Автоматизация ректификационной колонны диплом

Модернизация АСУ ректификационной колонны

Введение

крекинг автоматизированный управление реакторный

Павлодарский
нефтехимический завод является одним из самых современных по технологии
предприятий не только в Республике Казахстан, но и в странах СНГ. Уникальный
комплекс по переработке мазута КТ-1 мощностью 4 млн. тонн в год был запущен на
Павлодарском нефтехимическом заводе в эксплуатацию в 1983 году. Комплекс
позволяет обеспечивать увеличение глубины переработки нефти дополнительно на
30%.

Система
КТ-1 была специально разработана для конкретных условий ПНХЗ. Уникальность
системы заключается в подборе технологических установок в единый мощный
комплекс, потому что до системы КТ-1 строились только отдельно стоящие
установки по глубокой переработке мазута.

В технологическом формировании комплекса был применен ряд
прогрессивных технологических решений: изолированная отпарная зона, воздушное
охлаждение, увеличение диаметра печных труб, короткий прямолинейный
трансфертный трубопровод и др.

Комбинированная установка КТ-1 предназначена для глубокой
переработки мазута по топливному варианту с целью получения следующих основных
продуктов:

·
высококачественного
компонента автобензина АИ-93;

·
пропан-пропиленовой
и бутан-бутиленовой фракций;

·
гудрона
— сырья для процесса коксования;

·
компонентов
дизельного и котельного топлив;

·
сырья
для производства технического углерода.

В 1992 году вместо устаревшей системы управления «Центр» был
установлен управляющий вычислительный комплекс «Режим-1М», на котором в
настоящее время осуществляется контроль и управление процессами на установке
КТ-1. В данном проекте предложена автоматизированная система управления,
внедрение которой позволит вести более качественное управление технологическими
процессами на объекте.

1. Реакторный блок секции каталитического крекинга
и ректификации как объект автоматизированного управления

1.1 Технология и оборудование комбинированной
установки КТ-1

Описание технологического процесса. В данном проекте
автоматизации технологического процесса объектом автоматизированного управления
является реакторный блок секции каталитического крекинга и ректификации
технологической установки КТ-1 (комплекс топливный 1).

Комбинированная установка глубокой переработки мазута КТ-1
состоит из следующих секций:

— Секция 001. Вакуумная перегонка мазута;

— Секция 100. Гидроочистка сырья;

— Секция 200. Каталитический крекинг и ректификация;

— Секция 300. Абсорбция и газофракционирование;

·
Секция
400. Утилизация тепла дымовых газов и нефтепродуктовых потоков.

Секция 200, входящая в состав комбинированной установки КТ-1,
включает в себя реакторный блок каталитического крекинга, блок ректификации и
очистки технологического конденсата, воздушную компрессорную.

Процесс каталитического крекинга гидроочищенного сырья
является целевым в наборе процессов установки КТ-1 и позволяет получать
следующие продукты:

жирный газ и нестабильный бензин, используемые в качестве
сырья на секции абсорбции и газофракционирования с целью получения
пропан-пропиленовой фракции, бутан-бутиленовой фракций, сухого углеводородного
газа, высокооктанового компонента автобензина (фр. КК-205°С);

легкий каталитический газойль (фр. 195-270°С), используемый в
качестве компонента дизельного топлива или товарного печного топлива, а также
для получения связующего вещества «Универсин-С»;

(фр. 270-420°С) используемую в качестве сырья для
производства технического углерода или компонента котельного топлива;

фр.> 420°С, используемую в качестве компонента сырья для
производства технического углерода, игольчатого кокса или компонента котельного
топлива.

Разделение данных продуктов крекинга осуществляется по
традиционной схеме для всех моделей каталитического крекинга и осуществляется в
ректификационной колонне К-201.

Реконструированный в составе секции блок очистки
технологического конденсата позволяет довести до нормы качественный состав
конденсата перед сбросом его на очистные сооружения завода.

Проектная производительность С-200 1924 тыс. т/год по сырью.

Год ввода в число действующих — 1983 г.

Проектная документация по С-200 выполнена институтом
«Грозгипронефтехим» по научно-исследовательским данным ГрозНИИ.

Генеральный проектировщик с 1986 г. — ОАО
«Омскнефтехимпроект».

Сущность процесса каталитического крекинга. Процесс
каталитического крекинга гидроочищенного сырья является целевым в наборе
процессов установки и позволяет получать следующие продукты: крекинг-бензин,
легкий газойль (дизельное топливо), тяжелый газойль (широкая фракция) и
крекинг-газ.

Выход и состав продуктов каталитического
крекинга

Продукт	Выход, % массовых от сырья	Состав отбираемой фракции	Температура,°С
Крекинг — газ	10 — 20	Углеводороды С₃ — С₅ 80%, из них изостроения до 40%
Крекинг-бензин	30 — 55	изоалкены 25%, изоапканы до 55%, ароматические углеводороды 20-30%	до 195
Дизельное топливо	25 — 30	Ароматические углеводороды 40-80%	195-350
Широкая фракция	5 — 20	Конденсированные углеводороды 40-60%	350

Выход кокса при каталитическом крекинге
составляет 4 — 8%.

Расходные коэффициенты для установки крекинга
«КС» (на 1т сырья): топливо жидкое 6,7 кг, топливо газообразное 9,5 кг,
электроэнергия 3,2-10⁵ кДж, катализатор 1,9 кг, водяной пар
(потребляемый) 270 кг, водяной пар (вырабатываемый) 685 кг.

Для осуществления процесса каталитического крекинга в составе
секции 200 предусмотрены следующие блоки:

реакторный блок;

блок ректификации и очистки технологического конденсата;

воздушная компрессорная.

Сущность процесса каталитического
крекирования углеводородов основана на расщеплении высокомолекулярных
компонентов сырья на более мелкие молекулы с перераспределением освобождающихся
по месту разрыва связи «углерод-углерод» водорода. Перераспределение водорода в
процессе каталитического крекинга вызывает отложение кокса на поверхности
катализатора и потерю его активности. Вследствие этого появляется необходимость
в непрерывной регенерации катализатора, что достигается выжиганием кокса в токе
воздуха. Поэтому, работа катализатора при крекинге складывается из двух
последовательных стадий: рабочего процесса в реакторе и восстановления
активности в регенераторе (регенерация), как показано на рис.

Схема действия катализатора при крекинге

Существующие установки каталитического
крекинга делятся на три типа:

— периодического действия со стационарным
слоем катализатора;

— непрерывного действия с
движущимся слоем катализатора;

— непрерывного действия с
кипящим слоем микросферического или пылевидного катализатора. Установки этого
типа наиболее распространены.

— Сырьем для
каталитического крекинга служат нефтепродукты, выкипающие в интервале
200-500°С. К ним относятся:

— широкая фракция прямой
гонки мазута;

— соляровая фракция
термического крекинга;

— газойль коксования
нефтяных остатков.

Сырье должно удовлетворять определенным
требованиям по содержанию смол, сернистых и азотистых соединений. Поэтому,
перед крекингом его подвергают гидроочистке.

Основными параметрами процесса
каталитического крекинга являются температура, время контактирования паров
сырья с катализатором и кратность циркуляции катализатора. Современные
промышленные процессы каталитического крекинга используют непрерывно
циркулирующий поток катализатора. Отношение массы катализатора к массе сырья,
подаваемых в реактор, называется кратностью циркуляции катализатора (кг/кг):

где: m_к — масса катализатора,
подаваемая в реактор, кг/ч; m_с — масса сырья, подаваемая в реактор, кг/ч.

От кратности циркуляции катализатора
зависит время пребывания его в зоне реакции и степень его закоксованности, а
также количество теплоты, вносимой с катализатором в реактор как
теплоносителем. С увеличением кратности циркуляции возрастает активность
катализатора, повышается выход бензина и газа, но увеличиваются размеры
регенератора и расход энергии на транспортировку катализатора в установке.
Оптимальные значения параметров каталитического крекинга: температура
480-490°С, давление 0,1-0,2 МПа, объемная скорость сырья 1,5-3,0 ч-¹,
кратность циркуляции катализатора 2,5-7,0 кг/кг.

Постадийно процесс каталитического крекинга может быть
представлен следующим образом:

поступление сырья к поверхности катализатора (внешняя
диффузия);

химабсорбция на активных центрах катализатора;

химическая реакция на поверхности катализатора;

десорбция продуктов крекинга непрореагировавшей части сырья с
поверхности катализатора и частично из внутренних пор;

вывод продуктов крекинга из зоны реакции на последующую их
ректификацию.

На рис. 7.9 представлена технологическая
схема установки каталитического крекинга с кипящим слоем катализатора 1-А/1-М.
Крекируемое сырье через теплообменники 1 подается в печь 2. Нагретое
сырье смешивается с рециркулятом (частью тяжелой фракции) и по
катализаторопроводу поступает в реактор крекинга 3. В нижнюю отпарную зону
реактора вводится водяной пар для отдувки катализатора. Пары продуктов реакции
и водяной пар при температуре 450°С из верхней части реактора 3 поступают
в нижнюю часть ректификационной колонны 4. Пары бензина и водяной пар
отбираются с верхней части колонны, проходят холодильник-конденсатор 5 и
поступают в сепаратор б, в котором разделяются на водяной слой, бензиновый слой
и газ. Газ компрессируется и подается на газофракционирование, а бензин
поступает на ректификацию. Часть бензина отбирается на орошение колонны.

Дизельное топливо и тяжелая фракция
проходят через секции отпарной колонны 7, охлаждаются в теплообменниках 1 и
холодильниках 8 и отводятся как товарные продукты. Часть тяжелой фракции
в виде рециркулята смешивается с сырьем и подается в реактор 3, а часть
направляется на орошение нижней части колонны 4. Смесь тяжелых жидких
продуктов крекинга и катализаторной пыли из низа колонны4 поступает в
шламоотделитель 9, из которого шлам возвращается в реактор 3, а богатый
ароматическими углеводородами декантат отводится с установки.

Дезактивированный в процессе работы
катализатор из кипящего слоя реактора опускается в его отпарную зону и
катализаторопроводом отводится в узел смешения с воздухом 10. Из него за
счет воздушного потока катализатор переносится в регенератор 11, в
котором создается кипящий слой. Основная часть воздуха для выжигания
катализатора подается непосредственно в регенератор. Газы, образовавшиеся в
результате выжигания кокса, проходят котел-утилизатор 12, электрофильтр 13 для
улавливания катализаторной пыли и выбрасываются в атмосферу. Регенерированный
катализатор из нижней части регенератора 11 поступает в
катализаторопровод и вместе с сырьем и рециркулятом возвращается в реактор 3.

Технологическая схема установки крекинга
1-А/1-М:

— теплообменники, 2 — трубчатая печь, 3 —
реактор «КС», 4 — ректификационная колонна, 5 — холодильник-конденсатор, 6 —
газоотделитель, 7 — отпарная колонна, 8 — холодильники, 9 —
шламоотделитель, 10 — узел смешения, 11 — регенератор катализатора «КС», 12 —
котел-утилизатор, 13 — электрофильтр

Наиболее типичными компонентами сырья каталитического
крекинга являются парафиновые углеводороды, при крекинге которых доминируют
разложения С₁₆Н₃₄ ® С₈Н₁₈
+ С₈Н₁₆.

Наиболее часто разрыв молекулы парафинового углеводорода
происходит по средней ее части.

Термическая стабильность парафинов понижается с увеличением
молекулярного веса углеводородов.

При крекинге парафиновых углеводородов нормального строения
протекают и вторичные реакции с образованием ароматических углеводородов и
кокса. Изопарафиновые углеводороды крекируются легче.

Водорода и метана при этом получается больше, чем при крекинге
нормальных парафинов, а углеводородов С3 и С4 меньше.

Нафтеновые углеводороды являются идеальными компонентами
сырья каталитического крекинга, так как крекинг нафтенов идет с большими
скоростями, с более высоким выходом бензина и меньшим газообразованием.

Большой интерес для технологии каталитического крекинга
представляет поведение ароматических углеводородов. Крекинг ароматических
углеводородов сопровождается их деалкилированием и конденсацией.

. (CН₂) 5-СН₃ ® СН₂-СН₃+СН₃-СН₂-СН=СН₂

. СН₂-СН₂-СН₃ ® +СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃

Между молекулами ароматических углеводородов или между
ароматическими и олефиновыми протекают реакции конденсации, в результате
которых образуется полициклическая ароматика вплоть до асфальтена и кокса.

Поэтому при переработке сырья со значительным содержанием
полициклической ароматики образуется значительно больше кокса, чем при
переработке сырья, содержащего моноциклические ароматические углеводороды.

Крекинг олефинов, образующихся в результате расщепления
парафиновых, нафтеновых, ароматических, а также самих олефиновых, является
вторичной реакцией. Возможность изомеризации олефинов позволяет получать бензин
с более высоким октановым числом с одновременным увеличением выхода изобутана.

Полимеризация олефинов также является важной реакцией
процесса, поскольку в сочетании с последующим крекингом, приводит к образованию
олефинов и парафинов

СН₂=СН₂+СН₂=СН₂ ® СН₃-СН=СН-СН₃.

Однако глубокая полимеризация ведет к образованию тяжелых
продуктов, абсорбирующихся и разлагающихся на катализаторе на кокс и газ.

Реакции крекинга углеводородов всех классов, которые могут
встречаться в крекируемом сырье, могут быть представлены следующей схемой, где:
П — парафины, О — олефины, Н-нафтены, А — ароматические углеводороды, ПО —
полимеролефины, ЦО — циклические олефины, Д — диены, КА — конденсированные
ароматические углеводороды.

Общая схема реакций крекинга углеводородов:

Обычно одним из лучших критериев интенсивности побочных
реакций является отношение выходов бензина и кокса. Высокое отношение указывает
на преобладание желательных реакций (при условии сохранения высокого октанового
числа бензина). Низкое отношение указывает на интенсивное протекание побочных
реакций.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

тяжелое сырье дает большой выход бензина и меньший выход
газа;

ароматическое сырье дает наибольший выход кокса и наименьший
выход бензина;

нафтеновое сырье дает лучший выход бензина и наименьший выход
кокса в сравнении с ароматическим и парафиновым сырьем;

низкокипящее сырье позволяет получить высокооктановый бензин,
высококипящее — низкооктановый;

сырье с высоким содержанием серы дает низкооктановый бензин;

сырье с очень высокой температурой кипения и значительным
содержанием кокса по Конрадсону дает высокий выход кокса, ограничивающий
мощность секции из-за чрезмерной перегрузки регенератора.

Основными факторами, влияющими на процесс каталитического
крекинга, являются: свойства применяемого для крекирования катализатора,
температура процесса, кратность циркуляции катализатора, продолжительность
контакта сырья и катализатора, качество крекируемого сырья.

Для обеспечения максимального выхода целевых продуктов и
минимального количества побочных, а также для достижения высоких
технико-экономических показателей процесса, катализатор крекинга должен иметь
следующие основные свойства:

высокую активность, способствующую большей глубине
превращения исходного сырья при прочих равных условиях;

высокую селективность, которая оценивается способностью
катализатора ускорять реакции получения бензина и снижать скорость побочных
реакций: образования газа и кокса;

стабильность.

Стабильность активности, селективности и механических свойств
катализатора в процессе эксплуатации особенно важна в системах с кипящим слоем
катализатора. Катализатор должен быть стойким к истиранию, растрескиванию и
давлению вышележащих слоев, а также не должен истирать аппаратуру;

высокие регенерационные свойства, характеризующиеся
способностью быстро и многократно восстанавливать свою активность и
селективность при окислительной регенерации без нарушения поровой структуры и
разрушения частиц.

Заложенный в проекте микросферический цеолитсодержащий
катализатор в значительной степени отвечает всем перечисленным требованиям,
предъявляемым к современным катализаторам крекинга.

Химический и фракционный состав сырья крекинга оказывает
значительное влияние на процесс каталитического крекинга.

Присутствие в сырье сернистых, азотистых и
металлоорганических соединений дезактивирует применяемый катализатор, ухудшает
качество продуктов крекинга.

С целью улучшения качества сырья каталитического крекинга в
состав комплекса введена предварительная гидроочистка сырья, что позволяет
полностью исключить влияние колебаний в изменении качественного состава сырья
на результаты процесса крекинга и стабилизировать работу
реакторно-регенераторного блока.

Процесс с применением гидроочищенного сырья протекает более
глубоко и селективно, в результате чего возрастает абсолютный выход бензина и
снижается выход кокса.

Отличительной особенностью продуктов крекинга, полученных при
переработке гидроочищенного сырья, является низкое содержание в них серы, это
исключает дополнительные затраты по их гидрооблагораживанию.

Влияние оперативных условий на процесс каталитического
крекинга.

. Увеличение объемной скорости подачи сырья в реактор
понижает глубину превращения сырья, т.к. уменьшается время контактирования
углеводородных фракций с катализатором и приводит к снижению выхода кокса.

