможно.

Применяемые схемы многокорпусных выпарных установок различаются по давлению вторичного пара в последнем корпусе. В соответствии с этим признаком установки делятся на работающие под разряжением, под избыточным и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Установки, в которых последняя ступень находится под некоторым избыточным давлением, называются выпарными установками с противодавлением Уменьшение давления вторичного пара последней ступени связано с уменьшением полезного перепада температур на установку, т. е. приводит к уменьшению кратности использования пара, что снижает экономические показатели.

В выпарных установках под разряжением удается получить, возможно, больший перепад температур между паром, греющим первую ступень и вторичным паром последней ступени. Это позволяет применить наибольшую кратность использования пара в установке.

Используются и выпарные установки с ухудшенным вакуумом. В этих схемах предусматривается частичное использование вторичного пара последней ступени для покрытия тепловой нагрузки низкого потенциала, остальная часть пара направляется в конденсатор. При выпаривании под вакуумом температура кипения снижается; эго обстоятельство используется при сгущении растворов, для которых во избежание порчи продукта, нельзя допустить высоких температур кипения.

При выпаривании под атмосферным давлением (проводят в однокорпусных выпарных установках) вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.

Экономия вторичного пара может быть также достигнута в однокорпусных выпарных установках с тепловым насосом. В таких установках вторичный пар на выходе из аппарата сжимается с помощью теплового насоса до давления, соответствующего температуре первичного пара, после чего он вновь возвращается в аппарат.



Рисунок 1.1 Многокорпусная прямоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки; 4 - подогреватель исходного раствора; 5 - барометрический конденсатор; 6 - ловушка; 7 - вакуум-насос.

Рисунок 1.2 Многокорпусная противоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки; 4 - 6 - насосы.



Рисунок 1.3 Многокорпусная противоточная выпарная установка:

1 - 3 - корпуса установки.

Многокорпусная установка позволяет значительно снизить расход тепла за счет многократного использования пара. Предельно выгодное или оптимальное число корпусов зависит одновременно от расхода пара и его стоимости, от единовременной стоимости выпарной установки, срока ее амортизации и др. На практике число корпусов обычно не превышает 5-6.

2. Выбор контролируемых и регулируемых параметров

Целью управления процессом выпаривания является поддержка определенного значения концентрации упаренного раствора на выходе выпарной установки.

Уравнение материального баланса выпарной установки по растворенному веществу имеет следующий вид [3] c. 362:

где -- концентрация упаренного вещества в исходном растворе;

-- концентрация растворенного вещества в упаренном растворе;

-- расход исходного раствора;

--расход упаренного раствора.

Уравнение материального баланса по всему количеству вещества имеет следующий вид [3] c. 362:

где -- расход паров растворителя.

Из этих уравнений получим следующее выражение [3] c. 363:

Расход можно стабилизировать или изменять для достижения цели управления процессом выпаривания. Его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату, а следовательно -- к увеличению концентрации .То же можно сказать и о расходе .

Концентрация определяется предшествующими технологическими процессами. Её изменения будут сильными возмущениями для процесса выпаривания.

Расход определяется параметрами исходного раствора, а также режимными параметрами в аппарате: температурой, давлением, концентрацией раствора и интенсивностью подвода тепла.

Если предположить, что цель управления достигнута, т.е. концентрация на выходе из аппарата постоянна и соответствует заданной, то между температурой и давлением в аппарате будет соблюдаться определенная зависимость.

Поэтому достаточно стабилизировать только один из этих параметров. В большинстве случаев это температура в аппарате, которую можно регулировать изменение отбора конденсата.

Интенсивность подвода тепла к кипятильнику определяется параметрами теплоносителя: расходом, температурой, давлением.

