Автоматизированная система управления блоком подготовки сырья на установке каталитического риформинга ОАО «Газпром нефтехим Салават»

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ им. К.Г. Разумовского

Кафедра «Систем управления»

ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ Зав. кафедрой _________ Н.И. Шиянова

«___» _______________ 2012 г.

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема: «АСУ блоком подготовки сырья на установке каталитического риформинга ОАО «Газпром нефтехим Салават»

Исполнитель: Михайлычев А.Б.

Руководитель: Рахматуллина Ф.Т.

Консультанты:

по специальной части: Валитова Е.Г.

по экономической част: Павлова Л.Г.

по безопасности жизнедеятельности: Козлов В.Н.

2012 г.

Аннотация дипломного проекта Тема дипломного проекта — «АСУ блоком подготовки сырья на установке каталитического риформинга ОАО «Газпром нефтехим Салават».

Автор Михайлычев А. Б. Руководитель Рахматуллина Ф.Т.

Проект включает в себя 91 листов страниц пояснительной записки, 5 листов графической части, 13 таблиц, 15 рисунков, 12 литературных источников.

Разработанная система управления основана на использовании технических средств нижнего уровня фирмы «Метран», «Сапфир» и др.; верхнего уровня АСУ ТП и программного обеспечения фирмы Siemens. Внедрение системы обеспечит высокое качество продукции, уменьшение затрат на сырьё, катализатор и энергоносители, улучшение условий труда обслуживающего персонала, предупреждение аварийных ситуаций, снижение вредных выбросов в атмосферу.

В дипломном проекте изучена схема автоматизации блока подготовки сырья, создана АСУ ТП, при проектировании которой использовался двухуровневый принцип построения, приведен перечень технических средств автоматизации. В качестве верхнего уровня была предложена SCADA-система реального времени Simatic WinCC v5.1. В процессе работы были рассмотрены вопросы по охране труда, по взрывои пожаробезопасности, экономической эффективности модернизированной АСУ.

Объектом исследования является ректификационная колонна К-2.

Цель работы — разработка АСР температуры смеси бензиновых фракций ректификационной колонны К-2.

В дипломном проекте выбран канал регулирования температуры верха колонны К-2 по расходу орошения. Экспериментально получена переходная характеристика колонны К-2, определены динамические характеристики объекта регулирования, выбран тип регулятора и определены его настройки, дана оценка качества регулирования и определена устойчивость замкнутой АСР.

Введение

автоматизированная система управление каталитический риформинг Автоматизация производства является важнейшим фактором научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности.

Важной задачей автоматизации предприятий является создание локальных автоматических систем регулирования (АСР), характеризующимся высоким быстродействием, точностью и надежностью.

Принципы построения АСР являются общими независимо от природы регулируемой величины и конструкции регулирующей аппаратуры. Изучение и практическое использование этих принципов в ходе расчета реальной системы регулирования является целью выполнения настоящей работы.

Важнейшее условие нормального функционирования системы автоматического управления — получение информации, правильно отражающей состояние объекта управления, ход технологического процесса и взаимодействие всех производительных звеньев. Основным средством получения информации, поступающей в систему автоматического управления, служат измерительные устройства и информационно-измерительные системы.

Качество функционирования системы автоматического управления в значительной мере зависит от метрологических качеств измерительных приборов, а также от статических и динамических свойств регулирующих и исполнительных устройств.

Наиболее высокая эффективность работы производственных объектов достигается при автоматическом управлении технологическими процессами.

Автоматизация производственного процесса приведет к увеличению выпуска снижению себестоимости и улучшению качества продукции уменьшит численность обслуживающего персонала даст экономию материалов улучшит условия труда и техники безопасности, будет способствовать росту производительности труда и коренным образом изменит роль человека в процессе производства.

1 Анализ существующей системы управления

1.1 Описание технологического процесса Получение частично обессоленной воды из речной состоит из следующих стадий:

— осветления и умягчения речной воды в осветлителе позиция О-4/1,2 методом известкования с коагуляцией;

— доосветления известково-коагулированной воды на осветлительных механических фильтрах позиция Ф-7/1−8;

— противоточного обессоливания на одной ступени Н-катионитных и ОН-ионитных фильтров;

— аминирования ХОВ и выдачи ее в сеть Общества;

— приготовления регенерационных растворов кислоты, щелочи;

— регенерации Н-катионитных фильтров;

— регенерации ОН-ионитных фильтров;

— нейтрализации кислых стоков в нейтрализаторе позиция Е-52/1−3;

— приготовления и подачи реагентов на узел осветления исходной воды.

Известкование с коагуляцией осуществляется для одновременного снижения щелочности исходной воды и удаления взвешенных и коллоидных веществ.

Для этого в исходную воду вводят растворы реагентов — известкового молока и коагулянта.

В процессе известкования и коагуляции происходит частичное умягчение и снижение сухого остатка обрабатываемой воды, а также удаление взвешенных веществ, соединений кремния и железа; кроме того, снижается цветность воды.

При известковании воды протекают следующие процессы:

— удаляется свободная углекислота (СО2) и образуется труднора-створимое, выпадающее в осадок соединение — карбонат кальция (СаСО3):

СО2 + Са (ОН)2 СаСО3v + Н2О;(1)

— при введении извести в большем количестве, чем это необходимо для связывания свободной углекислоты, в воде повышается содержание гидроксильных ионов (ОН-), что приводит к переходу бикарбонатов (НСО3-) в карбонаты (СО32-):

ОН- + НСО32- СО32 — + Н2О (1.1)

Карбонаты образуют с находящимися в воде ионами кальция карбонат кальция, выпадающий в осадок:

Са2+ + СО32- СаСО3v (1.2)

Ионы магния, взаимодействуя с гидроксильными ионами, выпадают в осадок в виде труднорастворимого гидрата окиси магния:

Мg2+ + 2ОНМg (ОН)2v (1.3)

Коагуляция при известковании является процессом, улучшающим формирование осадка и процесса удаления примесей. В качестве коагулянта используется железный купорос — FeSO4••7H2O. При введении в воду совместно с известью раствора железного купороса, происходит его гидролиз и окисление растворенным в воде кислородом с образованием гидроокиси железа Fe (ОН)3:

FeSO4 + Cа (ОН)2 Fe (ОН)2 + СаSO4(1.4)

4Fe (ОН)2 +О2 +2Н2О 4Fe (ОН)3v (1.5)

Гидроокись железа является нерастворимым соединением, имеющим рыхлую абсорбирующую поверхность.