. Температура в реакторе — наиболее общий параметр, влияющий
на выход бензина, октановое число и конверсию. Повышение температуры в реакторе
увеличивает конверсию, выход кокса и повышает температуру в регенераторе. По
результатам исследований установлено, что увеличивая температуру в реакторе на
10°С можно повысить октановое число (ИОЧ) на 0,7-1,8 п., однако, повышая
октановое число бензина, снижается выход бензина и увеличивается выход сухого
газа и, при повышении температуры в реакторе до 540°С значительно возрастает
скорость вторичных реакций. Повышение температуры в реакторе в большей степени
влияет на увеличение октанового числа тяжелых бензинов, т.к. рост температуры в
реакторе способствует в большей мере образованию олефинов в тяжелых бензинах.

. Кратность циркуляции — соотношение потоков катализатора и
сырья влияет на глубину разложения сырья и выход основных продуктов крекинга и,
изменяется в пределах от 5:1 до 10:1.

При увеличении кратности циркуляции повышается глубина
разложения сырья, растет выход бензина, увеличивается процент отложения кокса
на катализаторе но, при чрезмерном увеличении кратности циркуляции резко
возрастает разложение целевых продуктов, выход бензина падает, а количество
кокса и газа увеличивается. При постоянной производительности по сырью, с
увеличением кратности циркуляции катализатора происходит уменьшение температуры
в регенераторе, с одновременным увеличением количества кокса, циркулирующего в
системе.

. Температура ввода сырья в реактор определяется из теплового
баланса реактора-регенератора и влияет на изменение кратности циркуляции
катализатора. С увеличением температуры ввода сырья в реактор, температура в
зоне выжига кокса регенератора увеличивается и понижается кратность циркуляции.

Пониженная температура подогрева сырья увеличивает конверсию
и снижает температуру регенератора. При пониженной температуре значительно
увеличивается выход кокса и повышается циркуляция катализатора.

. Содержание кислорода в дымовых газах.

Увеличение процента кислорода в дымовых газах регенерации, за
счет увеличения подачи воздуха, понизит содержание кокса на регенерированном
катализаторе, образование углерода в реакторе и температуру в регенераторе.
Однако слишком высокий процент кислорода может привести к догоранию СО в СО₂
в объеме регенератора и послужить причиной аварийной ситуации.

. Подача шлама в реактор.

Направление шлама в реактор позволяет повысить эффективность
процесса крекинга, сделать более гибкой регулировку температурного режима
системы реактор-регенератор, за счет увеличения коксовой нагрузки на
регенератор. Увеличение подачи шлама в реактор может быть вызвано
необходимостью замыкания теплового баланса системы реактор-регенератор при
относительно низком выходе кокса.

. Уровень катализатора в реакторе.

С увеличением высоты кипящего слоя в реакторе, увеличивается
глубина превращения, выход кокса и температура регенерации катализатора.
Содержание кислорода в дымовых газах, расход шлама в реактор понижается.

Факторы, ограничивающие гибкость процесса каталитического
крекинга.

. Максимальная температура регенератора.

. Минимальная и максимальная температура нагрева сырья.

. Производительность газового компрессора и его
характеристики (расчетная плотность газа).

. Максимальная скорость циркуляции катализатора.

. Производительность фракционирующего оборудования.

Описание технологической схемы. Реакторный блок.

Сырьем секции 200 является смесь вакуумных дистиллятов
фракции (350-500°С) полученных при вакуумной перегонке мазута секции 001 и
установки по производству битумов, а также легкого и тяжелого газойлей
коксования прошедших процесс гидроочистки и стабилизации на секции 100.
Допускается вовлекать в сырь легкий каталитический газойль фр. 195-270°С
собственной выработки.

Подача сырья в реактор Р-201 осуществляется основным потоком
в узел смешения с катализатором, по линии л. 110/5. Схемой предусмотрена подача
сырья в Р-201 через сырьевые форсунки №№1-5, в количестве до 30% масс от общей
загрузки и расположенных на высоте 8,1 м от низа лифт-реактора. В качестве
сырья используется гидроочищенный вакуумный дистиллят (фр. 350-500°С) секции
С-100 в смеси с затемненным продуктом фр. 450-500°С секции С-001 или УПБ.

Использование тяжелых фракций в качестве сырья крекинга при
неработающем блоке гидроочистки и работа комплекса в целом определяется
качеством товарных продуктов.

Подача сырья в реактор Р-201 стабилизирована регулятором
расхода поз. 79, клапан (ВО), которого установлен на выкиде насосов Н-102,
Н-102 р, Н-102/1.

Расход сырья в Р-201 через форсунки №1-5 регулируется
регулятором расхода поз. 59, клапан (ВО), которого установлен на линии подачи
сырья к форсункам.

Общий расход сырья, поступающего в реактор Р-201,
контролируется расходомером поз. 72.

Давление в линии сырья, перед подачей в реактор,
регистрируется прибором поз. 73, показания выведены на щит оператора.

Для обеспечения оптимальной скорости газокатализаторного потока
нижняя часть лифт-реактора выполнена уменьшенного диаметра: диаметр прямоточной
части на высоту 8,1 м сужен с диаметра 1400 до 1200 мм путем утолщения слоя
торкрет-бетона.

Для обеспечения более качественного смешения сырья с
катализатором, подача сырья в реактор (основной поток) выполнена через 7
форсунок тонкого распыла диаметром 90 мм (сопла Вентури). Форсунки такого же
типа диаметром 50 мм, смонтированы на высоте 8,1 м-пять штук

и по одной за №№6,7,8 на высотах 11,2; 18,9 и 23,5 м.

Технологическая схема позволяет осуществлять подачу
дистиллятов в каждую из трех форсунок, расположенных на указанных отметках
лифт-реактора.

Для обеспечения распыла сырья, подаваемого через 7 форсунок
захватного устройства и 5 сырьевых форсунок на высоте 8,1 м, подается водяной
пар низкого давления (ПНД). Расход (ПНД) стабилизируется регуляторами расхода
поз. 62, поз. 65, клапаны (ВЗ) которых установлены на линиях подачи водяного
пара в низ лифт-реактора, на сырьевые форсунки, расположенные на высоте 8,1 м
и, в транспортную линию регенерированного катализатора после шиберной задвижки
поз. 2-104 из Р-202 в Р-201 (л. 216/2).

Подача тяжелой фракции 450-500°С с установки производства
битумов (УПБ) в реактор Р-201 осуществляется через форсунки 6 или 7 по
следующей схеме:

Фракция 450-500°С — затемненный продукт с вакуумного блока
установки производства битумов — поступает в емкость Е-703. Уровень в емкости
стабилизируется регулятором (ВЗ) уровня поз. 7-91.

Подача газойля из емкости Е-703 на секцию С-200
осуществляется насосом Н-708-1, р. Расход его регулируется поз. 81, клапан (ВЗ)
установлен на линии нагнетания насосов Н-708-1, р.

Технологической схемой реакторного блока предусмотрена подача
фракции 450-500°С с УПБ в линию гидроочищенного сырья после Т-102.

Предусмотрена также подача фракции 195-270°С каталитического
крекинга в емкость Е-703, с последующим направлением его на смешение с сырьем,
подаваемым в реактор. Схемой предусмотрен возврат фр. 195-270°С в Е-106, в
качестве компонента сырья секции С-100, 200.

Схема межцеховых коммуникаций позволяет подавать тяжелый
газойль установки замедленного коксования в емкость Е-703 для последующей
подачи его в Р-201 (через форсунки №6,7).

Подача затемненного продукта фр. 450-500°С секции С-001
осуществляется в линию гидроочищенного вакуумного газойля после теплообменника
Т-102 по следующей схеме: Фракция 450-500°С забирается с 16 тарелки колонны
К-601/1 насосом Н-605,605 р и подается в поток гидроочищенного
стабилизированного вакуумного газойля. Количество фракции 450-500°С, выводимой в
линию сырья с С-001 на С-200, регулируется поз. 6-114. Диафрагма и клапан (ВО)
установлены на линии нагнетания насосов Н-605, Н-605 р.

Для проведения процесса крекинга в жестких условиях и
прекращения вторичных реакций, снижения выхода продуктов разложения
образовавшихся дистиллятных фракций в конце реакции, а также рационального
использования дистиллятов вторичного происхождения, получаемых на заводе
(погоны УЗК), выполнена подача холодных орошений «квенча» через форсунки №№6-8
по высоте лифт-реактора.

В качестве «квенча» используется бензин УЗК, нестабильный
бензин каталитического крекинга и (или) газойль УЗК. В качестве нестабильного
бензина каталитического крекинга может подаваться бензин из 0-201 или
нестабильный бензин верхнего циркулирующего орошения колонны К-201.

Нестабильный бензин крекинга или бензин УЗК подаются в
реактор Р-201 через форсунку N8 насосами Н-202, Н-202 р. Количество бензина
регулируется поз. 2-38. Клапан (ВЗ) установлен на линии нагнетания насосов.

Тяжелый газойль УЗК подается при необходимости через форсунки
№6 или №7 и, учитывается расходомером поз. 6-201-1.

Для аварийного прекращения подачи дистиллятов через форсунки
№№6,7,8 на линиях подачи дистиллятов перед реактором установлены
клапана-отсекатели п.п. 2-13,2-14,2-15. Приведение их в действие осуществляется
дистанционно со щита операторной.

Для обеспечения распыла продуктов, подаваемых через форсунки
№№6-8, предусмотрена подача водяного пара ПНД, расход которого регулируется со
щита операторной (клапан (ВЗ)) поз. 74 и, регистрируется прибором поз. 74,
установленным на линии подачи водяного пара к форсункам №№6,7 и поз. 76,
установленным на линии подачи ПНД на форсунку №8.

На С-200 в технологических целях используется водяной пар с
давлением 12 ата и 4 ата (ПНД). Пар 12 ата поступает на секцию из сети пара 12
ата, магистрального трубопровода. Пар 4 ата получают редуцированием пара 12
ата. Постоянство давления пара 4 ата на реакторный блок секции поддерживается
регулятором давления поз. 89, клапан (ВЗ) которого установлен на линии подачи
пара 12 ата в сеть пара 4 ата. В случае превышения давления в сети пара 4 ата
на коллекторе пара 4 ата установлен предохранительный клапан СППК с
установочным давлением 5 кгс/см2 и сбрасывающим пар в атмосферу.

С целью обеспечения возврата катализаторной пыли с низа К-201
в реактор Р-201, а также замыкания теплового баланса системы
реактор-регенератор предусмотрена подача (возврат) шлама в реактор, через
форсунки №№6,7 или в узел смешения захватного устройства Р-201.

Расход шлама подаваемого в реактор, измеряется прибором поз.
77, диафрагма установлена на линии нагнетания Н-203/1-4, р.

Распыленное водяным паром сырье смешивается в нижней части
лифт-реактора Р-201 с регенерированным катализатором, поступающим из
регенератора Р-201 по транспортному трубопроводу катализатора.

Пары нефтепродуктов, образовавшиеся при контактировании
парожидкостной смеси сырья с горячим катализатором, двигаясь в прямоточном
лифт-реакторе Р-201, подвергаются каталитическому крекированию.

Прокрекированное нефтяное сырье и катализатор поступают в
верхнюю часть лифт-реактора, оборудованную баллистическим сепаратором, на
выходе из которого, за счет резкого изменения направления потока на 180°С и
большой разницы удельного веса продуктов крекинга и катализатора, происходит
быстрое разделение продуктов крекинга (паров) от катализатора.

Парогазовая смесь продуктов крекинга и водяного пара
поступает в 4 группы двухступенчатых циклонов со спиральным вводом и после
отделения их от увлеченной катализаторной пыли направляется в ректификационную
колонну К-201 на разделение.

Для исключения образования застойных зон и предотвращения
коксообразования вокруг сборной камеры реактора Р-201 и в районе газовыводных
патрубков внутренних циклонов реактора, смонтирован паровой маточник
(барботер), через который подается водяной пар ПНД.

Расход ПНД измеряется расходомером поз. 94.

Катализатор с адсорбированными на его поверхности продуктами
крекинга поступает в зону десорбции реактора, где осуществляется отпарка
продуктов крекинга от катализатора с помощью водяного пара, подаваемого в 2
коллектора зоны десорбции Р-201.

Расходы ПНД в первый и второй коллектора зоны десорбции
регулируются поз. 71 и поз. 69. Клапаны (ВЗ) установлены на линиях подачи пара
в эти коллектора.

Температура в реакторе поддерживается открытием шиберной
задвижки поз. 48, установленной на линии подачи регенерированного катализатора
из регенератора в реактор. По высоте лифт-реактора температура контролируется
следующими позициями:

в прямоточном лифт-реакторе поз. 53, 56, 57;

в зоне десорбции, по сечениям, верх поз. 51, низ поз. 83;

в отстойной зоне поз. 86;

в сборной камере поз. 87.

Температура продуктов крекинга на выходе из лифт-реактора
измеряется поз. 47 и поз. 60.

Давление в реакторе Р-201 контролируется поз. 84, перепад
давления на циклонах реактора поз. 82, перепад давления по высоте лифт-реактора
и сепаратора разделения контролируется поз. 54, перепад давления по высоте
сепаратора разделения поз. 61.

Плотность (концентрация) потока в прямотоке лифт-реактора
контролируется поз. 55.

Плотность кипящего слоя в зоне десорбции контролируется поз.
52, контроль уровня в зоне десорбции реактора осуществляется основным
уровнемером поз. 49 и дублирующим уровнемером поз. 85.

При работе РРБ на малой производительности, а также в период
пуска или остановки секции предусмотрена подача пара 12 ата в Р-201, для
обеспечения проектных скоростей потока при различной подаче сырья в реактор
(рис. №1).

Расход аварийного водяного пара регулируется прибором поз.
66, регулирующий клапан которого поз. 67 установлен на линии подачи пара в
Р-201.

В аварийных ситуациях, при срабатывании системы блокировок
или включении ключа аварийной остановки, оперативная подача аварийного пара в
Р-201 осуществляется открытием эл. задвижки 100, расположенной на байпасной
линии клапанной сборки поз. 66.

Перепад давления на шиберных задвижках замеряется:

поз. 31, на шиберной задвижке 50, расположенной на линии
транспорта закоксованного катализатора из Р-201 в Р-202 (л. 216/1);

поз. 44, на шиберной задвижке 48, расположенной на линии транспорта
регенерированного катализатора из Р-202 в Р-201 (л. 216/2).

Для нормальной работы линзовых компенсаторов, расположенных
на транспортных линиях л. 216/1 и л. 216/2, а также для предотвращения
отложений катализатора и исключения образования застойных зон в районе шиберов,
выполнена подача пара ПНД на продувку компенсаторов и корпусов шиберных
задвижек.

Регистрация расхода ПНД осуществляется поз. 42 (на л. 216/1)
и поз. 43 (л. 216/2).

Закоксованный катализатор за счет разности статических
напоров катализатора в реакторе-регенераторе самотеком по наклонному
транспортному трубопроводу поступает на регенерацию в зону выжига кокса
регенератора Р-202.

Уровень катализатора в реакторе поз. 49, регулируется
шиберной задвижкой 50 с коррекцией по перепаду давления поз. 31 на шибере 50.

Регенерация катализатора осуществляется при температуре до
690°С и давлении 1,7 кгс/см2.

Дымовые газы регенерации отделившись от увлеченной ими
катализаторной пыли в отстойной зоне регенератора и в 6-ти группах
двухступенчатых циклонов со спиральным вводом продуктов разделения с
температурой до 700°С поступает в выносные пылеулавливающие циклоны Е-201-1-4,
где происходит доочистка дымовых газов и возврат уловленного катализатора в
Б-203, с последующей перегрузкой уловленного катализатора в бункер Б-201.

Далее дымовые газы поступают в аппарат для снижения давления
газов регенерации Д-201.

В целях оптимизации работы выносных пылеулавливающих циклонов
Е-201/1-4 и исключения забивки спускных пылевозвратных стояков (из Е-201/1-4 в
Б-203) катализаторной пылью, смонтирована газовыводная линия Ду-200 с соплом
критической скорости, из бункера Б-203 в газоход П-401, помимо в Д-201.

Вывод дымовых газов в Д-201 осуществляется через двухшиберную
задвижку поз. 2-121, поддерживающей перепад давления между реактором Р-201 и
регенератором Р-202.

В газоходе Д-201, оборудованном диафрагмовыми тарелками,
происходит снижение давления дымовых газов регенерации до атмосферного.

После Д-201 дымовые газы направляются на С-400 для утилизации
физического тепла. Из линии вывода дымовых газов (после Д-201) осуществляется
автоматический отбор проб дымовых газов для аналитического контроля их состава
поз. 19а, на содержание СО и поз. 20а на содержание О₂.

Регенерированный катализатор из регенератора Р-202 самотеком
по наклонной транспортной линии (л. 216/2) поступает в реактор Р-201 на
смешение с сырьем.