К наиболее сильным возмущающим воздействиям относятся изменения расхода теплоносителя. Эти возмущения компенсируют установкой стабилизирующего регулятора расхода. При целесообразном изменении расхода теплоносителя в объект могут вноситься и регулирующие воздействия. Однако при этом может возникнуть “пленочное кипение”, что не экономично. С изменением других параметров теплоносителя в объекте будут иметь место другие возмущения. Анализ возмущающих воздействий в объекте управления показал, что часть параметров, определяющих концентрацию , будут изменяться. Сильным возмущением процесса выпаривания, как правило, является и “засоление” греющей камеры теплообменника. Чтобы приналичии возмущающих воздействий цель управления была достигнута, следует в качестве главной регулируемой величины брать концентрацию , а регулирующее воздействие вносить изменением расхода .

Концентрацию в настоящее время определяют по разности между температурами кипения раствора и растворителя (по температурной депрессии). О концентрации можно судить и по другим косвенным параметрам: плотности, удельной электропроводности, показателю преломления света.

И так, для достижения цели управления процессом будем регулировать:

1) расход -- его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату;

2) расход пара -- регулирует интенсивность подвода тепла;

3) расход конденсата -- для поддержания теплового баланса в аппарате.

3. Разработка функциональной схемы автоматизации

Функциональная схема является основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующее:

1) получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

2) непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

3) стабилизация технологических параметров процесса;

4) контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборочные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства [2] c. 25-26.

Результатом составления функциональных схем являются:

1) выбор методов измерения технологических параметров;

2) выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

3) определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

4) размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологического оборудования и трубопроводах и т.п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса.

5) Для рассматриваемой технологической схемы выпаривания 5 процентного водного раствора хлорида калия до 20 процентного были выбраны параметры контроля и регулирования для обеспечения выходного продукта необходимого качества. Необходимость полного контроля над процессом обеспечиваем установкой дополнительных датчиков регистрации и индикации необходимых параметров, что позволяет в дальнейшем во временном пространстве анализировать, как и каким образом на протяжении всего рабочего цикла изменялся контролируемый параметр.

В данной технологической схеме регулируются:

1) расход конденсата;

2) расход пара;

3) расход исходного раствора.

контролируются:

1) температура пара;

2) давление пара;

3) концентрация исходного раствора;

4) температура подогретого раствора;

5) концентрация упаренного раствора;

6) температура упаренного раствора;

7) температура вторичного пара.

4. Выбор технических средств автоматизации

Контроль технологических процессов осуществляется с помощью измерительных приборов, служащих для выработки сигнала о параметре процесса в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. При централизованном контроле любой измерительный прибор включает три основных узла: первичный измерительный преобразователь, канал связи и вторичный прибор. Первичный измерительный преобразователь, установленный на объекте, преобразует измеряемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Канал связи служит для передачи сигнала от первичного преобразователя к вторичному прибору. Вторичный прибор -- это устройство, воспринимающее сигнал от преобразователя и выражающее его в удобном виде.

В таблице 1 сведены все параметры, которые необходимо измерять и их номинальные значения.

Таблица 1 -- Значения технологических параметров

№	Место нахождения	Измеряемый параметр	Единицы измерения	Номиналь- ные значения	Контроль	Регули-рование
1	трубопровод исходного раствора	расход	Кг/с	0.6	+	+
		концентрация	%	5	+	-
2	трубопровод подвода раствора к аппарату	температура	?С	70	+	-
3	теплоноситель	температура	?С	140	+	-
		давление	МПа	0.5	+	-
		расход	Кг/с	2.4	+	+
4	выпарной аппарат	температура	?С	120	+	-
		уровень	м	0.9	+	+
5	трубопровод отвода паров растворителя	температура	?С	134	+	-

Исходя из технологических параметров веществ, которые необходимо измерять, проведем выбор средств автоматизации [5], [6], которые сведены в таблицу 2.