Совместное известкование и коагуляция обеспечивают наилучший эффект протекания обоих процессов, так как Са (ОН)2 является поставщиком гидроксил-ионов при гидролизе FeSO4, что резко ускоряет выпадение осадка Fe (ОН)3.

В свою очередь, при удалении коллоидных веществ в процессе коагуляции, создаются благоприятные условия для роста кристаллов СаСО3.

Для полноты протекания процесса известкования с коагуляцией:

— в воде поддерживается избыток извести (создается гидратная щелочность 0,1ч0,35 мг-экв/дм3 т.3);

— обрабатываемая вода нагревается до температуры 29−31о С;

— образующийся осадок используется в качестве контактной среды.

Повышение эффективности осветления воды достигается с помощью высокомолекулярного вещества — флокулянта.

Механизм действия флокулянта заключается в том, что ионогенные окончания каждой молекулы этого полимера адсорбируют различные микрочастицы, содержащиеся в воде и образующиеся в процессе известкования с коагуляцией. Каждая частица может адсорбироваться несколькими ионогенными окончаниями, принадлежащими различным молекулам активатора. В результате происходит слипание агрегативно неустойчивых частиц и образование крупных хлопьев. Дозируется флокулянт с массовой долей основного вещества до 0,1%.

Смешивание воды с дозируемыми в нее реагентами (FeSO4, Са (ОН)2, и флокулянта), образование осадка, контактирование обрабатываемой воды со взвешенным слоем осадка, надлежащее осветление воды, уплотнение осадка и удаление его с продувкой происходит в осветлителе позиция О-4/1,2.

Обработанная в осветлителях вода при нормальном режиме работы осветлителя содержит небольшое количество механических примесей — до 10,0 мг/дм3. При нарушении режима работы осветлителя и в паводковый период (при ухудшении качества исходной воды) количество примесей резко возрастает. Для улавливания этих примесей служат осветлительные механические фильтры позиция Ф-7/1−8, загруженные фильтрующим материалом (антрацитом).

Антрацит фракцией до 2 мм обладает эффектом как пленочной (взвешенные вещества задерживаются в виде пленки на поверхности фильтрующего слоя, образуя как бы дополнительный фильтр), так и объемной фильтрации.

При работе напорных осветлительных механических фильтров допускается потеря напора на фильтре до 0,1 МПа (1,0 кгс/см2), при таком перепаде фильтр отключается на взрыхляющую промывку.

Содержание взвешенных веществ после осветлительных механических фильтров — до 3,0 мг/дм3. Затем осветленная известково-коагулированная вода направляется на отделение обессоливания для обработки методом ионного обмена.

Ионообменное обессоливание воды основано на способности некоторых практически нерастворимых в воде материалов — ионитов вступать в ионный обмен с диссоциированными на катионы и анионы солями, растворенными в воде, при этом в раствор переходит эквивалентное количество катионов или анионов, которыми периодически насыщается ионит при регенерации. Способность ионитов к ионному обмену объясняется их специфической структурой, состоящей из твердой, нерастворимой в воде молекулярной сетки, к которой на поверхности и внутри присоединены химически активные функциональные группы ионов. Каждая молекула является твердым электролитом. В результате электролитической диссоциации ионита вокруг нерастворимого в воде ядра образуется ионная атмосфера с подвижными, способными к обмену ионами.

В зависимости от характера активных функциональных групп ионита его подвижные, способные к обмену ионы, могут иметь положительные заряды, и тогда ионит называется «Катионитом», или отрицательные заряды — ионит называется «Анионитом».

По своей способности к ионному обмену (селективности) ионы, содержащиеся в воде, располагаются в следующем порядке:

Катионы:

Fe+2>Ba+2>Sr+2>Ca+2>Mg+2>K+>NH4+>Na+(1.6)

Анионы:

SO42->Cl->NO3->HCO3->HSiO3-(1.7)

Каждый предыдущий ион способен вытеснять последующий из ионита при отсутствии избытка предыдущего иона в этом ионите; при наличии избытка возможна и обратная реакция. Различная активность обусловлена различной подвижностью ионов.

Существуют две технологии ионного обмена — параллельноточная и противоточная. При параллельнотоке обрабатываемая вода и регенерационный раствор подаются в одном направлении, а при противотоке — в противоположных направлениях.

Противоточная технология имеет ряд преимуществ перед параллельнотоком:

— низкие удельные расходы реагентов на регенерацию, воды на собственные нужды;

— высокие допустимые скорости фильтрования (до 40 м/час) и, следовательно, большая производительность установки при низкой металлоемкости;

— высокое качество фильтрата после одной ступени ионирования.

Для обессоливающей установки используется противоточная технология «Обратный Амберпак» со смолами фирмы «ROHM and Haas».

В технологии «Обратный Амберпак» рабочий поток обрабатываемой воды в фильтре подается сверху вниз, а регенерационный раствор реагента — снизу вверх. Подача обрабатываемой воды сверху вниз позволяет исключить зависимость качества очистки от колебания нагрузки на установку. Эффект улучшения качества фильтрата и снижения расхода реагентов достигается за счет того, что в первую очередь свежим раствором реагента регенерируются наименее загрязненные выходные слои ионита. При этом избыток реагента в этих слоях, обеспечивающий глубину очистки воды, превышает расчетные в несколько раз.

По мере продвижения регенерационного раствора в более истощенные слои создается равновесие между концентрацией десорбируемых ионов в растворе и слое, что исключает нежелательные повторные процессы сорбции — десорбции, характерные для параллельнотока.

