Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы автоматизации технологических процессов являются важнейшим средством повышения производительности труда, улучшения качества продукции, - сокращения расхода материалов и энергии, сокращения количества обслуживающего персонала, улучшения организации производства и внедрения прогрессивных методов управления производством. Они снижают аварийность на производстве, увеличивают безопасность работы установок, помогают предотвращать попадание вредных отходов технологических процессов в окружающую среду, повышают к. п. д. и другие технико-экономические показатели производства. Наибольший эффект дает применение современных систем автоматизации, относящихся к классу автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Задача курсового проекта - максимально использовать возможности последних разработок и полностью автоматизировать систему управления процесса деизопентанизации установки изомеризации.

1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

Поскольку степень превращения С₅- и С₆-алканов на высокотемпературном катализаторе типа ИП-66 составляет около 50 %, изомеризацию на промышленных установках осуществляют с ректификацией реакционной смеси и циркуляции непревращенного сырья. Исходное сырье изомеризации подвергают предварительной гидроочистке и осушке. Установка изомеризации состоит из двух блоков ректификации и изомеризации. В блоке ректификации производится выделение изомеров из смеси исходного сырья и стабильного изомеризата. Реакторный блок состоит из двух параллельно работаю- секций: в одной осуществляется изомеризация н-пентанов, а в другой н-гексанов.

Принципиальная технологическая схема отечественной установки изомеризации бензиновой фракции ЛИ-150В приведена на рис. 1.1

Смесь исходного сырья, рециркули-рующего стабильного изомеризата и тощего абсорбента поступает на разделение после подогрева в теплообменниках в колонну К-1. Из этой колонны сверху отбирается изопентановая фракция, подвергающаяся дальнейшей ректификации в бутановой колонне К-2, где происходит отделение целевого изопентана от бутанов. Нижний продукт колонны К-1 поступает в пентановую колонну К-3. Нижний продукт этой колонны направляется на фракционирование в изогексановую колонну К-4, с верха которой отбирается второй целевой продукт процесса изо-гексан.

Отбираемая с верха К-3 пентановая фракция, содержащая около 91% масс, я-пентана, смешивается с водородсодержащим газом и после нагрева в трубчатой печи П-1 до требуемой температуры поступает в реактор изомеризации со стационарным слоем катализатора Р-1.

Парогазовая смесь продуктов реакции охлаждается и конденсируется в теплообменниках и холодильниках и поступает в сепаратор С -5. Циркулирующий ВСГ из С -5 после осушки в адсорбере Р-2 компрессором подается на смешение с сырьем. Изомеризат после стабилизации в колонне К -5 направляется на ректификацию вместе с сырьем. Из газов стабилизации в абсорбере К-6 извлекается изопентан подачей части гексановой фракции, отбираемой из К-4. Балансовое количество гексановой фракции поступает в аналогичную секцию изомеризации (при низком содержании н- гексана в сырье его изомеризуют в смеси с н- пентаном).

Расход водорода в процессе невелик - всего 0,1-0,3 % масс, на сырье. В зависимости от углеводородного состава прямогонной фракции н.к. - 62 ^СС октановое число изомеризата будет изменяться. Так, применительно к таковой фракции ромашкинской нефти, содержащей 27,5 % изопентана, 44,0 % /г-пентана и 26,2 % изогексанов, получается изомеризат с октановым числом около 87% [17].

Принципиальная технологическая схема установки изомеризации представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Принципиальная технологическая схема установки изомеризации пентанов и гексанов.

I - сырье; II - ВСГ; III--изопентановая фракция; IV--бутановая фракция; V-- изогексановая фракция; VI - гексановая фракция на изомеризацию; VII - жирный газ.

Функциональная схема процесса деизопентанизации установки изомеризации (колонна К-1) представлена в графической части (АПП. 000001. 026 А2).

Перечень контролируемых, регистрируемых и регулируемых параметров технологического процесса приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры технологического процесса

Позиция по функциональной схеме	Наименование параметра	Контроль	Регулирование
		показания	регистрация
1	Температура на выходе из подогревателя	+	+	-
2	Температура на входе из подогревателя	+	+	-
3	Давление на входе сырьевого насоса	+	-	-
4	Давление на выходе сырьевого насоса	+	-	-
5	Расход сырья	+	+	+
6	Температура подшипников сырьевого насоса	+	+	-
7	Частота вращения двигателя сырьевого насоса	+	+	-
8	Давление на выходе насоса ДИП фракции	+	-	-
Продолжение таблицы 1
9	Давление на входе насоса ДИП фракции	+	-	-
10	Температура подшипников насоса ДИП фракции	+	+	-
11	Частота вращения двигателя насоса ДИП фракции	+	+	-
12	Расход пара	+	+	+
13	Температура пара	+	+	-
14	Давление сырья	+	+	-
15	Температура сырья	+	+	+
16	Давление вверху колонны	+	+	+
17	Температура вверху колонны	+	+	+
18	Температура на входе в колонну	+	+	-
19	Давление в кубе колонны	+	-	-
20	Уровень в колонне	+	+	+
21	Расход ДИП фракции	+	+	-
22	Температура ДИП фракции	+	+	-
23	Концентрация ДИП фракции	+	+	-
24	Расход флегмы газообразной	+	+	-
25	Температура на выходе из дефлегматора	+	+	-
26	Уровень в сырьевой емкости	+	+	+
27	Расход флегмы на орошение	+	+	-
28	Концентрация дисцилята	+	+	-

1.2 Основные функции проектируемой системы контроля и управления

Проектируемая система контроля и управления обеспечивает выполнение следующих функций:

1) управляющие функции, выполняемые автоматически:

- автоматическое регулирование расхода сырья, расхода пара, температуры сырья, давление и температура вверху колонны, уровень в колонне и в сырьевой емкости;

- дискретное управление двигателями насосов сырья и ДИП фракции;

- технологические защиты по превышению уровня на колонне, превышение частоты оборотов двигателей на насосах сырья и ДИП фракции, температура пара, расход сырья поступающего на вход колонны.