Таблица 2 -- Характеристики средств автоматизации

№ поз.	параметр	прибор	тип прибора	границы измерения	технические характеристики	количество
1-1	давление	датчик давления	САПФИР-22М-ДА-2050	0-0,8 МПа	выходной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20 мА допустимая основная погрешность: 0,25 %	1
1-2	давление	многоканальный регистратор	Метран-900 с блоком коммутации К1204	--	входной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20 мА количество входов: 12 питание: 220В, 50 Гц	1
2-2	температура
3-2	расход
4-2	концентрация
5-2	расход
6-2	температура
7-2	расход
8-2	уровень
9-2	концентрация
10-2	температура
11-2	температура
2-1	температура	термопреобра-зователь	ТСПУ Метран-276-Exia	0-200 ?C	выходной сигнал: 4-20 мА основная приведенная погрешность: 0,25 %	2
11-1
6-1	температура	термопреобра-зователь	ТСПУ Метран-276	0-100 ?C	выходной сигнал: 4-20 мА основная приведенная погрешность: 0,25 %	1
10-1	температура	термопреобра-зователь	ТСМУ Метран-274-Exd	0-180 ?C	выходной сигнал: 4-20 мА основная приведенная погрешность: 0,25 %	1
3-1	расход	расходомер	8800С	0,15-3,6 кг/с	выходной сигнал: 0-5, 4-20 мА основная относительная погрешность: 1,35 % диапазон температур измеряемой среды: -40-232 ?С избыточн. давление измеряемой среды: до 3,5 МПа	2
7-1
7-3	температура	регулятор	UT550	--	входной сигнал: 0-5, 4-20 мА; 0-10В реализует ПИД закон регулирования	4
3-3	расход
4-3	концентрация
8-3	уровень
5-1	расход	преобразователь расхода вихреакусти-ческий	Метран-300ПР	0,18-2000 м3/ч	выходной сигнал: 0-5, 0-20, 4-20 мА относительная погрешность: ±1 % диапазон температур измеряемой среды: 0-150 ?С избыточное давление измеряемой среды: до 1,6 МПа	1
4-1	концентрация	концентратомер	КС-1-3К	0-100 Гл/м	выходной сигнал: 0-5, 4-20 мА основная приведенная погрешность: 2 %	2
9-1
8-1	уровень	ультразвуковой уровнемер	МТМ900	0-6000 мм	выходной сигнал: 0-5,0-20, 4-20 мА класс точности: 0,25	1

Техническое описание:

1) Преобразователь измерительный абсолютного давления Сапфир-22М-ДАСАПФИР-22М-ДА-2050.



Рисунок 4.1 Сапфир-22М-ДАСАПФИР-22М-ДА-2050.

Верхний предел измерений -2,5 MPa

Наибольшее отклонение действительной характеристики преобразования от номинальной статической характеристики, ± гм % -0,15; 0,25

Предел допускаемой основной погрешности, ± г, %- 0,25; 0,5

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

Преобразователи относятся к изделиям ГСП.

Преобразователи, поставляемые для эксплуатации на объектах АС, являются сейсмостойкими, выдерживают сейсмические нагрузки в 8 баллов на высоте отметки 41,1 m.

Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала 0-5 mA, 4-20 mA, 0-20 mA постоянного тока.

Рисунок 4.2 Электрическая схема подключения по 4-х проводной схеме.

2) Регистратор Метран-900 состоит из блока коммутации и регистратора, выполненных в независимых корпусах. Блок коммутации осуществляет функции сбора, преобразования и передачи сигналов первичных датчиков в регистратор или компьютер в цифровом виде. Блок коммутации сконструирован с учетом специфики существующего парка первичных приборов в России. Предусмотрена возможность подключения всех типов термопреобразователей сопротивления, в том числе " устаревших" градуировок, термоэлектрических преобразователей, датчиков с аналоговыми токовыми сигналами, а также прямого подключения датчиков с сигналами взаимной индуктивности 0-10 мГн. Допускается подключение до 12 датчиков различного типа в зависимости от модели блока коммутации.

Рисунок 4.3 Регистратор Метран-900

Всего выпускается четыре модели блоков коммутации К1201, К1202, К1203, К1204, которые поставляются в комплекте с переносным пультом управления, предназначенным для настройки прибора под требуемые градуирооочные характеристики первичных преобразователей. Переносной пульт является универсальным и подходит для настройки блоков коммутации любой модели. Достаточно одного пульта на партию приборов.