Использование противотока позволяет получить минимальную остаточную концентрацию удаляемых ионов на одной ступени обработки.

При противоточном обессоливании практически весь объем фильтра загружается ионообменной смолой.

При противоточном Н-катионировании все катионы, содержащиеся в воде (Ca2+, Mg+2, Na+), заменяются катионом водорода, содержащимся

в ионообменной смоле. Фильтрующую загрузку (катионит) условно разбивают на 4 зоны:

— верхняя зона насыщена кальцием и магнием;

— под верхней зоной — зона, в которой вытесняются ионы натрия ионами кальция и магния;

— ниже — зона замещения Н-катиона катионом натрия;

— еще ниже — зона катионита, еще не участвующая в реакции обмена катионов.

По мере поглощения катионитом солей жесткости высота зоны с Ca+2 и Mg+2 увеличивается и смещается вниз. Как только зона замещения Н-катиона катионом натрия сместится до нижней границы катионита, начинается проскок иона Na+ в фильтрат.

При противоточном обессоливании ионообменные смолы не работают до полного истощения (до проскока Na), оставляется резерв рабочей обменной емкости около 5%.

Н-катионитный противоточный фильтр загружен сильнокислотным монодисперсным катионитом марки Амберджет 1200Н.

Регенерационный раствор переменной концентрации подается снизу вверх, что дает возможность снизить расход кислоты на регенерацию.

После Н-катионирования воды в фильтрате остаются анионы сильных кислот SO42-, Cl-, NO3- и анионы слабых кислот HCO3-, HSiO3-.

При противоточном ОН-анионировании все анионы, содержащиеся в воде, замещаются анионом ОН-. Анионы сильных кислот поглощаются на слабоосновном анионите марки Амберлайт IRA67RF, анионы слабых кислот и остаточные анионы сильных кислот задерживаются на сильноосновном анионите марки Амберлайт IRA458RF.

Слабоосновный анионит марки Амберлайт IRA67RF загружается в верхнюю секцию анионитного противоточного фильтра, сильноосновный анионит марки Амберлайт IRA458RF загружается в нижнюю секцию. Обрабатываемая вода подается в верхнюю секцию фильтра.

Сильноосновный анионит марки Амберлайт IRA458RF не работает до полного истощения (до проскока НSiO3-), оставляется резерв рабочей обменной емкости около 5%.

Регенерационный раствор щелочи 3,5±0,2% концентрации подается снизу вверх и последовательно проходит нижнюю, а затем верхнюю камеру.

В процессе работы ионообменные смолы постепенно истощаются и снижается их обменная емкость. По мере истощения обменной емкости смол производится процесс регенерации (восстановление обменной емкости).

Отключение противоточных фильтров на регенерацию производится по количеству обработанной за фильтроцикл воды в зависимости от ионного состава исходной воды. Противоточные фильтры полностью не срабатываются, остается несработанный нижний выходной слой ионита, так называемая «полировочная» зона, обеспечивающая высокую глубину обессоливания.

1.2 Описание действующей функциональной схемы Обессоливание осветленной воды на блоке противоточного обессоливания.

Умягченная вода из емкости позиция Е-8/1,2 насосом позиция Н-10/1−3 из отделения предочистки подается на блок противоточного обессоливания.

Процесс обессоливания осуществляется в одну ступень: очищаемая вода последовательно проходит Н-катионитные и ОН-анионитные противоточные фильтры.

При фильтровании воды через Н-катионитные фильтры происходит обмен катионов Ca+2, Mg+2, Na+, находящихся в воде, на катионы водорода смолы. В состав установки входят 6 Н-катионитных противоточных фильтров позиция Ф-28/16 диаметром 3000 мм. Из них 5 фильтров являются рабочими, один фильтр — пустой, для гидроперегрузки на случай ремонта. Фильтр гидроперегрузки используется также как фильтр для обратной промывки смолы.

Конструктивно Н-катионитный фильтр представляет собой стальной вертикальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами. Верхнее и нижнее распределительные устройства фильтра выполнены по типу «ложного днища» из толстолистовой стали с ребрами жесткости и представляют собой колпачковую тарелку с отверстиями 35 мм, в которые вкручены пластмассовые щелевые колпачки. Колпачки верхней тарелки имеют щели шириной 0,5 мм; нижней тарелки — 0,25 мм. Фильтр оборудован смотровыми окнами для контроля за процессами.

Материал загрузки — сильнокислотный катионит марки Амберджет 1200Н.

В фильтр загружается также инертный материал RF12 высотой 200 мм. Плотность инерта меньше единицы, поэтому он плавает вверху фильтра и прикрывает колпачки верхнего дренажного устройства, предотвращая вынос ионита в процессе регенерации.

Фильтры практически полностью загружаются ионитом и инертным материалом из расчета обеспечения свободного пространства между слоем ионообменной смолы и слоем инерта 50ч100 мм. Схема работы фильтров — параллельная, с подключением фильтров к одному коллектору.

Диапазон рабочей производительности фильтра составляет 35ч225 м3/ч.

Расход воды на фильтре контролируется электромагнитным расходомером позиция FQIRA 312ч317, установленном на трубопроводе подачи осветленной воды на фильтр. Фильтр оборудован манометрами на трубопроводах входа и выхода воды для определения перепада давления. На трубопроводах выхода обработанной воды из Н-катионитных фильтров установлены ионитные ловушки позиция ФЛ-28/1−6 для предотвращения выноса ионообменной смолы из фильтра. На ионитных ловушках установлены дифманометры позиция PDIAН-268 273 для контроля перепада давления. При увеличении перепада давления на ловушке до 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) фильтр отключается от рабочего потока и ловушка промывается обратным током воды со сбросом в дренажный канал.

На входе и выходе фильтров установлена электроприводная арматура (затворы дисковые). С помощью запорно-регулирующего затвора на входе в фильтр регулируется расход отмывки во время регенерации и при необходимости может корректироваться расход обрабатываемой воды на фильтре.