2) управляющие функции, выполняемые оперативным персоналом с использованием средств АСУ ТП (дистанционное управление):

- ручное управление исполнительными механизмами и насосов при отказе функций автоматического управления.

3) информационные функции, выполняемые оперативно:

- контроль наличия напряжения в цепях управления приводами;

- информация об отклонении контролируемых параметров режима от нормы;

- предупредительная и аварийная сигнализация;

- регистрация и хранение обобщенной информации о характерных нестационарных режимах технологических и электрических установок.

4) функции, выполняемые обслуживающим персоналом АСУ ТП:

- регистрация дефектов, не обнаруженных системой;

- проверка правильности функционирования технических и программных средств АСУ ТП;

- переключение на резервные технические средства при отказе основных средств;

- корректировка в регламентируемых пределах динамических настроек и уставок.

2. Обоснование структуры системы управления объектом

2.1 Анализ существующей организационной структуры управления

Существующая система управления процессом деизопентанизации установки изомеризации имеет одноуровневую структуру управления. Она включает в себя датчики температуры на входе и выходе из подогревателя, датчики концентрации, расхода, температуры, установленного на трубопроводе деизопентановой фракции. Датчики температуры и расхода установленные на трубопроводе подачи пара в ребойлер. Датчики расхода, давления, температуры, установленные на трубопроводе сырья. Датчики расхода и температуры, установленные на трубопроводе верхнего продукта Регулирующие органы и исполнительные механизмы на следующих трубопроводах: подача сырья в подогреватель, деизопентановой фракции, отопительного пара, флегмы на орошение колонны, дисцилята и технологической воды. Также система электропневматических позиционеров, установленные по месту, пусковую и коммутирующую аппаратуру.

2.2 Обоснование принятой структуры управления

Проектом предусматривается модернизация системы управления с целью повышения качества, надежности и экономической эффективности.

Архитектура современной АСУТП включает четыре уровня:

На уровне 0 аналоговый интерфейс 4-20 мА заменяется коммуникационной технологией, объединяющей датчики, исполнительные механизмы и контроллеры в единую цифровую сеть Fieldbus (полевая шина или промышленная сеть). Это позволяет большое количество 2-, 3-, 4-, проводных линий связи, идущих от множества датчиков и исполнительных механизмов к каналам ввода - вывода контроллеров, заменить на один «малопроводный кабель».

На 1 уровне находятся устройства связи с объектом, которые принимают, выдают на объект группу аналоговых и дискретных сигналов, а так же имеют связь через различные адаптеры с Fieldbus, контроллерами и компьютерами. Устройства уровня 1 являются безынициативными.

На 2 уровне находятся контроллеры PLS (Programmable Logic Controller) и SoftPLS. Контроллеры типа PLS (свободно программируемые контроллеры) имеют IBM PS совместимую архитектуру.

На 3 уровне располагаются станции в виде IBM PS совместимых

промышленных компьютеров, которые обеспечивают диспетчеризацию технологического процесса и реализуют принцип безщитовой защиты.[38]

Принятая структура управления предусматривает следующие виды управления:

1) супервизорное (с использованием центральной рабочей станции для воздействия на регулирующие контроллеры для запуска, останова оборудования, регулирования уставок, отображения и хранения информации о технологических параметрах);

2) автоматическое (использование S7-400 в качестве непосредственного элемента контроля и управления);

3) ручное (дистанционное)[18].

3. Обоснование выбора технических средств АСУ ТП

При выборе технических средств для АСУ ТП, необходимо учесть следующие основные требования:

– технологические;

– системные;

– экономические;

– монтажно-эксплуатационные.

3.1 Технологические требования

Зависят от характеристики объекта автоматизации, и определяются:

а) по виду измеряемого параметра

– температура на выходе из подогревателя - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 1-1);

– температура на входе подогревателя - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 2-1);

– давление на входе сырьевого насоса - манометр показывающий МД232В (поз. 3);

– давление на выходе сырьевого насоса - манометр показывающий МД232В (поз. 4);

– расход сырья - расходомер электромагнитный серии 8700 (поз. 5-1);

– температура подшипников сырьевого насоса - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 6-1);

– частота вращения двигателя сырьевого насоса - тахогенератор с постоянными магнитами ТМГ-30П (поз. 7-1);

– давление на выходе насоса ДИП фракции - манометр показывающий МД232В (поз. 8);

– давление на входе насоса ДИП фракции - манометр показывающий МД232В (поз. 9);

– температура подшипников насоса ДИП фракции - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 10-1);

– частота вращения двигателя насоса ДИП фракции - тахогенератор с постоянными магнитами ТМГ-30П (поз. 11-1);

– расход пара - расходомер Метран-350-М (поз. 12-1);

– температура пара - термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП Метран 205 (поз. 13-1);

– давление сырья - интеллектуальный датчик давления серии Метран-100-ДИ (поз. 14-2);

– температура сырья - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 15-1);

– давление вверху колонны - интеллектуальный датчик давления серии Метран-100-ДИ (поз. 16-2);

– температура вверху колонны - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 17-1);

– температура на входе в колонну - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 18-1);

– давление в кубе колонны - манометр показывающий МД232В (поз. 19);

– уровень в колонне - волноводный уровнемер Rosemount серии 3300 (поз. 20-1);

– расход ДИП фракции - расходомер электромагнитный серии 8700 (21-1);

– температура ДИП фракции - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (22-1);

– концентрация ДИП фракции - концентратомер DIMF 2.0 TVS (23-1);

– расход флегмы газообразной - расходомер электромагнитный серии 8700 (24-1);

– температура на выходе из дефлегматора - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 (поз. 25-1);

– уровень в сырьевой емкости - волноводный уровнемер Rosemount серии 3300 (поз. 26-1);

– расход флегмы на орошение - расходомер электромагнитный серии 8700 (поз. 27-1);

– концентрация дисцилята - концентратомер DIMF 2.0 TVS (поз. 28-1).

