Автоматизацияя технических процессов. Улучшение качества регулирования
 Скачать 6.17 Mb.
|
|
6.1.14. Сетевое оборудование Для связи между шкафами управления и АРМ оператора используется дублированный неуправляемы промышленный коммутатор Ethernet (рис.19) Рисунок 19. Неуправляемые промышленные коммутаторы FL SWITCH SFN 8TX Основные технические характеристики представлены ниже. Порты Fast Ethernet 10/100 Мб/сек ………………………………. 8 x RJ-45 Напряжение питания ………………………………………………. =18...30 В Рабочая температура ………………………………………………. 0...+60 °C 6.1.15 Источник бесперебойного питания APC Symmetra LX 12kVA Источник бесперебойного питания APC Symmetra LX 12kVA (рисунок 20) предназначен для питания технических средств АСУ ТП с целью увеличения надежности их функционирования. 62 Рисунок 20. Внешний вид источника бесперебойного питания APC Symmetra LX 12kVA Основные технические характеристики источника бесперебойного питания APC Symmetra LX 12kVA приведены в таблице № 11 [13]. Таблица №11 Технические характеристики источника бесперебойного питания Технические характеристики Значение Максимальная выходная мощность Вт/ВА 8400/12000 Номинальное выходное напряжение 230 В переменного тока Выходная частота 47…63 Гц Номинальное входное напряжение 230 В переменного тока частотой 45..65 Гц Время перезарядки 7,5 часов Продолжительность работы в автономном режиме 77,4 мин при 4200 Вт 35,4 мин при 8400 Вт 6.2. Выбор средств измерения 6.2.1. Выбор датчиков давления Измерительные устройства, как и любое другое оборудование автоматизированной системы управления, могут иметь различные конструктивные особенности, эксплуатационные характеристики даже в пределах одного типа измеряемой величины. В связи с этим, так же как и в случае с выбором контроллера, необходимо заполнить опросный лист для оптимального подбора измерительных средств. Содержание опросного листа отображено в таблице № 12. Таблица № 12 – Опросный лист выбора датчика давления Назначение Измерение давления газомасляной смеси на выходе компрессора Измеряемый параметр Избыточное давление Абсолютное Перепад давления Разрежение 63 Гидростатическое давление ( DP / GP) Измеряемая среда Газ+масло Диапазон измерения (шкала прибора) 0-1378 КПа Требуемая точность измерения ±0.25% Статическое давление (для датчиков перепада) Способ монтажа датчика На отборе На кронштейне На фланце с мембраной На фланце без мембраны Способ монтажа выносной мембраны Фланцевый Длина капилляров выносной мембраны Вид защиты Искробезопасная цепь (Ex i) Взрывозащищенная оболочка (Ex d) Невзрывозащищенное исполнение Принадлежности Местный индикатор Вентильный блок (n= ) Ответные фланцы Кабельные вводы Переносной пульт конфигурирования Исходя из сформированных требований, можно сделать оптимальный выбор устройства для измерения давления газомасляной смеси на выходе компрессора. Для этих целей выбираем датчик Rosemount 2088. 64 Рисунок 21. Датчик давления Rosemount 2088 Представленный преобразователь давления полностью соответствует требованиям опросного листа и имеет следующий принцип действия. Среда оказывает давление на мембрану. В качестве чувствительного элемента выступает тензорезистор, который меняет свое сопротивление в зависимости от давления. Величина сопротивления тензорезистора преобразуется в унифицированный токовый сигнал 4-20мА и передается в модуль аналогового ввода системы управления. 6.2.2. Датчик перепада давления Rosemount 3051S Интеллектуальный высокоточный врезной датчик перепада давления серии 3051S(рисунок 21), предназначен для непрерывного преобразования измеряемой величины – давления (абсолютного или избыточного) жидких и газообразных (в том числе газообразного кислорода и кислородсодержащих газовых смесей) сред (в том числе агрессивных) в унифицированный токовый выходной сигнал 4…20 мА и цифровой сигнал на базе HART- протокола. 