Проект автоматизации отделения ректификации установки производства стирола

1. ТЕХНОЛОГИЯ.

1.1 Общая характеристика производственного объекта.

1.1.1 Назначение установки.

1.1.2 Состав производства.

1.1.3 Разработка и проектирование процесса.

1.1.4 Область применения выпускаемой продукции.

1.2 Описание технологии проектируемого участка.

1.3 Нормы технологического режима.

1.4 Система сигнализации и блокировки.

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ.

2.1 Анализ технологического объекта, как объекта автоматизации.

2.2 Обоснование выбора полевой автоматики.

2.2.1 Выбор датчиков для измерения температуры.

2.2.2 Выбор датчиков для измерения давления.

2.2.3 Выбор датчиков для измерения расхода.

2.2.4 Выбор датчиков для измерения уровня.

2.2.5 Выбор газоанализатора.

2.2.6 Выбор исполнительного механизма.

2.3 Краткое описание микропроцессорной техники.

2.4 Выбор конфигурации микропроцессорной техники.

2.4.1 Информационное обеспечение.

2.4.2 Выбор модулей ввода-вывода.

2.4.3 Структура АСУ ТП.

2.5 Привязка к модулям УСО.

2.5.1 Привязка параметров процесса к модулям аналогового ввода.

2.5.2 Привязка параметров процесса к модулям дискретного ввода.

2.5.3 Привязка параметров процесса к модулям аналогового вывода.

2.5.4 Привязка параметров процесса к модулям дискретного вывода.

3. РАСЧЕТ САР.

3.1 Выбор и анализ основного технологического аппарата, как объекта регулирования.

3.2 Теоретические основы расчета САР.

3.2.1 Математическое описание объекта регулирования.

3.2.2 Расчёт параметров настройки регулятора.

3.2.3 Расчет каскадных САР.

3.3 Результаты расчета САР.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ.

4.1 Описание и разработка алгоритма.

4.1.1 Описание объекта управления.

4.1.2 Описание алгоритма блокировки.

4.1.3 Блок-схема алгоритма блокировки.

4.2 Разработка программы управления отсечным клапаном.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ.

5.1 Краткое описание сущности проектируемого варианта автоматизации объекта.

5.2 Расчет суммы капитальных вложений на новые средства автоматизации.

5.3 Расчет изменений затрат по материальным ресурсам.

5.3.1 Расчет изменений затрат по электроэнергии.

5.3.2 Расчет изменений затрат на ПАР-10.

5.3.3 Расчет изменений затрат на ПАР-20.

5.3.4 Расчет изменений затрат по оборотной воде.

5.4 Расчет изменений затрат по комплексным статьям калькуляции.

5.5 Составление проектной калькуляции себестоимости продукции.

5.6 Расчет показателей экономической эффективности проектного варианта автоматизации.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов.

6.2 Производственная санитария.

6.2.1 Производственный микроклимат.

6.2.2 Вентиляция.

6.2.3 Вредные вещества.

6.2.4 Освещение помещений и рабочих мест операторов.

6.2.5 Расчет искусственного освещения.

6.3 Техника безопасности.

6.3.1 Электробезопасность.

6.4 Противопожарная профилактика.

6.4.1 Основные требования по пожарной безопасности производства.

6.4.2 Способы и необходимые средства пожаротушения.

6.4.3 Характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок по пожаровзрывоопасности.

6.5 Охрана окружающей среды.

6.5.1 Экологические проблемы производства стирола.

6.5.2 Охрана окружающей среды на производстве стирола.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Спецификация на приборы и средства автоматизации.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Расчет САР (MathCA).

Установка производства стирола входит в состав цеха 126/127 ОАО «Ангарский завод полимеров». Производительность установки — 44 000 тонн в год стирола-ректификата. Введена в действие в 1974 году.

Стирол как целевой продукт предназначен для производства полимеров. Многочисленные виды полимеров на основе стирола включают полистирол (вспененный, ударопрочный), модифицированные стиролом полиэфиры, пластики АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил).

Установка производства стирола предназначена для переработки этилбензола в стирол. Находится в объекте 1477 цеха 126/127 и состоит из отделения дегидрирования этилбензола и отделения ректификации углеводородного конденсата.