Показания расходомеров и дифманометров выведены на АРМО (автоматизированное рабочее место оператора); предусмотрена сигнализация при выработке Н-катионитным фильтром расчетного фильтроцикла и при превышении перепада давления на фильтре-ловушке. Управление электроприводной арматурой на фильтрах осуществляется с АРМО или по месту с группового пульта местного управления.

Превышение расчетного фильтроцикла и перепада давления на фильтр-ловушке не является нарушением норм технологического режима, а является окончанием фильтроцикла фильтра.

Н-катионированная вода поступает на анионитные противоточные фильтры. При фильтровании воды через анионитные фильтры происходит обмен содержащихся в воде анионов SO42-, Cl-, NO3-, HCO3-, НSiO3- на гидроксильный анион ОН-.

Анионитный фильтр по своей конструкции является двухсекционным и имеет внутреннюю перегородку на границе раздела ионитов. Перегородка представляет собой колпачковую тарелку, аналогичную тарелке верхней и нижней распределительных систем. В отверстия средней тарелки вкручены двухсторонние колпачки со щелями 0,25 мм. Верхняя секция фильтра загружена слабоосновным анионитом марки Амберлайт IRA67RF, осуществляющим обмен анионов сильных кислот на анион ОН-. В верхней части камеры имеется слой инертного плавающего материала марки Амберлайт RF12 высотой 200 мм. Нижняя секция загружена сильноосновным анионитом марки Амберлайт IRA 458RF Cl, который обменивает анионы HCO3- и НSiO3- на гидроксильный анион ОН-. Обе секции фильтра практически полностью загружены ионообменной смолой; свободное пространство между слоем смолы и инертом или колпачковой тарелкой составляет 50ч100 мм. Каждая секция фильтра оборудована смотровыми окнами для контроля за процессами.

В состав установки входят 6 ОН-анионитных фильтров позиция Ф-29/1−6 диаметром 3000 мм. Пять фильтров загружены смолой, один фильтр — пустой, для гидроперегрузки на случай ремонта. Фильтр гидроперегрузки используется также как фильтр для обратной промывки смолы.

Схема работы фильтров — параллельная, с подключением фильтров к одному коллектору. Минимальная производительность фильтра — 35 м3/ч, максимальная — 225 м3/ч.

Расход воды на фильтре контролируется электромагнитным расходомером позиция FQIRAH-318ч323, установленном на трубопроводе подачи Н-катионированной воды на фильтр. Фильтр оборудован манометрами на трубопроводах входа и выхода воды для определения величины потери напора.

На трубопроводах выхода обработанной воды из ОН-анионитных фильтров установлены ионитные ловушки позиция ФЛ-29/1−6 для предотвращения выноса ионообменной смолы из фильтра. На ионитных ловушках установлены дифманометры позиция PDIAН-286 291 для контроля перепада давления. При увеличении перепада давления на ловушке до 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) фильтр отключается от рабочего потока и ловушка промывается обратным током воды со сбросом в дренажный канал.

Для контроля работы анионитных фильтров на трубопроводе выхода обработанной воды из фильтра установлены кондуктометры позиция QIRAHњ-501ч506, измеряющие электропроводимость.

На входе и выходе фильтров установлена электроприводная арматура (затворы дисковые). С помощью запорно-регулирующего затвора на входе в фильтр регулируется расход отмывки во время регенерации и при необходимости может корректироваться расход обрабатываемой воды на фильтре.

Показания расходомеров, дифманометров и кондуктометров выведены на АРМО (автоматизированное рабочее место оператора); предусмотрена сигнализация при выработке механическим фильтром расчетного фильтроцикла, при превышении перепада давления на фильтре-ловушке и электропроводности. Управление электроприводной арматурой на фильтрах осуществляется с АРМО или по месту с группового пульта местного управления.

Превышение расчетного фильтроцикла, перепада давления на фильтр-ловушке и электропроводности не является нарушением норм технологического режима, а является окончанием фильтроцикла фильтра.

Полученная обессоленная вода по общему коллектору поступает в гребенку, откуда подается в емкости обессоленной воды позиция Е-36/1,2. Производительность обессоливающей установки регулируется автоматически с помощью регулирующего затвора позиция Т-20, установленного на коллекторе. Регулятор позиция Т-20 работает по сигналу от гидростата позиция LIRCSLHАLН-404, измеряющего уровень в баках позиция Е-36/1,2. Контроль качества обессоленной воды после установки производится непрерывно приборами, установленными на коллекторе: кондуктометром позиция QIRAHњ-509, рН-метром позиция QIRAHрН-510, натриймером позиция QIRAHNa-511. Показания приборов качества выведены на АРМО, предусмотрена сигнализация при превышении нормативных параметров.

Емкость позиция Е-36/1,2 снабжена уровнемером позиция LIRALH-150/1,2 с сигнализацией по минимуму — 1000 мм и максимуму — 5340 мм; позиция Е-32/3−5 — уровнемером позиция LIRALH-231/3−5 с сигнализацией по минимуму 670 мм и максимуму 3260 мм. Показания этих приборов выведены на щит ХВО.

Из емкости позиция Е-36/1,2 частично-обессоленная вода насосом позиция Н-37/1,2 (расходомер позиция UIR (f (F))-83) подается на блок 10 для приготовления глубоко-обессоленной воды, которой питаются котлы-утилизаторы агрегата аммиака и насосом позиция Н-38/1,2 с объемным расходом до 120 м3/ч (расходомер позиция FIR-222) на впрыск в аппараты воздушного охлаждения (АВО). Регулирование объемной подачи обессоленной воды на впрыск АВО производится задвижкой, установленной на трубопроводе подачи воды с нагнетания насоса позиция Н-38/1,2 на возврат в емкость позиция Е-36/1,2 (байпасная линия).

