Разработка функциональной схемы автоматизации процесса производства динитронафталина

Содержание

Введение

Краткая характеристика объекта автоматизации Основные технические решения по автоматизации Описание функциональной схемы автоматизации Заключение Литература

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также их чувствительностью к нарушению режима, вредностью условий работы, взрывои пожароопасностью перерабатываемых веществ и т. д.

При создании системы автоматизации технологического процесса одним из основных проектных документов является функциональная схема автоматизации (ФСА). Выполнение ФСА требует знакомства с рядом ГОСТов и руководящих материалов. Разработка при выполнении курсового проекта ФСА носит своей целью практическое ознакомление с принципами составления ФСА, а также знакомство с современным комплексом технических средств.

Краткая характеристика объекта автоматизации

Начальные положения: станция управления технологической линией синтеза расположена на расстоянии более 700 м, процесс — взрыво-пожароопасный.

В нитратор НР из напорных баков НБ1 и НБ2 непрерывно через диафрагмовые дозаторы подается мононитронафталин и кислотная смесь.

В нитраторе НР поддерживается температура 400С. Охлаждение производится подачей в нитратор с помощью насоса НС предварительно охлажденной в теплообменнике Т отработанной кислоты. Из нитратора НР реакционная масса непрерывно поступает на барабанный вакуум-фильтр ВФ1, где производится отжим отработанной кислоты. Последняя поступает в вакуум-приемник отработанной кислоты ВП1. Продукт (динитронафталин) в вакуум-фильтре ВФ1 срезается ножом и попадает в репульпатор РП, где смешивается с водой, подаваемой из напорного бака НБ3.

Продукт в смеси с водой подается на вакуум-фильтр ВФ2. На нем производится отжим кислой воды, которая подается в приемник ВП2 и далее на регенерацию. Динитронафталин поступает в сушилку СЛ, где осуществляется его высушивание подачей пара.

Основные технические решения по автоматизации

Функциональная схема представляет собой чертеж, выполненный в соответствии с ГОСТ 21.404−85, на котором с помощью условных обозначений изображаются основное технологическое оборудование, коммуникации, исполнительные устройства и средства контроля и управления. На основании ФСА выполняются остальные чертежи проекта и составляются заказные ведомости и заказные спецификации приборов и средств автоматизации.

Проектирование ФСА базируется на ряде принципов:

Уровень автоматизации технологических процессов должен определяется не только целесообразностью внедрения определенных комплексов технических средств, но и перспективами модернизации и дальнейшего развития, как технологии, так и технических средств автоматизации.

На сегодняшний момент наблюдается тенденция к переходу от аппаратных регуляторов, агрегатных и модульных комплексов (АКЭСР, «СТАРТ») к промышленным программируемым микропроцессорным контроллерам, а также от представления информации с помощью показывающих, регистрирующих приборов к промышленным ЭВМ со SCADA пакетами, выполняющим дополнительно задачи диагностики, оперативного управления и т. п.

При разработке схем автоматизации в процессе выбора элементов комплекса технических средств должны учитываться:

а) особенности технологического процесса и его свойства как технологического объекта управления;

б) условия пожарои взрывоопасности, агрессивность и токсичность перерабатываемых продуктов, их параметры и области допустимых изменений;

в) расстояния от мест установки преобразователей и вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля;

г) требуемая точность и быстродействие средств автоматизации;

д) массивы перерабатываемой информации и число сигналов управления.

Схемы автоматизации технологических процессов должны строится на базе серийно выпускаемых технических средств. При этом необходимо стремиться к применению однотипных и предпочтительно унифицированных блочно-модульных систем или программно-технических комплексов. В случае отсутствия требуемого прибора в составе серийно выпускаемой аппаратуры составляется техническое задание на разработку нового технического средства автоматизации. Выбор технических средств, для автоматической системы регулирования производится в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 1.