В отделении дегидрирования, в реакторе происходит процесс дегидрирования этилбензола (поступающего из объекта 1476 через промежуточный парк об.1092) с образованием стирола (целевой продукт) и толуола с бензолом (побочные продукты), которые в смеси с непрореагировавшим этилбензолом образуют углеводородный конденсат (УВК). Полученный УВК поступает в объект 1092 (промежуточный парк), откуда подается опять в объект 1477 для разделения на фракции в отделении ректификации.

Получаемые фракции:

— бензолтолуольная фракция (поступает в цех 121/130);

— этилбензол возвратный (идет на повторную переработку в отделение дегидрирования через промежуточный парк об.1092);

— стирол-ректификат (поступает на склад в об.1480);

— кубовый остаток (откачивается в объект 385 химзавода ОАО «АНХК»).

Существующая система автоматизации сильно устарела физически и морально. Так как, на объекте применяется устаревшее пневматическое оборудование, схема автоматизации локальная с применением каскадных и одноконтурных систем регулирования.

В дипломном проекте предлагается заменить устаревшую систему автоматизации на современную (распределенную систему управления), тем самым повысить качество и надежность управления технологическим процессом и снизить затраты на производство.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать цели и задачи проектирования.

Цель проекта — модернизация системы управления технологическим процессом отделения ректификации производства стирола.

Задачи:

1) Повышение качества управления технологическим процессом;

2) Увеличение надежности системы регулирования;

3) Улучшение противоаварийной защиты;

4) Замена устаревшего оборудования;

5) Усиление контроля над содержанием вредных веществ в окружающей среде;

6) Снижение себестоимости производства продукции.

1. ТЕХНОЛОГИЯ.

1.1 Общая характеристика производственного объекта.

Установка производства стирола входит в состав цеха 126/127 ОАО «Ангарский завод полимеров». Производительность установки 44 000 т в год стирола-ректификата.

1.1.1 Назначение установки.

Установка производства стирола предназначена для:

— переработки этилбензола в стирол;

— приема, хранения и отгрузки товарного стирола;

— выдачи стирола на производство полистиролов;

— приема и хранения этилбензола (привозного и собственного), углеводородного конденсата (УВК), диметилформамида, продуктов освобождения и некондиционного стирола, охлаждающих жидкостей.

1.1.2 Состав производства.

Объект 1477 — установка получения стирола состоит из отделения дегидрирования этилбензола и ректификации углеводородного конденсата.

Объект 1072 — промежуточный парк для приема, компаундирования и откачки товарного стирола, поступающего из об.1477 производства стирола.

Объект 1072а — промежуточный парк для хранения этилбензола привозного и этилбензола-ректификата и для товарного стирола, поступающего из об.1477 производства стирола.

Объект 1079 — насосная для перекачки продуктов из промежуточного парка об.1072, 1072а в об.1480 и в об.1092 и налива товарного стирола и этилбензола в ЖДЦ в об.1080.

Объект 1080 — предназначен для слива из ЖДЦ привозного этилбензола, налива в ЖДЦ из емкостей об.1072, 1072а товарного стирола и этилбензола.

Объект 1092 — промежуточный парк для приема, компаундирования и откачки этилбензола — ректификата из об.1476, этилбензола привозного из об.1080 и этилбензола возвратного из об.1477, углеводородного конденсата и продуктов освобождения системы об.1477 производства стирола.

Объект 1093 — насосная для подачи (откачки) продуктов из емкостей об.1092 на производство стирола об.1477, нагрева и подачи ЖНЗ для обогрева емкостей и трубопроводов в зимнее время в объектах 1092, 1092а, 1477.

Объект 1480 — промежуточный парк, предназначенный для приема, компаундирования и откачки стирола-ректификата, поступающего из отделения ректификации об.1477 установки производства стирола, для товарного или некондиционного стирола, поступающего из об.1072 и для охлаждения циркулирующего стирола из об.1480 в об.1451 производства полистирола.

Объект 1481 — насосная для перекачки продуктов из промежуточного парка об.1480 в об.1451 производства полистирола, а также для откачки стирола в промежуточные парки об.1072 и об.1092.

