Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Автоматизация технологических процессов
 Скачать 2.07 Mb.
|
Основные теоретические положенияСовременные тенденции в развитии систем сбора, обработки информации и управления всё более внедряются в такие области измерений, каким является коммерческий учёт нефти и нефтепродуктов (УУН). Схема автоматизации узла учёта нефти (УУН) приведена на рисунке 3.1.  Рисунок 3.1 - Схема автоматизации УУН Большое число проектируемых узлов учёта нефти базируются на принципах и оборудовании, заложенных еще в 70-е годы (турбинные). В настоящее время всё более используются автоматизированные узлы учёта нефти нового поколения, отвечающие мировым тенденциям в области автоматизации. В соответствии с действующими нормативным документами для товарно-коммерческих расчётов приёмно-даточные операции осуществляются в единицах массы[ГОСТ Р 8.615-2005].  Ранее применяемые расходомеры на коммерческом УУН использовали объёмный принцип измерения расхода, т.е. метод измерения массового расхода является косвенным, что приводит к использованию дополнительных средств измерения, вследствие чего возникают дополнительные погрешности.Возрастающие требования к качеству измерения расхода на узлах коммерческого учёта вызывает необходимость замены ряда устаревших приборов на более современные. Существует несколько методов измерения массы продуктов - прямые и косвенные. Структурная схема измерения массы продуктов приведены на рисунке_3.2.  Рисунок 3.2 - Структурная схема измерения массы продуктов При применении прямых методов измеряют массу продуктов с помощью весов, массовых счётчиков и массовых расходомеров. При применении объёмно-массового метода измеряют объём (  ) и плотность продукта ( ) при одинаковых условиях, затем определяют массу продукта:
При изменении гидростатического метода измеряют гидростатическое давление столба продукта, определяют площадь заполнения ёмкости. К современным системам измерения коммерческого расхода на УУН относят массовые (кориолисовые) расходомеры, которые осуществляют прямое измерение массового расхода.Первые кориолисовые расходомеры были сконструированы в 1970-х годах. Принцип действия заключается в том, что когда трубки совершают колебательные движения, в системе возникает дополнительная сила инерции – сила Кориолиса. И под действием этой силы трубки начинают изгибаться. Их изгиб фиксируется датчиками(детекторами скорости).  Рисунок 3.3 - Строение кориолисова раходомера Кориолисовый расходомер с колеблющимся участком трубопровода, состоит из сенсора и электронного преобразователя сигнала (датчика). Сенсор имеет одну или две измерительные трубки (обычно U-образные), концы которых закреплены неподвижно (рисунок 3.3). Под воздействием электромагнита, расположенного в центре трубки, и контура обратной связи трубка совершает колебания с собственной резонансной частотой (амплитуда около 1мм, частота около 80 циклов в секунду). Благодаря этому жидкость, протекающая по трубке, приобретает вертикальную составляющую движения. Во время первой половины цикла при движении трубки вверх жидкость, протекающая через первую половину трубки, сопротивляется движению вверх и оказывает давление на трубку сверху вниз. Жидкость, движущаяся во второй (выходной) половине трубки, сопротивляется уменьшению вертикальной составляющей движения, оказывая давление на трубку снизу вверх. Это приводит к закручиванию трубки. Во время второй половины цикла колебания, когда трубка движется вниз, она закручивается в противоположную сторону.  5 4 3 2 1  Рисунок 3.4 - Действие сил на сенсорные трубки Цифрами на рисунке 3.4 обозначены: 1 - движения потока, 2 - вертикальная сила, 3 - ускорение Кориолиса, 4 - реактивная сила, 5 - направление колебания. Результирующие силы Кориолиса, действующие на жидкость в двух ветвях противоположны по направлению и приводят ветви к смещению. Форма результирующих сил Кориолиса имеет вид:
где:  - сила Кориолиса;  - движущаяся масса; - угловая скорость;  - линейная скорость во вращающейся или колеблющейся системе. Когда направление угловой скорости меняется, эти силы также меняют направление и ветви смещаются в противоположную сторону. Величина этих смещений пропорциональна массовому расходу жидкости через трубу. Смещения регистрируются при помощи электромагнитных детекторов скорости. Их выходной сигнал представляет собой импульс, длительность которого пропорциональна для жидкостей, так и для газов, выдавая измерение расхода с высокой точностью ( для жидкостей и  для газов). Кориолисовые расходомеры не чувствительны к изменениям температуры и давления.Уравнение для определения массового расхода имеет вид:
где:  - Массовый расход;  - амплитуда колебаний трубок при действии силы Кориолиса;  - амплитуда вынужденных колебаний;  - фаза;  - постоянная прибора при  ; - частота вынужденных колебаний.Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы с детекторов находятся в одной фазе (рисунок 3.5, а)   а) б) Рисунок 3.5 - Измерение расход с помощью детекторов При прохождении через сенсор измеряемой массы в результате эффекта Кориолиса электромагнитные детекторы скорости измеряют фазовый сдвиг (рисунок 3.5, б). Разница во времени между сигналами  измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу  .