б) по величине параметра

– температура на выходе из подогревателя 95^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– температура на входе подогревателя 105^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– давление на входе сырьевого насоса 3МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– давление на выходе сырьевого насоса 3,2МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– расход сырья 12м³/ч - расходомер электромагнитный серии 8700 нижняя граница диапазона 8,3м³/ч;

– температура подшипников сырьевого насоса 50^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…80^оС;

– частота вращения двигателя сырьевого насоса 3000об/мин - тахогенератор ТМГ-30П с диапазоном до 4000об/мин;

– давление на выходе насоса ДИП фракции 3,6МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– давление на входе насоса ДИП фракции 3,3МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– температура подшипников насоса ДИП фракции 50^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…80^оС;

– частота вращения двигателя насоса ДИП фракции 3000об/мин - тахогенератор ТМГ-30П с диапазоном до 4000об/мин;

– расход пара 5м³/ч - расходомер Метран-350-М нижняя граница диапазона 4,2м³/ч;

– температура пара 195^оС - термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП Метран 205 с рабочим диапазоном -50…500^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…220^оС;

– давление сырья 3,2МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– температура сырья 90^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– давление вверху колонны 3,3МПа - датчик давления Метран-100-ДИ с диапазоном 0…4МПа;

– температура вверху колонны 77^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– температура на входе в колонну 90^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– давление в кубе колонны 0,5МПа - манометр показывающий МД232В с рабочим диапазоном 0…4МПа;

– уровень в колонне 1-10м - волноводный уровнемер Rosemount серии 3300 диапазон 0,1…23,5м;

– расход ДИП фракции 8м³/ч - расходомер электромагнитный серии 8700 нижняя граница диапазона 5,3м³/ч;

– температура ДИП фракции 105^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…120^оС;

– концентрация ДИП фракции 55% - концентратомер DIMF 2.0 TVS диапазон 0…5000кг/м³;

– расход флегмы газообразной 40м³/ч - расходомер электромагнитный серии 8700 нижняя граница диапазона 8,3м³/ч;

– температура на выходе из дефлегматора 50^оС - термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран 203 с рабочим диапазоном -50…150^оС и нормирующий преобразователь 200Н-22 с диапазоном 0…80^оС;

– уровень в сырьевой емкости 5,5м - волноводный уровнемер Rosemount серии 3300 диапазон 0,1…23,5м;

– расход флегмы на орошение 8м³/ч - расходомер электромагнитный серии 8700 нижняя граница диапазона 5,3м³/ч;

– концентрация дисцилята 87% - концентратомер DIMF 2.0 TVS диапазон 0…5000кг/м³.

в) по характеру измеряемой среды были выбраны приборы для работы с сырой нефтью и нефтепродуктами. Для управления шаровыми регулирующими клапанами будем использовать электропневматические позиционеры.

г) по характеру окружающей среды было выбрано климатическое исполнение прибора по ГОСТ 15150. Например, был выбран термопреобразователь сопротивления медный ТСМ Метран - 203 с климатическим исполнением У1.1 - для работы при значениях температуры окружающего воздуха от - 45 до + 70С

3.2 Системные требования

автоматический управление контроллер проводка

При выборе технических средств автоматизации были учтены следующие системные требования:

- серийность выпуска технических средств - в основном на рынке представлена продукция Промышленной группы (ПГ) «Метран», ЗАО «Взлет», НПП «Элемер», АО «Теплоприбор», а также контроллеры фирм Siemens;

- степень функционального развития - многофункциональность, модификация и комплектность поставки;

- вид потребляемой энергии - электрические, пневматические, комбинированные;

- унификация входных и выходных сигналов - преобразователи с унифицированным выходным токовым сигналом 4-20 мА и пневматическим сигналом - 0,2-1 МПа;

- метрологические характеристики - приборы с классом точности до 0,5 и допускаемой основной погрешности ±0,25;

- взрывозащита - не взрывозащищенные приборы;

- надежность - средняя наработка на отказ для датчиков давления (Метран-100) - 150000 ч, для расходомеров (Метран-350) - 150000 ч; гарантийный срок для датчиков давления - 12 лет, для расходомеров - 18 лет, для датчиков температуры - 5 лет;

- энергетические параметры - напряжение 220В, 50Гц;

- взаимозаменяемость составных частей - блочно-модульный принцип построения;

- закон регулирования - ПИД-закон;

3.3 Экономические требования

Экономические требования определяются стоимостной категорией и оптимальными соотношениями “цена/качество”, “цена/параметры”, “цена/ производительность”, затраты на монтаж, сервисное обслуживание и др.

Так как в проекте мы не ограничены в финансовых аспектах, то экономические требования при выборе технических средств не учитывались [18].