1.1.3 Разработка и проектирование процесса.

Разработчик процесса — НИИ синтетического каучука, г. Воронеж.

Основной проект выполнен Воронежским филиалом Государственного проектного и научно-исследовательского института промышленности синтетического каучука ВФ «ГИПРОКАУЧУК» (г. Воронеж).

Генеральный проектировщик — Ангарский филиал научно-исследовательского и проектного института нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности — АФ «ВНИПИНЕФТЬ» г. Ангарск (ныне ОАО «АНХП»).

1.1.4 Область применения выпускаемой продукции.

Стирол — целевой продукт установки, применяется для производства полимеров. Многочисленные виды полимеров на основе стирола включают полистирол (вспененный, ударопрочный), модифицированные стиролом полиэфиры, пластики АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил).

Бензолтолуольная фракция (БТФ) — побочный продукт производства стирола, применяется как компонент бензина.

Кубовый остаток ректификации стирола (КОРС) — побочный продукт производства стирола, применяется в качестве добавки к котельному топливу.

1.2 Описание технологии проектируемого участка.

Отделение ректификации производства стирола предназначено для разделения углеводородного конденсата (УВК) на фракции. Процесс разделения происходит в трех ректификационных колоннах, где поэтапно выделяется каждая из фракций, осуществляется под вакуумом для снижения температуры кипения продуктов, содержащихся в углеводородном конденсате, что замедляет процесс полимеризации стирола.

Из парка об.1092 УВК направляется через фильтр Ф-330/1,2 (один рабочий, второй резервный) в качестве питания в ректификационную колонну К-302, проходя через Т-230 отделения дегидрирования, где подогревается химзагрязненной водой, выходящей из аппарата Т-209.

В целях предотвращения полимеризации в процессе ректификации насосами Н-341 через фильтр Ф-331/1,2 в куб колонны К-302 подается раствор ингибиторов.

Колонна К-302 — вакуумная, насадочная. Насадка выполнена в виде пакетов, изготовленных из тонкого зигзагообразного перфорированного нержавеющего листа. Внутри колонны расположены, независимо друг от друга, 4 пакета насадки типа «Флексипак», нумерация которых начинается сверху колонны. Питание в колонну К-302 вводится на отм.20,375 м между третьим и четвертым пакетом насадки.

Для создания вакуума предназначены 2 пароэжекторные установки (ПЭУ) — Н-376/1,2.

Температура в кубе колонны К-302 поддерживается с помощью кипятильника Т-303, через который циркулирует кубовая жидкость колонны при помощи насосов Н-306/1,2.

Обогрев кипятильника Т-303 производится паром Р-1,5 кгс/см², редуцированным из пара Р-3,5 кгс/см². Проходя колонну, пары бензолтолуольной фракции (БТФ) с верха колонны поступают в конденсатор Т-304, охлаждаемый оборотной водой.

Несконденсированные пары БТФ поступают из конденсатора Т-304 в конденсаторы Т-305/1,2, где охлаждаются жидкостью низкозамерзающей (ЖНЗ).

Возможно замерзание БТФ в межтрубном пространстве конденсаторов Т-305/1,2, во избежание чего предусматривается их периодическое отключение для оттаивания. Конденсат из конденсатора Т-305 стекает в трубопровод слива сборника — конденсатора Т-304, откуда насосом Н-307 подается непрерывно через агломерационный фильтр Ф-306а, частично — через фильтр Ф-330/3,4 (один рабочий, второй резервный) в колонну К-302 в виде флегмы, частично — в цех 121/130 и в схему этилбензола возвратного для поддержания необходимой концентрации БТФ в системе дегидрирования. Нижний водный слой из фильтра Ф-306а периодически дренируется в подземную емкость Е-301.

Из куба колонны К-302 кубовая жидкость с нагнетания кубовых насосов Н-306 подаётся на всас насосов Н-308 и далее на питание колонны поз. К-312.

Колонна К-312 — вакуумная, насадочная. Насадка выполнена в виде пакетов, изготовленных из тонкого зигзагообразного перфорированного нержавеющего листа. Внутри колонны расположены, независимо друг от друга, 5 пакетов насадки типа «Флексипак», нумерация которых начинается сверху колонны.