Чем больше  , тем больше массовый расход. Рисунок 3.6 - Сигналы детекторов сенсора Детекторы преобразуют этот сигнал в аналоговый или в частотно-импульсный выходной сигнал. С помощью кориолисовых расходомеров можно получить сигнал, позволяющий измерить плотность жидкости. Задающая катушка (рисунок 3.7) питается от преобразователя, при этом сенсорные трубки колеблются с их собственной частотой.   Рисунок 3.7 - Сборка магнитов и катушек При прохождении через сенсор измеряемой среды масса трубок увеличивается, собственная частота колебаний трубок уменьшается.При уменьшении расхода масса трубки уменьшается, и их собственная частота колебаний увеличивается. Так как масса измеряемой среды равна произведению плотности  и внутреннего объёма  , а объём трубок является постоянным, то частота колебания трубок будет зависеть от плотности среды.Частота колебаний измеряется выходным детектором в циклах в секунду (Гц). Как известно, период колебаний обратно пропорционален частоте. Измерение времени цикла проще, чем измерение количестве циклов, поэтому детекторы вычисляют плотность измеряемой среды по периоду колебаний трубок в микросекундах (рисунок 3.8).  Рисунок 3.8 - Измерение периода колебаний Таким образом, плотность протекающей жидкости будет прямо пропорциональная периоду колебаний сенсорных трубок.Плотность сенсора определяется по формуле:
где:  - плотность;  - калибровочная постоянная для плотности;  - частота вынуждающей силы при пустых трубках и температуре ;  - частота вынуждающей силы при заполненных трубках и температуре .Заключение В ходе автоматизации данного технологического процесса были выбраны современные средства измерения и регулирования такие как: датчики перепада давления Метран-150-CD, датчик для измерения избыточного давления Метран-150-CG, датчики температуры серии Метран-276-T, датчики уровня OPTIWAVE 7300C и т.д.Список используемых источников 1) Установки подготовки газа. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.generation-ngo.ru/podgotovka/upg2) Аналоговые преобразователи температуры. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.metran.ru/products/siz/dat/uvs/ 3) Датчики давления серии Метран 150. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://teplomehanika.ru/metran150.htm 4) Манометры, датчики давления и другие измерительные приборы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.manotom-tmz.ru/catalog/item-211-dm5002.html 5) СТМ-30 сигнализатор горючих газов стационарный. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.analitpribors.ru/STM-30.html 6) Анализатор точки росы интерференционный "КОНГ-Прима-10" [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.npovympel.ru/products/hygrometry/kp-10/ 7) Вихревой расходомер OPTISWIRL 4070 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kipinfo.ru/pribori/2535/ 8) Массовый расходомер OPTIMASS 7000 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kipinfo.ru/pribori/2531/ 9) Сигнализаторы уровня серии OPTISWITCH [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kipia.info/signalizatoryi-regulyatoryi-urovnya/signalizatoryi-urovnya-%96-seriya-optiswitch-4000-%7C-5000/ 10) Радарный уровнемер для измерения уровня, дистанции и объёма OPTIWAVE 7300. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rizur.ru/krohne_optiwave7300.htm |
,
,
,
,