Рис. 1 — Структурная схема автоматической системы регулирования На рис. 1 приведены следующие обозначения функциональных блоков:

ПП — первичный преобразователь; В.П. — промежуточный (вторичный преобразователь) преобразователь; И.П. — измерительный прибор; Зд — задатчик (XЗ — задание на регулятор); И.М. — исполнительный механизм (м — управляющее воздействие, подаваемое с выхода регулятора); Р.О. — регулирующий орган (л — возмущающее воздействие, действующее на объект и компенсируемое управляющим).

Выбор рода энергии измерительных и управляющих сигналов и соответствующих технических средств производится на основе анализа условий пожарои взрывоопасности технологического объекта управления, агрессивности среды, требований к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления. Взаимосвязь средств измерения, регистрации, регулирования обеспечивается за счет согласования входов и выходов приборов, что наиболее целесообразно реализовать, если приборы имеют унифицированные входные/выходные сигналы.

Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемых на щитах и рабочих станциях, должно быть по возможности минимально, например, посредством использования многоканальных промежуточных преобразователей, многофункциональных приборов и т. д.

Главной задачей при разработке системы управления является выбор параметров, участвующих в управлении, т. е. регулируемых, контролируемых и сигнализируемых. При этом необходимо получить наиболее полное представление об объекте, имея минимально возможное число выбранных параметров. Таким образом, разрабатывается стратегия управления технологическим объектом. Успешному достижению цели управления способствует не только правильный выбор вышеперечисленных параметров, но и выбор автоматических устройств для реализации стратегии управления.

Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий.

На этом этапе из многих параметров, характеризующих процесс, необходимо выбрать те, которые подлежат регулированию и изменением которых целесообразно вносить регулирующие воздействия. Основной регулируемый параметр — показатель эффективности процесса. Далее регулированию подлежат параметры, влияющие на материальные и тепловые балансы в объекте. Выбор регулирующих воздействий осуществляют на основе анализа статических и динамических характеристик процесса, дающих представление о взаимном влиянии параметров. При этом статическая характеристика объекта позволяет оценить степень влияния регулирующего параметра на регулируемый. Динамическая характеристика демонстрирует скорость изменения регулируемого параметра, а также позволяет вычислить время запаздывание по соответствующему каналу управления.

Канал регулирования выбирают таким образом, чтобы изменение регулирующего воздействия сопровождалось широким диапазоном изменения регулируемого параметра, а также чтобы инерционность выбранного канала регулирования была минимальной.

После выбора каналов управления необходимо проанализировать объект с точки зрения возможных возмущений и путей их ликвидации. При этом особое значение имеет стабилизация входных параметров, т.к. с их изменением в объект поступают наиболее сильные возмущения.

Выбор контролируемых параметров.

Контролю подлежат параметры, по которым ведется оперативное управление объектом в нормальном режиме, а также в режиме пуска и останова. К таким параметрам в первую очередь относятся регулируемые и регламентируемые величины, далее — выходные параметры и возмущения. Как правило, контролируемых параметров в несколько раз больше регулируемых. Особое внимание должно быть уделено контролю технологических параметров потенциально-опасных процессов.

Выбор параметров сигнализации.

Сигнализации подлежат параметры, предельные значения которых могут привести к взрыву или пожару, несчастным случаям, выводу из строя оборудования, существенному нарушению технологического режима, выходу брака. Кроме того, обязательной сигнализации подлежит изменение количественных и качественных характеристик целевых продуктов, а также не предусмотренная регламентом остановка оборудования.

Выбор параметров и способов защиты.

Комплекс реализуемых способов защиты разрабатывают исходя из особенностей объекта управления, анализа аварийных ситуаций и категории взрывоопасности объекта. Функции автоматических систем защиты (АСЗ) заключаются в перераспределении материальных и энергетических потоков, включения и отключения аппаратов и вспомогательного оборудования с целью предотвращения взрыва, аварии, несчастного случая, выпуска большого количества брака. При этом с помощью данных защитных действий объект должен быть переведен в безопасное состояние, вплоть до его остановки.

