автоматизация реактора установки гидроочистки дизельного топлива. автоматизация. И. О. Фамилия Автоматизация реактора установки гидроочистки дизельного топлива

• Название: И. О. Фамилия Автоматизация реактора установки гидроочистки дизельного топлива
• Анкор: автоматизация реактора установки гидроочистки дизельного топлива
• Дата: 13.05.2022
• Размер: 314.81 Kb.
• Имя файла: автоматизация.docx
• Тип: Пояснительная записка; #526325
• страница: 4 из 4

2.2 Материальный баланс установки

Общий материальный баланс для установки имеет вид:

Frcc – Frnc = К1 (dF/dt)

(2.2.1)

где F_rcc – расход газосырьевой смеси ‒ ГСС, кг/ч; F_rnc– расход газопродуктовой смеси – ГПС, кг/ч; K₁ – коэффициент пропорциональности; dF /dt ‒ градиент расхода (регулируемый параметр); dF – изменение расхода; dt – изменение времени.

2.2.1 Материальный баланс реактора

F_BСГ – F_ЦВСГ = К₂ (dP /dt) (2.2.1)
где F_BCГ - расход водородсодержащего газа, кг/ч;

F_ЦВСГ - расход циркуляционного водородсодержащего газа, кг/ч;

dP /dt - градиент давления ( регулируемый параметр);

dP - изменение давления, Па;

К₂- коэффициент пропорциональности.
2.2.2 Тепловой баланс реактора Р-1
Q_ГСС+Q_X.P. - Q_ГПC-Q_O.C. = K₃ (dT/dt) (2.2.2)
где Q_ГСС - количество тепла, приносимое потоком ГСС, кДж/ч;

Q_X.P - количество тепла, выделяемое при протекании химической реакции гидрирования, кДж/ч;

Q_ГПС - количество тепла, отводимое потоком ГПС, кДж/ч;

Q_O.C. - количество тепловых потерь в окружающую среду, кДж/ч;

dT /dt - градиент температуры в реакторе (регулируемый параметр);

dT - изменение температуры в реакторе;

К₃- коэффициент пропорциональности, кДж/ч.
2.2.3 Тепловой баланс печи П-1
Q_lГСС+Q_X.P.-Q_2ГCC-Q_O.C =К₃ (dT/dt) (2.2.3)
где Q_1ГСС - количество тепла, приносимое потоком ГСС, кДж/ч;

Q_X.P - количество тепла, выделяемое при протекании химической реакции горения, кДж/ч;

Q_2ГCC - количество тепла, отводимое потоком ГСС, кДж/ч;

Q_O.C - количество тепловых потерь в окружающую среду, кДж/ч;

dT/dt - градиент температуры в печи (регулируемый параметр);

dT - изменение температуры в печи;

К₂- коэффициент пропорциональности, кДж/ч.


2.3 Разработка структурных схем автоматического регулирования
Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность его работы, снижение относительной стоимости системы управления, ее надежности, ремонтоспособности и т.д.

С
труктурная схема контроля и регулирования расхода ГСС приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Структурная схема контроля и регулирования расхода ГСС
С
F_цвсг

труктурная схема контроля и регулирования расхода ВСГ приведена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Структурная схема контроля и регулирования расхода ВСГ
С
Q_ГСС

Q_ГПС

труктурная схема контроля и регулирования температуры в реакторе приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Структурная схема контроля и регулирования температуры в реакторе

С
Q_1ГСС

Q_2ГСС

Q_Х.Р.

труктурная схема контроля и регулирования температуры в печи приведена на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 ‒ Структурная схема контроля и регулирования температуры в печи

3 Выбор и обоснование технических средств АСУТП

При выборе приборов контроля руководствоваться следующими принципами:

• 
  приборы должны быть надежными и чувствительными;
  
• 
  приборы должны обеспечивать необходимую точность измерения;
  
• 
  приборы должны иметь наглядную шкалу и указатель;
  
• 
  местные приборы должны быть легкодоступными для наблюдения за показателями месторасположения
  
• 
  погрешность не должна выходить за допустимые пределы при изменении внешних условий, температуры, давления;
  
• 
  защитные гильзы должны быть прочными, рассчитанными на данные условия работы;
  
• 
  приборы должны отвечать требованиям по взрывоопасности и пожароопасности;
  

Все измерительные и регулирующие приборы должны соответствовать требованиям промышленной безопасности.