Кратность циркуляции катализатора в системе РРБ
поддерживается регулятором — шиберной задвижкой 13а по температуре в реакторе
Р-201 (поз. 47 и 60) с коррекцией — по перепаду давления поз. 32а на шибере
13а.

Выжиг кокса с катализатора в регенераторе Р-202
осуществляется посредством воздуха, поступающего от компрессоров ЦК-201/1,2, р
по двум самостоятельным линиям через общий распределительный коллектор внутри
регенератора Р-202. Определяющим параметром технологического выжига по
регулированию количества воздуха, подаваемого в регенератор Р-202, является
разность температур по поз. 9в между плотным слоем катализатора в кипящем слое
Р-202 (термопара поз. 9б) и отстойной зоны (термопары поз. 9а), содержание
свободного кислорода в дымовых газах, после регенератора поз. 20а, состояние
катализатора (содержание кокса на нем) на выходе из Р-201 и Р-202.

Распределение воздуха по коллекторам осуществляется
дистанционно с пульта регулирующими заслонками поз. 25д(ВЗ) и 17д(ВЗ), расход
воздуха контролируется поз. 25а и 17а.

Расходомер 18а регистрирует количество воздуха, подаваемого
на горелки топки П-201.

Для обеспечения глубокой регенерации катализатора вводы
(коллекторы) для подачи воздуха в регенератор оборудованы перфорированными
лучами (маточниками), обеспечивающими равномерное распределение воздуха в
кипящем слое катализатора по всему объему регенератора.

С целью предотвращения повышения температуры регенерации выше
допустимой, за счет возможного горения окиси углерода (СО), на регенераторе
Р-202 предусмотрен узел загрузки промотора в кипящий слой катализатора.

В качестве промотора применяется оксипром-2, КО-9 или СР-3.

Температурный контроль процесса регенерации катализатора
осуществляется по зонам посредством термопар:

сборная камера, поз. 11а;

верхняя часть отстойной зоны поз. 10а и 7а;

зоны разряженного кипящего слоя поз. 5а, 6а;

верхняя зона плотного кипящего слоя 4а;

средняя зона плотного кипящего слоя поз. 3а;

низ зоны плотного кипящего слоя поз. 2а.

Основной выжиг кокса и дожиг СО должны осуществляться в
следующих зонах:

верхняя зона регенерации поз. 4а;

средняя зона регенерации поз. 3а;

нижняя зона регенерации поз. 2а.

Контроль за температурой в линии дымовых газов осуществляется
поз. 12а, 21а.

Давление в регенераторе контролируется поз. 22а.

Уровень кипящего слоя в регенераторе Р-202 контролируется
поз. 34а и дублируется поз. 24а, плотность (концентрация) кипящего слоя в
верхней части контролируется поз. 26а, в нижней части кипящего слоя — поз. 27а.

Перепад давления на циклонах контролируется поз. 23а.

Для разогрева системы реактор-регенератор, в момент пуска, и
при работе РРБ на малых загрузках, схемой предусмотрена подача жидкого топлива
(фр. 350-500°С) в кипящий слой регенератора Р-202 для увеличения коксовой
нагрузки на Р-202 и замыкания теплового баланса по системе РРБ.

Давление и расход жидкого топлива к форсункам регенератора
поддерживается поз. 35а, 30а. Клапан (ВО) установлен на линии подачи жидкого
топлива к форсункам Р-202 от Н-610, Н-610 р.

Также предусмотрена подача жидкого топлива к форсункам Р-202
из схемы питания жидкого топлива печей секции С-001, С-100 от насосов Н-611 и
Н-611 р.

Температура нагрева воздуха в П-201 контролируется поз. 15.

Дистанционный розжиг форсунок в топке П-201 осуществляется
поз. 2-211-1, 2-211-2.

Давление жидкого топлива к форсункам регенератора
стабилизируется поз. 35а, (клапан (ВО)).

Загрузка катализатора (свежего или равновесного) из автоцементовоза
в бункера Б-201 и Б-202 производится потоком технического воздуха, подаваемого
на пневмотранспорт из заводской сети.

Загрузка катализатора в регенератор Р-202 осуществляется из
бункеров Б-201, Б-202. Для поддержания оптимальной активности равновесного
катализатора, циркулирующего в системе РРБ, технологической схемой
предусмотрена подпитка свежим катализатором системы РРБ из бункера Б-202 через
бункер-дозатор Б-205 мерными порциями.

Догрузку свежего катализатора необходимо осуществлять в
количестве 0,5-0,7 кг катализатора на тонну крекируемого сырья.

Свежий катализатор из Б-202 периодически загружается в
бункер-дозатор Б-205 с помощью пневмотранспорта через заборное устройство
(эжектор). Загрузка ведется до уровня соответствующего среднему пробному крану,
и составляет ~1,6 тн. Отмеренная таким образом порция свежего катализатора
через заборное устройство (эжектор) пневмотранспортом направляется в
регенератор Р-202. Сброс сжатого воздуха из бункера Б-205 осуществляется через
внутренний пылеулавливающий циклон Б-202 на свечу (в атмосферу).

Заборное устройство (эжектор) выполнено съемным с
регулируемым соплом, для подбора пневмотранспорта катализатора.

При расходе свежего катализатора, соответствующем
естественным потерям, наблюдается снижение активности равновесного катализатора
и, как следствие, снижение выхода целевых продуктов крекинга. С другой стороны,
регулярный ввод в систему РРБ свежего катализатора в количестве превышающем
естественные потери, неизбежно приведет к росту уровня кипящего слоя катализатора
в регенераторе и реакторе выше допустимых пределов. Таким образом, для
повышения эффективности процесса крекинга предусмотрена система периодической
выгрузки равновесного катализатора из системы РРБ.

Выгрузка катализатора из регенератора Р-202 осуществляется в
аварийный бункер Б-201. Основная проблема при этом обусловлена высокой
температурой выводимого катализатора (650°С) и, как следствие, чрезмерным
нагревом катализаторопровода и арматуры, а также ограничением температуры в
бункер Б-201.

Выгрузка и охлаждение катализатора осуществляется
естественным путем за счет теплоотдачи через поверхность катализаторопровода в
окружающую среду и смешения с техническим воздухом из заводской сети,
подаваемым на пневмотранспорт. При этом необходимая температура катализатора
(до 300°С), поступающего в бункер Б-201, достигается ограничением расхода
выводимого из регенератора катализатора при помощи специального дозировочного
устройства. Согласно расчетам, расход катализатора не должен превышать 1,0-1,5
тн/ч.

В период остановки секции на капитальный ремонт, выгрузка
катализатора из регенератора Р-202 в аварийный бункер Б-201 производится по
выгружным стоякам самостоятельными выводами, расположенными на коническом днище
регенератора Р-202.

Давление в бункерах Б-201 и Б-202 контролируется поз. 16а и
поз. 15а.

В бункере Б-201 контролируется температура поверхности стенки
термопарами 14а, что косвенно позволяет судить о перегрузке уловленного
катализатора из бункера Б-203, выносной системы пылеулавливания.

Бункер Б-204 служит для выгрузки остаточного катализатора из
регенератора Р-202 в период остановки РРБ. Разряжение в бункере Б-204 создается
эжектором ЭЖ-202, при подаче в последний технического воздуха.

Отбор импульсов к приборам КИПА, замеряющим давление и
перепады давления в аппаратах реакторного блока осуществляется методом
продувки. Давление воздуха КИПиА к приборам секции С-200 контролируется поз.
90.

Вспомогательные схемы. Система технического воздуха.

Технический воздух используется на установке для проведения
операций по перегрузке катализатора, загрузке промотора, опрессовке
оборудования и других хозяйственных нужд. Технический воздух поступает на
комплекс из заводской сети низкого давления во влагомаслоотделитель Е-617/1,
давление технического воздуха поступающего на комплекс контролируется поз. 91,
а его расход поз. 92. Далее технический воздух, необходимый для операций
перегрузки катализатора, подводится к бункерам Б-201, Б-202, Б-203, Б-204,
Б-205, Р-202. Технический воздух, используемый на блоке ректификации, поступает
на блок из линии воздуха после Е-617/1, проходит очистку во
влагомаслоотделителях Е-217/1,2,3 и разводится по стоякам, расположенным вдоль
блока теплообменников и постамента N1. После Е-217/1 воздух поступает во
влагомаслоотделитель Е-217/2 и подается на стояк технического воздуха,
расположенный по всей высоте К-201.

Дренирование нефтепродуктов с технологического оборудования и
коммуникаций.

) Предстоящее дренирование нефтепродукта согласуется с
службой ООПиВК и с администрацией цеха №8, о сбросе нефтепродукта в сточные
воды и своевременном переводе сточных вод в резервные амбары очистных
сооружений.

) Освобождение аппаратов, трубопроводов и технологического
оборудования от нефтепродукта производится открытым дренированием в
промливневую канализацию (ПЛК) под постоянным контролем обслуживающего
персонала с соблюдением инструкций по технике безопасности (инстр.III-39, V-1).

Система прокачки, торцевых уплотнений насосов и импульсных
линий отборов КИПиА.

Технологической схемой предусмотрена прокачка дизельным
топливом отборов КИП: поз. 2-61 и поз. 2-68 (уровень в К-201) и торцевых
уплотнений насосов Н-203/1,2,3,4, р, Н-209/1,2, р, от насосов Н-610/1, р,
установленных на С-001. Давление в линии прокачки контролируется поз. 6-51, и
регулируется поз. 6-51 (ВО). Также предусмотрена возможность подачи дизельного
топлива в линию прокачки от Н-602, забирающих дизельную фракцию с 4-й тарелки
К-601.

Система воздуха КИП.

Воздух КИП для питания приборов и продувок отборов
реакторного блока поступает на установку из ресиверов Е-107/1,2. Постоянство
давления воздуха КИП обеспечивается поз. 9-71. Клапан (ВЗ) установлен на
трубопроводе из Е-107/1,2 к потребителям.

Давление воздуха КИП на реакторном блоке контролируется
прибором поз. 2-124.

Система жидкого топлива.

Жидкое топливо используется на секции С-200 в пусковой период
для разогрева реакторного блока и подается к форсункам регенератора Р-202 и
форсункам П-201.

В качестве топлива используется дизельное топливо,
поступающее в топливное кольцо Р-202 и к форсункам П-201 из линии прокачки
торцевых уплотнений и отборов приборов КИП, избыток топлива сбрасывается в
емкость Е-106, расположенную на С-100. Постоянство давления в линии жидкого
топлива обеспечивается регулятором давления поз. 39 (ВО), количество топлива,
подаваемого в Р-202, регулируется поз. 2-221 (ВО), 2-222 (ВО) установленным на
1 и 4 форсунках Р-202, количество топлива, подаваемое на форсунки П-201,
регулируется поз. 15 (ВО).

Расход жидкого топлива регистрируется расходомером поз. 40.

Также проектом предусмотрена схема сброса жидкого топливо в
НЦО К-201 и в линию фр.> 420°С с установки.

Есть возможность вовлекать в схему жидкого топлива Р-202,
П-201, топливо печей секции С-001, 100 от насосов Н-611, 611 р.

Водоснабжение и канализация.

Производственное водоснабжение установки предусмотрено водой
I и II системы. Охлажденная вода I, II системы поступает на установку по двум
вводам для каждой системы.

Расход оборотной воды I системы контролируется поз. 9-8,
9-10, а расход воды II системы поз. 9-9, 9-11. Замер давления в трубопроводах
оборотного водоснабжения обеспечивается: I система поз. 9-4, 9-6, II система
поз. 9-9, 9-7 и манометры по месту.

Потребителями оборотной воды I системы являются:

маслоохладители компрессоров ЦК-201/1-3;

насосное оборудование С-200;

доохладители Х-201/1-3;

гидравлик Е-208.

Потребители II системы:

воздухоохладители электродвигателей воздушных компрессоров
ЦК-201/1-3.

Для отвода промстоков и ливневых вод на установке
предусмотрены самотечные сети производственно-ливневой канализации. Для
предупреждения распространения огня в сети канализации предусмотрено на всех
подключениях устройство колодцев с гидравлическими затворами.

Отвод промышленных стоков и ливневых вод с секции
осуществляется по коллектору диаметром D-200/250/300/400/500 мм через концевой
колодец К-681.

Технологический конденсат подвергается локальной очистке на
установке и выводится в К-41 и далее в смеситель стоков механической очистки.

Система пожарного водопровода.

На установке предусмотрена сеть производственного противопожарного
водопровода (ППВ) высокого давления. На секции С-200 к сети
производственно-противопожарного водопровода подключены лафетные стволы N1,5,
управление задвижками с ручным приводом вынесенными на перекрытие колодца
соответственно 17,18.

Колонны К-201, К-202/1,2 и реактор Р-201 оснащены кольцами
орошения. Управление подачей воды на кольца орошения осуществляется из
сети пожарного водопровода из колодца ВК-19. По периметру границы секции С-200
установлены гидранты ПГ-125, 132, 402, 495, 496.

Система пароснабжения.

Потребности установки в паре полностью обеспечиваются
собственной выработкой пара на блоке утилизации тепла секции С-400 при
проектной загрузке по сырью РРБ. В период пуска и остановки блока утилизации
тепла подача необходимого количества пара предусмотрена из заводской сети. На
секции С-200 потребляется пар и выводится конденсат.

Пар 12 атм с температурой 280°С поступает на секцию С-200
после редуцирования пара 37 атм и охлаждается на охладительных установках
0У-1/1,2.

Основными потребителями пара являются:

аварийная подача пара в прямом потоке лифт-реактора при
прекращении подачи сырья в Р-201;

отпарные колонны К-202/1,2;

пар на топливные форсунки П-201;

пропарка аппаратов и насосов;

паровая продувка демпферов и компенсаторов на линии 201/1 (пары
крекинга из Р-201 в К-201;

паровая продувка крышек электрозадвижек поз. 2-1з и поз.
2-2з;

обогрев приборов КИПиА реакторно-регенераторного блока, блока
ректификации и блока очистки технологического конденсата.

Пар 4 ата, Т-158°С получается на установке путем
редуцирования пара 12 ата. Постоянство давления в коллекторе пара 4 ата
поддерживается регулятором поз. 89, клапан которого установлен на линии пара 12
ата.

Основными потребителями пара 4 ата являются:

паровая продувка компенсаторов на л. 216/1, л. 216/2 корпусов
шиберных задвижек поз. 48, 50, поз. 46;

пар, подаваемый в узел смешения сырья с катализатором;

пар, подаваемый в зону десорбции реактора;

пар, подаваемый в Р-201 на форсунки вторичного сырья;

пар на топливные форсунки Р-202;

пар на парораспределитель вокруг сборной камеры Р-201;

пар используемый в качестве теплоносителя в Т-208.

Система опрессовки торцевых уплотнений насосов.

Для контроля качества ремонта торцевых уплотнений насосов
предусмотрена полустационарная система опрессовки торцевых уплотнений насосов.
В качестве гидрожидкости используется фр. 195-270°С подаваемая в линию от
Н-204, Н-205 р.

Система охлаждения насосов.

На установке используется автономная система охлаждения
насосов. Емкость Е-240 заполняется охлаждающей жидкостью. Жидкость поступает на
прием Н-240, Н-240 р, далее проходит по межтрубному пространству Х-240 и
подается в контуры охлаждения всех насосов, пройдя контур охлаждения насосов
возвращается в Е-240. Уровень жидкости в Е-240 контролируется поз. 2-81,
давление в линии охлаждения поз. 2-82. В качестве хладоагента на Х-240
используется оборотная вода I системы.

Электроснабжение.

Прием электроэнергии на установку осуществляется по
согласованию с диспетчером завода и нач. смены электроснабжения завода в полном
соответствии с «Правилами пользования тепловой и электрической системы» и
действующими на предприятии инструкциями.

Электроснабжение С-200 осуществляется из РП-030, РП-040,
0,4кВ.

Для отключения насосного оборудования в аварийных случаях,
предусмотрено дистанционное отключение насосов от щита аварийного отключения,
установленного у РП-040.

1.2 Аппаратура технологического процесса

Основными аппаратами установки каталитического крекинга
являются:

Реактор кипящего слоя. Реактор крекинга
«КС» представляет цилиндрический стальной аппарат диаметром 4 м и высотой 40 м
с верхним штуцером для ввода паров сырья и нижним — для вывода отработанного
катализатора. Внутренний объем реактора разделен на три зоны: реакционную,
отпарную и отстойную. В отпарную зону подается водяной пар для отделения
адсорбированных на катализаторе углеводородов. Реакционная зона реактора
заполнена кипящим слоем катализатора, который создается парами сырья высотой
5-6 м и плотностью 400 кг/м³. Производительность реакторов
составляет 800 т/сутки.