Из емкости позиция Е-36/1,2 насосом позиция Н-33/1,2 частично обессоленная вода подается также в коллектор химочищенной воды ОАО «ГНС»; для корректировки водородного показателя (рН) производится ее амминирование. Регулирование расхода ХОВ производится с помощью регулирующего затвора позиция Т-23 и контролируется ультразвуковым расходомером позиция FQIRC-324. Регулирование расхода амминированной воды, подаваемой насосом позиция Н-21/1,2 в напорный коллектор насосов поз Н₃₃/1,2, производится клапаном позиция FCV-91г. слабоаммиачный раствор необходимой концентрации для амминирования готовится в емкости позиция Е-32/5 путем разбавления обессоленной водой крепкого аммиачного раствора концентрацией до 25%, завозимого с агрегата аммиака в переносной таре. Необходимая конценрация слабоаммиачного раствора достигается заливкой аммиачной воды в емкость позиция Е-32/5. Дозировка слабоаммиачного раствора в ЧОВ осуществляется насосом позиция Н-21/1,2.

Выдача ХОВ в коллектор воды ОАО «ГНС» может также производиться по резервной линии от напора насоса позиция Н-37/1,2.

При остановке насосов позиция Н-37/1,2, Н-38/1,2 и Н-33/1,2 предусмотрена световая и звуковая сигнализация.

Показания расходомера позиция FQIRC-324 выведены на АРМО, управление электроприводными затворами позиция Т-21, Т-22 на напоре насосов позиция Н-33/1,2 и регулирующим затвором позиция Т-23 может производиться с АРМО или по месту с группового пульта местного управления.

Приготовление регенерационных растворов кислоты, едкого натра Приготовление регенерационного раствора серной кислоты с массовой долей основного вещества 1; 1,5 и 3,0% .

Серная кислота с массовой долей основного вещества не менее 92,5% поступает из сети Общества в рабочую емкость позиция Е-40/3 (резервную позиция Е-49). Расход и давление кислоты измеряется прибором позиция UIR (f (F;P))-142.

Емкость позиция Е-40/3 снабжена:

— двумя уровнемерами позиция LIRAHL-105/2а и 105/2б.

При достижении максимального уровня (80% шкалы вторичного прибора — 1700 мм) и минимального (10% шкалы вторичного прибора — 300 мм) включается световая и звуковая сигнализация;

— прибором контроля температуры позиция TJR-2 (т. 3);

— системой дыхания;

— наружным обогревом отопительной водой.

Емкость позиция Е-49 снабжена:

— двумя уровнемерами позиция LIRAHL-108а и 108б.

При достижении максимального (32% - 1450 мм) и минимального (9% - 400 мм) уровней включается световая и звуковая сигнализация;

— прибором контроля температуры позиция TJR-2 (т.5);

— системой дыхания.

Из емкости позиция Е-40/3 (резервная — позиция Е-49) серная кислота поступает через фильтр позиция Ф-46/1,2 на всас насоса позиция Н-41/1,2 и далее в емкость-мерник позиция Е-40/1 (резервная — позиция Е-40/2).

Герметичные насосы позиция Н-41/1,2 оснащены блокировками с одновременной выдачей светового и звукового сигналов на:

а) отключение насоса при отсутствии среды в корпусе насоса (позиция LSL-210);

б) отключение насоса при давлении на нагнетании более 0,5 МПа (5,0 кгс/см2), прибор позиция PISН-193.

Емкости позиция Е-40/1,2 оснащены:

а) двумя независимыми уровнемерами позиция LIRAHL-105/1а, 105/1б и позиция LIRAHL-105/2 В. При достижении минимального (9% - 440 мм) и максимального (50% - 1840 мм) уровней подаются световой и звуковой сигналы;

б) приборами контроля температуры позиция TJR-2 (т.1 и т.2);

в) системой дыхания.

В емкости позиция Е-40/1,2,3 и позиция Е-49, на насосы позиция Н-41/1,2 и позиция НД-42/1,2 предусмотрена подача осушенного воздуха и умягченной воды, а также отвод газовой среды для подготовки оборудования к ремонту.

На емкостях позиция Е-40/1,2,3 и позиция Е-49 предусмотрен коллектор дыхания с парами серной кислоты, связанный перед сбросом в атмосферу с емкостью для поглощения паров кислоты позиция Е-40/4, заполненную умягченной водой с рН-10,0−10,5 и к которой подведен азот. На линии подачи азота на установку ХВО установлены приборы контроля расхода позиция UIRС (f (F))-143 (не более 80 м3/ч), давления позиция UIRС (f (P))-143 (не более 0,6 МПа (6,0 кгс/см2)), установлен клапан-регулятор позиция PCV-143, который держит давление «после себя» 0,002 МПа (0,02 кгс/см2) в коллекторе дыхания, контролируется прибором позиция PRCAL-145.

Емкость поглощения позиция Е-40/4 оснащена:

а) подачей умягченной воды;

б) переливом в производственную канализацию;

в) прибором контроля температуры позиция TJR-2 (т.5);

г) наружным обогревом отопительной водой.

Схемой предусмотрено аварийное перекачивание серной кислоты из рабочей емкости позиция Е-40/3 в резервную позиция Е-49 насосом позиция Н-41/1,2 и обратно, а также перекачивание кислоты с об.1902 на блок 10 насосом позиция Н-41/1,2.

Регенерационный раствор серной кислоты готовится путем смешения раствора серной кислоты с массовой долей основного вещества 92,5% и обессоленной воды в смесителе позиция Х-78. Концентрированная серная кислота подается в смеситель из емкости позиция Е-40/1,2 насосом-дозатором позиция НД-42/1−3, обессоленная вода из емкости (резервуара) обессоленной воды позиция Е-36/1,2 подается насосом собственных нужд позиция Н-30/1−3. При регенерации раствором серной кислоты с массовой долей основного вещества 1 и 1,5% работает один насос-дозатор, при регенерации раствором кислоты массовой долей основного вещества 3% - два насоса-дозатора. Требуемый расход кислоты устанавливается вручную путем изменения хода плунжера насоса-дозатора.

Массовая концентрация раствора серной кислоты, получаемая при смешении кислоты с водой, измеряется концентратомером позиция QIRAН-507, установленном на трубопроводе регенерационного раствора серной кислоты, и ареометром при ручном отборе анализа.