Для создания вакуума предназначены две установки Н-378/1,2, одна из которых резервная.

Колонна К-312 предназначена для выделения возвратного этилбензола из кубовой жидкости колонны К-302. Температура в кубе колонны К-312 поддерживается с помощью 2-х кипятильников Т-313/1,2, через которые циркулирует кубовая жидкость колонны при помощи насосов Н-316/1−4.

Обогрев кипятильников Т-313/1,2 производится паром Р-1,5 кгс/см², редуцированным из пара Р-3,5 кгс/см², и кипятильника Т-313/1 дополнительно паром Р-1,5 кгс/см² с производства этилбензола.

Проходя колонну, пары этилбензола с верха колонны поступают в конденсатор Т-314, охлаждаемый оборотной водой.

Несконденсированные пары этилбензола из конденсатора Т-314 поступают в конденсатор Т-315, который охлаждается ЖНЗ.

Отдувки из конденсатора Т-315 отсасываются ПЭУ Н-378/1,2.

Конденсат — этилбензол возвратный, после конденсатора Т-315 стекает в трубопровод слива сборника — конденсатора Т-314, откуда насосом Н-317/1−4 непрерывно подается частично — в виде флегмы в колонну К-312, частично — на склад промпродуктов в об.1092.

В целях предотвращения полимеризации в процессе ректификации, в питание колонны К-312 через фильтр Ф-331/3,4 (один рабочий, второй резервный) подается раствор ингибитора.

Из куба колонны К-312 кубовая жидкость с нагнетания кубовых насосов Н-316 подается на всас насосов Н-318 и далее в линию питания колонны К-322, охлаждаясь в теплообменнике Т-319. Периодически кубовая жидкость подается в узел ингибирования для приготовления раствора ингибитора.

Колонна К-322 — вакуумная, насадочная. Насадка выполнена в виде пакетов, изготовленных из тонкого зигзагообразного перфорированного нержавеющего листа. Внутри колонны, независимо друг от друга находятся 2 пакета типа «Флексипак», нумерация которых начинается сверху колонны.

Для создания вакуума предназначены ПЭУ Н-379/1,2, один из которых резервный. Колонна К-322 предназначена для выделения стирола-ректификата из кубовой жидкости колонны К-312. Температура в кубе колонны К-322 поддерживается циркуляцией кубовой жидкости насосом Н-326/1,2 через кипятильник Т-323, обогреваемый паром с давлением до 0,5 кгс/см², редуцированным из пара с давлением Р-3,5 кгс/см² и паром Р-1,5 кгс/см² производства этилбензола. Проходя колонну, пары стирола с верха колонны поступают в конденсатор Т-324, охлаждаемый оборотной водой.

Несконденсированные пары стирола из конденсатора Т-324 поступают в конденсатор Т-325, который охлаждается ЖНЗ.

Несконденсированные пары стирола отсасываются ПЭУ Н-379/1,2.

Конденсат, стирол-ректификат, после конденсатора Т-324 насосом Н-327 подается частично — в виде флегмы через фильтр Ф-330/7,8 (один рабочий, второй резервный) в колонну К-322, а остальной стирол-ректификат — на склад в об.1480 через холодильник Т-329, охлаждаемый ЖНЗ. Конденсат из конденсатора Т-325 самотеком поступает в трубопровод слива сборника-конденсатора Т-324. Кубовая жидкость колонны К-322 с нагнетания кубовых насосов Н-326 подается на всас насосов Н-328 и далее на питание роторно-пленочного аппарата К-332, в верхнюю часть для выделения смолы КОРС для последующей ее утилизации. Паровой конденсат после кипятильников Т-303, Т-313/1,2, Т-323 собирается в коллектор и направляется в сборники парового конденсата Е-240/1,2. Освобождение аппаратов от продукта установки производства стирола в аварийной ситуации и при нормальной остановке производится в емкости Е-1, Е-2, Е-3 склада промпродуктов об.1092.

1.1 1.3 Нормы технологического режима.

Нормы технологического режима представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Нормы технологического режима.

1.4 Система сигнализации и блокировки.

Сигнализации и блокировки, которые контролируют технологический процесс, представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Система сигнализации и блокировки.