Регенератор катализатора «КС» выполнен в виде стального
цилиндрического аппарата диаметром 12 м и высотой 30 м, футерованного изнутри
огнеупорным кирпичом. Регенератор внутри разбит на зоны, в каждой из которых
размещены устройства для подвода воздуха, вывода газов регенерации и змеевики
для отвода реакционного тепла. Кипящий слой в регенераторе создается током
воздуха. Температура выжигания кокса в регенераторе составляет 650-720°С при
расходе 12-15 кг воздуха на кг кокса. Производительность регенератора характеризуется
массой кокса, выжигаемого в единицу времени с единицы реакционного объема. Для
установок с микросферическим катализатором она составляет 12-14 кг/ч*м³.

Теплообменники. Теплообменники или теплообменные аппараты
классифицируются по характеру теплообменивающихся сред: между двумя жидкими
средами, между паром и жидкостью, между двумя газовыми средами.

По принципу действия теплообменные аппараты делятся аппараты
непосредственного смешения, где охлаждение (нагрев) продукта происходит за счет
прямого контакта с охлаждающей (нагревающей) средой. Такие аппараты на
нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах практически не применяются.
Также теплообменные аппараты бывают поверхностного типа, в которых
теплообменивающиеся среды разделены стенкой. Аппараты этого типа, используемые
в нефтеперерабатывающей промышленности, по способу компоновки в них
теплообменной поверхности делятся на следующие виды:

·
погружные;

·
типа
труба в трубе;

·
кожухотрубчатые;

·
пластинчатые;

·
аппараты
воздушного охлаждения.

В настоящее время погружные теплообменники серийно не
выпускаются, так как они занимают много места и характеризуются низким
коэффициентом теплопередачи [2].

Теплообменники типа труба в трубу легко разбираются и
применяются при любой разности температур.

Кожухотрубчатые теплообменники классифицируются по
конструктивным особенностям на аппараты типа Н — аппараты с неподвижными
трубными решетками, а теплообменники типа К — аппараты с термокомпенсатором на
кожухе. Теплообменные аппараты с плавающей головкой в зависимости от их
назначения подразделяются на:

·
конденсаторы
(ГОСТ 14247-79);

·
холодильники
(ГОСТ 14244-79);

·
собственно
теплообменники (ГОСТ 14246-79).

Конденсаторы и холодильники применяются при температуре
конденсирующей среды до 400 ⁰С и температуре охлаждающей воды до 60 ⁰С.
Теплообменники допускается использовать в пределах рабочих температур от -30 ⁰С
до +450 ⁰С.

Последний вид теплообменников — это теплообменники воздушного
охлаждения, где горячая жидкость проходит по трубам, имеющим наружное
поперечное оребрение. Охлаждение трубы происходит благодаря обдуву воздухом,
который нагнетается осевым вентилятором. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) в
зависимости от компоновки поверхности делятся на горизонтальные и
зигзагообразные, а также выпускаются малопоточные АВО и АВО для высоковязких
сред.

Насосы. На установке КТ-1 и общезаводском хозяйстве ПНХЗ применяются
лопастные
(центробежные, осевые), вихревые и объемные (поршневые, плунжерные,
шестеренчатые, винтовые, пластинчатые) насосы. Центробежные насосы обеспечивают
равномерную подачу продукта, занимают меньше места, чем поршневые, имеют более
доступную конструкцию. На ПНХЗ используются центробежные нефтяные консольные
насосы типа НК, выпускаемые по ТУ 26-02-766-77.

Номинальная производительность этих насосов составляет 35-560
м³/час, дифференциальный напор колеблется от 26 до 240 метров ст.
жидкости.

Для уплотнения вала насосов НК применяются одинарные и
двойные торцевые, а также сальниковые уплотнения.

С точки зрения безопасной эксплуатации пожаро- и взрывоопасных
производств бессальниковые герметичные центробежные электронасосы ХГ, которые
представляют собой агрегаты, состоящие из собственно насоса и специального
встроенного асинхронного двигателя.

Отсутствие сальника обеспечивает полную герметичность
агрегата. Эти насомсы выпускаются в соответствии с ГОСТ 20791-75.

Емкости. Емкостные аппараты используются на заводе ПНХЗ для
хранения воздуха, газа и жидкостей на технологических установках. В настоящее
время на заводе применяются емкости, выпускаемые по ГОСТу 26-02-1496-76. Этим
ГОСТом установлены три типа сосудов и аппаратов:

·
горизонтальные
для жидкости (42ч0м³);

·
вертикальные
для воздуха и газов (1ч25м³);

·
вертикальные
для жидких сред (1ч100м³).

Ниже приведены краткие характеристики технологического
оборудования, используемого в данном технологическом процессе

№№ п/п	Наименование оборудования (тип, назначение, номер чертежа)	Номер позиции по схеме индекс	К-во	Материал	Техническая характеристика
1.	Реактор г. Дзержинск Россия	Р-201	1	Корпус 16ГС; в оборудование 08Х13. Решетка панцирная, патрубки штуцеров, сталь углеродистая Внутренняя поверхность футеруется жаростойким торкрет — бетоном
2.	Регенератор г. Дзержинск Россия	Р-202	1	Корпус 16ГС; внутреннее оборудование 08Х18Н10Т Решетка панцирная 08Х13, патрубки штуцеров сталь углеродистая. Внутренняя поверхность футеруется жаростойким торкерт-бетоном	Д-11000/9000 мм Н-27200 Ррас. — 3,5 кгс/см² Трас. — до 700°С
3.	Топка под давлением г. Черновцы Украина	П-201	1	Сталь углеродистая	Д-2600 мм, L-9077 мм В камере сгорания Ррас.-7 кгс/см² Трас. — до 1300°С В камере смешения Ррас.-7 кгс/см² Трас. — до 550°С
4.	Выносные циклоны для улавливания катализаторной пыли Е-201/1-4 г. Дзержинск	Е-201/1-4	4	Корпус, днища-09Г2С	Д-4000/2800 мм Н-16700 мм Ррас. — 3,4 кг/см² Трас. — 700°C
5.	Бункер уловленного катализатора г. Дзержинск	Б-203	1	Корпус, днища-09Г2С	Д-3800/2400 мм Н-16870 мм Ррас. — 3,4 кг/см² Трас. — 700°С
6.	Аппарат для снижения давления газов регенерации	Д-201	1	Корпус-сталь 12Х18Н10Т Внутренние несущие элементы из стали 12Х18Н10Т, внутреннее оборудование из стали 08Х13 и чугуна марки ЖЧХ — 2,5. Внутренняя поверхность футеруется жаростойким торкретбетоном	Д-2800 мм, Н-34400 мм Ррас. — 3,5 кгс/см²Трас. — до 700°С
7.	Аварийный бункер катализатора г. Дзержинск	Б-201	1	Сталь углеродистая	Д-9000 мм, Н-33524 мм Ррас. — 2 кгс/см² Трас. — до 450°С
8.	Бункер для свежего катализатора г. Салават	Б-202	1	Сталь углеродистая	Д-3400 мм, Н-17271 мм Ррас. — 2 кгс/см²Трас. — до 450°С
9.	Бункер промежуточной выгрузки катализатора	Б-204	1	Углеродистая сталь Ст3сп5	Д-1000 мм, Н-3500 мм Ррас. — 8 кгс/см²Трас. — до 300°С
10.	Дозировочный бункер свежего катализатора г. Павлоград Украина	Б-205	1	Сталь углеродистая	V-3,2м³Ррас. — 3,8 кгс/см²Трас. — до 50°С
11.	Эжектор	ЭЖ-202	2	Углеродистая сталь	ПС 640ммх160 мм 10-20

1.3 Технологические требования по
производительности, ресурсам, регламентам и аварийным ситуациям

Для стабильной работы и предотвращения аварийных ситуаций,
выполнения требований по производительности, регламенту комбинированной
установки КТ-1 ПНХЗ необходимо соблюдать следующие требования:

а) поддержание кратности циркуляции катализатора
согласно регламенту;

б) возрастание перепада давления между Р-202 и Р-201 не
должно превышать более 0,15 кг/см²;

в) поддержание t°С в Р-202 не выше 700°С;

г) режимные параметры технологических параметров
отдельных аппаратов должны соответствовать зоне допустимых значений (зона
определяется характеристиками аппаратов и свойствами перерабатываемого сырья).

Также для стабильной работы необходимо соблюдать нормы
технологического режима.

№ п/п	Наименование стадий процесса, аппаратов, показателей режима	№ поз. приборы по схеме	Ед. изм.	Допустимые пределы параметра	Класс точности прибора	Примечание
1.	Реактор Р-201	2-220	м³/ч % от общ загр. сырья	100-360	2,5	регулир.
	Расход сырья — в узел смешения			70-100		регистр. блокир. сигнализ.
	— в форсунки 1-5 на отм. 8,1 м	2-220-1	м³/ч % от общ загр. сырья	30-100 0-30	2,5	регистр. регулир. сигнализ.
	— расход тяжелого газойля с УЗК или фр. 450-500 °	6-201-1	м³/ч % от загр. сырья	10-40 н.б. 20	2,5	регулир. регистр. блокировка со щита оператора сигнализ.
	— расход бензина вторичного происхождения	2-38	м³/ч % от загр. сырья	10-40 н.б. 15	2,5	регулир. регистр. блокировка со щита оператора сигнализ.
	— расход шлама	2-161	м³/ч	10-55	2,5	региср. блокировка сигнализ.
	Температура
	— сырье на выходе в Р-201	2-109	°С	280-355	1,0	региср.
	— давление в линии сырья Р-201	2-220	Кг/см²	2-8	1,5	регистр.
	— давление пара на реакторный блок	2-132	Кг/ч	3-4	2,5	регулир. показан. сигнализ.
	— расход водяного пара — на распыл сырья	2-158	Кг/ч	1500-3000	2,5	регулир. показан. сигнализ.
	— на распыл тяжелых газойлей, шлама	2-156	Кг/ч	800-200	2,5	регулир. показан. сигнализ.
	— на распыл вторичных бензинов	2-156-1	Кг/ч	500-1200	2,5	регулир. показан.
	— в зону десорбции Р-201	2-157 2-159	Кг/ч Кг/ч	2000-6000	2,5	регулир. показан. сигнализ.
	— аварийного в Р-201	2-155	Кг/ч	1500-1700	2,5	регулир. сигнализ. показан.
	— на продувку в компенсаторы транспортных линий катализатора	2-171 2-172	Кг/ч Кг/ч	500-1000 500-1000	2,5	показан. регистр.
	— на парораспределитель, вокруг сборной камеры Р-201	2-173	Кг/ч	500-1000	2,5	показан. регистр.
	Температура по зонам Р-201
	— низа лифт-реактора	2-113-12	°С	530-570	1,0	регистр.
	— середины лифт-реактора	2-113-11	°С	530-560	1.0	регистр.
	— реакционной смеси на выходе из сепарационного устройства	2-112-7 2-104-1	°С °С	500-530	1,0	регулир. регистр. сигнализ.
	— отстойной зоны	2-112-3-5	°С	500-530	1,0	регистр.
	— зоны десорбции	2-113-1-4 2-113-5-8	°С °С	495-530	1,0	регистр.
	Давление
	— в отстойной зоне Р-201	2-130	кгс/см²	1,1-1,55	1,5	регистр.
	Концентрация катализатора
	— в лифт-реакторе	2-140-2	кгм³	до 80	2,5	регистр.
	— в зоне десорбции	2-196	кг/м³	350-800	2,5	регистр.
	Перепад давления
	— по высоте лифт-реактора с сепарирующим устройством	2-140-1	кгс/см²	700-1500	2,5	регистр.
	— по сепарирующему устройству	2-139-1	кгс/см²	500-1000	2,5	регистр.
	Уровень кипящего слоя	2-181-1 2-180-1	%шк. %шк.	35-60 н.б. 85	2,5 2,5	регулир. регистр. сигнализ.
	Перепад давления на запорно-регулирующих клапанах транспортных линий	2-104-2 2-181-2	кгс/см²	0,25-0,65	2.5	регистр. регулир. сигнализ. блокир.
	Перепад давления между реактором и регенератором	2-121	кгс/см²	20,70-0,15	2,5	регистр. регулир. сигнализ.
2.	Регенератор Р-202
	Расход воздуха на регенерацию по линии 213/1	2-103-3	нм³/ч	70000-10000	2,5	регистр регулир. блокир. сигнализ.
	— по линии 213/3	2-102-2	нм³/ч	10000-40000	2,5	регистр регулир. блокир. сигнализ.
	Температура по зонам регенератора
	— в сборной камере зоны циклонов	2-114-1-4	°С	н.б. 700	1,0	регистр. сигнализ.
	-верха отстойной зоны	2-114-5-7	°С	660-700	1,0	регистр. сигнализ
	— в кипящем слое	2-115-8-9 2-116-5-8 2-116-9-12	°С	640-690	1,0	регистр. сигнализ.
	Разность температур между отстойной зоной и кипящим слоем (по разнице показаний поз. 2-103-1 и 2-103-3)	2-103	°С	н.б. 60	1,0	регистр. регулир. сигнализ.
	Давление в отстойной зоне	2-131	кгс/см²	1,2-1,7	1,5	регистр. регулир. сигнализ.
	Уровень кипящего слоя	2-186	%шк, м	40-60	1,5	регистр.
	Концентрация катализатора в кипящем слое	2-185	кг/м³	300-650	1,5	регистр.

1.4 Постановка и декомпозиция задачи управления
процессом регенерации катализатора

Процесс регенерации инерционный и сложный. Целью
управления процессом регенерации является получение на выходе регенератора
продукта с заданным качеством. Для этого необходимо поддерживать
соответствующий гидродинамический и температурный режим в регенераторе.
Одновременно с поддержанием этих режимов необходимо учитывать внешние факторы,
влияющие на работу регенератора, и следовательно на качество выходного
продукта.

При автоматизации данного технологического процесса
преследуется несколько целей:

·
обеспечение
оператора-технолога необходимой информацией об объекте управления и процессах,
протекающих там;

·
осведомление
и обеспечение оператора-технолога управления в области оптимального режима, а
если параметры выходят из заданного диапазона, то информировать
оператора-технолога сигнализацией (световой, звуковой);

Управляемыми параметрами процесса регенерации являются:

— У1 — состояние катализатора (содержание кокса на нем) на
выходе Р-202;

— У2 — давление паров в верхней части регенератора Р-202;

— У3 — разность температур между плотным слоем катализатора в
кипящем слое и отстойной зоной регенератора;

— У4 — уровень кипящего слоя в верхней части регенератора;

— У5 — уровень кипящего слоя в нижней части регенератора;

— У6 — содержание свободного кислорода в дымовых газах, после
регенератора.

К управляющим воздействиям можно отнести:

— И1 — расход воздуха, подаваемого в регенератор Р-202;

— И2 — расход жидкого топлива к форсункам регенератора.

Управляющее воздействия — параметры объекта управления, при
изменении значения которых можно добиться однозначного изменения режима работы
объекта в нужном диапазоне.

Возмущающие факторы, которые могут повлиять на режим работы
объекта управления, следующие:

— Z1 — качество исходного сырья (закоксованного катализатора);

— Z2 — изменение метеоусловий (интенсивность теплообмена с
атмосферой);

— Z3 — степень износа оборудования;

— Z4 — влияние человеческого фактора.

Основная задача автоматического управления процессом
регенерации — это поддержание оператором-технологом заданного температурного и
гидродинамического режима работы регенератора. Эта задача может быть разбита на
несколько подзадач автоматического регулирования, т.е. проводится
структуризация задачи управления.

Локальными функциями управления являются:

а) стабилизация расхода жидкого топлива к форсункам
регенератора происходит по ПИ — закону регулирования при изменении положения
клапана на соответствующем трубопроводе;

б) стабилизация расхода воздуха, подаваемого в регенератор,
происходит по ПИ — закону регулирования при изменении положения клапана на
соответствующем трубопроводе;

в) стабилизация расхода свежего катализатора. Стабилизация
происходит по ПИ — закону регулирования при изменении положений клапана на
соответствующем трубопроводе;

г) регулирование уровня кипящего слоя в регенераторе.
Регулирование происходит по ПИ — закону путем выдачи задающего воздействия
регулятору, стабилизирующему расход свежего катализатора;

д) стабилизация выгрузки равновесного катализатора.
Стабилизация осуществляется по ПИ — закону регулирования при изменении
положения клапанов на соответствующем трубопроводе;

е) регулирование содержания свободного кислорода в дымовых
газах. Регулирование происходит по ПИ — закону регулирования при изменении
положения клапанов на соответствующем трубопроводе;

ж) регулирование температур между плотным слоем катализатора
в кипящем слое и отстойной зоной регенератора. Регулирование происходит по ПИ —
закону путем выдачи задающего воздействия регулятору, стабилизирующему расход
воздуха.

