Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Курсовая работа

Модернизация системы управления узлом выделения фракции ароматических углеводородов

Содержание

Введение

1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

1.2 Основные характеристики и особенности технологического объекта с точки зрения задач управления

1.3 Обобщенный критерий эффективности управления процессом

2. Анализ существующей схемы автоматизации технологического процесса

2.1 Анализ организационно - технической структуры

2.2 Анализ существующей системы управления

2.3 Выводы по необходимости модернизации системы

3. Разработка и описание системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами

3.1 Выбор и описание структурной схемы системы управления

3.2 Техническое обеспечение

3.3 Разработка и описание функциональной схемы автоматизации ТОУ

4. Математическое обеспечение

4.1 Построение математической модели

4.2 Расчет и исследование автоматической системы регулирования

5. Описание информационного обеспечения

5.1 Перечень входных и выходных сигналов РСУ

5.2 Описание информационного обеспечения системы

5.3 Описание массивов исторических данных

5.4 Состав выходных данных

6. Описание стандартного программного обеспечения

6.1 Операционная система

6.2 Протоколы межуровневого взаимодействия интегрированной системой управления

6.3 Структура и функции программного обеспечения

6.4 Методы и средства разработки программного обеспечения

7. Описание прикладного программного обеспечения

7.1 Описание алгоритмов

7.2 Интерфейс оператора

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов, использованием агрегатов большой мощности, усложнением технологических схем и предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам.

В связи с этим широкое применение находят системы цифрового управления, обеспечивающие более высокое качество управления по сравнению с обычными локальными регуляторами и позволяющие управлять не отдельными контурами, а объектом в целом. Преимущество применения ЦСУ для объектов химической технологии состоит в обеспечении возможности усложнения законов управления, повышение точности контроля.

В данном курсовом проекте рассматривается модернизация системы управления процессом выделения фракции ароматических углеводородов из бензола сырого каменноугольного.

Целью курсового проекта является модернизация системы управления узлом выделения фракции ароматических углеводородов на базе современных технических средств автоматизации.

Задачи курсового проектирования: определить технологические параметры контроля и регулирования; проанализировать существующую АСУ; построить оптимальную схему управления процессом; выбрать технические средства автоматизации; рассчитать цифровой регулятор и смоделировать процесс на SCADA-программе.

автоматизация контроль фракция бензол углеводород

1. Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

1.1.1 Описание технологического процесса

Реакция эпоксидирования пропилена с гидроперекисью этилбензола экзотермическая, протекает при температуре 110+118 ОС, давлении 2,353+3,53 МПа (24+33 кгс/см ) в присутствии каталитического комплекса на основе металлического молибдена и постоянном перемешивании.

Гидроперекись этилбензола и пропилен взаимодействует с образованием окиси пропилена и МФК по следующей реакции:

Процесс эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола осуществляется непрерывно в каскаде из трех последовательно соединенных реакторов смешения Давление в реакторах выдерживается одинаковым за счет уравнительной линии между реакторами по газовой фазе., при ограничении на энергозатраты и производительность. - Химические свойства продуктов и материалов.

Гидроперекись Этилбензола - Жидкость с запахом этилбензола. Т.кип. 268. Плотность 1,07. Не растворима в воде, хорошо растворима в органических растворителях.

Пропилен - Обладает значительной реакционной способностью. Его химические свойства определяются двойной углерод-углеродной связью. p-связь, как наименее прочная и более доступная, при действии реагента разрывается, а освободившиеся валентности углеродных атомов затрачиваются на присоединение атомов, из которых состоит молекула реагента. Все реакции присоединения протекают по двойной связи и состоят в расщеплении р - связи алкена и образовании на месте разрыва двух новых у-связей. Пропилен представляет собой газообразное вещество с низкой температурой кипения t_кип= -47,7 °C и температурой плавления t_пл= ?187,6 °C, оптическая плотность d₂₀⁴=0,5193.

каткомплекс ( в пересчете на молибден):ГПЭБ - 0,0004-^0,001:1

Для проведения процесса используется концентрированная гидроперекись этилбензола с содержанием основного вещества 22-27% масс.

Общая конверсия гидроперекиси этилбензола в процессе эпоксидирования пропилена составляет 97-98%.

Для увеличения селективности, процесс эпоксидирования необходимо проводить:

при удельной нагрузке на реактора по реакционной смеси равной 0,4-0,51 т/мЗ в час;

температуру в каскаде реакторов поддерживать с постоянным повышением от реактора к реактору на 1-2,5 °С;

процесс эпоксидирования проводить в четырех каскадах из трех реакторов.

Описание технологических схем

Технологическая схема эпоксидирования пропилена состоит из пяти частей:

1 часть узел приготовления катализаторного комплекса.

2, 3, 4 часть узел эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола. Отличие схем заключается в функциональном управлении процесса эпоксидирования:

часть - 1 система эпоксидирования пропилена. Управление системой ПАЗ производится с помощью контроллера ШМА.

часть - 2,4 система эпоксидирования пропилена. Управление технологическим процессом осуществляется приборами системы СТАРТ.

часть 3 система эпоксидирования пропилена. Управление технологическим процессом производится с помощью РСУ(распределенная система управления) DELTA V.

часть включает в себя дренажные емкости корпуса К-112/2, корпуса 112, факельную систему узла эпоксидирования пропилена и емкость вторичного вскипания парового конденсата.

Описание технологической схемы узла приготовления катализаторного комплекса

Металлический молибденовый порошок, привозимый со склада химикатов цеха № 1109 в металлической таре, грузовым лифтом поднимается и складируется на площадке отм. 12.000 м корпуса К-112/1.

Молибден из металлической тары вручную загружают в "сушилку". "Сушилка" представляет собой открытый металлический поддон со змеевиком, в который подается пар. Поддон открыт с одной стороны для ссыпки просушенного молибдена в тарельчатый питатель поз. Пн-207. "Сушилка" предназначена посредством сушки молибдена, улучшить сыпучесть порошка. Процесс сушки идет в течение 2-х часов при температуре от 50^100 °С. В "сушилку" засыпается молибден в количестве 40 килограмм. Просушенный молибден ссыпают в тарельчатый питатель поз. Пн-207 через металлическую сетку, для улавливания комков молибдена. Из металлической сетки комковый молибден ссыпают в металлическую тару и отправляют на узел активации и регенерации молибдена для измельчения комков.