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ.

2.1 Анализ технологического объекта, как объекта автоматизации.

Рассматриваемый технологический объект — ректификационная установка непрерывного действия. Целевым продуктом является стирол-ректификат, который выделяется из УВК.

Основными технологическими аппаратами являются вакуумные ректификационные колонны насадочного типа К-302, К-312, К-322. В обвязку колонн входят также теплообменные аппараты (кипятильники, конденсаторы, теплообменники) и трубопроводы, по которым осуществляется транспортировка продуктов насосным оборудованием.

Основным процессом в отделении является массообменный процесс — процесс ректификации, протекающий в колоннах. В каждой колонне, поочередно, из смеси выделяются, практически чистые, побочные и целевой компоненты (БТФ, этилбензол, стирол-ректификат и КОРС).

Так же в отделении протекают гидродинамические (транспортирование жидкостей по трубопроводам) и тепловые (нагревание и охлаждение жидкостей и газов, конденсация паров, кипение жидкостей в теплообменных аппаратах) процессы.

Для получения продукта заданного качества используется косвенный метод контроля распределения концентраций продуктов по высоте колонны — по состоянию температурного профиля колонны (изменение температуры внутри колонны в зависимости от высоты и фракционного состава).

Оптимальную форму температурного профиля колонны определяет флегмовое число для каждой колонны, согласно регламенту, а расположение профиля по высоте колонны определяется температурой на контрольной тарелке.

Материальный баланс в колоннах и стабилизация всей системы, поддерживается контролем и стабилизацией уровней в кубах колонн и в сборниках-конденсаторах.

Существующая схема автоматизации построена на локальных контурах регулирования, на устаревшем пневматическом оборудовании. Это оборудование не дает возможности полностью реализовать регулирование технологическим процессом, отвечающее современным требованиям к безопасности и качеству.

Современная распределенная система управления, в свою очередь, существенно расширяет возможности регулирования. С помощью процессорной техники можно реализовать сложные алгоритмы управления. При этом оборудование имеет высокую надежность, есть возможность резервирования. Уже внедренная система легко поддается изменениям в схемах и контурах регулирования, без замены и модернизации оборудования.

Контуры регулирования процесса:

— Расход питания К-302 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-302;

— Расход пара в Т-303 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи пара в Т-303, с коррекцией от разности температур между верхом колонны и контрольной тарелкой;

— Уровень в Е-303 регулируется по заданному значению клапаном, установленном на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-303;

— Расход флегмы в К-302 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-302;

— Откачка водного слоя из Ф306А/1,2 осуществляется клапаном периодически, при поступлении сигнала с датчика наличия влаги в Ф306А/1,2;

— Расход БТФ в цех 121/130 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи БТФ в цех 121/130, с коррекцией по уровню в Т-304;

— Расход БТФ в трубопровод этилбензола возвратного, регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи БТФ в линию этилбензола возвратного с коррекцией по уровню в Т-304 и расходу в цех 121/130;

— Расход питания К-312 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-312 с коррекцией по уровню в К-302;

— Температура питания К-312 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-309;

— Расход воды в Т-304 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-304, с коррекцией от температуры на выходе из Т-304;

— Температура на выходе из Т-305 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-305;

— Расход пара в Т-313/1,2 регулируется по заданному количеству клапанами, установленными на трубопроводах подачи пара в Т-313/1,2 соответственно, с коррекцией от разности температур между низом колонны и контрольной тарелкой;

— Уровень в Е-313 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-313;

— Расход флегмы в К-312 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-312, с коррекцией по флегмовому числу (отношение расхода дистиллята к расходу флегмы) и уровню;

— Расход этилбензола возвратного регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе откачки этилбензола возвратного с коррекцией по уровню в Т-314;

— Расход питания К-322 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-322 с коррекцией по уровню в К-312;

— Температура питания К-322 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-319;

— Расход воды в Т-314 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-314, с коррекцией от температуры на выходе из Т-314;

— Температура на выходе из Т-315 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-315;

— Расход пара в Т-323 регулируется по заданному количеству клапанами, установленными на трубопроводах подачи пара в Т-323, с коррекцией по уровню в К-322;

— Уровень в Е-323 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе отвода конденсата в Е-240 из Е-323;

— Расход флегмы в К-322 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи флегмы в К-322;

— Расход стирола-ректификата в объект 1480 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи стирола-ректификата в объект, с коррекцией по уровню в Т-324;

— Расход питания К-332 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе питания К-332;

— Расход воды в Т-324 регулируется по заданному количеству клапаном, установленным на трубопроводе подачи воды в Т-324, с коррекцией от температуры на выходе из Т-324;

— Температура на выходе из Т-325 регулируется по заданному значению клапаном, установленным на трубопроводе подачи ЖНЗ в Т-325.