1.5 Описание подзадач управления

После проведения декомпозиции общей задачи управления
регенератором секции каталитического крекинга и ректификации С-200 следует
выделить следующие подзадачи управления:

а) стабилизация разности температур между отстойной зоной и
кипящим слоем регенератора Р-202 не должна превышать 60⁰С. При этом
температура верха отстойной зоны должна быть не выше 700⁰С, а
температура кипящего слоя — не выше 690⁰С (необходимо поддерживать
именно в таком пределе во избежание термического разложения гидроочищенного
сырья каталитического крекинга). Температура, как показатель термодинамического
состояния системы, используется как выходная координата при регулировании
процесса регенерации. Основной особенностью автоматической системы
регулирования температуры является значительная инерционность тепловых процессов;

б) стабилизация расхода свежего и выгрузки равновесного
катализатора. Так как процесс регенерации является непрерывным, следовательно,
существует необходимость в регулировании расхода. Основными особенностями
автоматической системы регулирования расхода является малая инерционность и
наличие высокочастотных составляющих в сигнале изменения расхода, которые могут
быть вызваны пульсациями давления в трубопроводе как следствие работы насосов
или других причин. В системе урегулирования расхода используется
дросселирование потока вещества через регулирующий орган, устанавливаемый на
трубопроводе, которым является клапан;

в) контроль давления верхней части регенератора Р-202.
Давление является показателем соотношения расходов газовой фазы на входе регенератора
и выходе из него. Постоянное давление свидетельствует о соблюдении
материального баланса по газовой фазе;

г) контроль и регулирование уровня кипящего слоя в
регенераторе. Уровень является косвенным показателем гидродинамического
равновесия в регенераторе. При постоянном уровне можно говорить о соблюдении
материального баланса, т.е., когда приток катализатора равен стоку, а скорость
изменения уровня равна нулю. Приток и сток катализатора учитывают фазовые
превращения вещества. Так как процесс регенерации сопровождается фазовыми
превращениями вещества, то уровень является не только характеристикой
гидравлических процессов, но и тепловых. В регенераторе осуществляется
непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня в заданном
диапазоне [1].

2. Выбор принципиальных технических решений

2.1 Анализ существующего уровня автоматизации

Автоматический контроль и управление технологическими
процессами осуществляется централизованно из операторной, с помощью автоматизированной
системы управления, созданной на базе пневматического комплекса «Режим» и
вычислительного комплекса СМ-2.

Для С-200 в операторной создана своя зона обслуживания
(рабочее место оператора).

Рабочее место оборудовано пятью стойками «Режим» и дисплейным
модулем.

На стойке «Режим» расположены:

— многошкальный показывающий прибор по выводу текущего
значения параметра;

— пять двухзаписных приборов для постоянной регистрации
десяти технологических параметров;

— один двухзаписный прибор для регистрации по вызову любых 12
подключенных к данной стойке технологических параметров;

— табло аварийной сигнализации.

Над щитом расположена мнемосхема процесса со встроенными в
нее лампами аварийной сигнализации.

Дисплейный модуль предназначен для связи оператора с
вычислительным комплексом. По вызову оператора на дисплей выводится таблица
текущих значений параметров по любому из технологических процессов секции.

Вычислительный комплекс осуществляет автоматический сбор,
обработку и выдачу информации о ходе технологических процессов. Автоматический
опрос датчиков осуществляется с периодичностью один раз в 2, 3 минуты.
Информация о мгновенных значениях параметров хранится в памяти машины 48 часов
и может выводиться на автоматическую печать по вызову обслуживающего персонала.

Усредненные за час значения технологических параметров
представляются в виде режимного листа оператора, который автоматически
печатается один раз в смену.

Вычислительный комплекс выполняет также расчет
технико-экономических показателей работ установки. Результаты расчета выдаются
в виде сменного и суточного рапортов.

С помощью технических средств Режим-1М
достигается две цели:

·
использование в пневматике агрегатного принципа построения систем;

·
централизованный контроль и управление.

Централизованное управление позволяет:

·
управлять с одного пульта N-однотипными агрегатами
либо цепочкой, взаимосвязанных по технологии агрегатов непрерывного действия;

·
обеспечить
связь с ЭВМ;

·
осуществлять
автоматический переход с режима на режим, обходясь минимальным количеством
аппаратуры.

КТС Режим-1М может выполнять следующие функции:

а) автоматическая одноконтурная или каскадное регулирование
параметров по П или ПИ-закону;

б) контроль по вызову оператора текущих значений параметров,
номиналов, управляющих сигналов от задатчиков ручного дистанционного управления
на многоканальном приборе;

в) обнаружение технологических и аварийных параметров,
передача сообщений оператору через сигнализацию на мнемосхеме;

г) непрерывная регистрация значений важнейших технологических
параметров;

д) сигнализация и контроль на общей мнемосхеме N однотипных объектов;

е) централизованный автоматический переход с режима
авторегулирования на ручное дистанционное управление и наоборот;

ж) сигнализация об отклонениях параметров для любого из N агрегатов;

з) централизованное управление задатчиками номиналов и
задатчиками ручного дистанционного управления исполнительными механизмами.

Агрегатный комплекс КТС Режим-1М содержит два типа стоек:

·
операционные
аналоговые стойки. В них располагаются приборы контроля регистрации, мнемосхема
и органы управления. Операторскую зону контроля и управления образуют
операторские аналоговые стойки, панели щита, в которых размещены электрические
приборы контроля и регистрации температур, а также устройства защиты;

·
функциональные
аналоговые стойки. В них осуществляется обработка параметров, результаты
которых передаются на операторские аналоговые стойки. Часть результатов
обработки поступают постоянно, а часть периодически. Функциональные аналоговые
стойки установлены в магнитном зале.

На объекте установлены датчики и первичные преобразователи с
выходом в форме стандартного пневматического сигнала. Эти датчики морально
устарели, также для них характерна существенная инерционность.

Большая собственная инерционность системы управления
недопустима и пагубно влияет на качество регулирования технологических
параметров.

С учетом выше перечисленного и инерционностью
технологического процесса регенерации складывается такое положение, когда
внешне возмущающие факторы успевают изменить гидродинамический режим за время,
пока система регулирования вырабатывает управляющие воздействие.

Собственная инерционность системы управления складывается из
нескольких составляющих:

·
инерционность
датчиков и преобразователей;

·
инерционность
пневматических регуляторов, вырабатывающих управляющие сигналы для исполняющих
устройств;

·
инерционность
линии передачи пневматических информационных сигналов от регуляторов к
исполнительным механизмам;

·
инерционность
линии передачи пневматических информационных сигналов от первичных
преобразователей к показывающим приборам и регуляторам, расположенным в
помещении операторской;

·
самым
минимальным быстродействием в существующей системе автоматизации обладают
пневматические линии связи, в связи с тем, что их протяженность составляет от
100 до 150 метров.

Недостатками КТС Режим-1М является большая собственная
инерционность, а также сложность устроения больших вычислительных устройств.
Регистрация показателей приборов осуществляется недостаточно хорошо. Также
составляет трудность сортировки и поиска информации, так как это занимает много
времени.

В качестве средств полевой автоматики используются следующие
приборы, регуляторы, преобразователи:

а) преобразователь термоэлектрический ТХА 9312 предназначен
для измерения температуры жидких, газообразных, химически не агрессивных,
агрессивных, не разрушающих защитную арматуру, сред газа, раствора установок
получения серы, доочистки газа от H₂S и твердых тел в различных отраслях
промышленности одноканальным (или двуканальным) неремонтируемым изделием с
изолированным (или не изолированным) рабочем спаем.

Основные технические характеристики:

— Рабочий диапазон измеряемых температур от — 40 до + 1000 ⁰С;

— Длина монтажной части 250 мм;

— Исполнение рабочего спая — изолированный;

— Количество чувствительных элементов — 2;

— Масса термопреобразователя не более 32 кг;

— Предельная скорость потока измеряемой среды:

пар — 15 м/с

вода — 0,5 м/с;

б) сигнал с термопар поступает на измерительный
преобразователь Ш711. Он предназначен для преобразования сигналов термопар,
термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления,
реохордов соответственно в унифицированный сигнал постоянного тока (0-5мА,
0-20мА, 4-20мА). Искробезопасность цепи датчика обеспечивается при работе
преобразователя в комплексе с электропневматическими преобразователями ЭПП-12 и
другими активными нагрузками, не имеющими собственного питания.

Некоторые технические характеристики Ш711:

·
максимальное
количество каналов преобразования — 60. Максимальное количество подключаемых
термопар — 54, остальных типов первичных преобразователей — 60;

·
выходной
сигнал Ш711 (0-5мА, 0-20мА, 4-20мА) постоянного тока пропорционален изменению
температуры;

·
количество
аналоговых выходов — 16;

·
общее
количество выходов сигнализации (Ш711 обеспечивает сравнение результата
преобразования с уставкой и сигнализацию отклонения в виде замыкания
бесконтактного ключа) — 80;

·
количество
уставок, адресуемых одному входному сигналу — до 4;

·
максимальные
токи и напряжения, коммутируемые ключами — 50мА и 30В соответственно;

·
максимальная
скорость опроса каналов Ш711 — 20 каналов в секунду;

·
источник
питания преобразователей — сеть переменного тока с напряжением 220В и частотой 50Гц;

·
употребляемая
мощность не превышает 15Вт;

·
основная
погрешность не более 1%;

·
средний
срок службы Ш711 — 8 лет;

в) прибор контроля пневматический многоканальный ППМ-20П
обслуживает все контуры контроля на установке. Этот прибор предназначен для
контроля по вызову сигналов «переменная» и «задания», измеряемых в абсолютных
единицах, и сигналов ДУ и ИМ — в кгс/см³, где ДУ — выходной сигнал
задатчиков, а сигнал ИМ — выходной сигнал регуляторов [3].

При передаче на прибор сигнала вызова в его смотровом окне
появляется шкала, соответствующая вызванной на контроль переменной. В приборе
контроля ППМ-20П может быть установлено до 20 шкал с различными единицами
измерения. Входные аналоговые сигналы должны быть стандартного диапазона (20¸100 кПа), а сигналы
вызова шкал (110¸140 кПа).

г) унифицированный сигнал постоянного тока (0¸5 мА) с преобразователя
Ш711 поступает на электропневматический преобразователь ЭПП-12. Этот прибор
предназначен для преобразования унифицированного непрерывного сигнала постоянного
тока в унифицированный пропорциональный непрерывный пневматический сигнал (в
данном случае — сигнал давления воздуха (0,2¸1 кгс/см²)).
ЭПП-12 применяется для связи электрических аналоговых приборов и систем
регулирования с пневматическими приборами и системами [3];

д) после электропневматического преобразователя ЭПП-12
пневмосигнал поступает на прибор, контролирующий и регистрирующий ПКР-2
двухшкальный, пневмосигнал на выходе которого составляет (0,2¸1 кгс/см²);

Прибор контроля пневматический регистрирующий ПКР-2:

·
количество
входов: 2;

·
электропитание
прибора: ~220 В;

·
пневмопитание
прибора: 140 кПА;

·
количество
переменных, которое можно подключить к каждому входу: до 5;

е) для измерения расхода установлены дифманометры типа
13ДД11.

Дифманометр представляет собой преобразователь, основанный на
принципе силовой компенсации и состоящий из двух блоков: мембранного
измерительного блока с жидкостным заполнением и однорычажного преобразователя.
Разность давлений, подаваемых к камерам «+» и «-» измерительного блока,
преобразуется в измеряемое усилие на 2-х мембранном чувствительном элементе,
шарнирно связанным с рычагом вывода.

Под действием измеряемого усилия рычаг вывода поворачивается на
небольшой угол вокруг опоры, образованной двумя тягами и упругой мембраной
вывода, и перемещает заслонку индикатора рассогласования относительно сопла,
питаемого сжатым воздухом. Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением,
поступающим с пневмореле в сильфон обратной связи и в линию выхода. Пружина корректора
нуля служит для компенсации усилия, развиваемого сильфоном обратной связи при
отсутствии перепада давления, а также для установки выходного сигнала 0,2
кгс/см при отсутствии перепада давления.

Преобразователь измерителей разности давлений пневматический
13ДД11:

·
входной
сигнал: от 0 до номинального значения;

·
входной
сигнал: (0,2¸1 кгс/см²);

·
давление
воздуха питания по ГОСТ 13053-76: РПИТ.=(1,4±0,14 кгс/см²);

·
расход
воздуха питания в установившемся режиме: 8 л/мин.;

·
условия
работы:

1) температура: -50⁰С…+50⁰С без
конденсации влаги;

2) вибрация (5¸80 Гц);

3) ускорение: до 10 м/сек.;

4) дождь: до 5 мм/мин.;

·
класс
точности преобразования: 1,0;

·
средний
срок службы: 8 лет;

ж) для измерения давления установлен пневматический
преобразователь избыточного давления МС-П1. Каждый преобразователь состоит из
пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Принцип действия
преобразователя основан на пневмосиловой компенсации измеряемого давления или разряжения,
которое преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока в
пропорциональном усилии, которое автоматически уравновешивается усилием,
развиваемым давлением сжатого воздуха в сифоне обратной связи. Это давление
является выходным сигналом преобразователя:

·
верхний
предел измерений: 106 кгс/см²;

·
предел
допускаемой основной погрешности: 0,5 или 1%;

з) для измерения уровня используется дифманометр ДСП-3.
Дифманометр сильфонный пневматический предназначен для измерения перепада давлений:

·
пневматический
выходной сигнал: (0,2¸1) кгс/ см²;

·
давление
воздуха питания: Р_пит.=(1,4±0,14) кгс/ см².

2.2 Техническое задание на создание системы
автоматизации

Можно составить техническое задание на основании выведенной
формулировки задачи, ее декомпозиции и выделенных недостатках на существующем
уровне автоматизации. С помощью технического задания будет в дальнейшем создана
система автоматизации управляющего вычислительно комплекса (УВК).

Необходимо модернизировать систему автоматизации, и к УВК,
проектируемой АСУ ТП вместе с приборами полевой автоматики, предъявляются
следующие требования [4]:

·
высокое
быстродействие, уменьшение собственной инерционности системы;

·
обеспечение
связи с ЭВМ;

·
удобство
контроля и обслуживания оборудования;

·
повышение
точности регулирования для улучшения качества получаемых продуктов;

·
обеспечение
пожаро- и взрывобезопасности оборудования;

·
наличие
приборов в государственном реестре Республики Казахстан;

·
все
приборы должны отвечать метрологическим требованиям и стандартам;

·
приборы
должны быть искрозащищенного исполнения, так как необходимо учесть специфику
данного производства;

·
эксплуатационные
характеристики приборов такие как, стабильность показаний и надежность.

В связи с этими требованиями система автоматизированного
управления должна выполнять следующие функции:

) контроль над технологическим процессом, состоянием
технологического оборудования и управление процессами и оборудованием с помощью
средств «полевой» автоматики (сбор показаний датчиков);

) преобразование сигналов с датчиков;

) вторичная обработка принятой информации (показаний
аналоговых и дискретных датчиков);

) графическое представление хода технологического процесса, а
также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме
(динамизированные мнемосхемы, таблицы, тренды);

) диагностика и сигнализация нарушений и аварийных ситуаций с
их протоколированием;

) ведение истории состояния центробежных насосов
гидросмесителей;

) локальное регулирование — стабилизация расходов
полупродуктов в аппараты;

) каскадное регулирование — стабилизация плотности в сливе
мешалок сгущенной пульпы;

) реализация алгоритма динамического согласования потоков
горячей воды и алгоритма распределения этих потоков по ниткам;

) расчет и прогноз сводных технологических и
технико-экономических параметров и оперативный контроль над ними в часовом,
сменном и месячном разрезах.

Алгоритмы расчета включают в себя решение систем нелинейных
алгебраических и дифференциальных уравнений.

а) обмен информацией с общезаводской управляющей сетью ПЭВМ,
с серверами и другими рабочими станциями сети;

б) дистанционное управление регулирующими исполнительными
механизмами;

в) архивирование и представление значений измеренных и
расчетных величин.

Реализация последних двух функций (9 и 10) возлагается на
общезаводскую информационно-управляющую систему.

Из измерительной цепи необходимо исключить приборы, вносящие
инерционность и неточность показаний, и заменить их более точными. Для этого
пневматические приборы необходимо исключить или заменить на электрические. В то
же время необходимо сократить число средств полевой автоматики, в целях
минимизации затрат на автоматизацию.

2.3 Выбор типа управляющего вычислительного
комплекса

Чтобы выбрать и обосновать тип УВК в соответствии с
поставленным техническим заданием на практике проводится тендер систем
автоматизации [5].

Так как на сегодняшний день на рынке представлено большое
количество программно — технических комплексов, то можно сказать, что
существует превышение спроса над предложением, касающегося технических средств
автоматизации. Для наиболее оптимального выбора технических средств
автоматизации необходимо придерживаться следующей последовательности действий:

— проводится разработка технического задания на создания
системы автоматизации, с помощью которого будет проведен тендер.