В производстве широкое распространение, по сравнению с другими компаниями, получили компактные многофункциональные промышленные регулирующие контроллеры (ПИД-, ПИ-регуляторы) БАЗИС 12.ЗР в комплекте с электропневмопреобразователями БАЗИС 61.41 производства ЗАО «Экоресурс» со специальными пользовательскими интерфейсами и огромными функциональными возможностями, которые позволяют наиболее удобно и эффективно решать задачи регулирования, что и определило их выбор. Основными достоинствами являются:

• 
  прием и логическая обработка сигналов от различных типов датчиков;
  
• 
  ПИ-/ПИД-регулирование (простое, каскадное, ШИМ и др.);
  
• 
  предупреждение оператора о нарушениях световыми и звуковыми сигналами;
  
• 
  анализ состояния входных каналов;
  
• 
  реализация произвольной логики работы выходных каналов;
  
• 
  реализация архива событий;
  
• 
  самодиагностика с индикацией текущего состояния.
  

Единственным отечественным производителем, изготавливающим запорно-регулирующую арматуру из материала hastelloy для работы с агрессивными средами, является компания ЗАО «РУСТ-95». Были выбраны клапаны РУСТ 400, РУСТ 300 и РУСТ 411 с различной пропускной способностью, особенностью которых является сбалансированная, простая конструкция (втулка клапана выполняется с отверстиями определённой формы и размера, которые определяют величину пропускной способности).

Для измерения расхода фракций и топливного газа были подобраны датчики компании ПГ «Метран», основанные на различных методах измерения.

Расходомер Rosemount 3095 MFA, основанный на методе перепада переменного давления (изменение потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через местное сужение в трубопроводе), является единственным нормализованным средством измерения расхода. Применение объясняется отсутствием необходимости в дорогостоящих образцовых установках для градуировки.

Расходомер Метран – 150RFA, основанный на методе перепада давления, обладает следующими преимуществами: интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращается количество потенциальных мест утечек среды; низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию; установка расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы.

Расходомеры на базе диафрагм Rosemount серии 405 основаны на измерении расхода среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления. Основные преимущества: интегральная конструкция расходомера исключает потребность в импульсных линиях и дополнительных устройствах, сокращает количество потенциальных мест утечек среды; минимальная длина прямолинейных участков трубопровода 2Dy до и 2Dy после места установки расходомера на базе диафрагмы Rosemount 405С (стабилизирующей) значительно упрощает монтаж и сокращает затраты; многопараметрический преобразователь 3051SMV в составе расходомеров обеспечивает вычисление мгновенного массового расхода жидкости, пара, газа или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям. Диафрагма Rosemount серии 405 представляет собой жесткую неразборную конструкцию, состоящую из собственно диска измерительной диафрагмы с угловым отбором давления кольцевых камер, удлинителя, а также монтируемого на удлинителе вентильного блока (для интегрального монтажа датчика) либо переходников (для подсоединения датчика импульсными линиями). Диафрагма устанавливается между фланцами, а центрирующее кольцо обеспечивает оптимальную точность установки.

Для измерения температуры были подобраны термометры сопротивления (свойство металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры) Rosemount 644C с различными номинальными статистическими характеристиками (ТСМ-Cu100; ТСН-Ni120). Термометры, выполненные из никеля, не получили особого распространения в промышленности, но были выбраны, т.к. диапазон измеряемых температур был наиболее близкий к действительно возможному и погрешность измерения была ниже, чем у других.

Преобразователь термоэлектрический хромель-копелевый многозонный ТХК Метран – 232, принцип работы основан на явлении возникновения в цепи ТП термоэлектродвижущей силы при разности температур между рабочими и свободными концами. Величина термоэлектродвижущей силы пропорциональна этой разности температур.

Термопреобразователь ТСМУ Метран – 274-Exia может применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категорий IIА, IIВ и IIС, групп Т1, Т6 по ГОСТ Р 51330.1199. Предназначены для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Для измерения давления в основном были подобраны датчики избыточного давления Rosemount 3051 TG3. Принцип действия основан на преобразовании давления в электрический сигнал. В данном случае, были выбраны емкостные преобразователи, основанные на принципе изменения зазора между пластинными конденсаторами и измерительной мембраной. Применение объясняется высокой чувствительностью (до 500 В/мм), стабильностью характеристик.