3.4 Монтажно-эксплуатационные требования

При выборе технических средств автоматизации были учтены следующие монтажно-эксплуатационные требования:

а) особенности установки на объекте, технологическом трубопроводе, в непосредственной близости от технологического оборудования;

б) габаритные размеры монтажной части;

в) удобство монтажа, эксплуатации и ремонта

Комплекс технических средств по своему составу, функциональным и техническим возможностям должен быть достаточным для реализации поставленных задач [31,32]

При выборе контроллера, учитывались следующие требования:

а) мощность - мощность SIMATIC S7-400 складывается из высокой вычислительной мощности, способности работать в локальных и глобальных вычислительных сетях, набора встроенных функций, всеобъемлющей диагностики, парольной защиты.

б) универсальность - для SIMATIC S7-400:

– широкий спектр центральных процессоров, сигнальных, функциональных, коммуникационных и интерфейсных модулей;

– интерфейс обмена данными со всеми изделиями семейства SIMATIC;

– наличие центральных процессоров для построения систем противоаварийной защиты и автоматики безопасности.

в) удобство обслуживания - конструкция SIMATIC S7-400 удобная в обслуживании:

– все модули легко устанавливаются на профильную рейку S7-400;

– единая для всех модулей глубина установки;

– произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках [39].

3.5 Выбор технических средств АСУ ТП

Учитывая выше перечисленные требования, были выбраны следующие технические средства:

– для измерения температуры: на входе и выходе из подогревателя, подшипников двигателей насосов сырья и ДИП фракции, сырья, на входе и вверху колонны, ДИП фракции, на выходе из дефлегматора используем термопреобразователь сопротивления ТСМ Метран 203 [21] нормирующий преобразователь с монтажом на DIN рейку 2000Н-22 [22];

– для измерения температуры пара используем термопреобразователь сопротивления ТСП Метран 205 [21] нормирующий преобразователь с монтажом на DIN рейку 2000Н-22 [22];

– для измерения давления: сырья и вверху колонны используем датчик избыточного давления Метран-100ДИ [19];

– для измерения давления: на входе и выходе из насосов сырья и ДИП фракции, в кубе колонны используем манометр показывающий МД232В [36];

– для измерения расхода: сырья, ДИП фракции, флегмы на орошение, флегмы газообразной используем расходомер электромагнитный серии 8700 [20];

– для измерения расхода пара используем расходомер электромагнитный Метран-350 [20];

– для измерения частоты вращения двигателей насосов сырья и ДИП фракции используем тахогененераторы с постоянными магнитами ТМГ-30П [40];

– для измерения уровня в колонне и во флегмовой емкости используем волноводный уровнемер Rosemount серии 3300 [23];

– для измерения концентрации ДИП фракции и дисцилята используем концентратомер DIMF 2.0 TVS [33].

Для обеспечения супервизорного управления используется микроконтроллер Simatic S7-400.

Выбранные технические средства удовлетворяют всем требованиям технологического процесса и приведены в приложении А.

4. Особенности монтажа и эксплуатации системы

При подготовке монтажной организации к производству работ должны быть:

– получена рабочая документация;

– разработан и утвержден проект производства работ;

– произведена приемка строительной и технологической готовности объекта к монтажу систем автоматизации;

– произведена приемка оборудования (приборов, средств автоматизации, щитов, пультов, агрегатных и вычислительных комплексов АСУ ТП), изделий и материалов от заказчика и генподрядчика;

– произведена укрупнительная сборка узлов и блоков;

– выполнены предусмотренные нормами и правилами мероприятия по охране труда и противопожарной безопасности.

Монтаж систем автоматизации должен производиться в соответствии с рабочей документацией с учетом требований предприятий-изготовителей приборов, средств автоматизации, агрегатных и вычислительных комплексов, предусмотренных техническими условиями или инструкциями по эксплуатации этого оборудования.

Работы по монтажу должны осуществляться в две стадии.

На первой стадии следует выполнять: заготовку монтажных конструкций, узлов и блоков, элементов электропроводок и их укрупнительную сборку вне зоны монтажа; проверку наличия закладных конструкций, приемов, отверстий в строительных конструкциях и элементах зданий, закладных конструкций и отборных устройств на технологическом оборудовании и трубопроводах, наличие заземляющей сети; закладку в сооружаемые фундаменты, стены, полы и перекрытия труб и глухих коробов для скрытых проводок; разметку трасс и установку опорных и несущих конструкций для электрических и трубных проводок, исполнительных механизмов, приборов.

На второй стадии необходимо выполнять: прокладку трубных и электрических проводок по установленным конструкциям, установку щитов, приборов и средств автоматизации, подключение к ним трубных и электрических проводок, индивидуальные испытания.

4.1 Монтаж датчиков давления (Метран-100-ДИ, МД232В)

Датчики устанавливаются только таким образом, чтобы подвод давления осуществлялся снизу. Места установки датчика должны обеспечивать удобные условия для обслуживания и демонтажа.

Для монтажа следует применять кабели контрольные с резиновой изоляцией. Допускается применение других кабелей с сечением жилы не более 1,5 мм². Допускается совместная прокладка в одном кабеле цепей питания датчика и выходного сигнала с использованием изолированных жил с сопротивлением изоляции не менее 50 МОм. Экранировка цепей выходного сигнала от цепей питания не требуется. При прокладке линии связи вдлизи электроустановок мощностью более 0,5 кВт рекомендуется применение экранированного кабеля с изолирующей оболочкой [19].

4.2 Монтаж расходомера переменного перепада давления (Метран 350)

Расходомеры Метран 350 в интегральном исполнении (монтаж датчика давления непосредственно на сенсоре) не требуют дополнительно первичных линий связи, монтажного оборудования и другой арматуры.

Базовый вариант монтажа расходомера следующий (представлен на рисунке 2): в месте установки в трубопроводе сверлится отверстие, на этом месте приваривается соединитель, и после установки расходомер готов к работе [20].