из предлагаемых решений формируется перечень, участвующих в
тендере фирм;

после того, как определены фирмы, которые участвуют в
тендере, ими представляется документация на ПТК, где отражены все требования
технического задания;

далее проводится анализ представляемой документации по
каждому варианту, выбираются критерии, по которым происходит сравнение
вариантов;

формируются группы независимых экспертов, подготавливаются
материалы для их работы;

затем следует работа экспертов, где происходит формирование и
численная оценка каждому варианту по выбранным и обоснованным критериям;

далее производится анализ полученных данных и, как следствие,
обсуждение результатов и принятие заказчиком решения по выбору для конкретного
объекта автоматизации того или иного ПТК.

Примем три класса технических систем автоматизации:

1)
микропроцессорный
контроллер со SCADA-пакетом и ЭВМ;

2)
комплекс
технических средств полевой автоматики без контроллера, который на данный момент
существует на установке;

3)
УСО и
SCADA-пакет, с введением этого
УВК устраняются многие недостатки КТС Режим-1М.

Проведем имитацию тендера по выбору системы автоматизации.
Для этого определим основные критерии, по которым будем производить сравнение
УВК.

Основными критериями являются:

— стоимость;

функциональные возможности;

технические характеристики;

потребительские характеристики.

Оценку систем автоматизации будут производить три независимых
эксперта, баллы по критериям ставятся в порядке увеличения, т.е. Чем лучше
система для данного критерия, тем выше балл.

Бальные оценки классов систем автоматизации

Критерии	Микропроцессорный контроллер со SCADA-пакетом и ЭВМ	КТС без микропроцессорного контроллера	УСО и SCADA-пакет
	эксперты	эксперты	эксперты
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
1. Стоимость	9	8	9	4	5	5	2	1	5
2. Функциональные возможности	4	5	4	4	4	5	6	6	5
3. Технические характеристики	5	7	6	6	5	7	5	4	6
4. Потребительские характеристики	4	4	3	3	2	3	5	4	6

Результаты тендера

Классы УВК	Эксперты	Средняя оценка
	1	2	3
1. Микропроцессорный контроллер со SCADA-пакетом и ЭВМ	22	24	22	22,7
2 КТС без микропроцессорного контроллера	17	16	20	17,7
3. УСО и SCADA-пакет	20	18	24	20,7

Среднюю оценку считаем как отношение суммы баллов по всем
критериям одного эксперта к числу вариантов. По результатам проведенного
тендера видно, что самая высокая средняя оценка, а, следовательно, наилучшие
показатели по критериям у класса 1.

В последнее время возрос интерес к проблемам автоматизации.
Растет число фирм-предприятий, осуществляющих комплексную автоматизацию «под
ключ», предлагая услуги по обследованию предприятия, проектированию, поставке,
монтажу и наладке средств автоматизации, а также технической поддержке проектов
[5].

В области программного обеспечения наблюдается тенденция
предоставления пользователям бесплатной среды разработки, продажи приложений SCADA-систем по частям,
снижение цен, как на программное обеспечение, так и на модули ввода / вывода
информации.

На Казахстанском рынке контроллерных средств представлен широкий
выбор зарубежных производителей, среди которых: ABB, Emerson, Yokogawa, Siemens, Rockwell Automation и другие. Рынок сбыта
контроллеров «TREI-5B» достаточно велик. Заказчики оценили его надежность,
быстродействие, простоту эксплуатации, наличие противоаварийной защиты. В
контроллеры TREI-5B-хх встроены измерительные модули TREI-5B-М, что позволяет
изменять конфигурацию и перекомпоновку контроллеров самостоятельно (без
присутствия представителя органа государственной метрологической службы) [5].
Есть еще одно немаловажное качество: цена. Когда в условиях нестабильной
экономики продукция высокого качества поставляется по строго расчетной цене,
это говорит о солидности фирмы. В связи с тем, что контроллерные средства фирмы
TREI GmbX хорошо зарекомендовали
себя в нашей области и доказали свою практичность в обслуживании, то в качестве
микропроцессорного контроллера принимаем «TREI-5B». Фирма «TREI GmbХ» предоставляет
пользователям необходимый набор программного обеспечения (ПО) для адаптации
контроллера в различных системах автоматического управления.

FIX Dynamics-SCADA — система, предназначенная для разработки АСУ ТП
широкого назначения, разработана фирмой Intellution и занимает 17% мирового
рынка SCADA-систем.

ТРЕЙС МОУД-SCADA система, предназначенная для разработки крупных распределительных
ФСУ ТП широкого назначения. Она создана в 1992 году фирмой Ad Astra Research Group Ltd (Россия) и к настоящему
времени имеет свыше 13000 инсталляций в России. Алгоритмы управления и
обработки данных для контроллеров описываются на технологических языках,
основанных на международной стандартизации IEC 1331-3.

В настоящее время функциональный набор предлагаемых на рынке SCADA-пакетов практически
одинаков. В силу того, что на Павлодарском НХЗ специалисты из отдела АСУ изучают
и начинают внедрять SCADA-пакет ТРЭЙС МОУД на других объектах автоматизации, то примем этот
вариант.

При внедрении нового типа УВК:

·
во
много раз уменьшается инертность системы автоматизации;

·
увеличивается
экономический эффект из-за:

а) уменьшение численности приборов;

б) уменьшение численности регистрирующей аппаратуры;

·
процесс
контроля и управления станет более удобным и наглядным;

·
можно
будет реализовывать сложные алгоритмы управления.

Введение системы позволит:

·
отказаться
от громоздких релейных щитов и перьевых самописцев;

·
вести
автоматический контроль и регулирование технологических параметров;

повысить эффективность и оперативность управления.

3. Синтез системы автоматического управления

.1 Описание объекта управления

Воздух компрессором ЦК-201/1,2 р подается в регенератор
Р-202. Количество воздуха измеряется и регулируется с коррекцией по разности
температур между плотным слоем катализатора в кипящем слое Р-202 и отстойной
зоной прибором, диафрагма и клапан которого установлены на выкиде компрессора у
входа в регенератор. Принципиальная схема автоматизации показана на рисунке
4.1.

— расходомер Сапфир-22ДД-Вн; 2 — термопары (ТХА 9312); 3 —
исполнительное устройство; 4 — основной регулятор; 5 — исполнительный
регулятор.

Рисунок 4.1 — Принципиальная схема автоматизации

Система стабилизации температуры является одноконтурной,
структуру которой можно условно разделить на два каскада. На регулятор
поступает сигнал с датчиков температуры (термопар), этот сигнал сравнивается с
заданием Y_зад, управляющее воздействие вырабатывается по ПИ-закону регулирования.

Итак, объектом нашего анализа является САУ, работающая по
принципу обратной связи. Ее управляемая величина Y — разность температур
между плотным слоем и отстойной зоной катализатора, она измеряется прибором и
имеет диапазон 10 — 70⁰С (0 — 100%). Заданная разность температур —
Y_ЗАД. Управляющая величина X — расход воздуха,
значение которого лежит в диапазоне 8 — 12 м³/час (0 — 100%).

Структурная схема объекта управления изображена на рисунке
4.2.

Рисунок 4.2 — Структурная схема объекта управления

На рисунке 4.2 обозначено: ОУ — объект управления; Д —
датчик; Р — регулятор обратной связи; ИМ — исполнительный механизм; Х — входная
величина (расход); Y — выходная величина (температура); Y_зад — задание на
температуру; U —
управляющее воздействие; U^’ — управляющее воздействие с учетом помех.

Сигнал с датчиков температуры поступает на регулятор обратной
связи (Р), сравнивается с сигналом задания, и величина рассогласования
поступает на исполнительный механизм, который воздействует на объект изменением
количества подаваемого воздуха.

3.2 Ориентировочное оценивание динамических
параметров канала управления

Передаточные функции (математические модели) по управляющему
воздействию можно определить аналитически. Однако обычно при наладке системы
автоматического регулирования передаточные функции определяют из
экспериментальных временных характеристик (кривой разгона) путем их
аппроксимации. Это вызвано тем, что, во-первых, для аналитического определения
требуется выполнить большую трудоемкую вычислительную работу и, во-вторых,
фактические динамические свойства могут отличаться от расчетных в процессе
эксплуатации, например, за счет загрязнения поверхностного нагрева.

На рисунке 2 изображена кривая разгона, при которой
возмущение µ составило 20% от полного перемещения исполнительного механизма, а
отклонение температуры составило Dt = 16 ⁰С.

Рисунок 3 — Временная характеристика объекта регулирования

После аппроксимации S-образной кривой разгона получаем
аппроксимированную кривую, по которой находим:

— постоянную времени объекта ;

время запаздывания ;

коэффициент усиления объекта .

Таким образом, передаточная функция (математическая модель)
объекта регулирования имеет вид

. (1)

Передаточная функция регулятора будет иметь вид

. (2)

Коэффициент усиления регулятора К_Р рассчитывается по
формуле

. (3)

Постоянная времени регулятора Т_Р равна

. (4)

Таким образом, передаточная функция (математическая модель)
регулятора имеет вид

. (5)

Переходной процесс представлен на рисунке 3.

Рисунок 4. Переходной процесс САР температуры.

Из рисунка можно определить следующие характеристики переходного
процесса:

) время регулирования t_р=45 сек;

) перерегулирование у=0%;

) динамическое отклонение равно 0,1єС;

) степень затухания y=100%;

5) статическая ошибка регулирования равна 0,1%.

3.3 Определение устойчивости САУ

Одной из важных характеристик автоматической системы, наряду
с точностью, является устойчивость. Причем, если показатели точности определяют
степень полезности и эффективности системы, то от устойчивости зависит
работоспособность системы. Устойчивость — это свойство системы возвращаться в
исходный или близкий к нему установившийся режим после всякого выхода из него в
результате какого-либо воздействия.

Исследуем полученную САР на устойчивость по критерию
Найквиста. Для этого необходимо найти передаточную функцию разомкнутой системы,
изображенной на рисунке 4, воспользовавшись правилами на эквивалентность
преобразований структурных схем.

Рисунок 5 — Разомкнутая САР температуры воды

Тогда общая передаточная функция САР имеет вид

(6)

После преобразования получаем полином вида

(7)

Для определения устойчивости по критерию Михайлова необходимо
найти характеристическое уравнение замкнутой системы:

(8)

Преобразуем р®jw.

(9)

Выразим передаточную функцию через целую и действительную части:

(10)

и (11)

Подставляя щ в выражения (10) и (11) найдем значения целой и
действительной частей передаточной функции. Данные занесем в таблицу.

щ	U	V
0	1,28	0
0,1	-0,11837	-0,43865
0,2	-0,1172	-0,10741
0,3	-0,06679	-0,03731
0,4	-0,04106	-0,01671
0,5	-0,0274	-0,0088
0,6	-0,01946	-0,00517
0,7	-0,0145	-0,00329
0,8	-0,0112	-0,00222
∞	0	0

По данным построим АФЧХ разомкнутой системы (рисунок 5).

Рисунок 6 АФХ разомкнутой системы

Так как АФЧХ не охватывает точку (-1j, 0), то данная система
считается устойчивой.

Источник

Подборка по базе: Лекции по дисциплине маркетинг.docx, СРС 4 Последовательность проектирования оснований и фундаментов , управление проектами_MY.pdf, Исследовательский проект.doc, Управление проектными командами.pdf, Измененный список литературы к курсовой работе .doc, к курсовой 1.pptx, Заира проект.docx, Творческий проект. Поделка из бросового материала. Панно Фантази, 9 КЛАСС ОГСЭ.03 Психология общения по специальности_ 09.02.07 Ин

Введение.

Автоматизация производства — процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, выполняемые ранее человеком, передаются автоматическим управляющим устройствам. Различают три уровня автоматизации производства:

1) частичная — ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса за счет использования станков с автоматическим циклом управления или станков с ЧПУ;

2) комплексная — предполагает автоматизацию производственных процессов изготовления деталей или сборочных единиц с использованием автоматических систем машин (автоматических линий и гибких производственных систем);

3) полная — высшая ступень автоматизации, при которой все функции изготовления, контроля и управления производством выполняются автоматами.

Автомат — это самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющие по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.

Автоматы могут работать в тяжелых, вредных и опасных для здоровья человека условиях, что полностью исключает или существенно снижает отрицательное воздействие производственного процесса на человека.

К экономическим преимуществам автоматизации можно отнести: возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование физического труда, материалов и энергии; более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от возникновения потребности в изделии до получения готовой продукции; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Повышение производительности труда обеспечивается за счет:

1) более полного использования календарного времени при автоматической работе оборудования;

2) повышения скорости протекания процессов, которая не ограничивается физическими возможностями человека;

3) высвобождения людей для выполнения другой, еще не автоматизированной работы.

Рассмотрим эти факторы подробнее. В течение года автоматическое оборудование может работать 365 дней х 24 ч = 8760 ч без учета простоев на замену режущих инструментов, переналадку и ремонт. При работе в две смены производительное время оборудования составляет лишь 2545 ч, что составляет 29% от годового календарного фонда времени (рис. 1.1), столько же времени приблизительно занимают праздничные и выходные дни. Остальное время составляют неиспользованная третья смена и потери времени по организационным и техническим причинам. Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы и энергию. Повышение производительности труда по существу означает более экономичное использование труда. Автоматизация технологической подготовки производства позволяет сделать выбор наиболее рациональных методов и средств изготовления продукции, оптимизацию технологических процессов. Автоматическое планирование и оперативное управление производства обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери от поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования. Развитие нефтяной и газовой промышленности в России привело к увеличению за последние 20 лет добычи нефти (включая газовый конденсат) более чем в 4 раза, а газа — в 10 раз, чему в значительной степени способствовало повышение уровня автоматизации производственных процессов в отрасли. Под автоматизацией производственных процессов нефтяных и газовых промыслов следует понимать применение приборов, приспособлений и машин, обеспечивающих бурение, добычу, промысловый сбор, подготовку и передачу нефти и газа с промысла потребителю без непосредственного участия человека, лишь под его контролем. Автоматизация производственных процессов является высшей формой развития техники добычи нефти и газа, предусматривающей применение передовой технологии, высокопроизводительного и надежного оборудования. Можно без преувеличения сказать, что улучшение технологии добычи нефти и газа, создание высокопроизводительного оборудования, повышение культуры производства, освоение новых нефтяных и газовых районов, рост добычи нефти и газа стали возможны благодаря развитию и внедрению автоматизации и совершенствованию управления с применением экономико-математических методов и электронно-вычислительной техники.

Автоматизация технологических процессов в настоящее время является важнейшим условием ускорения технического прогресса, повышения культуры производства, роста производительности труда.

С 1951 по 1958 г. различные конструкторские организации, институты и специалисты на нефтепромыслах разрабатывали средства автоматизации отдельных операций процесса добычи нефти и аппаратуру телемеханизации. Было разработано большое число приборов, автоматов и телемеханической аппаратуры одного и того же назначения, но разных конструкций, что затрудняло организацию их массового производства, приводило к удорожанию процесса добычи нефти и низкой надежности. С 1958 г. начались работы по комплексной автоматизации нефтяных промыслов, предусматривающей автоматизацию всех технологических объектов нефтедобывающего предприятия. Однако отсутствие типовых технологических схем промыслового сбора нефти и попутного газа сдерживало развитие автоматизации. В 1968 г. были утверждены основные положения по обустройству и автоматизации нефтедобывающих предприятий, определены сроки разработки и изготовления новых средств автоматики и автоматизированного блочного технологического оборудования, утвержден план комплексной автоматизации новых и уже действующих нефтедобывающих предприятий. При этом в качестве базовой была принята однотрубная технология сбора нефти и газа. Тем же путем шло развитие автоматизации и газовых промыслов. Системный подход при решении вопросов автоматизации технологических процессов, создание и внедрение автоматизированных систем управления позволили осуществить переход к комплексной автоматизации всех основных и вспомогательных технологических процессов бурения добычи и транспортировки нефти и газа. Автоматизированное блочное оборудование, успешно примененное впервые на нефтяных и газовых промыслах Татарии и Башкирии, обеспечило быстрый рост добычи и резкое снижение трудовых затрат. Этот метод обустройства нефтяных промыслов, примененный в сложных географических и суровых климатических условиях Западной Сибири, обеспечил быстрый ввод в эксплуатацию и освоение уникальных месторождений нефти и газа восточных районов страны. Современные нефти и газодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (скважины, групповые измерительные установки, сепарационные установки, сборные пункты, установки комплексной подготовки нефти и газа, резервуарные парки) связаны между собой через продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования, дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием.

Источник

УДК 681.5

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ

Медведева Людмила Ивановна¹, Крамарев Максим Викторович²
¹Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного университета, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики, электроники и вычислительной техники
²Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного университета, студент бакалавр

Аннотация
В данной статье рассматривается процесс ректификации бутилового спирта и проводится разработка автоматизированной системы управления. Основным этапом разработки системы автоматизации будет выбор средств измерения.

Ключевые слова: автоматизированная система, сравнение технических характеристик, средства автоматизации

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Медведева Л.И., Крамарев М.В. Разработка автоматизированной системы управления процессом ректификации // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 3 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2018/03/86041 (дата обращения: 31.03.2023).

Основное внимание в данной статье уделяется процессу ректификации, который относится к массообменным.