В качестве модернизации существующей схемы, для улучшения качества регулирования и продукции, увеличения надежности и безопасности производства, а так же для снижения затрат на производство, предложены следующие изменения:

1) Локальные схемы регулирования температуры воды на выходе из Т-304, Т-314 и Т-324 заменены каскадными;

2) Установка регулирующих клапанов на трубопроводы подачи воды оборотной в Т-309 и в Т-319 и построение локальных схем для стабилизации температур питания колонн К-312 и К-322 соответственно;

3) Установка отсечных клапанов на трубопроводах дренирования влаги из Ф-306/1,2 по сигналу от датчиков наличия влаги;

4) Включение регулирования уровня в Т-304 расходом БТФ в трубопровод этилбензола возвратного, в случае если регулировать его с помощью расхода БТФ в цех 121/130 невозможно;

5) Стабилизация флегмового числа на К-312, с помощью регулирования соотношения расхода флегмы и дистиллята;

6) Замена схемы стабилизации абсолютной температуры на контрольной тарелке в К-312, схемой стабилизации разницы между температурой на контрольной тарелке и температурой в 5 пакете насадки;

7) Установка датчиков заполнения полостей насосного оборудования.

Кроме этого, для увеличения надежности и предупреждения аварийных ситуаций можно:

1) Внедрить систему оповещения оператора при критической скорости изменения параметра, например для уровней в Т-304, Т-314 и Т-322, не дожидаясь пока параметр достигнет максимального значения (20−80% для уровней), следовательно, у оператора будет больше времени для принятия мер;

2) В случае если нет возможности регулирования уровней в Т-304, Т-314 и Т-322 с помощью штатных систем переключаться на регулирование этих уровней расходом флегмы, тем самым исключить переполнение или опустошение сборника.

Технологией процесса предусматривается, что два раза в сутки, из куба колонны К-312 забирается часть кубовой жидкости для приготовления раствора ингибитора. При этом уровень в кубе понижается в течение примерно 10 минут на 10−15%. Это для аналогового регулятора является сильным возмущающим воздействием, следовательно, резко изменяется расход питания К-322 (каскадное управление), что крайне нежелательно. Предлагается ввести дискретное управление уровнем колонны для исключения колебаний расхода при заправке ингибиторных емкостей.

В связи с жесткими требованиями по плановой суточной выработке стирола-ректификата, желательно применение автоматического корректирования нагрузки по заданному оператором значению.

2.2 Обоснование выбора полевой автоматики.

Согласно перечню технологических параметров и нормам технологического режима, производится выбор первичных преобразователей, используемых для измерения параметров.

Выбор производится с учетом стоимости, климатического исполнения, производителя. Оборудование, находящееся вне помещений, должно иметь исполнение по температуре окружающей среды не выше -45 ⁰С по нижнему пределу. Там, где невозможно применить оборудование, приспособленное к низким температурам окружающей среды, должны быть установлены обогревающие шкафы.

Производство стирола является взрывои пожароопасным, поэтому оборудование выбирается во взрывобезопасном исполнении. Предпочтение отдается искробезопасному оборудованию, т.к. оно менее громоздко и дешевле, чем оборудование с «взрывонепроницаемой оболочкой» .

Сигналы датчиков и исполнительных устройств выбираются в виде унифицированного токового сигнала 4−20мА, т.к. он наиболее подходит к организации распределенной системы управления на базе микропроцессорной техники.

2.2.1 Выбор датчиков для измерения температуры.

Диапазон температур на автоматизируемом объекте составляет от -50 до +180.