Рисунок 2 Схема монтажа расходомера

4.3 Монтаж термометра сопротивления (ТСМ Метран 203, ТСП Метран 205)

Монтаж приборов для измерения температуры на технологических трубопроводах и оборудовании выполняется, как правило, с помощью специальных закладных конструкций - бобышек. Бобышка приварная - это деталь, привариваемая к технологическому трубопроводу или аппарату, имеющая резьбу (или без резьбы) для закрепления первичного измерительного преобразователя.

Способ монтажа прибора для измерения температуры на технологических трубопроводах или оборудовании зависит от диаметра трубопровода, конструктивных особенностей оборудования, места установки и габарита прибора. Если диаметр трубопровода и длина чувствительного элемента прибора обеспечивают необходимую глубину погружения, то монтаж осуществляется непосредственно на трубопроводе с помощью примой или скошенной бобышки. Если длина прибора значительно больше диаметра трубопровода, то применяют специальные устройства, увеличивающие, в месте установки прибора диаметр трубопровода.

При монтаже термометров сопротивления (ТС) для обеспечения нормальной их работы должны быть соблюдены следующие технические требования:

– конец погружаемой части ТС должен размещаться для платиновых термометров на 50-70 мм ниже оси измерительного потока, для медного - на 25-30 мм;

– на трубопроводах диаметром 500 мм и меньше ТС необходимо устанавливать в специальных расширителях;

– рабочая часть поверхностных ТС должна плотно прилегать к измеряемой поверхности на возможно большей площади;

– монтаж термометра должен выполняться с учетом уменьшения утечки и притока тепла извне к чувствительному элементу. Выступающая часть ТС при температуре окружающей среды выше 50 ?С должна быть изолирована, а от нагрева излучением - экранирована;

– сечение соединительных проводов должно быть в пределах 1-1,5 мм³;

– ТС должны устанавливаться в местах, где поток измеряемой среды не нарушается открытием близрасположенной запорной и регулирующей арматуры, подсосом наружного воздуха через неплотности;

– подвод проводов к ТС, как правило, должен осуществляться в металлорукавах длиной не менее 500 мм. Разрешается непосредственное подсоединение защитной трубы к головке термометра, при этом должно предусматриваться разъемной соединение [30].

4.4 Монтаж уровнемеров (3301)

Как правило, датчик уровнемера монтируется при помощи фланца или резьбы на патрубке, расположенном в верхней части резервуара. При этом зонд может быть установлен под углом до 90° от вертикали. Кроме того, корпус датчика можно повернуть в любом направлении на 360° для удобства пользователя. Зонд должен быть подвешен так, чтобы он перекрывал весь необходимый диапазон измерений уровня.

Для обеспечения наилучших условий измерения перед монтажом датчика требуется учесть следующее:

- в области труб, через которые производится налив в резервуар, образуется турбулентность. Датчик следует размещать как можно дальше от них;

- максимально рекомендуемая высота патрубка для установки датчика составляет 10 см + диаметр патрубка;

- следует избегать контакта зонда с мешалками, а также установки зонда в областях сильного течения жидкости (за исключением крепления зонда ко дну резервуара);

- для стабилизации положения зонда в условиях бокового воздействия среды, рекомендуется фиксировать зонд ко дну либо использовать направляющие приспособления;

- выбирайте длину зонда в соответствии с требуемым диапазоном измерений. Зонд можно укоротить в полевых условиях;

- контакт зонда со стенкой резервуара, патрубком либо любым другим объектом внутри резервуара допускается только при использовании коаксиального зонда. [23].

4.5 Монтаж электронного плотномера DIMF 2.0 TVS

При монтаже следует учесть:

- диаметр трубы должен быть не менее 100 мм. При необходимости диаметр трубы может бить изменен в песте измерения для достижения желаемой скорости потока;

- Поток массы в трубопроводе не должен быть турбулентным;

- труба должна, иметь достаточно длинные прямые участки до, и после места установки преобразователя;

- преобразователь устанавливают в угол 90° относительно оси насоса в сторону

массной трубы, т.е. в сторону, куда масса течет из насоса, и после колена трубы в сторону наружного изгиба трубы [33].

4.6 Монтаж исполнительных устройств

Исполнительные механизмы монтируются в строгом соответствии с проектом в хорошо освещенных местах, не подверженных вибрации. Места установки исполнительных механизмов должны находиться вблизи регулирующих органов. Исполнительные механизмы устанавливают на полу на специальных подставках или на кронштейнах, которые в свою очередь закрепляют на стенах, колоннах и других несущих конструкциях зданий.

Конструкция крепления исполнительных механизмов должна быть жесткой с учетом массы механизма и развиваемых им усилий.

Пневматические исполнительные механизмы с электропневмотическим позиционером конструктивно объединены с регулирующими органами, поэтому их устанавливают организации, монтирующие технологические трубопроводы.

Исполнительные механизмы устанавливают вертикально, позиционером вверх. К технологическому трубопроводу их присоединяют на фланцах или на конической резьбе в зависимости от конструкции исполнительного механизма. Исполнительные механизмы с регулирующими органами сочленяют жесткими тягами. Сжатый воздух подается по поливинилхлоридным трубкам, которые присоединяют к штуцерам механизма с помощью ниппеля с накидной гайкой [24].

4.7 Монтаж щитов

Щиты должны передаваться заказчиком в законченном для монтажа виде с аппаратурой, арматурой и установочными изделиями, с электрической и трубной внутренней проводками, подготовленными к подключению внешних электрических и трубных проводок и приборов, а также с крепежными изделиями для сборки и установки щитов на объекте.