Блоки коммутации могут использоваться как самостоятельные изделия в качестве преобразователей входных аналоговых сигналов в RS485 в составе АСУТП. Максимальное расстояние регистратора от блока коммутации 1300 м; монтаж осуществляется одним кабелем вместо 12.

Напряжение питания:

- регистратора 220 В, 50 Гц;

- блоков KI20I, KI202 24 В от регистратора;

- блоков KI203, К1204 220 В, 50 Гц.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерений:

- сопротивления не более ±0,1% от максимального сопротивления термометра, указанного в паспорте;

- аналогового сигнала 0_5 мА не более ±0,2%;

- аналоговых сигналов 0_20, 4_20 мА не более ±0,1%;

- сигнала взаимной индуктивности не более ±1,0%



Рисунок 4.4 Электрическая схема подключения Метран-900 и блока К1204

В режиме индикации: текущие значения отображаются в графоцифровом виде по 12-ти каналам одновременно.

3) ТСПУ Метран-276-Exia, ТСПУ Метран-276, ТСМУ Метран-274-Exd

Термопреобразователи ТХАУ Метран/271/Ех, ТСМУ Метран/274/Ех, ТСПУ Метран/276/Ех могут применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категорий IIА, IIВ и IIС, групп Т1/Т6 по ГОСТ Р 51330.11/99.

Рисунок 4.5 Метран-276-Exia



Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Напряжение питания:

-от 18 до 42 В постоянного тока для термопреобразователей с выходным сигналом 4-20 мА;

-36 В постоянного тока для термопреобразователей с выходным сигналом 0-5 мА. Допускаемое отклонение напряжения питания не более ±2%;

-от искробезопасных цепей блоков питания (барьеров), имеющих вид взрывозащиты "искро-безопасная электрическая цепь" уровня "ia" для взрывоопасных смесей группы IIC по ГОСТ 12.1.011 с напряжением холостого хода Uхх ? 24 В, током короткого замыкания Iкз ? 120 мА для термопреобразователей исполнения "Exia".

Схемы внешних электрических подключений:

Рисунок 4.6 Электрическая схема подключения Метран-276-Exia

4) Вихревой интеллектуальный расходомер модели 8800С

Рисунок 4.7 Вихревой интеллектуальный расходомер модели 8800С

Использование цифровой технологии позволяет расходомеру обеспечить максимальную точность и надежность измерений. Дополнительным преимуществом является легкость сопряжения расходомера с пультом управления и HART коммуникатором.

Расходомер модели 8800 преобразует сигнал в цифровую форму, что дает большую точность и широкий рабочий диапазон без ухудшения характеристик в отличие от аналоговых схем. Уникальный цифровой следящий фильтр, управляемый микропроцессором, также обеспечивает адаптивную обработку сигнала для получения более чистого выхода при наличии помех. Способ обработки сигнала может быть изменен с учетом конкретного применения для получения максимально высоких характеристик. В связи с тем, что выходной сигнал устойчив к перепадам температур окружающей среды, Вы можете использовать расходомер в разнообразных условиях без заметного ухудшения его точности.

Дополнительный жидкокристаллический индикатор подключается к расположенной с краю електронной плате и отображает выходной сигнал в одном из форматов, приведенных ниже:

* текущий расход в технических единицах;

* процент от диапазона;

* выходной ток 4-20 мА;

* суммарный поток в технических единицах.

Возможность поворота индикатора на 90 градусов облегчает считывание показаний при любой ориентации расходомера.

Рисунок 4.8 Схема подключения вихревого интеллектуального расходомера модели 8800С



Рисунок 4.9 Метран-300ПР

5) Вихреакустические расходомеры Метран-300ПР применяются в системах коммерческого учета тепловой энергии, ГВС, ХВС, а также для технологических измерений расхода воды и водных растворов в промышленности, в том числе в составе АСУТП.