Поэтому для измерения температур выбираются термометры сопротивления с унифицированным сигналом ТСМУ Метран — 274 в исполнении: ExiaIICT6, IP65, У1.1, V1, кроме термометров, измеряющих температуру подшипников насосов. Для них выбирается Метран-2700 в исполнении: 0ExiaIICT5X, IP65, У2, G1, из-за высокой виброустойчивости. Выходной сигнал: 4−20мА.

2.2.2 Выбор датчиков для измерения давления.

Для измерения давления в колонне выбран датчик абсолютного давления Метран-150ТА с диапазоном P=3,2ч30,4кПа и в исполнении: 0ExiaIICT5X, IP66, V2. Окружающий воздух: T= −55…+80°C. Выходной сигнал: 4−20мА.

А для измерения давления в маслобаках насосов — датчик избыточного давления Метран-150TG в исполнении: 0ExiaIICT5X, IP66, V2. Окружающий воздух: T= −55…+80°C. Выходной сигнал: 4−20мА.

2.2.3 Выбор датчиков для измерения расхода.

Для измерения расхода всех потоков выбраны комплекты для замера расхода с диафрагмой Rosemount 405C и датчиком Rosemount 3051S, так как эти комплекты достаточно компактны, имеют сравнительно невысокую стоимость и не очень требовательны к месту и положению установки. Исполнение: 0ExiaIICT4, IP66.

Выходной сигнал: 4−20мА.

Для учета стирола ректификата применяются преобразователи многопараметрические 3051SMV, которые предназначены для измерения абсолютного или избыточного давления (в том числе разрежения), разности давлений, температуры, а также вычисления объемного или массового расхода и количества пара, жидкостей и газов в рабочих условиях, объемного расхода и количества газов, приведенного к стандартным условиям (при температуре 20 °C и давлении 101 325 Па), расхода и количества тепловой энергии и удельной теплоты сгорания (для углеводородов).

2.2.4 Выбор датчиков для измерения уровня.

Вместо буйковых уровнемеров, наиболее оптимальной заменой является волноводный радарный уровнемер Rosemount 5300, который устанавливается на выносную камеру вместо штатного. С одинарным жестким зондом для измерения уровня нефтепродуктов и с коаксиальным зондом для измерения уровня парового конденсата, согласно рекомендациям завода изготовителя. Исполнение: 0ExiaIICT4X, IP67. Выходной сигнал: 4−20мА.

Кроме того, для контроля уровня в маслобаках насосов применяется вибрационный сигнализатор уровня Rosemount 2120, Выходной сигнал: 4.20 мА. Исполнение: 0ExiaIICT5, IP67.

2.2.5 Выбор газоанализатора.

В качестве анализатора воздушной среды в помещениях и на наружной территории выбран анализатор взрывоопасных концентраций СТМ-30−03. Диапазон сигнальных концентраций 0−100% НКПР. Исполнение: 1ExibllCT6. Выходной сигнал: 4…20 мА. Произведен ФГУП СПО «Аналитприбор», г. Смоленск. Этот прибор способен работать в условиях пониженных температур, в неблагоприятных климатических условиях.

2.2.6 Выбор исполнительного механизма.

Для регулирования ряда параметров применены регулирующие, запорные клапаны SAMSON-3241−1. По условиям агрессивности сред исполнительный механизм выполнен из коррозионностойкой литой стали. Так как из контроллера поступает выходной токовый сигнал 4 — 20 мА, то его нужно преобразовать в пневматический унифицированный сигнал 0.2 — 1 кгс/см², для этого используется позиционер SAMSON-4763−1, оказывающий воздействие на регулирующий клапан.

В качестве отсечного клапана выбран SAMSON-3351 Ду100, Ру16, кл.герм. VI, корпус из нержавеющей стали, Kvy 100, «НЗ» производство Samson AG, г. Франкфурт на Майне, Германия. Он управляется электромагнитным клапаном, встроенным в индуктивный сигнализатор конечных положений. Воздух питания: P=1,4…6,0кгс/см². Выходной сигнал сигнализатора: NAMUR (EN 60 947−5-6), Управляющий сигнал соленоида: 12 В. Исполнение: EExiaIICT6 X, IP65. Окружающий воздух: T= −45…+80°C. Samson AG, г. Франкфурт на Майне, Германия.