Просушенный металлический молибден из тарельчатого питателя поз. Пн-207, непрерывно подается через верхний штуцер с опуском в реактор поз. Р-203. Количество подаваемого в реактор молибдена, регулируется изменением положения ножа на тарелке питателя поз. Пн-207, результат регулирования проверяется контрольным взвешиванием. Контрольное взвешивание производится ежечасно.

Дополнительную активацию поверхности зерен молибденового порошка перед подачей в реактор поз. Р-203 проводят в течке питателя поз. Пн-207 этанолом и гидроперекисью этилбензола в течение 0,25^15 минут.

Процесс приготовления каталитического комплекса осуществляется непрерывно в каскаде из двух реакторов полного смешения с внутренним змеевиком и рубашкой.

Реакторы полного смешения характеризуются тем, что частицы реагента, попавшие в данный момент в аппарат, благодаря интенсивному перемешиванию имеют равную со всеми частицами вероятность первыми покинуть его.

Перемешивание реакционной массы в реакторе осуществляется с помощью пропеллерной мешалки, которая обеспечивает продольное перемешивание. Продольное перемешивание обуславливает смешение компонентов потока, только что вошедших в реактор, с ранее находящимися в нем. Герметизация мешалок реакторов поз. Р-203, поз. Р-206 обеспечивается двойными торцевыми уплотнениями типа ТД 95-25.

Реакция получения каталитического комплекса экзотермическая и протекает с выделением большого количества тепла. Съем тепла осуществляется теплоносителем ТНК-2 «минус» 12 °С, поступающего в змеевик и рубашку реактора из цеха № 2510.

Гидроперекись этилбензола (ГПЭБ) из емкости поз. Е-806/1,2 цеха № 2505 поступает в верхнюю часть реактора поз. Р-203. Смесь свежего и возвратного этанола из емкости поз.

Е-358 цеха № 2506 предварительно подогревается в теплообменнике поз. Т-202 паровым конденсатом и подается в нижнюю часть реактора поз. Р-203. Реакторы приготовления катализатора располагаются на разных уровнях, переток реакционной массы из реактора поз. Р-203 в реактор поз. Р-206 осуществляется самотеком.

В случае завышения содержания непрореагировавшего молибдена в реакционной смеси после реактора поз. Р-203 предусмотрена возможность подачи ГПЭБ и этанола в реактор поз. Р-206. Этанол в реактор поз. Р-206 подается также с целью стабилизации каткомплекса.

Узел приготовления катализаторного комплекса может работать по следующим схемам:

1. Р-203^ Р-206-^ Р-206 (резервной системы)-* Е-212/1-* Н-213 -> Р-218/1-4 (корпус К-112)

При работе по данной схеме реактор поз. Р-206 резервной системы предназначен для захолаживания каталитического комплекса до температуры от 0 до 30 °С циркулирующим теплоносителем ТНК-2 "минус" 12 °С через "рубашку" и змеевики реактора.

2. Р-203^ Р-206-» Е-212/1 -- Н-213 -> Р-218/1-4 (корпус К-112)

3. Р-203^ Р-206^ Н-213 -> Р-218/1-4 (корпус К-112)

Переток реакционной массы из аппаратов осуществляется самотеком.

Для исключения контакта каталитического комплекса с кислородом воздуха дыхание аппаратов поз. Р-203, поз. Р-206, поз. Е-216, поз. Е-212 осуществляется через гидрозатвор поз. Пн-214. Заполнение гидрозатвора производится этанолом. Сброс газов после гидрозатвора поз. Пн-214 производится через воздушник в атмосферу. Освобождение гидрозатвора поз. Пн-214 осуществляется в дренажную емкость поз. Е-215.

При достижении температуры каталитического комплекса 70 °С в реакторах поз. Р-203, поз. Р-206 производится автоматическое опорожнение через отсечные клапана поз. 1/1,2, поз. 4/1,2 в аварийную емкость поз. Е-216 под слой этанола. Продукт из емкости поз. Е-216 откачивается насосом поз. Н-217 или поз. Н-211 в реактор поз. Р-203. В емкость поз. Е-216 также производится опорожнение трубопроводов гидроперекиси этилбензола и этанола. Опорожнение емкостей поз. Е-212/1,2,3, Е-210, насосов поз. Н-217, Н-211, Н-213, а так же слив остатков проб производится в дренажную емкость поз. Е-215. Из емкости поз. Е-215 каталитический комплекс передавливается сжатым азотом в линию всаса насоса поз. Н-211, который откачивается в реактор поз. Р-203 или емкость поз. Е-212. Сброс избыточного давления азота из емкости поз. Е-215 после освобождения от продукта производится через воздушник в атмосферу. Сброс с ППК емкости поз. Е-215 осуществляется через сепаратор поз. Е-245 отделения эпоксидирования пропилена на факел. При забивке участков трубопроводов и гидравлической части насосов поз. Н-211, поз. Н-213, поз. Н-217 нерастворенным молибденом предусмотрена промывка этанолом.

Освобождение "рубашек" и змеевиков реакторов поз. Р-203, поз. Р-206 и трубопроводов от теплоносителя ТНК-2 «минус» 12 °С производится в емкость поз. Е-201, из которой он передавливается азотом по линии опорожнения системы в цех № 2510. Сброс избыточного давления азота после освобождения емкости поз. Е-201 производится через воздушник в атмосферу.

Освобождение теплообменника поз. Т-472/2 от оборотной воды производится в дренажную емкость поз. Е-239. Из емкости поз. Е-239 оборотная вода передавливается азотом в линию обратной промышленной воды.