Отдельные щиты должны собираться в составные щиты (операторские, диспетчерские) любой конфигурации при помощи разъемных соединений. Крепежные резьбовые соединения должны быть плотно и равномерно затянуты и предохранены от самоотвинчивания.

Щиты должны устанавливаться на закладных конструкциях. Исключения составляют малогабаритные щиты, размещаемые на стенах и колоннах. Основной способ закрепления опорных рам щитов к закладным конструкциям - неразъемный, осуществляемый сваркой. Щиты при установке должны быть выверены по отвесу, после чего закреплены. Установка вспомогательных элементов (панелей декоративных, мнемосхем) должна производиться с сохранением осевых линий и вертикальности всей фронтальной плоскости щита.

С целью повышения уровня индустриализации монтажных работ следует, как правило, применять индустриальные помещения автоматики, включая комплектные операторские помещения комплектные пункты датчиков. Индустриальные помещения автоматики должны поставляться на объект со смонтированными щитами, трубными и электрическими проводками. На объекте должны выполняться работы только по подключению внешних трубных и электрических проводок [16].

Условия эксплуатации щитов в части воздействия на них механических факторов внешней среды должны соответствовать группе М1 по ГОСТ 17516-72 (отсутствие толчков, ударов и сильной тряски); воспринимаемая щитами вибрация не должна превышать 35 Гц при ускорении 0,5g.

Вводы электрических проводок в щиты должны выполняться - снизу и сверху.

При установке электрической аппаратуры и приборов в щитах между открытыми токоведущими элементами разных фаз рядом стоящих приборов и аппаратов, а также между элементами и неизолированными металлическими частями должны быть обеспечены расстояния не менее 20 мм -по поверхности изоляции и 12 мм - по воздуху.

Щиты должны иметь узлы заземления, позволяющие присоединить заземляющие проводники из цветных металлов и стальные заземляющие проводники [24].

4.8 Монтаж контроллера

Устанавливается и монтируется контроллер в щите, чтобы избежать внешних механических воздействий, также в щите монтируются проводки подключения к контроллеру от датчиков и приборов.

Монтаж модулей производится на профильной шине.

Для монтажа профильной шины следует:

– поместить профильную шину так, чтобы оставалось достаточно места для монтажа и охлаждения модулей;

– разметить на монтажной поверхности и просверлить крепежные отверстия;

– привинтить профильную шину к основанию.

Для монтажа модулей на профильной шине следует навешивать модули на профильную шину, начиная слева, в следующей последовательности: блок питания, CPU, сигнальные модули, функциональные модули, коммуникационные модули, интерфейсные модули [41].

4.9 Монтаж внешних электрических и трубных проводок

Электропроводки вне щита проложены по кратчайшим расстояниям между датчиками и щитом, перекрытиями и колоннами в местах, доступных для монтажа и обслуживания, в местах без резких колебаний температуры окружающего воздуха и возможно дальше от технологического оборудования и трубопроводов, электрооборудования, силовых и осветительных линий, а так же от мест, где возможны сотрясения, вибрация или механические повреждения. Все элементы проводок проложены с учётом удобства их монтажа и эксплуатации, а так же исключения опасных механических натяжений и возможных повреждений.

Монтаж электропроводок выполнен изолированными проводами с помещением их в стальные защитные короба, проложенные по конструкциям зданий.

При монтаже электропроводок производится маркировка кабелей, пучков проводов. Маркировку выполняют маркировочными бирками.

Маркировочные бирки устанавливают:

на кабелях с обеих сторон проходов через стены и перекрытия;

- на пучках проводов в коробах, где пучок разветвляется или проходит в другое помещение.

Маркировочные надписи на коробах нанесены в местах, где заканчивается непрерывная линия коробов в пределах каждого помещения. Жилы кабелей и проводов промаркированы у контактов в щитах и у контактов приборов и средств автоматизации.

Открытые проходы в стенах и перекрытиях для одиночных кабелей или небольшой группы кабелей выполняют посредством гильз (отрезков труб), заделанных в стены или перекрытия [24].

Открытые проходы для групповых электропроводок имеют вид обрамлённых проёмов, допускающих замену проводок без нарушения стены или перекрытия в месте прохода.

Открытые проходы через наружные стены или через стены между отапливаемыми и неотапливаемыми помещениями, уплотняют цементными и другими негорючими растворами (для проемов) и мастиками (для гильз).

Открытые проходы электропроводок в стальных коробах осуществляется посредством отрезка короба, крышка которого приваривается. Сам отрезок короба приваривается к обрамлению проёма, после чего проём заделывают цементным раствором. [24]

4.10 Соединение контроллера с внешними устройствами

Кабельные связи, соединяющие S7-400 с датчиками и исполнительными механизмами, подключаются к ним через разъемы и клеммную колодку в виде кабельных связей и жгутов вторичной коммутации. Прокладка кабелей и жгутов должна отвечать требованиям действующих «Правил устройства электроустановок» [41].

Не допускается объединять в одном кабеле (в жгуте) цепи, по которым передаются входные аналоговые и сильноточные выходные дискретные (импульсные) сигналы.

Экранировать входные и выходные дискретные (импульсные) кабельные цепи требуется. Необходимость в экранировании кабелей, по которым передается аналоговая информация, зависит от длины связей и от уровня помех в зоне прокладки кабеля.

5. Пояснения к графической части проекта

5.1 Схема функциональная (АПП. 000001. 026 А2)

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта.

В рассматриваемой функциональной схеме автоматизации отборные и исполнительные устройства, датчики, преобразователи, а также микроконтроллер расположены с учётом удобства монтажа, технического обслуживания и эксплуатации для обслуживающего персонала.