2.3 Краткое описание микропроцессорной техники.

В настоящее время существует большое множество различных контроллеров, выпускаемых отечественными и зарубежными производителями.

Выбор контроллеров должен определяться следующими критериями:

— функциональные возможности контроллера должны полностью покрывать круг задач, решаемых при автоматизации данного технологического процесса;

— характеристики контроллера, определяющие его быстродействие должны удовлетворять потребностям автоматического управления;

— количественные характеристики контроллера, определяющие число и типы входов и выходов должны быть оптимально соотнесены с информационными характеристиками процесса;

— коммуникационные характеристики контроллеров, тип сети, используемые протоколы и возможность сопряжения с имеющимися и предполагаемыми;

— объем постоянной и оперативной памяти контроллера должен быть достаточным для размещения и оптимального функционирования прилагаемого программного обеспечения. При этом должны учитываться цены контроллеров и дополнительного оборудования.

Из множества различных контроллеров выбран программируемый контроллер CENTUM CS3000R3 фирмы Yokogawa (Япония). Контроллеры данной фирмы уже достаточно часто применяются в нашем регионе, а, следовательно, накоплен большой опыт в подключении и эксплуатации контроллера этой фирмы.

Распределенная система управления CENTUM CS3000R3 открывает новую эру в классе распределенных систем управления крупнотоннажными производствами.

CENTUM CS3000R3 продолжает линию распределенных систем управления CENTUM фирмы Yokogawa. Системы управления семейства CENTUM зарекомендовали себя как надежные, отказоустойчивые и удобные в эксплуатации и обслуживании системы.

На рисунке 2.1 изображена типичная конфигурация распределенной системы управления CENTUM CS3000R3.

Рисунок 2.1 — Типичная конфигурация РСУ CENTUM CS3000R3.

Основные задачи, решаемые системами управления CENTUM:

— безопасное ведение технологических процессов;

— реализация решений задач оптимального управления;

— обеспечение устойчивости процессов регулирования;

— управление периодическими процессами;

— взаимодействие с подсистемами верхнего и нижнего уровня;

— сбор и накопление данных.

Система Centum CS3000R3 разработана для управления относительно большими производствами. CS3000R3 отличается от других систем управления семейства Centum тем, что она гибко масштабируема и организована по доменному принципу.

Основные достоинства системы CENTUM CS3000R3:

— Гибкая система резервирования, позволяющая резервировать элементы процессора, системных интерфейсов, модулей ввода/вывода и др.;

— Гибкая конфигурация каждого рабочего места оператора с возможностью независимого накопления исторической информации;

— Доменный принцип организации позволяет организовать истинно распределенное управление;

— Высокая плотность модулей ввода/вывода (64-х канальные модули дискретных сигналов);

— Высокая скорость передачи данных по внутренней шине (шина ESB, скорость 128 Мбит/с);

— Большой объем оперативной памяти контроллеров (до 32 Мбайт);

— Возможно применение 2-х экранных консолей как с ЖК-дисплеями, так и с ЭЛТ-дисплеями;

— Рабочее место оператора комплектуется сенсорной клавиатурой, позволяющей осуществить прямой доступ к любому технологическому окну путем нажатия функциональной клавиши;

— Связь с подсистемами верхнего и нижнего уровней;

— Функция виртуального тестирования, позволяющая выполнять отладку прикладного программного обеспечения, как без подключения контроллеров, так и с подключением.

2.4 Выбор конфигурации микропроцессорной техники.

2.4.1 Информационное обеспечение.

В таблицах 2.1 — 2.4 перечислены все аналоговые и дискретные входные и выходные сигналы с их характеристиками.

Таблица 2.1 — Перечень аналоговых входных сигналов.

Таблица 2.2 — Перечень дискретных входных сигналов.

Таблица 2.3 — Перечень аналоговых выходных сигналов.

Таблица 2.4 — Перечень дискретных выходных сигналов.

Далее в таблице 2.5 выведены сводные данные по сигналам, в соответствии с которыми уже подбираются модули ввода-вывода.

Таблица 2.5 — Сводная таблица сигналов.