Паровой конденсат из корпуса К-112 поступает в межтрубное пространство теплообменника поз. Т-472/1, где охлаждается паровым конденсатом, поступающим из К-113 цеха № 2506 до температуры не более 90 °С. При отсутствии конденсата из К-113 цеха № 2506 необходимо перевести конденсат в теплообменник поз. Т-472/2, охлаждаемый оборотной водой. Охлажденный паровой конденсат из теплообменников поз. Т-472/1,2 поступает в верхнюю часть емкости поз. Е-470/1,2, откуда откачивается насосом поз. Н-471 в сеть. Часть конденсата от насоса поз. Н-471 подается в теплообменник поз. Т-202 для подогрева этанола. Паровой конденсат из теплообменника поз. Т-202 поступает обратно в верхнюю часть емкости поз. Е-470/2.

Аварийный перелив конденсата при переполнении емкости поз. Е-470 осуществляется через гидрозатвор в химзагрязненную канализацию через колодец № 57, таким же образом осуществляется слив конденсата после теплообменников поз. Т-472 при выходе из строя насосов поз. Н-471 или других неполадках.

Дыхание емкости поз. Е-470 осуществляется через гидрозатвор, находящийся внутри емкости, который предотвращает выход пара из емкости через воздушник. Завышение уровня в гидрозатворе сигнализируется.

Отбор проб парового конденсата производится после охладителя поз. Е-473. Охлаждение осуществляется оборотной водой. Сброс оборотной воды и конденсата из охладителя проб поз. Е-473 осуществляется в химзагрязненную канализацию. В случае неудовлетворительного анализа, конденсат откачивается насосом поз. Н-471 из емкости поз. Е-470, в линию оборотной воды. При выводе в ремонт емкости поз. Е-470 остаток конденсата сливается в химзагрязненную канализацию с температурой не более 40 С.

Описание технологической схемы узла эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола

Процесс эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола осуществляется непрерывно в каскаде из трех последовательно соединенных реакторов смешения поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224 располагающихся на разных уровнях. Давление в реакторах поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224 выдерживается одинаковым за счет уравнительной линии между реакторами по газовой фазе.

Смесь свежего и возвратного пропилена из емкости поз. Е-6, поз. Е-7 цеха № 2108, гидроперекись этилбензола из емкости поз. Е-806/1,2 цеха № 2505 смешиваются в смесителе, подогреваются в теплообменнике поз. Т-219 паровым конденсатом до температуры 40^70 °С и поступают в нижнюю часть реактора поз. Р-218. Катком-плекс из корпуса 112/1 от насоса поз. Н-213 узла приготовления каткомплекса через клапанную сборку поз. 5017 непрерывно подается в реактор поз. Р-218.

Переток реакционной массы из реактора поз. Р-218 в реактор поз. Р-221 и далее в реактор поз. Р-224 осуществляется самотеком. Эпоксидат из реактора поз. Р-224 поступает в сепаратор поз. 0-240 узла выделения возвратного пропилена цеха № 2506.

Для увеличения площади контакта фаз реакцию эпоксидирования проводят при постоянном перемешивании. Перемешивание осуществляется лопастной мешалкой приводимой в движение электродвигателем через мотор-редуктор. Герметизация мешалки осуществляется двойным торцевым уплотнением. Гидроподпор торцевого уплотнения осуществляется агрегатом, состоящим из гидроусилителя и холодильника с разделительным сосудом. Гидроусилитель (аккумулятор гидравлический) предназначен для поддержания дифференциального давления жидкости гидроподпора в камере торцевого уплотнения. Холодильник предназначен для охлаждения уплотняющей жидкости циркулирующей в торцевом уплотнении и разделения уплотняющей жидкости от рабочей среды. В качестве уплотняющей жидкости применяется масло марки И-40А. Масло в емкость поз. Е-222а доставляется автобойлером из цеха № 1109. Масло из емкости поз. Е-222а насосом поз. Н-223 или самотеком (при уровне более 60 %) подается в емкость поз. Е-222. Подпитка масла в гидроусилитель производится насосом поз. Н-223. Утечки масла с верхней пары торцевых уплотнений поступают в емкость поз. Е-2226. По мере заполнения отработанное масло утилизируется в Т-120/4. Охлаждение торцевого уплотнения мешалок реакторов, холодильника агрегата гидроподпора, пробоотборников, корпуса насоса поз. Н-224 осуществляется теплоносителем ТНК 30 °С поступающим из цеха № 2508, который дополнительно захо-лаживается в холодильнике поз. Т-231 до температуры 5 °С теплоносителем ТНК-2 "минус"12°С.

Реакция эпоксидирования - экзотермическая, съем тепла осуществляется циркуляционным теплоносителем ТНК-2. Теплоноситель ТНК-2 из емкости поз. Е-231 насосом поз. Н-232 поступает в межтрубное пространство теплообменника поз. Т-229, где охлаждается оборотной водой до температуры 35-НЗО С и поступает в змеевики реакторов, далее в емкость поз. Е-231.

Система охлаждения реакторов коллекторная, емкости поз. Е-231 работающих систем объединены по всасу насоса поз. Н-232. Блок схема охлаждения реакторов эпоксидирования:

Подпитка системы теплоносителем ТНК-2 производится автобойлером из цеха № 2520 или из сети (цех № 2510). Для исключения контакта теплоносителя ТНК-2 с кислородом воздуха, дыхание емкостей поз. Е-231 осуществляется через гидрозатвор поз. Пн-231.

При достижении температуры в реакторах эпоксидирования 125 °С срабатывает автоматическая блокировка, при этом теплоноситель ТНК-2 поступающий в реактора эпоксидирования дополнительно охлаждается в аммиачных испарителях поз. Т-230/1,2 за счет испарения жидкого аммиака. Жидкий аммиак из цеха № 2510 поступает в среднюю часть сепаратора поз. О-230 и далее в испарители поз. Т-230/1,2. Газообразный аммиак из испарителей поз. Т-230/1,2 поступает в сепаратор поз. О-230, где происходит отделение его от жидкой фазы и с верхней части сепаратора поступает в цех № 2510. Блок схема аварийного охлаждения теплоносителя ТНК-2:

С целью исключения накопления кислорода в газовой фазе реакторов эпоксидирования образующегося при побочных реакциях, производится постоянный отвод отдувок пропилена с уравнительной линии реакторов в цех № 2506. В пусковой период отдувки сбрасываются на факел через цех № 2506. После вывода цеха № 2506 на нормальный технологический режим, отдувки направляются на переработку в колонну поз. Кт-260 цеха № 2506. Содержание кислорода в отдувках контролируется газоанализатором кислорода поз. 9009 расположенном в К-112/2 и по лабораторным анализам.