На схеме технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображены условными обозначениями в соответствии со стандартом, детали трубопроводов, арматура, теплотехнические и санитарно-технические устройства и аппаратура показаны условными обозначениями. Условные графические изображения приборов и средств автоматизации, параметры технологического процесса обозначены по стандартам.

При реализации функциональной схемы использовались следующие стандарты и нормативные документы [1,2,3,8,9,10,11,12].

5.2 Схема принципиальная электрическая питания (АПП. 000002. 026 Э3)

Схема электрическая питания щита автоматизации служит для подвода электроэнергии 220 В к блокам питания преобразователей, которые в свою очередь обеспечивают подачу питания 36В к преобразователям, а также для питания приборов напряжением 220В, установленных на щите автоматизации и контроллера.

Подвод питания в щит автоматизации осуществляется через автоматический выключатель QF, который служит общим вводным выключателем.

Выбор вводного автоматического выключателя QF1 производится по номинальному току и напряжению с соблюдением следующих условий

U_н.а ? U_н.с, (1)

I_н.а ? I_длит, (2)

где U_н.а - номинальное напряжение автомата, В;

U_н.с - номинальное напряжение сети, В;

I_н.а - номинальный ток автомата, А;

I_длит - длительный расчетный ток линии, А [26].

Длительный расчетный ток линии I_длит для однофазных приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока рассчитываем по формуле

I_длит = 1000*Р / U_н.ф, (3)

где U_н.ф - номинальное фазное напряжение, В;

Р - номинальная мощность электроприемника (или группы электроприемников), кВт [26].

Общая потребляемая мощность всех приборов щита составляет 211 Вт, номинальное напряжение сети равно 220 В.

Определим длительный расчетный ток линии

I_длит = 1000*0,211/220 =0,95А.

Исходя из полученного значения I_длит и условий (1), (2) выбираем[37] в качестве вводного автоматического выключателя

QF1 АК 63-1МГ-9г щита автоматизации выключатель автоматический c U_н.а = 220 В и I_н.а = 2 А.

Подвод питания внутри щита автоматизации остальных потребителей осуществляется через однофазные автоматические выключатели SF1-SF12

АЕ 2013М-200-00Х3, которые установлены для каждого прибора или датчика.[37]

Для приборов и устройств с напряжением питания равным 36 В и 24В постоянного тока устанавливаются блоки питания.

Схема отражает способы подключения измерительных преобразователей к контроллеру.

Для проектирования схемы используются [1,2,3,5,7,8,11,13].

5.3 Схема принципиальная пневматическая питания (АПП. 000003. 026 П3)

Принципиальные пневматические схемы питания составляются на основании принятых решений в функциональной схеме.

На принципиальных пневматических схемах питания показывают принятую для данной системы автоматизации схему обеспечения энергией сжатого воздуха пневматических приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры.

В качестве источника питания для пневматических систем автоматизации используют энергию сжатого воздуха от воздушных компрессорных установок систем воздухоснабжения промышленных предприятий. Однако надежная работа систем пневмоавтоматики может быть обеспечена только при условии, что из системы воздухоснабжения в схему пневмопитания сжатый воздух поступает со следующими параметрами:

– температура 10-50°С;

– давление 0.2-1.0 МПа;

– влажность - температура точки росы сжатого воздуха - 40°С.

Для обеспечения этих параметров сжатый воздух, поступающий из систем воздухоснабжения, проходит специальную воздухоподготовку, предусматривающую очистку от пыли и масла. После редуктора давления РДФ-1 сжатый воздух поступает на электропневматические позиционеры [42].

5.4 Схема принципиальная электрическая подключения (АПП. 000004. 026 Э3)

Основанием для разработки являются функциональная схема, принципиальная электрическая и пневматическая схемы питания, а также схемы соединений и подключений аппаратуры в соответствии с инструкциями заводов изготовителей.

При реализации принципиальной схемы подключения использовались следующие стандарты [5,7,8,11].

5.5 Щит автоматизации. Общий вид (АПП. 000005. 026 ВО)

В курсовом проекте предусмотрен щит панельно-каркасный для установки контроллера ЩШ-ЗД-I-2200Ч1000Ч800 УХЛ3.1 ОСТ 36.13-90.

Компоновка электроаппаратуры (автоматических выключателей) и установочных изделий (блока питания и микроконтроллеров) внутри щита была выполнена с учетом конструктивных особенностей этих изделий и обеспечения удобства монтажа и эксплуатации, согласно функциональному принципу размещения с учетом требований эстетики.

При изображении использовались следующие стандарты и нормативные документы [1,2,3,11,14,16].

5.6 Схема внешних проводок (АПП. 000008. 026 С5)

Схема соединения внешних проводок выполнена на основании функциональной схемы автоматизации и электрической схемы подключения контроллера.

Схема отражает условные обозначения приборов и средств автоматизации, щита автоматизации, соединительные коробки, линии электрических проводок, материалы, трубные обвязки измерительных преобразователей с запорной арматурой, линии заземления, а также перечень монтажных материалов.

Для измерительных цепей применяется контрольный кабель с медными жилами, изоляцией и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката КВВГ 41,0. Для защиты контрольных и питающих кабелей используются электросварные трубы.

Выбор труб производится исходя из условия

D 1,65*d, (5)

где D - внутренний диаметр трубы, мм;

d - диаметр проводников, мм [26].

Данное условие справедливо для I категории сложности протяжки и одного, прокладываемого в трубе проводника. Например, определим внутренний диаметр электросварной трубы для прокладки одного кабеля КВВГ 41,0 с внешним диаметром 8,0 мм при I категории сложности протяжки.