Расход обессоленной воды на приготовление регенерационного раствора измеряется расходомером позиция FQIRAН-326 и составляет 55 110 м3/ч; необходимый расход обессоленной воды достигается изменением частоты вращения электродвигателя насоса позиция Н-30/1−3. Управление насосом позиция Н-30/1−3 и его частотным преобразователем производится по месту. Имеется возможность подачи серной кислоты на приготовление регенерационных растворов непосредственно из емкостей позиция Е-49, 40/3 насосами-дозаторами позиция НД-42/1−3.

Все емкости расположены на площадках с защитным ограждением, не допускающим растекание кислоты при аварийной разгерметизации оборудования.

Приготовление регенерационного раствора едкого натра с массовой долей основного вещества — 4%.

Натр едкий технический (гидроксид натрия, сода каустическая) с массовой долей основного вещества не менее 42% поступает в емкости позиция Е-32/1,2 из реагентного хозяйства по линии МЦК или может завозиться автомашиной.

Емкости позиция Е-32/1,2 снабжены:

а) двумя независимыми уровнемерами позиция LIRALH-231/1а, 1б и 231/2а, 2б. При достижении минимального (11% шкалы вторичного прибора — 500 мм) и максимального (40% шкалы вторичного прибора — 1450 мм) уровня включается световая и звуковая сигнализация;

б) приборами контроля температуры позиция TJR-2 (т.6 и т.7);

в) внутренним обогревающим устройством отопительной водой.

Схемой предусмотрено аварийное перекачивание едкого натра из рабочих емкостей позиция Е-32/2 и позиция Е-44/2 в пустые резервные емкости позиция Е-32/1 и позиция Е-44/1 насосом позиция Н-50 и обратно, а также прием едкого натра из автомашин в рабочую емкость позиция Е-32/2 насосом позиция Н-50.

Регенерационный раствор едкого натра готовится путем смешения раствора едкого натра с концентрацией 42% и обессоленной воды в смесителе позиция Х-79. Раствор едкого натра с концентрацией 42% подается в смеситель насосом-дозатором позиция НД-45/1,2 из емкости позиция Е-32/1,2. Обессоленная вода подается насосом позиция Н-30/1−3 (расходомер позиция FQIR-326).

Концентрация регенерационного раствора при проведении регенерации измеряется концентратомером позиция QIRAH-508, установленным на трубопроводе регенерационного раствора едкого натра, и ареометром при ручном отборе анализа.

Требуемый расход 42% едкого натра устанавливается вручную, путем изменения хода плунжера насоса-дозатора. Необходимый расход обессоленной воды достигается изменением частоты вращения электродвигателя насоса Н-30/1−3. Управление насосом позиция Н-30/1−3 и его частотным преобразователем производится по месту.

Все емкости расположены на площадках с защитным ограждением, не допускающим растекание едкого натра при аварийной разгерметизации оборудования.

Регенерация ионитных фильтров При противотоке «Обратный Амберпак» процесс регенерации состоит из следующих операций:

— поджатие слоя ионообменной смолы к верхней дренажной системе;

— снижение расхода воды до регенерационного и обеспечение ее пропуска по линии регенерации;

— пропуск регенерационного раствора;

— вытеснение регенерационных растворов из фильтра обессоленной водой по линии подачи регенерационных растворов (первый этап отмывки по линии регенерации);

— осаждение ионитов в течение 10 минут;

— отмывка по рабочей схеме с расходом 100−150 м3/ч.

Все переключения и отключения фильтров осуществляются аппаратчиком на основании автоматического и аналитического контроля за фильтроциклом и качеством воды.

Операция поджатия как Н-катионитных, так и ОН-анионитных фильтров производится обессоленной водой из емкости позиция Е-36/1,2 насосом собственных нужд позиция Н-30/1−3 с частотным преобразователем. Продолжительность операции 35 минут. Обессоленная вода на поджатие подается снизу вверх.

Расход на поджатие Н-катионитных фильтров составляет 240−270 м3/ч; на поджатие ОН-анионитных фильтров 230 250 м3/ч. Регулирование расхода на поджатие производится оператором вручную изменением частоты вращения электродвигателя насоса позиция Н-30/1−3 и контролируется расходомером позиция FQIR-325.

Дренажные воды от поджатия сбрасываются в баки-нейтрализаторы позиция Е-52/1−3 одновременно по кислому и щелочному дренажным коллекторам.

При регенерации Н-катионитных фильтров восстановление обменной емкости осуществляется по реакции:

К2Ca + H2SO4 2HK + CaSO4(1.8)

K2Mg + H2SO4 2HK + MgSO4(1.9)

KNa + H2SO4 2HK + Na2SO4(1.10)

Подача регенерационного раствора кислоты на Н-катионитные фильтры производится снизу вверх в следующей последовательности:

— в течение 10 минут на фильтр подается 1,0±0,2% раствор серной кислоты;

— в течение 16 минут на фильтр подается 1,5±0,2% раствор серной кислоты;

— в течение 20 минут на фильтр подается 3±0,2% раствор серной кислоты.

При снижении обменной емкости Н-катионитного фильтра время пропуска 1,0%; 1,5% и 3% раствора серной кислоты увеличивается в 2 раза.

После пропуска необходимого количества серной кислоты насосы-дозаторы позиция НД-42/1−3 отключаются и на фильтры насосом позиция Н-30/1−3 по линии регенерации подается обессоленная вода для вытеснения из фильтра регенерационного раствора (отмывка по линии регенерации) расходом 70−85 м3/ч (контроль по расходомеру позиция FQIR-326) в течение 40 минут. По истечении этого времени подача обессоленной воды прекращается, и катионит осаждается в течение 10 минут без перемешивания слоя. Затем начинается этап быстрой отмывки по рабочей схеме от продуктов регенерации расходом 100 150 м3/ч. Регулирование расхода отмывочной воды производится запорно-регулирующим затвором на входе в фильтр и контролируется расходомером позиция FQIRAL-312 317.

Отмывка Н-катионитных фильтров ведется до следующих параметров фильтрата:

— жесткость — не более 5,0 мкг-экв/дм3;

— кислотность — К раб+0,5 мкг-экв/дм3.