Основная задача массообменных процессов – разделение сложных смесей на частные компоненты.

Разработка автоматизированной системы управления этим процессом является актуальной задачей, так как частные компоненты следуют на дальнейшую переработку, уменьшается себестоимость продуктов и увеличивается конкурентоспособность производства.

Рассмотрим кратко описание процесса и его функциональную схему. Основным регулятором, стабилизирующим состав дистиллята (при разделении бинарной смеси при постоянном давлении), является регулятор температуры верха колонны 1, воздействующий на отбор дистиллята. Регулятор температуры 2 стабилизирует температуру питания. Регуляторы уровня 3 и 4 обеспечивают поддержание баланса в системе по жидкой фазе, а регулятор давления 5 – по паровой фазе [1, с. 205].

Рисунок 1 – Функциональная схема с использованием каскадной АСР

Предлагается использовать регулятор соотношения 6 греющего пара и питания обеспечивает минимизацию энергозатрат на разделение. Также из-за наличия транспортного запаздывания в ректификационной колонне, для регулирования температуры продукта применяется каскадная автоматизированная система регулирования с дополнительным импульсом по производной от температуры на контрольной тарелке (регуляторы 1 и 1а), что позволяет уменьшить динамическую ошибку регулирования. (рис. 1) [2, с. 341].

Основным этапом разработки системы автоматизации – является выбор средств измерения. Для реализации процесса необходимо выбрать следующие измерительные приборы: расходомеры на линии подачи исходной смеси и греющего пара в кипятильник, датчик давления верха колонны, уровнемер куба колонны и в дефлегматоре, датчики температуры верха колонны, средней её части и температуры исходной смеси.

Сравнительный анализ технических характеристик средств измерения основных технологических параметров представлены в таблице.

Таблица 1 – Технические характеристики средств автоматизации

Параметр	Измерительные средства
Расход	Метран 350 выполнен на базе осредняющей напорной трубки Annubar и предназначены для расхода жидкости, газа, пара в системах автоматического контроля и управления технологическим процессом [3]. Может работать со средами в температурном интервале -40…+400°С. Пределы относительной погрешности измерений расхода до 0,8%. Имеют выходной сигнал 4-20 mA и выполняется в взрывозащитном исполнении. Цена составляет 29000 рублей.	Rosemount 8800D определяет частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу. Может измерять расходы жидкости, газа и пара. Имеет возможность работы при температуре +40…+427°C и имеет выходной сигнал 4-20 mA. Могут выполняться в взрывозащитном исполнении. Погрешность измерения расходомеров для жидкости составляет 0,6%, а для пара и газа 1%. Цена за одну штуку приблизительно 24000 рублей [4].
Давление	Эни-100 предназначены для непрерывного преобразования измеряемого давления пара, жидкости и газа в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 mA и (или) цифровой сигнал на базе HART-протокола. Они используются для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования. Также датчики выполняется в взрывозащитном исполнении. Погрешность датчика в пределах 0,1-0,5% с диапазоном измерения 0-40 кПа. Цена около 4000 рублей за штуку [5].	Датчики давления Метран-100 (в дальнейшем датчики) предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование измеряемых величин – давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления- разрежения, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 mA дистанционной передачи, цифровой сигнал на базе HART-протокола, цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485 с протоколами обмена ICPили Modbus. Датчики предназначены для работы во взрывобезопасных и взрывоопасных условиях. Измерение давления возможно в пределах 40 Па до 16 МПа с погрешностью измерения 0,1-0,5%. Цена около 20000 рублей за штуку [6].
Температура	Метран-276 позиция могут применяться во взрывоопасных зонах. Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозиостойким. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 mA, что даёт возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Имеет диапазон измерения до 180 °C. Цена составляет около 2800 рублей за штуку [7].	Термометры сопротивления с выходным сигналом 4…20 мА ДТСхх5Е имеют вид взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и предназначены для установки и работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Класс точности таких датчиков 0,25% и диапазоном измерения -50…+500 °C [8].
Уровень	Levelflex FMP54 предназначен для непрерывного измерения уровня жидкостей в экстремальных условиях. Рабочее соединение с керамико-графитовым уплотнением обеспечивает применение при высокой температуре и давлении в паровых котлах и токсичных средах, например, аммиаке. Газонепроницаемое уплотнение является дополнительным условием безопасности. Только функция компенсации газовой фазы FMP54 обеспечивает стабильные показания при наличии газовой и паровой фазы. Стабильные показания в случае турбулентной поверхности, пенообразовании и меняющихся сред. Имеет микроимпульсный принцип измерения и работает в диапазоне от -196 до +450 °C. Максимальная величина измерения составляет 6 метров [9].	Байпасные роликовые указатели уровня NBK-R используют для непрерывного измерения, вывода и контроля уровней жидкости. Байпасная трубка устанавливается на боковой стенке резервуара. В соответствии с законом о сообщающихся сосудах, уровень в байпасной трубке равен уровню в самой емкости. Поплавок со встроенными магнитами в байпасной трубке движется вместе с уровнем жидкости и бесконтактно передает информацию об уровне на внешний дисплей или на иное контрольное устройство. Имеют выходной унифицированный токовый сигнал 4-20 mA и максимальным уровнем измерения 6 метров. Могут работать при температурах -40 до +400 °C [10].

Расходомеры Метран 350 и Rosemount 8800D приблизительно одинаковы по своим техническим характеристикам, но Rosemount 8800D имеет цену немного ниже, поэтому для дальнейшей работы останавливаемся на нём.

Сравнив, технические характеристики датчиков давления для дальнейшей работы берём Эни-100, так как он имеет более выгодную цену по сравнению с конкурентом, при приблизительно одинаковых характеристиках.

После рассмотрения технических характеристик двух датчиков температуры остановимся на Метран-276, он полностью подходит по техническим характеристикам и имеет небольшую цену.

Среди рассмотренных уровнемеров делается выбор в пользу Levelflex FMP54 из-за стабильных показаний при изменении среды, более высокой безопасности и работе при высоких температурах.

Для разработки системы автоматизации были выбраны следующие средства измерения: расходомер Rosemount 8800D, датчик давления ЭНИ-100, термопреобразователь Метран-276 и уровнемер Levelflex FMP54.

Библиографический список

Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Издательство Альянс, 2007. – 368с.
Беспалов, А.В., Системы управления химико – технологическими процессами/ А.В. Беспалов, Н.И. Харитонов. – М.: Издательство Академкнига, 2007. – 690с.
Расходомер Метран 350 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Emerson URL: http://www2.emersonprocess.com/ru- RU/brands/Metran/products/ Flow/dpf/350/Pages/index.aspx (дата обращения 5.02.18)
Расходомер [Электронный ресурс] // Каталог вихревых расходомеров Rosemount URL: http://www.indelta.ru/userfiles /file/Rosemount_8800D.pdf (дата обращения 5.02.18)
Датчик давления ЭНИ [Электронный ресурс] // Каталог продукции ЭНИ URL: http://en-i.ru/product-catalog/together-development/pressure-sensor/pressure-sensor/ (дата обращения 5.02.18)
Датчик давления Метран 100 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Emerson URL: http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20Metran %20Documents/Catalog/Metran/Метран-100.pdf (дата обращения 5.02.18)
Датчик температуры Метран 276 [Электронный ресурс] // Каталог продукции Метран. URL: http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM %20Metran%20Documents/Catalog/Catalogues/DT/Метран-271_274_276.pdf (дата обращения 5.02.18)
Датчик температуры ДТСхх5Е [Электронный ресурс] // Каталог продукции ОВЕН. URL: http://www.owen.ru/catalog/dtshh5exia_termosoprotivleniya_s _vihodnim_signalom_420_ma/59176813 (дата обращения 5.02.18)
Уровнемер LevelFlex FMP 54 [Электронный ресурс] // Каталог продукции уровнемеров Levelflex URL: http://www.rizur.ru/uploads /data/file/levelflex_fmp51_52_54.pdf (дата обращения 5.02.18)
Уровнемер NBK-R [Электронный ресурс] // Каталог продукции уровнемеров KOBOLD URL: http://www.koboldgroup.ru/opisanie/NBK-R (дата обращения 5.02.18)

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Murky4488»

Источник

Библиографическое описание:

Мухамедханов, У. Т. Автоматизация регулирования основных параметров процесса ректификационной колонны / У. Т. Мухамедханов, Р. Р. Муминов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 7 (87). — С. 180-182. — URL: https://moluch.ru/archive/87/14914/ (дата обращения: 01.04.2023).

Современный технологический процесс нельзя представить без автоматических систем управления. Корректным применением таких систем можно достичь оптимальных параметров эксплуатации, как определенного узла, так и технологического процесса в целом. Одной из основных технологических узлов первичной переработки является процесс перегонки углеводородного сырья. Это по своей сути является высокотехнологичным узлом поточной линии. От точности регулирования технологических параметров процесса ректификации нефтегазоконденсатного смеси, зависит качество выпускаемой продукции [1].

К основным показателям качества предъявляются требования, которые и обеспечивают надежную и четкую работы всей системы. Каждый технологический процесс переработки характеризуется определенными технологическими параметрами, обеспечивающие соответствующие качественные показатели конечной продукции. Эти требования на качество продукции и эксплуатацию должны постоянно жестко соблюдаться.

К основным технологическим параметрам работы ректификационной колонны первичной перегонки нефти относятся: давление в колонне; температурный режим колонны; расход сырьевых и продуктовых потоков; уровень жидкости в аппаратах и емкостях.

Параметры работы ректификационной колонны могут изменяться в более или менее широких пределах, отклоняясь от нормального технологического режима. Поддержание требуемых параметров и восстановление отклоненного параметров режима осуществляются автоматической системой регулирования.

Автоматическое регулирование и управление работой аппаратуры осуществляется при помощи технических средств управления и автоматизации. К ним относятся приборы автоматического контроля, управления и регулирования температуры, давления, расходов потоков, уровней жидкости, параметров электрических машин; свойств потоков нефти, газов и получаемы продуктов (плотность, температура вспышки, фракционный состав, вязкость и др.), а также аппаратура автоматической сигнализации, блокировки и извещения (световые или звуковые).

В связи с тем, что объекты регулирования обладают инерционностью, эффект воздействия управления может проявляться через какой то временной интервал, т. е. запаздыванием. Устранение вредного влияния запаздывания в процессах регулирования достигается применением регуляторов, учитывающих инерционность регулирования или применением связанного (каскадного) регулирования с включением в систему регулирования нескольких регуляторов и датчиков.

Выход и качество дистиллятов получаемых продуктов определяется: фракционным составом исходного сырья; количеством орошения колонны; числом контактных тарелок или высотой насадочных пакетов и их числом; количеством подаваемого и снимаемого в колонну тепла.

Фракционный состав продуктов, выходящих из колонны, зависит от соответствующей температуры и давления той зоны, где они получают в виде дистиллятных паров или жидкости. Фракционный состав сырья, поступаемого на переработку практически постоянно изменяется, что требует корректировки параметров режима колонны для обеспечения заданного качества, получаемых целевых продуктов.

В промышленности традиционно применяются две схемы регулирования фракционного состава дистиллята, уходящего с верха колонны: первая регулировкой температуры верха колонны изменением количества орошения и температуры низа и вторая постоянством этого параметра. В последнем случае в колонне происходит меньшее колебание расхода жидкостных потоков на контактных тарелках, что обусловливает меньшую зависимость качества дистиллята от колебаний свойств сырья и его расхода, хотя имеет место определенная инерционность регулирования.

Схемы регулирования температуры верха и низа ректификационной колонны для обеспечения качества соответствующих продуктов образуют взаимосвязанную систему. Например, увеличение подачи орошения вверх колонны отразится на тепловом балансе всей колонны, т. е. импульс понижения температуры верха, вызванный повышением расхода орошения, дойдет и до низа колонны. При этом для поддержания постоянной температуры низа колонны потребуется увеличение подвода тепла в низ, и вызванный этим импульс дойдет до верха колонны и т. д.

При отсутствии контроля над количеством орошения и тепла (т. е. при регулировании только по температурам) колонна может быть выведена из рабочего режима самой системой регулирования, т. е. колонна перегрузится внутренними потоками пара и жидкости, что резко снизить четкость ректификации и ухудшить качество как верхнего, так и нижнего продукта.

Взаимосвязанные, или каскадные, схемы регулирования работы ректификационных колонн, объединяющие обе схемы регулирования, позволяют избежать перегрузки колонн внутренними потоками и повысить качество регулирования.

На рисунке приведена схема каскадного регулирования температуры верха колонны, следовательно, и качество дистиллятной фракции, уходящей с верха колонны. Пары с верха колонны 1 поступают в конденсатор воздушного охлаждения 2, затем газопарожидкостная смесь проходит в водяной доохладитель 3, после которого она поступает в емкость-сепаратор 4, где от углеводородного и водяного конденсата отделяется несконденсировавщийся газ, который отводится по трубе 5, через регулятор давления PIRC/1.

Давление во всей аппаратуре определяется остаточным давлением паров дистиллята и зависит от температуры после доохлаждения и конденсации в холодильнике 3. В емкости-сепараторе 4 вода отделяется от углеводородного конденсата. Вода собирается в нижней части емкости и по межфазному регулятору уровня LIRC/l выводится из системы по линии V.

Схема каскадного регулирования температуры верха колонны: 1 — верх ректификационной колонны; 2 — конденсатор воздушного охлаждения; 3 — водяной доохладитель; 4 — емкость-сепаратор для отделения газа от воды и углеводородного конденсата; 5 — линия отвода газа; 6 — насос; 7 — линия подачи орошения; 8 — линия откачки балансового количества дистиллята; 9 –коллектор -распределитель орошения; I — пары дистиллята; II — дистиллят; III — газ; IV — охлаждающая вода; V — вода (технологический конденсат); TIRC/1 — регулятор температуры верха; TIRС/2,3,4 — показатели температуры; LIRC/1 — межфазовый регулятор уровня дистиллят/вода PIRC/1 — регулятор давления; FIRС/1,2 — регуляторы расхода орошения и откачки дистиллята

Для надежного вывода дистиллята из емкости-сепаратора установлена вертикальная перегородка, перетекая через которую обезвоженный дистиллят поступает на прием насоса 6, подающий орошение по линии 7 на верхнюю тарелку колонны. Орошение в насадочные колонны вводится через специальный коллектор 9, обеспечивающий равномерное орошение насадки по сечению аппарата. Балансовое количество дистиллята отводится по линии 8, который регулируется прибором принимающим сигнал уровня (LIRC/2) из емкости 4.

Анализаторы качества дистиллята на потоках установлены так, чтобы уменьшит инерционность регулирования, т. е. в тех местах потоков, где возможен оперативный контроль качества.

Таким образом, автоматическим контролем и регулированием системы верхнего дистиллятного потока и орошения ректификационной колонны поддерживается основные технологические параметры, что способствует получению качественной продукции, и надёжность работы перегонной установки.

Литература:

1. Технология переработки нефти. В 2-х частях. Часть первая. Первичная переработка нефти / Под. ред. О. Ф. Глаголевой, В. М. Капустина. –М.: Химия, Колос С, 2006. — 400 с.

«Проектирование систем автоматизации технологических процессов, Справочное пособие» под ред. А.С Клюева, Москва, 2-е издание, Энергоатомиздат,1989.

Основные термины (генерируются автоматически): LIRC, верх колонны, колонна, инерционность регулирования, PIRC, автоматический контроль, параметр, схема регулирования, уровень жидкости, фракционный состав.

Источник

Введение

Вопросы автоматизации сложных технологических процессов для повышения эффективности производств высокочистых веществ и изотопного обогащения лёгких элементов всё чаще встают перед разработчиками современных промышленных производств. Как правило, такие производственные комплексы основаны на одиночных, групповых и различных комбинациях насадочных колонн, реализующих различные виды тепломассообменных процессов: высоко- и низкотемпературную ректификацию, химический изотопный обмен, двухтемпературные схемы изотопного обмена и т.п.

Развитие производств материалов для электроники, лазерной техники, групп других перспективных высокотехнологичных материалов требует порой уровней химической чистоты продукта не ниже 6N (99,9999%). Это практически невозможно сделать в промышленных масштабах без применения методов ректификации и без использования аппаратов в виде высотных насадочных колонн.

Развитие производств лёгких изотопов, ядерной медицины, группы перспективных изотопно-модифицированных материалов требует применения высокоэффективных методов промышленного разделения изотопов. Физико-химические методы с использованием тепломассообменных насадочных колонн признаются пока наиболее подходящими для промышленного получения изотопной чистоты (90–99)% ат с приемлемой себестоимостью. В итоге это обеспечивает существенное понижение себестоимости всей цепочки дальнейшей переработки. За счёт снижения себестоимости базового продукта становится возможным сквозное снижение себестоимости продукции до высших уровней переработки, включая конечные материалы и изделия. В таких условиях все продуктовые наборы становятся более доступными, расширяя и активизируя далее другие сегменты высокотехнологичных продуктов, создавая ценовые преимущества для конечных материалов и изделий.