D 1,65*8,0 = 13,2 мм.

Выбираем трубу электросварную Тр 201,6, внутренний диаметр которой равен 16,8 мм.

Остальные защитные трубные проводки выбираются аналогичным способом.

В качестве импульсных труб, производящих отбор измеряемой среды для датчиков давления и уровня, используется труба стальная бесшовная Тр 142 [26].

Для прокладки и защиты от механических повреждений большого числа кабелей применяются короба. В курсовом проекте предусмотрен короб для контрольных кабелей.

Для выбора короба контрольных кабелей необходимого сечения необходимо воспользоваться формулой

S ? n*d²_ср / k, (6)

где S - площадь поперечного сечения короба, мм²;

n - число проводников;

d_ср - усредненный диаметр проводника, мм;

k - коэффициент заполнения, равный 0,6 [27].

Поскольку в коробе прокладываются кабели с различными наружными диаметрами, то необходимо рассчитать усредненный диаметр проводника, который находится по формуле

d_ср = (d₁*n₁ + d₂*n₂ + …+ d_m*n_m )/( n₁+ n₂+…+n_m), (7)

где d₁, d₂,…d_m - наружные диаметры проводников, мм;

n₁, n₂,...n_т - число проводников [27].

В коробе контрольных кабелей проложено 20 кабелей КВВГ 41,0 (d₁ = 8 мм).

Рассчитаем усредненный диаметр проводника

d_ср = (20*8+1*10,0+1*12,3)/(20+1+1) = 8,28 мм.

Определяем тип короба для прокладки контрольных кабелей с помощью формулы (6)

S ? 22*8,28 ²/ 0,6 = 2493,5 мм².

Исходя из полученных данных, выбираем секцию прямую СП 50502000 [35].

Для проектирования схемы используются стандарты и нормативные документы [1,2,3,9,12,13].

Заключение

В курсовом проекте рассмотрены вопросы проектирования процесса деизопентанизации установки изомеризации. В частности спроектирована функциональная схема технологического процесса с использованием современных средств автоматизации. На основе данной схемы разработаны схема подключения и схема общего вида щита, а также схема внешних проводок.

Составлены заказная спецификация оборудования и материалов, а также таблица соединений и подключения проводок.

В первом разделе приведена характеристика объекта автоматизации. Выполнено описание технологического процесса с указанием параметров и их пределов, и дана характеристика функции АСУ ТП на установке изомеризации.

Во втором разделе произведен анализ существующей системы управления технологическим процессом и рассмотрены применяемые уровни АСУ ТП.

В третьем разделе произведено обоснование выбора технических средств АСУ ТП с учетом основных требований, предъявляемых к ним.

В четвертом разделе рассматриваются способы и особенности монтажа, используемых средств автоматизации.

В пятом разделе приводится пояснение к графической части с указанием ссылок на используемые при их проектировании источники и нормативные документы.

Библиографический список

1 ГОСТ 2.301-68. Форматы [Текст]. - Взамен ГОСТ 3450-60; введ. 01-01-71. - М. : Изд-во стандартов, 1984. - С. 3-4. - (Единая система конструкторской документации).

2 ГОСТ 2.303-68. Линии [Текст]. - Взамен ГОСТ 3456-59; введ. 01-01-71. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - С. 6-11. - (Единая система конструкторской документации).

3 ГОСТ 2.304-81. Шрифты чертежные [Текст]. - введ. 01-01-82. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - С 12-32. - (Единая система конструкторской документации).

4 ГОСТ 2.701-84. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.701-79; введ. 01-07-85. - М. : Изд-во стандартов, 1987. - 15 с. - (Единая система конструкторской документации).

5 ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.702-69; введ. 01-07-77. - М. : Изд-во стандартов, 1987. - 31 с. - (Единая система конструкторской документации).

6 ГОСТ 2.704-76. Правила выполнения гидравлических и пневматических схем [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.704-68; введ. 01-07-78. - М. : Изд-во стандартов, 2000. - 12 с.: черт. - (Единая система конструкторской документации).

7 ГОСТ 2.709-89. Обозначения условные проводов и контактных соединений электрических элементов, оборудования и участков цепи в электрических схемах [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.709-72; введ. 01-01-90. - М. : Изд-во стандартов, 1989. - 10 с. - (Единая система конструкторской документации);

8 ГОСТ 2.710-81. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.710-75; введ. 01-07-81. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - С. 116-130. - (Единая система конструкторской документации).

9 ГОСТ 2.721-74. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения [Текст]. - Взамен ГОСТ 2.721-68, ГОСТ 2.783-69; введ. 01-07-75. - М. : Изд-во стандартов, 1974. - 22 с. - (Единая система конструкторской документации).

10 . ГОСТ 2.785-70. Обозначения условные графические. Арматура трубопроводная [Текст]. - Взамен ГОСТ 11628-65, ГОСТ 3463-46; введ. 01-01-71. - М. : Изд-во стандартов, 2002. - С. 27-31. - (Единая система конструкторской документации).

11 . ГОСТ 21.101-97. Основные требования к проектной и рабочей документации [Текст]. - Взамен ГОСТ 21.101-93; введ. 01-04-98. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - 5 с. - (Система проектной документации для строительства).

12 . ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах [Текст]. - введ. 01-07-71. - М. : Изд-во стандартов, 1985. - 10 с. - (Система проектной документации для строительства).

13 . ГОСТ 21.408-93. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов [Текст]. - введ. 01-12-94. - М. : Изд-во стандартов, 1987. - 15 с. - (Система проектной документации для строительства).