Концентрация ГПЭБ на выходе из реакторов эпоксидирования контролируется поточными анализаторами типа СП-2В поз.9005, поз.9008, поз.9015, поз.9016 установленных в К-112/2. Слив продукта с поточных анализаторов в т.ч. и ГПЭБ производится в емкость поз. Е-2/1,2 корпуса К-112/2. При отборе проб с пробоотборников, установленных на линиях перетока с реакторов поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224 дренаж продукта производится в линию кондиционного эпоксидата, а сбрасывание отдувок производится через конденсатор поз. Т-248 в сепаратор поз. Е-244.

Для предотвращения завышения давления в реакторах эпоксидирования установлены 6 пружинно-предохранительных клапана на уравнительной линии, 3 рабочих и 3 резервных. Сброс газовой фазы с предохранительных клапанов осуществляется на факел в цех № 2108 через сепаратор поз. Е-245. При накоплении углеводородного конденсата в сепараторе поз. Е-245 до уровня ¹А высоты сепаратора (Н=500 мм) автоматически включается рабочий насос поз. Н-242/1 и открывается отсечной клапан поз. 0928. При достижении максимального уровня Vi высоты сепаратора (Н=1000 мм) автоматически включается резервный насос поз. Н-242/2 и открывается отсечной клапан поз. 0929. При достижении минимального уровня в сепараторе поз. Е-245 (Н=200 мм) автоматически выключаются насосы поз. Н-242/1,2 и закрываются отсечные клапаны поз. 0928, поз. 0929. Углеводородный конденсат откачивается из сепаратора в реактор поз. Р-218 для переработки или на склад сжиженных газов цеха № 2108. Предусмотрена возможность откачки углеводородного конденсата насосом поз. Н-238.

При остановке цеха на ремонт давление с реакторов эпоксидирования сбрасывается на факел через сепаратор поз. Е-245, а остаточное давление из реакторов сбрасывается на "свечу" через конденсатор поз. Т-248, охлаждаемый теплоносителем ТНК-2 с температурой «минус» 12 °С. Углеводородный конденсат из конденсатора поз. Т-248 стекает через расширитель в емкость поз. Е-237, а несконденсировавшиеся газы из расширителя направляются через сепаратор поз. Е-244 на "свечу". Углеводородный конденсат из сепаратора поз. Е-244 откачивается насосом поз. Н-235 на начало процесса в реактор поз. Р-218 для переработки или на склад сжиженных газов цеха № 2108. При достижении минимального уровня в сепараторе поз. Е-244 (Н=200 мм) автоматически выключается насос поз. Н-235. Предусмотрена возможность откачки углеводородного конденсата насосом поз. Н-238. Отвод газовой фазы с линий нагнетания насосов поз. Н-235, поз. Н-242/1,2 осуществляется через дроссельные шайбы в сепаратор поз. Е-245. После ремонта или монтажа, факельная линия продувается азотом, а затем топливным газом, для удаления азота, который может потушить факел.

При достижении температуры в реакторах эпоксидирования 135 °С производится опорожнение реакторов с пульта управления нажатием кнопки «Аварийный слив». Аварийное опорожнение реакторов эпоксидирования производится в подземную емкость поз. Е-234 под слой захоложенного этилбензола или эпоксидата. Охлаждение емкости поз. Е-234 осуществляется через змеевик теплоносителем ТНК-2 с температурой «минус» 12 °С. Газовая фаза реакторов и емкости поз. Е-234 поступает в холодильник поз. Т-236, охлаждаемый теплоносителем ТНК-2 "минус" 12 °С, сконденсировавшийся углеводородный конденсат из холодильника стекает через расширитель в емкость поз. Е-234. Откачка емкости поз. Е-234 производится насосом поз. Н-238 в реактора эпоксидирования или в цех № 2108 на склад сжиженных газов. При содержании ГПЭБ не более 0,8 % масс, и влаги не более 0,8 % масс, допускается содержимое емкости поз. Е-234 откачивать насосом поз. Н-224/3,4 на разделение в корпус 113 цеха № 2506. Для заполнения линии всаса насосов в емкость поз. Е-234 подают азот. Емкость поз. Е-234 связана с реакторами эпоксидирования уравнительной линией, открываемой перед сливом реакторов. На уровнительной линии 2,3,4 системе эпоксидирования установлены отсекатель поз. 8а и электрозадвижка № 8, на 1 системе установлен отсекатель поз. 8. Открытие отсекателей производится в аварийных случаях при опорожнении реакторов эпоксидирования в емкость поз. Е-234.

Освобождение от теплоносителя ТНК-2 змеевиков реакторов поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224, аппаратов поз. Т-229/1-4, поз. Т-230/1,2, поз. Т-236, насосного оборудования поз. Н-232/1-8, "рубашки" насоса поз. Н-224/1-4 и трубопроводов производится в дренажную емкость поз. Е-243, из которой теплоноситель ТНК азотом выдавливается в емкость поз. Е-231/1-4 или в цех № 2510. Освобождение емкостей поз. Е-231 от теплоносителя ТНК-2 производится насосом поз. Н-232, при удовлетворительных анализах в цех № 2510, а при неудовлетворительных анализах на установку огневого обезвреживания в титул 120/4.

Опорожнение трубопроводов, клапанных сборок, насосов поз. Н-224, остатки продукта с реакторов эпоксидирования, теплообменников Т-219 производится в дренажную емкость поз. Е-237. Откачка емкости поз. Е-237 осуществляется насосом поз. Н-238 на начало процесса в реактора эпоксидирования или в цех № 2108 на склад сжиженных газов.