В задании на разработку схемы автоматизации предложено стабилизировать, обеспечить контроль и сигнализацию следующих параметров:

1. Разработать контур стабилизации расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор НР (G1 F1). Расход=890 кг/ч и используется весовой расходомер.

2. Разработать контур стабилизации расхода кислотной смеси в линии подачи его в нитратор НР (G2 F2). Расход=2900 кг/ч и используется электромагнитный расходомер.

3. Разработать контур стабилизации расхода отработанной кислоты в линии подачи его в нитратор НР (G3 F3). Расход=20 кг/ч и используется электромагнитный весовой расходомер.

4. Разработать контур стабилизации температуры отработанной кислоты в трубопроводе подачи ее в нитратор НР, воздействуя на нее расходом холодной воды на входе в теплообменник Т (G4 Т4). Температура после теплообменника — 200С.

5. Обеспечить контроль всех регулируемых параметров, а также:

температуры мононитронафталина в напорном баке НБ1(Т5), температура составляет 200С;

температуры кислотной смеси в напорном баке НБ2 (Т6), температура составляет 200С;

температуры динитронафталина (Т7), температура составляет 700С;

температуры отработанной кислоты до теплообменника Т (Т8), температура составляет 450С;

6. Предусмотреть световую сигнализацию отклонения следующих параметров:

рост температуры динитронафталина (T7>T7max)

выход из заданного диапазона значений расходов веществ, подаваемых в нитратор НР (F1min< F1< F1max, аналогично для F2, F3)

7. Разработать схемы запуска/остановки двигателей мешалок и насоса НС оператором, как по месту, так и со щита управления, принимая во внимание параметры двигателей мешалок — мощность 15кВт (380В) и насоса — 20кВт (380В).

8. Реализовать сбор значений всех контролируемых параметров через микропроцессорный контроллер (МПК) на рабочую станцию и продублировать на ней контур регулирования.

9. Выполнить подбор приборов для реализации контура стабилизации температуры после теплообменника Т с учетом условий: температура в точке измерения — 200С; диаметр трубопровода Dy=50мм.

ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

автоматизация нитратор мононитронафталин Регулирование расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор НР. Расход = 890 кг/ч. (аналогичный подбор приборов для регулирования расходов кислотной смеси и отработанной кислоты, так как в качестве первичного преобразователя во всех трех случаях использован электромагнитный расходомер) В качестве первичного преобразователя для измерения расхода реагента используется ПРИМ (поз. 1−1), электрический сигнал с которого поступает на передающий измерительный преобразователь ИУ-61(поз. 1−2). С помощью преобразователя электрический неунифицированный сигнал преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока в диапазоне 0−5 или 0−20 мА (соответствует мгновенному расходу измеряемой среды), который подается на вычислительный прибор типа БИК-1 (1−3), затем на самопишущий сигнализирующий прибор КСУ1 (поз. 1−4) для показания и регистрации текущего значения расхода. Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению расхода, также подается на первый вход блока аналогового регулирования Р17 (поз. 1−5). На второй вход регулятора поступает заданное значение данной температуры в виде сигнала постоянного тока 0−20 мА, формируемое вручную с помощью ручного задатчика РЗД-22 (поз. 1−6). Сигнал регулирующего воздействия в виде непрерывного выходного сигнала поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA1). Последний выполняет функции перехода с автоматического на ручной режим РЗД-22 (SB2), а также функции дистанционного управления исполнительным механизмом В-12(SB1). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (KM1), который автоматически открывает/закрывает запорное устройство (1−7).