Основные технические характеристики:

- измеряемые среды: вода и водные растворы с вязкостью до 2·10-6 м2/с;

- температура измеряемой среды: до +150°С;

- избыточное давление измеряемой среды: до 1,6 МПа;

- выходные сигналы: импульсный; токовый; цифровые HART, ModBus RTU;

- 3-х строчный ЖКИ;

- предел относительной погрешности измерений объема: до ±1,0%;

- степень защиты IP65;

- межповерочный интервал: 4 года.



Выходные сигналы:

- Импульсный выходной сигнал типа «замкнуто/разомкнуто» (оптопара);

- Унифицированный токовый сигнал 4-20 мА (20-4 мА);

- Цифровой сигнал на базе HART-протокола;

- Цифровой сигнал на базе протокола ModBus RTU.

Цифровые сигналы позволяют осуществлять чтение параметров измеряемого процесса (мгновенный расход, накопленный объем, время наработки) и параметров расходомера (Dy, пределы измерения расхода и т.д.), конфигурировать выходные сигналы прибора: импульсный сигнал (цена и длительность импульса), токовый сигнал (пределы измерения, демпфирование).

Рисунок 4.10 Электрическая схема подключения Метран-300ПР

6) Кондуктометрический концентратомер КС-1М-3К

Рисунок 4.11 концентратомер КС-1М-3К

Кондуктометрический концентратомер (долее прибор) преобразует текущее значение удельной электрической проводимости анализируемой жидкости в выходной сигнал постоянного тока пропорциональный концентрации растворенного компонента.

Область применения кондуктометрических приборов - контроль концентрации бинарных растворов в энергетике, а также на предприятиях химической, нефтехимической и металлургической промышленности.

В приборе реализован бесконтактный метод измерений УЭП жидкости на основе трансформаторного первичного измерительного преобразователя, для измерения температуры жидкости используется терморезистивный элемент.

Прибор имеет:

- унифицированный гальванически развязанный непрерывный выходной сигнал постоянного тока, значение которого устанавливается пропорциональным текущей концентрации раствора;

- интерфейс цифровой передачи данных RS232;

- интерфейс цифровой передачи данных RS485;

- цифровой индикатор, использующийся для просмотра измеряемых и

преобразуемых параметров, а также для просмотра коэффициентов нормирования расчётной модели, отображаемая информация зависит от выбранного состояния прибора;

- клавиатуру, предназначенную для управления состоянием прибора и

ввода коэффициентов.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока частотой (50±1) Гц, напряжением 220 В или 36 В с отклонением от номинального значения на плюс 10 минус 15 %. выходной сигнал 0-5 или 4-20 мА

Рисунок 4.12 Схема подключения КС-1М-3К

7) Уровнемер ультразвуковой МТМ 900

Рисунок 4.13 МТМ 900

Прибор предназначен для обеспечения автоматического дистанционного измерения уровня жидких (в т.ч. вязких, неоднородных, выпадающих в осадок, взрывоопасных, высокоагрессивных и др.) сред, а также для измерения расхода на безнапорных трубопроводах и открытых каналах. Уровнемеры не предназначены для контроля уровня пенящихся жидкостей с толщиной пены более 50 мм, и жидкостей, имеющих свойства налипания и кристаллизации.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ

-- Диапазон измерения уровня (при избыточном давлении до 100 КПа) 0...4000 мм,0...6000 мм,0...8000 мм.

-- Неизмеряемая зона 600 мм.

-- Выходные сигналы: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА.

-- Гальваническое разделение входных, выходных цепей, цепей питания и интерфейса RS-485.

-- Сигнализация достижения измеряемым параметром уставок двух уровней (двухпозиционное регулирование). Выход - "сухой контакт".

-- Формирование сигнала НОРМА, если ни одна из уставок не сработала.

-- Диапазон индикации измеряемых параметров 0000...9999 (десятичная точка в любом разряде).

-- Измерение расстояния до поверхности, пересчет уровня в объём, расход и др.

-- Индикация температуры газо-воздушной среды в районе излучателя.