Опорожнение теплообменников поз. Т-229/1-4 и трубопроводов от оборотной воды производится в подземную емкость поз. Е-233. Откуда оборотная вода азотом выдавливается в линию обратной оборотной воды. ГПЭБ из поточных анализаторов типа СП-2В поз. 9005, поз. 9008, поз. 9015, поз. 9016 производится постоянный слив углеводородов в дренажную емкость поз. Е-1/1,2. Содержимое емкости поз. Е-1/1,2 выдавливается азотом в емкость поз. Е-237 и далее на переработку. Предусмотрен слив продукта от анализаторов поз. 9005, поз. 9008, поз. 9015, поз. 9016 в емкость поз. Е-2/1,2.

С поточных хроматографов цеха № 2506 поз. 9014, поз. 9015, поз. 8021, поз. 8102, поз. 8077, поз. 9017 и газоанализаторов кислорода К-112 поз. 9009 постоянный слив продуктов производится в дренажную емкость поз. Е-2/1,2, откуда содержимое выдавливается азотом в емкость поз. О-450 отделения ректификации эпок-сидата цеха № 2506.

Газовые отдувки от анализаторов кислорода, ГПЭБ поз.9009, поз.9005, поз.9008, поз.9015, поз.8021, поз.8102, поз.8077, поз.9017, при сбрасывании давления из емкости поз. Е-1, поз. Е-2 направляются через общий коллектор на захолаживание в холодильник поз. Т-5 циркулирующим теплоносителем ТНК-2 "минус" 12 °С и далее углеводородный конденсат сливается в емкость поз. Е-5. Из емкости поз. Е-5 углеводородный конденсат сливается в емкость поз. Е-2, а несконденсировавшаяся часть направляется в К-113 цеха № 2506.

При достижении уровня 70 % в одной из емкости поз. Е-1/1,2 и поз. Е-2/1,2, в работу подключается резервная емкость поз. Е-1 и поз. Е-2, заполненая емкость отключаются запорными арматурами и освобождаются. Остаточное давление из емкостей медленно сбрасывается в К-113 цеха № 2506.

Сбор ливневых вод с трапов и конденсата, загрязненного органикой, из аппаратов поз. Т-219, поз. Т-459 осуществляется в подземную емкость поз. Е-460, из которой вода, насосом поз. Н-461 откачивается по результатам лабораторного анализа в канализацию химзагрязненных стоков или на термическое обезвреживание отходов в Т-120/4.

Пропарка оборудования перед ремонтом осуществляется через продувочный и дренажный коллектор, с которым оборудование соединяется при помощи гибких шлангов. Химзагрязненный конденсат при пропарке оборудования стекает в дренажный коллектор из которого поступает непосредственно в емкость поз. Е-460, а паровая часть с верхней точки оборудования по продувочному коллектору направляется в конденсатор поз. Т-459, где охлаждается оборотной водой и стекает в емкость поз. Е-460 через расширитель. Откуда несконденсировавшаяся часть сбрасывается через воздушку в атмосферу.

Для более полного использования тепла паровой конденсат давлением 0,78 МПа (8,0 кгс/см²) из кипятильников колонн К-114 и К-113 цеха № 2506 поступает в емкость поз. Е-474 с температурой 130 °С из которой пар вторичного вскипания давления 0,29 МПа (3,0 кгс/см ) поступает в кипятильники колонн К-113 цеха № 2506. Конденсат пара вторичного вскипания давлением 0,294 МПа (3,0 кгс/см²) из емкости поз. Е-474 подается в теплообменники поз. Т-219/1-4 где происходит нагрев исходного сырья. Конденсат после аппаратов поз. Т-219/1-4, а также избыток конденсата из емкости поз. Е-474 по уровню, направляется в теплообменник поз. Т-472 отделения приготовления каткомплекса. Схемой предусмотрен раздельный отвод конденсата из теплообменников поз. Т-219/1-4 в линию питания емкости поз. Е-470.

Предусмотрена подача конденсата после теплообменников поз. Т-219 в кипятильник поз. T-301/I корпуса 113 цеха № 2506.

В пусковой период для разогрева систем эпоксидирования в теплообменник поз. Т-219 подается пар, а паровой конденсат из теплообменника поз. Т-219 поступает в емкость поз. Е-474. Непосредственно перед приемом сырья, теплообменник поз. Т-219 переводится на паровой конденсат.

1.1.2 Технологическая цель производства

Установка предназначена для получения эпоксидата, который является промежуточным продуктом производства окиси пропилена и стирола. Проектная мощность по производству эпоксидата 1054489,6 тонн в год. Мощность по производству эпоксидата на 01.01.2004 г. 1085879,675 тонн в год. Цех эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола включает корпуса:

Корпус 112/1 - приготовления катализаторного комплекса, корпус включает в себя 2 нитки реакторов, одна из которых находится в резерве.

Корпус 112 - эпоксидирования пропилена гидроперекисью этилбензола, корпус включает в себя 4 нитки реакторов.

Корпус 112/2 - помещение датчиков КИПиА (газоанализаторная) для корпуса 112, корпуса 113.

Корпус 121 - центральный пульт управления производством с административными помещениями.

Производство введено в действие в 1982 году.

Реконструкция по цеху с момента пуска не производилась.

1.1.3 Описание сырьевых, продуктовых и энергетических потоков

Таблица 1. Описание сырьевых, продуктовых и энергетических потоков

№ п/п	Наименование сырья, материалов, энергоресурсов	Единица измерения	По проекту	Достигнутые на 1 января года утверждения ТР
1	2	3	4	5
1	Катализатор Мо	кг/тн	0,032	0,038
2	Пропилен	тн/тн	0,045	0,046
3	Этанол	дкл/тн	0,469	0,63
4	Электроэнергия	кВтч/тн	5,97	3,7
5	Теплоэнергия	Гкал/тн	0,013	0,0004
6	Холод	Гкал/тн	0,003	0,001
7	Оборотная вода	м3/тн	1,934	1,4

1.2 Основные характеристики и особенности технологического объекта с точки зрения задач управления

1.2.1 Обобщенная задача управление производством

Показателем эффективности процесса эпоксидирования является состав целевого продукта, а целью управления производством - поддержание этого состава на заданном значении, при ограничении на энергозатраты и производительность. Основным аппаратом является каскад из трех реакторов Р-218, Р-221, Р224, предназначенные для эпоксидирования пропилена.