Указанные выше преимущества нельзя получить, не внедряя в технологические процессы методы и аппаратуру высокоточного контроля и управления. Это уже невозможно делать, применяя традиционные группы КИПиА, отдельные датчики и приборы, используя в основном возможности человека-оператора.

Максимальное исключение человеческого фактора позволит не только существенно снизить вероятность техногенных аварий, обезопасить персонал и окружающую среду, но и снизить эксплуатационные расходы, обеспечить стабильно высокое качество работы и управление качеством продукции.

В итоге – обеспечить конкурентоспособность производства и продукции.

С распадом СССР Россия потеряла часть своего научно-технического потенциала и производственных мощностей по ультравысокочистым газам и жидкостям, а также по лёгким стабильным изотопам. Воссоздание ранее утраченных компетенций и производств, импортозамещение, а также развитие научных исследований в данном стратегическом направлении представляют актуальную задачу.

В рассматриваемой экспериментальной установке в качестве рабочего вещества для ультравысокой очистки был взят газ ксенон. А температурный диапазон ректификации задан в пределах –95…–110°С.

Необходимо отметить, что в основном изложенное практически применимо и для других экспериментальных, опытных и промышленных колонн ректификации с рабочим диапазоном низких температур практически до –196°С.

Объект автоматизации

Объектом автоматизации является насадочная тепломассообменная экспериментальная колонна, в которой осуществляется процесс ректификации ксенона в температурном диапазоне –95…–110°С и при давлениях, близких к нормальному.

Целью процесса является высокая очистка газа ксенона для последующего использования, например, в медицине, химии, лазерной технике и т.п. Процесс реализуется по непрерывно-периодической технологической схеме.

Экспериментальная колонна создаётся как опытно-экспериментальная (лабораторное оборудование) с двумя целями:

демонстрации возможностей реализации технологического процесса низкотемпературной ректификации и получения данного целевого продукта;
получения экспериментальных данных для различных условий протекания ректификационного процесса. Эти данные предполагается анализировать, систематизировать и далее использовать при последующих работах (уже на основе полномасштабной ректификационной колонны или группы колонн) и при проектировании промышленных объектов.

Представленный и описанный ниже вариант демонстрационной колонны и её АСУ ТП является в достаточной степени универсальным. Кроме проведения экспериментов по очистке ксенона он может быть практически использован для сверхвысокой очистки других газов, жидкостей и химических соединений. При определённых условиях колонна и АСУ ТП могут быть настроены на разделение изотопных смесей с условиями целевого обогащения или обеднения по одному из изотопов (элементов лёгкой группы). Для этого необходимо, чтобы рабочее вещество и внутренние контактные поверхности и устройства были химически совместимы для процесса.

АСУ ТП представляет собой двухуровневую пространственно-распределённую систему. Нижний уровень АСУ ТП включает в себя следующие подсистемы:

подсистему сбора данных о ходе ректификационного процесса (датчики температуры, давления и весовые датчики);
подсистему стабилизации температуры в блоках термостатирования узлов обращения фаз;
подсистему автоматической заправки жидким азотом сосудов Дьюара блоков термостатирования;
подсистему вакуумирования оболочки колонны;
подсистему сигнализации и противоаварийной защиты процесса при отклонении параметров за допустимые границы;
систему визуализации технологических параметров и ручного ввода исходных данных.

На верхнем уровне системы АСУ ТП создаются два автоматизированных рабочих места (АРМ) на базе персонального компьютера (ПК): АРМ нижнего и АРМ верхнего узлов сопряжения. С помощью этих АРМ в реальном времени выполняются функции отображения параметров контроля и управления процессом ректификации, а также функции архивации текущих данных и их обработки за отчётные периоды времени по установленному алгоритму.

Предусматривается взаимное переключение функций при выходе из строя одного из АРМ. В общем виде реализуемые на АРМ верхнего уровня АСУ ТП функции можно разделить на три подкласса:

отображение параметров процесса ректификации и сигнализация нарушений режима (включая прогнозирование аварийной ситуации);
управление технологическим процессом с экрана;
управление переходом по экранам отображения (кадрам).

В общем случае информация о нарушениях технологического режима подлежит автоматической распечатке на принтере ПК АРМ с одновременным сохранением её в специальном файле-отчёте общего архива, который создаётся и хранится на встроенной карте памяти. На мониторах АРМ также отображаются данные об отклонении контролируемых параметров от заданных значений. Кроме сигналов от датчиков и преобразователей на экранах АРМ осуществляется контроль и индикация переменных, коэффициентов и констант в алгоритмических структурах подсистем автоматического регулирования, а также обеспечивается возможность их изменения в реальном времени.

Аппаратная часть АСУ ТП

Датчики и исполнительные устройства

АСУ ТП демонстрационной колонны в своём составе содержит следующие типы датчиков и исполнительных устройств.

Датчики:

температурные;
давления;
весовые.

Исполнительные устройства:

нагреватели азота (в сосудах Дьюара);
криогенные клапаны.

Указанные устройства сосредоточены в основном в зонах нижнего и верхнего узлов обращения фаз, блоков термостатирования и по составляющим системы обеспечения безопасности. Для контроля адиабатичности ректификационного процесса в колонне часть температурных датчиков располагается по осям колонны.

Размещение датчиков и исполнительных устройств представлено на общей схеме расположения датчиков и исполнительных устройств на колонне (рис. 1).

При этом принято трёх- и четырёхпозиционное условное обозначение для датчиков и исполнительных устройств в соответствии со схемой на рис. 2.

О датчиках

Датчики температуры

В качестве датчиков температуры используются платиновые терморезисторы, подключаемые в соответствии с разработанной схемой. Использование платиновых терморезисторов и принятая схема их подключения (четырёхпроводная) обеспечивают достаточно высокую точность и надёжность измерения температуры при долговременной опытной эксплуатации экспериментальной колонны. При этом показания температурных датчиков, расположенных непосредственно в испарителе и конденсаторе (1ТАИ…3ТАИ, 1ТАК…3ТАК на рис. 1) с целью повышения надёжности результатов измерений, обрабатываются по специальной программе.

При работе колонны большое значение имеет информация о температуре и давлении по различным сечениям колонны и особенно в зоне контактных устройств (насадки). Однако размещение датчиков непосредственно в зону контактных устройств для получения прямых результатов измерений практически невозможно по причине влияния датчиков на параметры разделения. Поэтому используется косвенная информация с датчиков температуры, расположенных в различных местах на поверхности колонны и её термостабилизирующей оболочки. Такое размещение позволяет получить данные от совокупности датчиков температуры и после соответствующей обработки (с учётом информационной избыточности) уточнить данные по отношению к измеряемому температурному профилю внутри колонны.

Температурные датчики также устанавливаются в системе обеспечения безопасности колонны: на баллоне аварийного скачивания и на магистралях питания/подачи газообразного азота (ТАБ, ТАИ_вх, ТАИ_вых,ТАК_вх, ТАК_вых на рис. 1).

Датчики давления

Датчики измерения давления паров азота устанавливаются в конструкции испарителя (ДПИ) и в сосудах Дьюара нижнего (ДАИ) и верхнего (ДАК) блоков термостатирования (см. рис. 1). Последние используются для аварийного открытия дренажных клапанов в случае превышения давления паров азота внутри сосудов выше допустимого. Кроме того, датчики давления используются в системе обеспечения безопасности, в частности, в узле аварийного скачивания.

Датчики веса

Для обеспечения автоматической заправки сосудов Дьюара азотом необходимо непрерывно измерять уровень жидкого азота в сосудах. Вместо непосредственного измерения уровня азота применяются электронные весы (МАИ и МАК на рис. 1), на которые устанавливаются сосуды Дьюара. Показания весов используются в подсистеме автоматического поддержания заданного режима термостатирования узлов обращения фаз и своевременной заправки (подпитки) сосудов жидким азотом.

Об исполнительных устройствах

Клапаны

На каждом сосуде Дьюара устанавливаются по два криогенных клапана: впускной (КВИ и КВК на рис. 1) и дренажный (ДАИ и ДАК на рис. 1). Первый открывается при заправке сосуда жидким азотом из питающей цистерны, а второй – при превышении давления паров азота внутри сосуда выше допустимого значения. Кроме того, на баллоне аварийного скачивания установлен клапан КАБ (см. рис. 1), открывающийся при возникновении аварийной ситуации и обеспечивающий работу системы обеспечения безопасности.

Нагреватели внутри сосудов Дьюара

Для получения газообразного азота в каждом сосуде Дьюара устанавливаются нагреватели жидкого азота: основной (СНИО и СНКО на рис. 1) и резервный (СНИР и СНКР на рис. 1). При выходе из строя одного нагревателя предусматривается автоматическое переключение на резервный без нарушения процесса нагрева. При этом на экране АРМ отображается факт отказа нагревателя.

Электронное оборудование АСУ ТП

Основу электронного оборудования АСУ ТП колонны представляет программируемый логический контроллер типа REGUL R200 отечественного производства с использованием (бесплатно распространяемого) программного обеспечения EpsilonLD. Программный продукт EpsilonLD поддерживает пять языков программирования стандарта IEC 61131-3.

Этот контроллер был выбран в результате сравнения технико-экономических и конструктивных параметров с другими отечественными контроллерами (FASTWEL, OWEN), имеющими близкие с REGUL R200 характеристики. Последний, имея блочно-модульную конструкцию, оптимальным образом соответствует требованиям построения АСУ ТП для пространственно-распределённого технологического комплекса.

В АСУ ТП колонны используются два одинаковых контроллера R200CU00 061W. Каждый контроллер вместе с модулями ввода-вывода объединяется в один крейт, устанавливаемый на стандартную монтажную DIN-рейку (рис. 3).

Оба контроллера через сетевой адаптер подключаются к своему ПК, образуя локальные сети Ethernet около нижнего и верхнего блоков термостатирования.

Программная часть АСУ ТП

Функционирование аппаратной части АСУ ТП колонны обеспечивается специальной комплексной программой RectColumn, в которую входят следующие программные компоненты POU (рис. 4):

программа стабилизации температуры BotStabTemp(PRG) и программа задания уставки UST(PRG) в блоках термостатирования;
программa автоматической заправки сосудов Дьюара, включающая в себя компоненты: Weight(PRG), massam (PRG), test_com(PRG), COM_PORT (STRUCT), COM_W(FB);
программa архивации текущих значений параметров ректификационного процесса с компонентами: Main_File_Test_Prg(PRG), Arj_log (PRG), Logger_Add_Record(FUN), Elm_s(STRUCT), Val_s(STRUCT), TimeUtilites;
программа формирования экрана визуализации с отображением процессов стабилизации температуры, автоматической заправки Дьюара и архивации VisuBOOT;
программы измерения температуры и давления в различных сечениях колонны;
программа тревожной сигнализации при возникновении аварийной ситуации;
программа управления системой вакуумирования;
программы формирования экранов визуализации с отображением параметров ректификационного процесса.

Все программы созданы в среде EpsilonLD фирмы Prosoft-Systems.

Экран визуализации

На рис. 5 представлен экран визуализации параметров нижнего блока термостатирования (аналогичный экран имеется и для верхнего блока).

В левой части экрана отображаются значения уставки и текущей температуры. С помощью клавиш в режиме онлайн можно установить требуемое значение температурной уставки. Поскольку используемая программа стабилизации температуры работает в диапазоне как положительных, так и отрицательных температур, то знак температурной уставки не вводится.

В средней части экрана представлены данные о работе системы автоматической заправки сосуда Дьюара жидким азотом. Уровень азота представляется в единицах, относительных к массе полностью заправленного сосуда Дьюара. Максимальное значение массы вводится в режиме онлайн при начальной установке на электронные весы заправленного сосуда Дьюара. Предварительно вводимая масса с помощью соответствующих клавиш устанавливается в диапазоне от 2 до 99 кг.

Правая часть экрана используется для ввода в режиме онлайн до 16 архивируемых переменных. Здесь же находится переключатель, позволяющий включать или выключать режим архивации. На рис. 6 представлен фрагмент лога архивации шести переменных, записанных на внешнюю карту памяти.

На рис. 7 представлены фрагменты технологического оборудования экспериментальной колонны низкотемпературной ректификации с установленной АСУ ТП в процессе её отработки.

Перспективы развития

Идеи, базовые аппаратные и программные решения данного проекта могут быть использованы при создании других исследовательских и промышленных установок и стендов, реализующих различные виды процессов ректификации и изотопного химического обмена в тепломассообменных колоннах и другом технологическом оборудовании.

Опыт экспериментов и работы показал, что рассмотренная версия АСУ ТП демонстрационной колонны имеет структуру, обеспечивающую оптимальное сочетание функций локального и центрального управления, многозонность контроля и прогнозирование предаварийных ситуаций. Она обеспечивает высокую достоверность результатов телеметрии оборудования и мониторинга процессов при обеспечении высокой точности и надёжности управления. В процессе работы была достигнута стабильность поддержания температурного процесса в узлах обращения фаз в пределах 0,2°С, а также ускоренный выход на режим адиабатичности по длине (высоте) колонны.

Рассмотренная структура АСУ ТП предусматривает локализацию функций контроля и управления как отдельной ректификационной колонны, так и группы однотипных или различных колонн и оборудования в случае более сложного производственного комплекса. В последних вариантах отдельные колонны обслуживаются одним или двумя контроллерами, каждый из которых осуществляет сбор данных и автономное (независимое от центрального компьютера) управление процессом в колонне. Возможная аппаратная избыточность может быть использована для повышения надёжности АСУ ТП за счёт перекрёстных связей и дублирования.

В таких случаях локальные контроллеры-коммутаторы одной ступени связываются между собой по интерфейсу RS-485, а посредством преобразователя RS-485 в RS-232 – с групповым управляющим компьютером (промышленного типа).

На групповые компьютеры возлагаются задачи сбора данных с локальных контроллеров-коммутаторов, предварительной обработки, отображения и архивирования информации, относящейся к определённой группе колонн.

Особое внимание должно быть уделено обеспечению должной эффективности прогнозирования предаварийных ситуаций на основе многозонного допускового контроля. Кроме того, с помощью групповых компьютеров может осуществляться перепрограммирование (реконфигурация) контроллеров-коммутаторов. Групповые компьютеры через локальную сеть Ethernet подключаются к центральному компьютеру, который обеспечивает сбор, архивирование и отображение информации с любой колонны или группы по выбору диспетчера.

С помощью центрального компьютера диспетчер осуществляет контроль протекания технологического процесса по всем колоннам и группам оборудования. Также при необходимости он производит оперативное перепрограммирование как локальных контроллеров, так и групповых компьютеров.

Заключение

Последние десятилетия российские научные центры и даже предприятия оборонного профиля активно использовали иностранные приборы и комплектующие, аппаратные и программные средства для реализации проектов конкретных АСУ ТП. Однако тренд на импортозамещение, санкции и риски их продолжения и роста уже дали толчок активизации отечественных разработок и выпуску серийной продукции, в первую очередь по некоторым стратегическим направлениям развития науки и техники. Российский рынок аппаратных и программных средств для высокотехнологичной химии уже имеет несколько вариантов предложений и активно развивается.

На примере настоящей статьи авторы показали практические возможности разработки и запуска АСУ ТП для отечественных промышленных установок и производств по одному из самых наукоёмких и высокотехнологичных направлений: группе сложных и тонких физико-химических процессов ультравысокой очистки газов и жидкостей и разделения изотопов лёгкой группы. ●

Литература

Краскин В., Певцов В., Петров А. Автоматизация процесса промышленного разделения изотопов в каскаде высотных насадочных колонн // Современные технологии автоматизации. – 2004. – № 4.
Краскин В., Бакаев Д. Система температурной стабилизации с использованием ПЛК Regul R200 // Современные технологии автоматизации. – 2021. – № 1.

Авторы – сотрудники Центра физико-химических исследований и разработок и кафедры «Процессы и аппараты» СПб ГТИ (ТУ)

Источник

Модернизация АСУ ректификационной колонны

Введение.

3) полная — высшая ступень автоматизации, при которой все функции изготовления, контроля и управления производством выполняются автоматами.

Повышение производительности труда обеспечивается за счет:

1) более полного использования календарного времени при автоматической работе оборудования;

2) повышения скорости протекания процессов, которая не ограничивается физическими возможностями человека;

3) высвобождения людей для выполнения другой, еще не автоматизированной работы.

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕКТИФИКАЦИИ

Библиографическое описание:

Введение

Объект автоматизации

Аппаратная часть АСУ ТП

Датчики и исполнительные устройства

О датчиках

Датчики температуры

Датчики давления

Датчики веса

Об исполнительных устройствах

Клапаны

Нагреватели внутри сосудов Дьюара

Электронное оборудование АСУ ТП

Программная часть АСУ ТП

Экран визуализации

Перспективы развития

Заключение

Литература

Добавить комментарий Отменить ответ