-- Связь с внешними устройствами через интерфейс RS485 (протокол MODBUS-RTU Slave).

-- В состав прибора входят датчик уровня ДУ-1 и блок электронный БЭ-1.

Датчик уровня ДУ-1:

-- Взрывозащищенное исполнение с маркировкой взрывозащиты “ОExiaIIВТ4 в комплекте МТМ 900” (могут устанавливаться во взрывоопасных зонах).

-- Диапазон рабочих температур -30...+50°С.

-- Степень защиты оболочки со стороны излучателя IР65, со стороны корпуса IР54.

Предельное избыточное давление в ёмкости не более 100 кПа.

Материал рупора12Х18Н10Т,15Х18Н12С4ТЮ

Блок электронный БЭ-1:

-- Искробезопасные входные цепи с маркировкой взрывозащиты "ExiaIIВ в

комплекте МТМ 900" (предназначены для установки вне взрывоопасных зон).

-- Диапазон рабочих температур +5...+50°С.

-- Степень защиты корпуса IР20.

Рисунок 4.14 Электрическая схема подключения МТМ 900

8) Регулятор UT550. Техническое описание в приложении.

9) Электропривод серии EL5600 для клапана Ду40



Возможна поставка электроприводов со следующими напряжениями питания 230 В, 115 В или 24 В переменного тока. Стандартное исполнение имеет релейный вход сигнала VMD (Valve Motor Drive).

При необходимости в привод может встраиваться позиционер, который позволяет принимать сигнал 4 - 20 мA или 2 - 10 В пост. тока. Стандартное исполнение включает потенциометр 1 кОм, который может использоваться совместно с позиционером, или как обратная связь с приводом VMD. Кроме этого, в привод могут встраиваться дополнительные концевые выключатели и нагреватель, предотвращающий конденсацию влаги под крышкой. См. TI-P358-06.

Приводы могут использоваться с нижеприведёнными клапанами.

5. Расчёт регулирующего органа

Исполнительное устройство (ИУ) САР предназначено для непосредственного воздействия, но объект регулирования. В общем случае ИУ состоит из исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО), где ИМ является приводной частью.

Виды ИМ:

1) электрические (электромагнитные и электродвигательные);

2) пневматические (мембранные, поршневые, лопастные);

3) гидравлические (прямоходные, поршневые).

РО является звеном САР, предназначенным для изменения расхода вещества или энергии объекта регулирования. РО делятся на две группы:

1) дозирующие -- устройство, которое изменяет расход вещества за счет изменения производительности агрегата -- питание, дозаторы, насосы, компрессоры и т.д.;

2) дроссельные -- переменные гидравлические сопротивления, изменяющие расход вещества за счет изменения свойств проходного сечения.

РО характеризуются следующими основными параметрами:

· пропускная способность;

· условная пропускная способность:

· рабочее давление;

· перепад давления на РО;

· условный проход.

В рамках данного курсового проекта был выбран дроссельный регулирующий орган. Это обусловлено сложностью управления работой паро-производительной установки, и тем, что она работает на несколько технологических процессов одновременно, обеспечивая их паром постоянного давления.

Рассчитаем РО по методу изложенному в Клюев ”Наладка средств измерений”. Исходные данные:

1) максимальный расход пара кг/ч;

2) минимальный расход пара 7000 кг/ч;

3) давление пара в магистрали МПа;

4) давление в выпарной установке ;

5) температура пара ?С;

6) внутренний диаметр трубопровода мм.

Паропровод имеет один поворот под углом 90? с радиусом загиба 0,7 м; на трубопроводе установлена запорная задвижка; разность высот начального и конечного участков . Суммарная длина паропровода Расходная характеристика РО должна быть линейной.

Расчет:

1. По таблицам водяного пара при и находим: динамическая вязкость ; показатель адиабаты ; плотность пара [4].

2. Определяем гидростатический напор, соответствующий разности уровней верхней и нижней отметок трубопровода [1] с. 278:

Определяем число Рейнольдса при [1] с. 278:

Определим условие гидравлической гладкости трубопровода [1] с. 278:

где -- шероховатость трубопровода.