Регенерационные и отмывочные воды Н-катионитных фильтров сбрасываются в нейтрализаторы позиция Е-52/1−3.

При регенерации анионитных фильтров восстановление обменной емкости осуществляется по реакции:

An2SO4 + 2NaOH 2AnOH + Na2SO4(1.11)

AnCl + NaOH AnOH + NaCl (1.12)

AnHSiO3 + NaOH AnOH + NaHSiO3(1.13)

AnHCO3 + NaOH AnOH + NaHCO3(1.14)

Регенерационный раствор едкого натра подается на фильтр снизу вверх, поступая сначала в секцию с высокоосновным, а затем в секцию с низкоосновным анионитом. Регенерация осуществляется в два этапа:

— в течение 10 минут подается раствор щелочи с концентрацией 1,0±0,2% и расходом 100 м3/ч;

— в течение 13 минут подается раствор щелочи с концентрацией 3,5±0,2% и расходом 55 м3/ч.

Расход регенерационного раствора щелочи контролируется расходомером позиция FQIR-326. После подачи расчетного количества щелочи насос-дозатор щелочи позиция НД-45/1,2 отключается и начинается процесс вытеснения регенерационного раствора из фильтра (отмывка по линии регенерации) подачей обессоленной воды насосом позиция Н-30/1,2 с расходом не менее 55 м3/ч (расходомер позиция FQIR-326) в течение 50 минут.

В периоды паводка при увеличении содержания органических веществ в осветленной воде требуется увеличение расхода едкого натра на регенерацию анионитного фильтра.

После стадии вытеснения регенерационного раствора едкого натра подача обессоленной воды прекращается, и ионит свободно осаждается в фильтре в течение 10 минут. Затем проводится отмывка по рабочей схеме от продуктов регенерации декатионированной водой расходом 100 150 м3/ч в течение 40 минут до следующих показателей:

— щелочность — не более 0,1 мг-экв/дм3;

— кремнекислоты — менее 200,0 мкг/дм3;

— электропроводность — менее 10,0 мкСм/см.

На последнем этапе отмывки сброс дренажных вод производится через дренаж ионитной ловушки для контроля электропроводности по кондуктометру позиция QIRAH-501 506.

Расход отмывочной воды регулируется запорно-регулирующим затвором на входе в фильтр и контролируется расходомером позиция FQIRAH-318 323.

Регенерационные и отмывочные воды ОН-анионитных фильтров подаются в баки-нейтрализаторы позиция Е-52/1−3.

1.3 Перечень контролируемых и регулируемых параметров Перечень основных параметров представлен в таблице .

Таблица 1 — Перечень основных контролируемых и регулируемых параметров

1.4 Недостатки существующей системы управления Изучив технологический процесс и функциональную схему автоматизации, а также проанализировав применяемые технические средства автоматизации можно сделать выводы, приведенные ниже.

Применяемые приборы для измерения уровня в расходных емкостях не отвечают современным критериям надежности, так как имеют в своем составе большое количество подвижных механизмов, которые часто выходят из строя. Так же существующая система измерения уровней имеет последовательную структуру соединения датчиков, при которой, как известно, выход из строя одного датчика ведет к неполадкам всей системы в целом, что очень не удобно для оператора.

Так же недостатком является и то, что регулирование расхода, давления и изменение концентрации реагентов осуществляется оператором вручную при помощи задвижек.

Учет хозрасчетных показателей ведется при помощи вторичных приборов, А — 100 (установленных на щите автоматизации) и регистрируется на диаграммных лентах, что не удобно для подсчета.

Также целый ряд показателей имеют не прямое отображение в измеряемых величинах, а косвенное.

В системе блокировок используются устаревшие приборы ЭКМ, ввиду наличия в них подвижных механических частей и специфике производства вызывающие ложные срабатывания, что приводит к остановке работы всей установки.

1.5 Постановка задачи На основании вышеизложенного, предлагается внедрить двухуровневую систему управления технологическим процессом регенерации фильтров на основе микропроцессорной техники с отображением всей необходимой информации на экране монитора.

Для измерения уровня расходных емкостях предлагается применить датчики уровня марки ВМ — 100 фирмы Krohne, которые не имеют подвижных и вращающихся механизмов и имеют погрешность измерения ± 1 мм. Это позволит более точно вести учет имеющегося в емкостях продукта.

Для удобства и точности учета и контроля коммерческих показателей, заменить устаревшие датчики расхода, давления, температуры, уровня, концентрации и подключить их к микропроцессору и вывести показания на экран монитора.

Это необходимо для того, чтобы уменьшить влияние человеческого фактора на ход данного процесса, а также увеличения полезного времени оператора при наблюдении непосредственно за процессом .

Замена существующей схемы автоматизации на схему управления, основанной на микропроцессоре позволит отказаться от использования щитов КИП, занимающих в помещении операторной много места. Благодаря этому увеличится рабочее пространство операторной и исключатся посторонние шумы, создаваемые вторичными приборами (имеющие в своем составе лентопротяжные механизмы).

Используя в АСУТП микропроцессорную технику, получим отображение всех технологических параметров на экране монитора одного пульта управления оператора, что очень удобно для контроля и управления технологическим процессом.

2 Автоматизированная система управления

2.1 Описание предлагаемой автоматизированной системы управления

2.1.1 Структурная схема предлагаемой АСУ ТП Предлагаемая система автоматизации имеет двухуровневую распределен-ную архитектуру (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — Структурная схема АСУ ТП блока подготовки сырья

2.1.2 Нижний уровень На нижнем уровне реализуются следующие функции:

· сбор информации о технологическом объекте управления;

· поддержание технологических параметров на заданных значениях;

· контроль за технологическими параметрами;

· сигнализация параметров выходящих за допустимые пределы, т. е. обеспечение безопасности производства;

· блокировка управлений, являющихся результатом ошибочных действий людей или техники;

· ПАЗ по факту аварийного события.