Наиболее опасными технологическими процессами (узлами) в отделении приготовления катализаторного комплекса (К-112/1) являются:

- закрытая насосная (возможна загазованность);

- трубопроводы от емкостей поз. Е-212/1-3 к насосам поз. Н-213, (забивка трубопроводов молибденом, прекращение подачи катализатора на эпоксидирование в К-112);

- реакторы поз. Р-203, поз. Р-206 (завышение температуры, давления, содержания ГПЭБ, уровня);

В отделении эпоксидирования пропилена (К-112) опасными технологическими процессами (узлами) являются:

- реакторы поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224 отделения эпоксидирования пропилена (завышение температуры, давления, содержания ГПЭБ и кислорода, уровня).

Повышенная опасность создается присутствием гидроперекиси этилбензола, поступающая из цеха № 2505.

Все отклонения от нормального ведения технологического процесса вызывают завышение температуры, давления, уровня, содержания ГПЭБ и кислорода в реакторах и могут привести к аварии.

Завышение температуры в реакторах поз. Р-203, поз. Р-206, поз. Р-218, поз. Р-221, поз. Р-224 приводит к резкому увеличению скорости распада гидроперекиси этилбензола с увеличением образования продуктов распада и выделением большого количества тепла, что может привести к взрыву.

Снижение температуры в реакторах эпоксидирования приводит к резкому снижению скорости распада ГПЭБ, что приводит к проскоку ГПЭБ в колонны цеха № 2506 и созданию в них аварийных режимов.

Завышение содержания в отдувках пропилена кислорода выше 3,0 % об. может привести к образованию взрывоопасной концентрации.

Завышение уровня в сборниках, емкостях, содержащих легковоспламеняющиеся и горючие жидкости может привести к переливу ГЖ и ЛВЖ, загазованности, пожару, взрыву.

Завышение содержания ГПЭБ в эпоксидате, после реактора поз. Р-224, поступающем на ректификацию, может привести к аварийному режиму вследствие термического распада ее в кубах колонн цеха № 2506.

1.3 Обобщённый критерий эффективности управления процессом

Общая задача управления процессом формируется обычно как задача минимизации (максимизации) некоторого критерия при выполнении ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом. Решение такой задачи для всего процесса в целом очень трудоемко, а иногда практически невозможно в виду большого числа факторов, влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных. Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления.

На основании задачи оптимального управления отдельными стадиями процесса формируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных систем автоматического управления, то есть тех параметров, которые необходимо регулировать, контролировать и анализировать, и на основании этих данных можно определить предварительное состояние технологического объекта управления. Для формулировки задачи необходимо ввести обозначения искомых переменных и исходных данных, записать в этих обозначениях критерий оптимальности, который в результате решения должен принять минимальное или максимальное значение, и выписать набор условий, определяющих множество допустимых решений.

Такими условиями являются связи между искомыми переменными, пределы, в которых может выбираться каждая из них, требования к характеру искомых функций (гладкость, непрерывность и т.п.).

Спецификой автоматизации массообменных процессов является то, что они очень энергоемки, поэтому система автоматизации должна способствовать снижению энергозатрат на разделение при условии обеспечения заданного качества продуктов.

В реальных условиях случайные возмущения приводят к нарушению материального и теплового балансов в аппарате, изменению давления и температуры и в конечном итоге - к отклонению составов продуктов. Поэтому одна из задач регулирования процессов - поддержание материального и теплового балансов при различных возмущениях.

Пусть известна математическая модель объекта в виде:

,(1)

где, исходя из структурной схемы автоматизации (см. рис. 1.1),

F = F (f1,f2,f3,f4,Q,T,F) - вектор возмущений;

U = U (F_флегмы,F_пара) - вектор управления;

X - состояние объекта.

Заданы ограничения , наложенные на составляющие вектора F, U, X , которые определяют допустимую область изменения F,U.

(2)

Поставим в соответствие состоянию объекта скалярную функцию Q(F,U,X), которую будем называть целевой или критерием оптимальности. Целевая функция численно выражает нашу заинтересованность в том или ином режиме объекта. Для каждого вектора возмущений F необходимо найти вектор управления:

,(3)

минимизирующий значение целевой функции Q(F,U).

Конкретно для исследуемого объекта целевая функция или критерий оптимальности будет иметь вид:

,(4)

т.е. критерием оптимальности является минимизация энергозатрат для получения целевого продукта заданной концентрации при ограничении на производительность по этому продукту и следующие параметры процесса:

-0,3 ? P_верха ? -0,7 кгс/см²; 50 ? Т_верха ? 90 ^оС; 60 ? Т_куба ? 135 ^оС.

Ограничения на параметры технологического процесса должны обеспечивать получение продукта заданного состава.

Таким образом, задачу управления процессом можно сформулировать следующим образом: получение эпоксидата заданного качества при заданной производительности и снижении энергозатрат с соблюдением условий безаварийности и безопасности работы.

2. Анализ существующей схемы автоматизации технологического процесса

2.1 Анализ организационно - технической структуры

2.1.1 Перечень выполняемых системой функций

В настоящее время в цехе 2509 реализована система управления технологическим процессом со структурой, построенной на основе локальных одноконтурных, многоконтурных автоматических систем регулирования.

Для управления процессом эпоксидирования пропилена используется средства автоматизации, характеризующиеся применением системы пневматических приборов “Старт”.

Данная система реализует следующие информационные и управляющие функции.

Информационные функции:

опрос групповых преобразователей и первичная переработка информации;

расчет и регистрация на диаграммных листах;

технологическая и аварийная сигнализация.

Управляющие функции:

выдача управляющих воздействий на локальные регуляторы;

регистрация сообщений управляющей подсистемы на устройствах отображения.

Одновременно производится накопление информации.

Первичная переработка информации технологических значений осуществляет:

"сглаживание" текущего значения;

контроль параметров технологического процесса, и сигнализацию их предельных значений;

стабилизацию технологического процесса на заданном, технологическим регламентом, уровне;

сбор и хранение информации о технологических параметрах;

автоматическое и ручное управление параметрами технологического процесса.