Так как трубопровод в данном случае не является гидравлически гладким, то коэффициент трения ?? определяется по графической зависимости в зависимости от и . При и коэффициент трения [1] с. 275.

Находим среднюю скорость в паропроводе при максимальном расчетном расходе [1] с. 278:

Находим потерю давления на прямых участках трубопровода [1] с. 279:

Определяем потери давления в местных сопротивлениях трубопровода [1] с. 266:

Приведем табличные значения параметров: , , , [1] с. 272-273.

Тогда:



Общие потери давления в линии [1] с. 279:

3. Определяем перепад давления в РО при максимальном расчетном расходе пара [1] с. 279:

Очевидно, что при очень малых расходах потери давления в линии являются пренебрежимо малой величиной и перепад давления на РО [1] с. 279:

Таким образом, перепад на РО практически остался неизменным.

4. Так как , то находим максимальную пропускную способность РО [1] с. 280:

5. Выбираем двухседельный РО с условной пропускной способностью с [1] с. 278-279.

6. Определяем отношение перепада давления на РО при максимальном расходе [1] с. 280:

7. Так как по условию расходная характеристика должна быть линейной, то при n=0 следует выбрать РО с линейной пропускной характеристикой.

8. Определяем максимальный расход для выбранного РО [1] с. 280:

9. Определяем относительное значение расходов [1] с. 280:

10. Определяем диапазон перемещений затвора РО с линейной характеристикой при n=0 [1] с. 280:

11. Рассчитаем площадь РО:

12. Рассчитываем силу статической неуравновешенности [1] с. 280:

13. Рассчитаем крутящий момент необходимый развивать ИМ по формуле 2.2.13, где -- коэффициент запаса, учитывающий степень открытия заслонки:

6. Разработка принципиальной схемы автоматизации

Выбираем в качестве параметра для разработки принципиальной электрической схемы расход теплоносителя.

Расход измеряется расходомером 8800С с унифицированным токовым выходным сигналом 4-20 мА, который подается на первый вход контроллера UT550 через резистор R1(т.к. на вход контроллера можно подавать только 0-5В).

Температура измеряется ТСМУ Метран-274-Exd с с унифицированным токовым выходным сигналом 4-20 мА, который подается на второй вход контроллера UT550 через резистор R2(т.к. на вход контроллера можно подавать только 0-5В).

Контроллер обеспечивает каскадное ПИД-регулирование с диапазонами изменения параметрами:,,,. Выходным сигналом является аналоговый 4-20мА, который подаётся на регулирующий клапан с входом 4-20мА.

Данный контроллер может управляться как автоматически так и в ручную. Также может осуществлять как одноконтурное так и каскадное регулирование. Переключение между режимами осуществляется на понели контроллера с помощью соответствующих кнопок или с помощью клем на задней понели. Для удобства сформирован ручной пульт с кнопками для замыкания этих клем.

Схема подключения к контроллеру и его особенности изложены в приложении.

Заключение

В ходе данного курсового проекта были изучены параметры процесса, которые влияют на выход готовой продукции, а также выявлен характер этих воздействий. Для поддержания на стабильном уровне параметров упаренного раствора, были подобраны средства автоматизации и организованы контура регулирования.

Список использованных источников

1. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирование: справочное пособие / под ред. Клюева А.С. -- 2-е изд., переб. и доп. -- М.: Энергоатомиздат, 1989, 368 с.

2. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие / под ред. Клюева А.С. -- 2-е изд., переб. и доп. -- М.: Энергоатомиздат, 1990, 464 с.

3. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 1.; учебник для вузов / Дытнерский Ю.И. -- М.; ХИМИЯ, 1995, 400с.

4. Справочник химика, том 2 / Ленинград, “Химия”, 1965, 1168 с.

5. Электронный каталог продукции ООО “Промприбор”.

6. Электронный каталог продукции промышленной группы “МЕТРАН”.

Размещено на Allbest.ru