Нижний уровень реализован на базе 2 подсистем функционально независимых контроллеров семейства SIMATIC S7−400 — S7−414−4H для ведения технологического процесса и S7−414−4H для системы ПАЗ. Сбор оперативной информации от датчиков и выдача управляющих воздействий на приводы осуществляется через станции распределенной периферии ET 200M.

Для нижнего уровня рекомендовано оставить существующие на установке датчики, преобразователи и исполнительные механизмы серии «Сапфир-22», «Метран-43» и другие, поскольку они отвечают предъявляемым требованиям в полной мере и их замена будет экономически не оправдана.

Температура измеряется термопреобразователями типа ХК Метран-202. Эти термопары имеют встроенный нормирующий преобразователь, преобразующий термо-ЭДС в стандартный токовый сигнал 4…20мА. Данный термопреобразователь имеет такие достоинства, как, например, высокую точность; отсутствие дополнительных проводов для питания; наличие выходного унифицированного токового сигнала, который без усиления может быть передан на значительные расстояния вплоть до контроллера.

Для измерения давления используется преобразователь измерительный взрывозащищенный Метран-43Ф-ДИ-Ех, предназначенный для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами взрывоопасных производств и обеспечивающий непрерывное преобразование значения изменяемого параметра в унифицированный токовый сигнал дистанционной передачи.

Для измерения уровня используется преобразователь измерительный взрывозащищенный Метран-43Ф-ДУ-Ех, предназначенный для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами взрывоопасных производств и обеспечивающий непрерывное преобразование значения изменяемого параметра в унифицированный токовый сигнал дистанционной передачи.

Преобразователь измерительный взрывозащищенный Метран-43Ф-ДД-Ех используется в качестве дифманометра для снятия показаний перепада давления на сужающем устройстве. В качестве первичного преобразователя для измерения расхода используется сужающее устройство — диафрагма ДКС, принцип действия которой основан на возникновении разности давлений, квадратично зависимой от расхода потока проходящего через сужающее устройство.

Преобразователь измерительный уровня буйковый Метран-43-ДД-Ех-Вн предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра — уровня жидкости, уровня границы раздела жидких фаз в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи.

Блок питания БПД-40-Ex предназначен для питания датчиков типа «Метран» в искробезопасном исполнении. Блоки изготавливаются одно-, двух-, четырехканальные.

Основные преимущества датчиков Метран-43:

· долговременная стабильность сигнала;

· высокая точность преобразования;

· стойкость к вибрации и гидроударам;

· повышенная стойкость к изменению температуры окружающей среды;

· долговечность.

Определение концентрации водорода в ВСГ осуществляется при помощи газоанализатора серии S4100. Чувствительный элемент может быть встроен в датчик или установлен на расстоянии до 600 метров. Датчик измеряет и отображает концентрацию газа, регистрирует калибровки, сохраняет их в памяти. У анализатора унифицированный выход 4…20мА, напряжение питания 24 В.

Определение влажности ВСГ осуществляется с помощью поточного анализатора влажности модели 5000, предназначенного для работы во взрывоопасных зонах. Применяется для определения влажности сложных технологических потоков. Анализатор состоит из взрывозащищенного блока 560 В и контроллера. Действие анализатора основано на измерении частоты колебания кварцевого кристалла с гидрофильным покрытием. Эта технология обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений, быстрый отклик, нечувствительность к помехам. Имеет нормированный токовый выход 4…20мА, напряжение питания 230±20 В.

Для определения наличия пламени у печных форсунок используются детекторы погасания пламени «Факел 3 М». В качестве чувствительного элемента используется фотодатчик, преобразующий пульсацию света в электрический сигнал. Имеет уставку срабатывания по входному сигналу: сигнализация от 50−200мВ, блокировка от 5−50мВ. Мощность детектора 25ВА, питание 220 В, 50Гц.

Спецификация на КИП приведена в приложении А.

2.1.3 Система ПАЗ Для системы ПАЗ используется полностью автономный резервированный контроллер S7−414−4H.

При разработке ПАЗ учитывались нормы технологического регламента. На верхнем уровне предусмотрена звуковая и световая сигнализация. Все действия системы ПАЗ, блокировки, сигнализации о превышении допустимых параметров, сообщения о действиях оператора записываются в журнал.

С целью обеспечения надежности для контроллера ПАЗ предложено использовать переключаемую конфигурацию ввода-вывода (система с повышенным коэффициентом готовности) (рисунок 2.2). Такая система включает в свой состав:

· 2 центральных процессора CPU 414−4H;

· 2 линии PROFIBUS-DP;

· станцию распределенного ввода-вывода ET 200M с двумя интерфейсными модулями IM 153−2 для подключения к резервированной сети PROFIBUS-DP.

Рисунок 2.2 — Одноканальная переключаемая конфигурация ввода/вывода При отказе активного центрального процессора, интерфейсного модуля IM 153−2 или канала связи PROFIBUS-DP управление передается резервному процессору, производится переключение на резервную линию PROFIBUS-DP, управление технологическим процессом не прерывается.

Операционная система центральных процессоров CPU 414−4H выполняет все необходимые функции резервирования контроллера S7−400H автономно:

· обмен данными между центральными процессорами контроллера;

· выявление отказов и включение горячего резерва;

· синхронизация двух центральных процессоров контроллера;

· самодиагностика.

2.1.4 Верхний уровень Верхний уровень — АРМ оператора — реализован на базе промышленного персонального компьютера под управлением SCADA-системы WinCC версии 5.1.

Разработанная система диспетчеризации верхнего уровня обеспечивает выполнение следующих функций:

· отображение технологического процесса на дисплее оператора в виде графических мнемосхем;

· отображение в реальном времени значений технологических параметров и управляющих воздействий;

· формирование и отображение на дисплее различных групп графиков технологических параметров;

· автоматическую сигнализацию и регистрацию достижения параметром предаварийной и предупредительной границы;

· ведение журнала аварийных и системных сообщений, где фиксируются все сообщения о срабатывании предаварийной и предупредительной сигнализации, сообщения о действиях оператора по их квитированию (подтверждению), сообщения об изменении состояния исполнительных механизмов, системные сообщения;