2.1.2 Используемые технические средства автоматизации

Измерения значений технологических параметров осуществляется с помощью первичных и вторичных приборов.

Температура в аппаратах измеряется термоэлектрическими преобразователями ТХК-0515, с которых сигнал поступает на многоканальные измерительные преобразователи (МИП) Ш711. Они выполняют преобразование унифицированных аналоговых электрических сигналов постоянного тока и напряжения от датчиков расхода, давления, уровня и датчиков температуры в кодированный электрический сигнал. Прибор Ш711 имеет искробезопасные входные цепи уровня «iA», имеет маркировку взрывозащиты «[Exia]IIC», соответствует ГОСТ Р 51330.0-99, ГОСТ Р 51330.10-99 и предназначен для установки вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок.

Преобразователи измерительные НП-ТЛ1-и предназначены для преобразования сигнала от преобразователя термоэлектрического в унифицированный сигнал постоянного тока.

Приборы автоматические следящего уравновешивания КСМ-4и предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные выше электрические сигналы и активное сопротивление. Приборы работают в комплекте с термоэлектрическими преобразователями или источниками постоянного напряжения. В приборах применяют неименованную диаграммную ленту типа ЛПГС-250 с равномерной сеткой. Позиционеры электропневматические ЭПП-63 предназначены для уменьшения рассогласования хода и повышения быстродействия поршневых пневматических исполнительных механизмов двустороннего действия и мембранных пневматических исполнительных механизмов одно и двустороннего действия путем введения жесткой обратной связи по положению выходного звена исполнительного механизма.

Для установки во взрывоопасных зонах позиционеры ЭПП-63 должны работать в комплекте с барьером искроэащиты пассивным БИП (в дальнейшем - барьер БИП), обеспечивающим искробезопасность входной цепи и устанавливаемым вне взрывоопасной зоны. Позиционеры ЭПП-Ех имеют уровень взрывозащиты особовзрывобезопасный с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и маркировку взрывозащиты «0ЕхiaIICT6» в комплекте с БИП", соответствуют требованиям ГОСТ 2.2785-78 и предназначены для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Позиционеры не имеют самостоятельного применения, являются комплектующими изделиями для исполнительных механизмов.

Давление в аппаратах измеряется с помощью пневматических преобразователей давления МС-П1, ВС-П1. Данные преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования производственных процессов с целью выдачи информации об измеряемом давлении или разрежении газа или жидкости в виде унифицированного пневматического аналогового выходного сигнала.

Расход сырья и продуктов измеряется приборами типа 13ДД11, которые предназначены для работы в системах автоматического контроля и управления процессами с целью выдачи информации в виде унифицированного пневматического сигнала о перепаде давления, расходе жидкости и газа, а также уровне жидкости. Преобразователи эксплуатируются совместно с вторичными регистраторами и регуляторами, работающими от стандартного сигнала 20-100 кПа. Принцип действия преобразователя основан на пневматической силовой компенсации.

Уровень продуктов в аппаратах измеряется буйковыми уровнемерами УБ-ПИ.

В контурах регулирования применяются Станции управления ПВ 10.1Э, предназначенные для трехрежимного ведения процесса: ручного управления, автоматического регулирования, контроля и записи регулируемого параметра, а также контроля задания и давления в линии исполнительного механизма. В приборах типов ПВ10.1Э привод диаграммы осуществляется электрическим синхронным двигателем. Действие прибора основано на компенсационном принципе измерения, при котором усилие на приемном элементе, возникающее от входного давления, уравновешивается усилием от натяжения пружины обратной связи. Приборы могут быть использованы для работы с пневматическими датчиками или другими устройствами, выдающими унифицированные аналоговые сигналы 20...100 кПа. Приборы включают в себя следующие основные функциональные узлы: измерительный (по одному на канал измерения); станцию управления; ленто-протяжный механизм. В измерительном узле входной пневматический сигнал преобразуется в поступательное перемещение указателя и пера. Станция управления имеет задатчик и переключатель, состоящий из кнопочного пульта и механизма клапанов. Задатчик выполнен из элементов аналоговой пневматической техники. В станции управления предусмотрено подсоединение регулятора ПР3.31. Пропорционально-интегральное регулирующее пневматическое устройство ПР3.31 предназначено для получения непрерывного пропорционально-интегрального регулирующего воздействия давления сжатого воздуха на исполнительный механизм или какое-либо другое устройство системы регулирования с целью поддержания измеряемого параметра (расхода, давления, температуры и других) на заданном уровне.

Регулятор ПР3.31 используется для работы с датчиками, приборами контроля, задатчиками или другими устройствами со стандартными пневматическими сигналами на входе и выходе.

Кроме этого предусмотрена система сбора и хранения данных, реализованная на базе контроллера SLC-500 фирмы Allen-Bradley. Контроллер SLC-500 предназначены для построения территориально -распределенных систем сбора данных и обеспечивают выполнение следующих функций: аналоговый ввод, дискретный ввод, ввод сигналов от термометров сопротивлений, первичное преобразование информации, прием команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес, преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485 или Ethernet.

Описание системы противоаварийной защиты

Система противоаварийной защиты реализована с использованием прибора аварийной сигнализации и блокировки ПАС-01. Прибор является специализированным модульным программируемым микропроцессорным контроллером. ПАС-01 предназначен для контроля и обработки дискретных сигналов аварийных ситуаций, предупредительной и аварийной, световой и звуковой сигнализации, ведения архива событий и выдачи управляющих сигналов блокировки на исполнительные механизмы.

ПАС-01 осуществляет:

- Прием дискретных сигналов от двухпозиционных датчиков, характеризующих состояние объекта, эксплуатируемых во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.

- Прием дискретных сигналов от двухпозиционных датчиков состояния исполнительных механизмов, расположенных в невзрывоопасных зонах.

- Запоминание и выявление последовательности поступления входных сигналов.

- Логическая обработка входных сигналов с использованием блоков функциональной логики ФБЛ, выполняющих операции: «И», «И - НЕ», «ИЛИ», «ИЛИ - НЕ», «ГИСТЕРЕЗИС», «ЗАДЕРЖКА», функцию «ТАЙМЕР», программирование обратных связей с выходов последующих ФБЛ на входы предыдущих (только для исполнения «МЛ»).

