Автоматизация трубчатых печей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация тепловых процессов

Новосибирск - 2014г.

Введение

Тепловые процессы играют значительную роль в современной технологии. Химические реакции веществ, а также их физические превращения, как правило, сопровождаются тепловыми явлениями. Тепловые эффекты часто составляют основу технологических процессов. В связи с этим, вопросы автоматизации трубчатых печей играют существенную роль в реализации тех или иных процессов.

Целью регулирования трубчатых печей является поддержание постоянства температуры продукта на выходе из печи.

В данной курсовой работе будут рассмотрены принципиальные схемы установок, виды и принципы их работы, а так же автоматизация процесса подогрева нефти в трубчатой печи.

1. Схемы установок и принцип работы

Принцип работы всех трубчатых печей заключается в том, что прокачиваемый через змеевик трубчатой печи продукт нагревается за счет тепла образующегося при сжигании топливного газа.

Возмущениями объекта являются:

- Расход и температура исходного продукта.

- Теплотворная способность топлива.

- Количество и температура воздуха, подаваемого для сжигания топлива

- Потери тепла в окружающую среду и ряд других.

Эти возмущения можно скомпенсировать с помощью АСР (автоматизированной системы регулирования) температуры продукта на выходе из печи, управляющей подачей топлива в печь. Однако трубчатые печи обладают запозданием по передаче тепла от дымовых газов через стенку змеевика к проходящему по змеевику продукту. Кроме того, переходный процесс по каналу «расход топлива - температура продукта на выходе» продолжается несколько часов. Поэтому при и использовании одноконтурной АСР динамическая ошибка и время регуляции достигает больших значений.

Вместе с тем температура газов над перевальной стенкой достаточно быстро реагирует на изменение режима работы печи, обусловленное изменением количество топливного газа, подаваемого на сжигание.

Поэтому существенное улучшение качество регулирования температуры продукта на выходе из печи может быть достигнуто применением каскадной схемы регулирования, рис. 1, состоящей из регулятора температуры продукта на выходе из печи (корректирующий регулятор), воздействующего на задание регулятора температуры газов над перевальной стенкой (стабилизирующий регулятор), который управляет подачей топлива в печь. Стабилизирующий регулятор начинает компенсировать возникающие возмущения, влияющие на процесс сгорания топлива прежде, чем они приведут к изменению температуры продукта.

При резком изменении перегрузки печи по расходу нагреваемого продукта при наличии возмущения по расходу топлива используют также выше описанную схему каскадного регулирования, стабилизирующий регулятор которой воздействует на регулятор соотношения расходов продукта и топлива. В этом случае регулятор соотношения управляет подачей топлива в печь, рис. 2.

Рис. 1. Схема связанного регулирования процесса в трубчатой печи

При принудительной подаче первичного воздуха оптимальный его расход, при котором температура в топке принимает максимальное значение поддерживают посредством регулятора соотношения топливный «газ - воздух», обеспечивающего заданное значение коэффициента избытка воздуха, определяющего интенсивность процесса сгорания.

Если при этом теплотворная способность топлива существенно изменяется, то на регулятор соотношения направляют корректирующий сигнал от регулятора стабилизации содержания кислорода в топочных газах. Это обеспечивает полное сгорание топлива и высокое качество регулирования.

Сильным возмущением режима работы трубчатых печей со стороны топливного газа является изменение его давления. Это изменение компенсируют введением в АСР температуры продукта на выходе из печи дополнительного регулятора давления, задание на который подают от регулятора температуры в топочном пространстве.

Рис. 2. Каскадная схема регулирования трубчатой печи с регулятором соотношения «топливный газ - продукт».

Такие схемы обеспечивают качественное регулирование расхода топливного газа, так как расход газа в большей степени зависит от его давления.

Рис. 3. Каскадная схема регулирования температуры продукта на выходе с регулятором соотношения «топливный газ - воздух» и коррекцией по содержанию кислорода в топочных газах.

Так как зависимость температуры в топке от соотношения «топливо - воздух» имеет экстремальный характер, при автоматизации трубчатых печей применяют системы экстремального регулирования.

На рис. 4 экстремальный регулятор отыскивает максимальные значения температуры дымовых газов над перевальной стенкой, воздействуя на регулятор соотношения «топливный газ - воздух», управляющий подачей первичного воздуха.

При регулировании соотношения «топливный газ - воздух» необходимо обеспечить меры безопасности, так как при недостатке воздуха в топке может образоваться взрывоопасная смесь следует предусмотреть ограничения расхода топлива так, что бы этот расход никогда не превышал максимального допустимого значения, соответствующего текущему значению расхода воздуха. При уменьшении расхода воздуха относительно определённого значения нужно обязательно автоматически уменьшать подачу топлива в топку.

Рис. 4. Схема регулирования температуры продукта в печи с экстремальным регулятором корректирующим соотношение «газ - воздух».

2. Подогрев нефти в трубчатой печи

Нефть - природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. Процесс подогрева нефти осуществляется с целью улучшения реологических свойств и снижения вязкости нефти. На нефтяном промысле подогрев нефти проводят при её деэмульсации в трубчатых печах до температуры 40-85 °С. Подогрев нефти позволяет ускорить процесс разрушения и разделения нефтяных эмульсий, т.е. добиться более глубокого обессоливания нефти и обезвоживания нефти.

Наиболее совершенным способом подогрева нефти является подогрев ее в трубчатых блочных печах, например, в трубчатой блочной печи ПТБ-10Э, которая предназначена для нагрева нефтяных эмульсий и нефти при их промысловой подготовке и транспорте.