Для измерения уровня были подобраны высокоточные, интеллектуальные датчики гидростатического давления (уровня) Rosemount 3051L, которые для измерения уровня жидкости обладают улучшенными значениями основной приведенной погрешности и стабильности измерений во времени. Датчики предназначены для измерения уровня жидкостей в закрытых и открытых резервуарах, для производственных процессов с различными типами фланцевых соединений, с возможностью промывки мембран и защитой от парафиновых отложений. Датчики нашли применение во всех отраслях промышленности и зарекомендовали себя как надежные и качественные приборы измерения гидростатического давления (уровня), имеют взрывозащищенное и искробезопасное исполнение.

4 Разработка функциональной схемы автоматизации

Функциональная схема автоматизации технологического процесса представляет собой чертёж упрощённой технологической схемы процесса, без масштаба с обозначением технических средств автоматизации и функциональных связей между ними.

Рисунок 4.1 – Функциональная схема автоматизации реакторного блока гидроочистки дизельного топлива
На рисунке 4.1 представлена функциональная схема автоматизации реакторного блока установки гидроочистки дизельного топлива (упрощенно), где из прямогонного дизельного топлива удаляются сернистые и другие соединения. Показателем эффективности этого процесса является состав гидроочищенного топлива (гидрогенизата).

Сырье, расход которого стабилизируется (поз. 1 – 1 …1 – 5), смешивается в тройнике смешения с циркуляционным водородсодержащим газом, и газосырьевая смесь, пройдя предварительно теплообменник Т-1, нагревается в печи П до температуры реакции (регулятор температуры поз. 3 – 1 …3 – 6 управляет подачей топлива в печь) и поступает в реакторы Р – 1 и Р‒2 (поскольку автоматизация обоих реакторов аналогична, она показана на примере реактора Р-1). В реакторах содержащаяся в дизельном топливе сера соединяется с водородом циркуляционного газа. При работе реакторов особое внимание уделяют контролю их теплового режима – внутри них установлены многозонные термоэлектрические преобразователи, подключенные к многоточечному автоматическому потенциометру (поз. 4 – 1, 4 – 2 и 7 – 1, 7 – 2). Во многих точках измеряется и температура наружных стенок реакторов (поз. 5 – 1…5 – 13, 6 – 1…6 – 13).

Состояние катализатора (степень его закоксованности) косвенно оценивают по величине перепада давлений на входе и выходе реакторов (поз. 8 – 1…8 – 2). Перед разделением продуктов реакции их тепло используется для нагрева газосырьевой смеси в теплообменнике Т – 1, а разделение их после охлаждения в воздушном (Х – 1) и водяном (Х – 2) холодильниках происходит в сепараторах высокого (С – 1) и низкого (С – 2) давлений. Из верхней части сепаратора С – 1 отводится насыщенный сероводородом циркуляционный газ, а снизу – гидрогенизат, который в сепараторе С – 2 частично освобождается от растворенного в нем так называемого жирного газа, содержащего ряд компонентов. Из сепаратора С – 2 гидроочищенное дизельное топливо направляется на стабилизацию. Уровень в сепараторах регилируется отбором гидрогенизата, а давление – сбросом газа. Отклонения уровня сигнализируется (поз. 10 – 5…10 – 7 и 11 – 5…11 – 7), как и ряд других параметров процесса.

Заключение

Была проделана работа по автоматизации реактора установки гидроочистки дизельного топлива. Реакторы являются основными аппаратами различных термокаталитических процессов. Автоматизация их имеет особое значение как в отношении безопасности, поскольку они протекают с большой скоростью, при высоких температурах, а в ряде случаев и при высоком давлении, так и для обеспечения длительной эксплуатации катализатора.

Автоматизированное производство позволяет вести процесс непрерывно, что благоприятно сказывается на выпуске продукции, а значит на доходе предприятия.

Из вышесказанного, можно сделать следующие выводы: автоматическая система управления технологическим процессом позволяет увеличивать безопасность ведения химико-технологического процесса, уменьшать количество персонала, необходимого для контроля и регулирования параметров, влияющих на качество получаемого продукта, уменьшить время реагирования на отклонение технологического параметра (регулирование самой системой или оповещение персонала).

Список использованных источников

1. 
   Автоматизация производственных процессов методические указания к разделу дипломного проекта по автоматизации производственных процессов. П.П. Бубеев, В.Г.Вихорев, В.Г. Хапусов – Иркутск, 2003. – 24с.
   
2. 
   Горячев В.П., Основы автоматизации производства в нефтеперерабатывающей промышленности. – М.: Химия, 1987. – 128 с.
   
3. 
   Шувалов Е.Б, Огородников Т.П., Автоматизация процессов в химической промышленности. – М.: Машиностроение 1991;
   
4. 
   Технический регламент установки ГК-3, цех 11, 2013. 550 с.