- Выдача блокировочных сигналов на исполнительные механизмы.

- Световая и звуковая, предупредительная и аварийная сигнализация.

- Выдача сигналов на включение внешней звуковой сигнализации.

- Возможность работы с модулем бесперебойного питания.

- Архивирование в энергонезависимой памяти даты и времени возникновения событий: предупредительной и аварийной сигнализации, возврата в норму, включения и отключения исполнительных механизмов.

- Емкость архива - 1020 событий.

- Индикация на цифровом дисплее оперативной и архивной информации по требованию оператора.

- Объединение в сеть с другими приборами для передачи информации о текущем состоянии входных сигналов и архивных записей на верхний уровень контроля и управления по интерфейсу RS-485, протокол обмена MODBUS. Для интеграции в SCADA-систему по отдельному заказу может поставляться OPC-сервер.

В системе ПАС-01 применяются манометры показывающие сигнализи- рующие ЭКМ-1У. Они предназначены для измерения избыточного давления жидкостей, газа и пара и управления внешними электрическими цепями путем включения и выключения контактов в схемах сигнализации, автоматики и блокировки технологических процессов. Приборы изготовляются с замыкающими и размыкающими контактами сигнального устройства, имеющими установку на срабатывание при верхнем и нижнем заданных значениях давления.

2.2 Анализ существующей системы управления

2.2.1 Обоснованность выбора схем регулирования и законов регулирования

Система технических средств автоматизации установки выполнена на элементной базе государственной пневматической системы «Старт». Выбранные схемы регулирования, законы регулирования удовлетворяют условиям поддержания технологического режима. В существующей системе отсутствуют приборы и алгоритмы прямого цифрового управления.

Достоинством данной системы является то, что она надежна, а также взрыво - и пожаробезопасна. Пневмосистемы в нашей стране широко распространены, что обуславливает дешевизну, как самих средств автоматизации, так и запасных частей к ним. К достоинствам государственной пневматической системы «Старт» можно также отнести и то, что за время ее существования на производстве подготовлен и работает большой штат специалистов в этой области. Система предназначена для автоматического сбора, обработки, хранения и представления технологической информации для оперативного контроля за ведением технологического процесса.

Большинство приборов КИП, используемых на установке выработали срок эксплуатации, морально устарели, что сказывается на качестве обслуживания. К недостаткам можно отнести:

а) материалоемкость, что объясняется большими габаритами приборов и щитов, на которых расположены приборы;

б) примитивность средств отображения и хранения информации, что обусловлено применением диаграммных лент с чернилами; такой способ отображения и хранения информации не удобен;

в) невозможность реализации сложных законов регулирования, то есть, не способны осуществлять регулирование по качеству, адаптивное регулирование.

г) средства ПАЗ базируются на устаревшей технике (ЭКМ, Логика), которая морально и технически устарела.

2.2.2 Обоснованность выбора точек технологического контроля и мест приложения регулирующих воздействий

Выбранные точки технологического контроля дают максимально нужную информацию о ходе технологического процесса и всегда можно повлиять на ход процесса в местах приложения регулирующих воздействий. Поэтому нет смысла менять точки контроля и регулирования.

2.2.4 Надежность работы существующей системы

Вследствие того, что исполнительные механизмы выработали срок службы, появилась потенциальная опасность самопроизвольного срабатывания, ведущая к большим материальным затратам.

Анализ существующей системы управления выявил следующие недостатки:

а) большая конструктивная ёмкость системы, так как локальные средства отображения информации расположенные на щитах занимают огромное пространство в операторных и требуют от технологического персонала постоянного перемещения по периметру щита, кроме того, не способствуют восприятию о ходе технологического процесса оператором;

б) на данном этапе замене подлежит система ПАЗ, так как она основана на пневмоприборах и отработала все сроки: ложные срабатывания блокировок ведут к долговременным остановам, убыткам и лишним затратам.

2.3. Выводы по необходимости модернизации системы

2.3.1 Выявление недостатков и нерешенных задач

Как было отмечено ранее, к недостаткам существующей пневматической системы относятся: материалоемкость, примитивность средств отображения и хранения информации, невозможность реализации сложных законов регулирования, громоздкость измерительной схемы, большое количество оборудования, значительный объем обслуживания, дефицит запасных частей по причине прекращения выпуска промышленностью. Вывод: Существующая система управления, включая полевой КИП, является неэффективной и ненадежной в настоящее время, и требует замены; так же требуется установка быстродействующего, точного аналитического оборудования.

2.3.2 Постановка задачи курсового проектирования

Направлением модернизации является:

а) замена существующей пневматической системы управления и системы ПАЗ многоуровневой распределенной системой;

б) замена полевого КИП на интеллектуальные датчики;

в) замена исполнительных механизмов системы ПАЗ;

На уровне датчиков предполагается использовать интеллектуальные датчики. Для измерения давления, расхода, уровня и температуры предлагается использовать искробезопасные датчики фирмы Emerson, поддерживающие протокол Foundation Fieldbus и HART.

Предлагается, в качестве барьеров искробезопасности использовать барьеры фирм Elcon и Measurement Technology Ltd; в качестве РСУ реализовать на многофункциональных контроллерах DeltaV, для реализации станций ПАЗ многофункциональный контроллер безопасности и управления критическими процессами DeltaV SIS, в качестве регулирующих клапанов будут использоваться клапаны модели 251-1 фирмы Samson.

3. Разработка и описание системы контроля, регулирования и упраления технологическими процессами

3.1. Выбор и описание структурной схемы системы управления

3.1.1 Перечень функций, выполняемых системой на каждом уровне управления

По функциональным признакам структура АСУТП подразделяется на следующие категории:

- распределённая система управления (РСУ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике, предназначенной для управления технологическими процессами совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени.

- система противоаварийной защиты (ПАЗ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике повышенной надёжности, предназначенной для гарантированного автоматического перевода технологических процессов в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций (реализация аварийной сигнализации и алгоритмов защитных блокировок).

...