Характерной особенностью печей данного типа является более благоприятный в сравнении с другими печами тепловой режим поверхностного нагрева, обеспечивающий «мягкий» нагрев продукта в трубах змеевиков и, тем самым, предотвращающий коксообразование. Этот режим, при котором поверхности труб змеевиков получают равномерный нагрев, достигается путем создания достаточного равномерного поля по всему внутреннему объему теплообменной камеры за счет интенсивной рециркуляции продуктов сгорания топлива.

Основные преимущества этих печей заключаются в следующем:

- имеется электрическая система управления с внедрением микропроцессорной системы автоматизации, что обеспечивает возможность работы в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Отсутствует необходимость приобретения компрессорной установки для поддержания давления в пневматической линии, т.к. все исполнительные механизмы запорной арматуры заменены на электрический привод;

- в теплообменной камере дополнительно установлены однорядные змеевики, расположенные вдоль боковых стен, что позволяет повысить КПД печи до 85 %;

- с помощью контроля соотношения газ-воздух обеспечивается точность и простота регулирования температуры нефти, а также обеспечивается более полное сгорание топливного газа.

Как объект управления трубчатую блочную печь можно представить в виде, показанном на рисунке 5.

Анализ процессов, протекающих в печи ПТБ-10Э, позволяет выделить основные входные, выходные параметры, а также возмущающие воздействия. трубчатый печь нефть оборудование

Входными параметрами являются:

- довзрывоопасная концентрация (контролируемый параметр);

- температура уходящи х дымовых газов (контролируемый параметр);

- наличие пламени запальных горелок (контролируемый параметр);

- температура нефти на входе (контролируемый параметр);

- давление воздуха (регулирующий параметр);

- давление газа (регулирующий параметр);

- давление холодной нефти (контролируемый параметр);

- давление подогретой нефти (контролируемый параметр).

Температура нефти на выходе

Наличие пламени запальных горелок

Давление газа

Температура уходящих дымовых газов

Давление воздуха Довзрывоопасная концентрация

Давление подогретой нефти

Давление холодной н е фт и

ПТБ-10Э

Температура нефти на выходе

Возмущающие воздействия:

- температура воздуха (контролируемый параметр);

- температура газа (контролируемый параметр);

- частота вращения электродвигателей (контролируемый параметр);

- расход нефти (контролируемый параметр);

- расход газа (контролируемый параметр);

- качество нефти (неконтролируемый параметр).

Выходные параметры:

- температура нефти на выходе.

Для поддержания входных и выходных параметров на заданном уровне необходимо автоматизировать трубчатую блочную печь. Структурная схема АСУ ТП подогрева нефти в печи ПТБ-10Э приведена на рисунке 6.

Рис. - Структура АСУ ТП печи ПТБ-10Э

Система управления ПТБ-10Э представляет собой комплекс программных и технических средств, выполняющих задачу автоматизированного контроля и управления технологическими процессами подогрева нефти.

Система управления состоит из трех уровней :

- полевой уровень - датчики и исполнительные механизмы, устанавливаемые непосредственно на печи.

- средний уровень - шкафы управления с программируемым логическим контроллером и панелью оператора, а также частотный привод для управления вентиляторами;

- верхний уровень - технологический компьютер с установленным АРМ оператора для дистанционного контроля и управления объектом.

Для управления и визуализации, диагностики и слежения за процессом на централизованном пункте управления, обеспечивающем быстрый доступ ко всем данным и позволяющем производить глобальные настройки, используется система GEN ESIS-32. GEN ESIS-32 - это программный комплекс, предназначенный для разработки, настройки и запуска в реальном времени систем управления технологическими процессами. Программный комплекс включает в себя режим разработки АСУ и режим исполнения (run-time).

Вся идеология построения GENES IS-32 основана на стандарте OPC - OLETMfor Process Control (механизм связывания и внедрения объектов для сбора данных и управления в системах промышленной автоматизации), который является наиболее общим способом организации взаимодействия между различными источниками и приемниками данных, такими как устройства, базы данных и системы визуализации информации о контролируемом объекте автоматизации. На рисунке 7 представлена мнемосхема процесса подогрева нефти, на которой отображено технологическое оборудование и измерительные приборы для контроля температуры нефти на входе и выходе из печи, температуры воздуха, температуры уходящих дымовых газов, регулирования давления воздуха и топливного газа.

Рис. - Мнемосхема печи ПТБ-10Э

Рис. - Мнемосхема архива параметров печи ПТБ-10Э

На рисунке 8 изображена мнемосхема архива параметров печи ПТБ-10Э. С помощью данной мнемосхемы можно производить просмотр изменения значений аналоговых параметров.

В верхней части мнемосхемы изображены кривые параметров в выбранном оператором масштабе, в нижней части - список параметров с их значениями и отметкой времени регистрации.

Так же на рисунке изображена специальная мнемосхема журнала событий, которая предназначена для просмотра аварийной и предупредительной сигнализации.

Рис. - Мнемосхема журнала событий

Заключение

Разработанная автоматизированная система управления технологическим процессом подогрева нефти в печи ПТБ-10Э приведет к оптимизации режимов работы оборудования, повышению уровня эксплуатации, повышению экономичности работы оборудования, повышению надёжности и долговечности работы основного оборудования, уменьшению психофизической нагрузки и вероятности ошибочных действий оперативного персонала.

Список литературы

1. Кузьменко Н.В. Учебное пособие для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств» - Ангарск, 2005. - 78 с.

2. Волков Д.А. Автоматизация процесса подогрева нефти в печи трубчатой блочной ПТБ-01Э - Сибирский федеральный университет.

3. Автоматизация технологических процессов в легкой промышлености: учебное пособие. Под редакцией Л. Н. Плужникова. - М. Машиностроение, 1983.

4. Вальков В. М., Вершин В. Е., Автоматизированные системы управления технологическими системами. - Л.: Политехника, 1991.

Размещено на Allbest.ru