Регулирование температуры отработанной кислоты в трубопроводе подачи ее в нитратор НР. Температура после теплообменника Т=200С

В качестве первичного преобразователя для измерения температуры реагента используется термопреобразователь сопротивления ТСМ -364 (поз. 4−1), сигнал с которого в виде электрического сопротивления, пропорционального измеренной температуре поступает на нормирующий преобразователь Ш-79 (поз. 4−2). С помощью преобразователя электрический неунифицированный сигнал преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока в диапазоне 0−5 мА, который подается на вычислительный прибор типа БИК-1 (4−3), затем на самопишущий сигнализирующий прибор Диск-250 (поз. 4−4) для показания и регистрации текущего значения температуры. Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению температуры, подается на первый вход блока аналогового регулирования Р27.3 (поз. 4−5). На второй вход регулятора поступает заданное значение данной температуры в виде сигнала постоянного тока 0−5 мА, формируемое вручную с помощью ручного задатчика РЗД-22 (поз. 4−6). Сигнал регулирующего воздействия в виде импульсов 24 В поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA4), который выполняет функции перехода с автоматического на ручной режим РЗД-22 (SB8) и функции дистанционного управления исполнительным механизмом В-12 (SB7). Импульсное регулирующее воздействие далее подается на реверсивный магнитный пускатель ПБР-2м (поз. KM4), который автоматически открывает/закрывает запорное устройство (4−7).

Контроль температуры мононитронафталина в напорном баке НБ1. Т=200С (аналогичный подбор приборов для контроля температуры кислотной смеси в напроном баке НБ2 (200С), динитронафталина (700С), отработанной кислоты до теплообменника Т (450С), так как термопреобразователь ТСМ-364 работает в условиях изменения температуры от 0 до 1500С).

В качестве первичного преобразователя для измерения температуры реагента используется термопреобразователь сопротивления ТСМ -364 (поз. 6−1), сигнал с которого в виде электрического сопротивления, пропорционального измеренной температуре поступает на нормирующий преобразователь Ш-79 (поз. 6−2). С помощью преобразователя электрический неунифицированный сигнал преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока в диапазоне 0−5 мА, который подается на вычислительный прибор типа БИК-1 (6−3), затем на самопишущий сигнализирующий прибор Диск-250 (поз. 6−4) для показания и регистрации текущего значения температуры. Унифицированный сигнал, пропорциональный текущему значению температуры, подается на вход блока аналогового регулирования Р17.1 (поз. 6−5). Непрерывный выходной сигнал поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA5), который выполняет функции перехода с автоматического на ручной режим РЗД-22 (SB10) и функции дистанционного управления исполнительным механизмом В-12 (SB9).

На схеме поз.5−1, 7−1,9−1, 11−1 — ртутный термометр.

Приборы для запуска/останова двигателей мешалок и насоса НС оператором, как по месту, так и со щита управления. Мощность двигателей мешалок — 15кВт (380В), насоса — 20кВт (380В).

Запуск исполнительного механизма типа МЭО-К (13−1) осуществляется реверсивным магнитным пускателем типа ПРБ-3А (13−2), сигнал в виде переменного тока поступает на блок ручного управления БРУ-42 (поз. SA10), который выполняет функции перехода с автоматического на ручной режим РЗД-22 (SB22) и функции дистанционного управления исполнительным механизмом В-12 (SB21).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате разработки функциональной схемы было освоено:

выбор методов измерения технологических параметров;

выбор основных технологических средств, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы объекта;

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

размещение средств автоматизации на щитах управления, технологических объектах и трубопроводах, и определение способа представления информации о состоянии технологического оборудования.

Результатом работы является схема автоматизации процесса, выполненная на формате А3, пояснительная записка и лист спецификации.

1. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности, М.: Химия, 1991.

2. Черенков В. В. Промышленные приборы и средства автоматизации: справочник, Л., 1987.

3. Беляев Д. В. Проектирование систем автоматизации химических производств, методические указания, Л., 1989.

4. Ремизова О. А., Рыченкова А. Ю., Рудакова И. В. Проектирование систем автоматизации химических производств, методические указания, С-Пб., 2001

5. Харазов В. Г. Приборы и средства автоматизации технологических процессов, методические указания, Л., 1990.

6. Харазов В. Г. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессов, С-Пб., 1992.