65 Рисунок 22. Внешний вид датчика перепада избыточного/абсолютного давления Rosemount 3051S Основные технические характеристики датчика перепада избыточного/абсолютного давления Rosemount 3051S приведены в таблице № 13 [15]. Таблица № 13 Технические характеристики датчика избыточного/абсолютного давления Технические характеристики Значение Измеряемая среда газ, жидкость, в т.ч. нефтепродукты, пар Диапазоны давления от 0…4 кПа до 0…60 МПа Минимальное время отклика 100 мс Основная приведенная погрешность, % ±0,025 (опция) ±0,055 Долговременная стабильность 5 лет (для Classic) Температура измеряемой среды -40…+125 о С Температура окружающей среды -40…+85 о С Выходной сигнал 4…20 мА/ HART/Foundation Fieldbus/WirelessHART Питание 10…30 В источника постоянного тока Вид взрывозащиты 1ExdIICT5 («взрывонепроницаемая оболочка» с уровнем взрывозащиты «взрывобезопасный») Сенсор кремниевый пьезорезистивный Степень защиты по ГОСТ 14254-80 IP 67 Межповерочный интервал 4 года 66 6.2.3. Выбор датчиков температуры Для измерения и контроля температурой различных объектов компрессора будем использовать термопреобразователи с унифицированным токовым выходом Rosemount 248 (Рис.23). Рисунок 23. Датчик Rosemount 248 Представленный датчик предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика микропроцессорный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУ ТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Rosemount 248 может применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом. Основные технические характеристики датчика температуры приведены в таблице № 14. Таблица № 14 – Технические характеристики датчика Rosemount 248 Техническая характеристика Значение Измеряемые среды Жидкости (в т.ч. нефтепродукты), пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси; 67 Техническая характеристика Значение пищевые продукты Диапазон преобразуемых температур -50…500 о С Пределы приведенной основной погрешности измерений ±0,5% Зависимость выходного сигнала от температуры Линейная Выходной сигнал 4…20 мА Наличие взрывозащищенного (Ех, Вн) исполнения есть Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 Чувствительный элемент первичного преобразователя Платиновый термометр сопротивления (100П, Pt100) Длина монтажной части (чувствительного элемента), мм От 60 до 3150 Протоколы связи с компьютерной средой HART Напряжение питания от внешнего источника постоянного тока 18…42 В Гарантийный срок эксплуатации 18 месяцев с момента ввода в эксплуатацию Межповерочный интервал 1 год Средний срок службы Не менее 5 лет В основе измерения температуры данного датчика лежит изменение сопротивления чувствительного элемента и дальнейшее преобразование в соответствии с калибровкой величины сопротивления в постоянный ток в интервале 4-20мА. 6.2.4. Выбор датчика уровня Для предсказывания аварийных ситуаций оператором и дополнительного информирования эксплуатирующего персонала, возникает необходимость добавить в систему датчик уровня масла в сепараторе и завести этот сигнал в АСУ ТП, взамен показывающего устройства, используемого в настоящее время. В качестве преобразователя уровня 68 выберем радарный волноводный уровнемер с жестким волноводом. Устройством, отвечающим нашим требованиям, является Rosemount 5300. Радарные уровнемеры фирмы Rosemount серии 5300 предназначены для измерения уровня большинства жидкостей, жидко-вязких и сыпучих продуктов, а также границы раздела между продуктами. Технология направленного микроволнового излучения обеспечивает высокую надежность и точность результатов измерения, практически не подверженных влиянию температуры, давления, паро-газовых смесей, плотности, турбулентности, барботирования/кипения, низкого уровня, различных значений диэлектрической постоянной, pH и вязкости продуктов. Рисунок 24. Уровнемер Rosemount 5300 с различными измерительными зондами. Технология направленного микроволнового излучения в комбинации с цифровой обработкой сигнала делает уровнемеры серии 5300 пригодными для широкого ряда применений. Маломощные наносекундные импульсы излучаются по зонду, погруженному в рабочую среду. Когда импульс достигает поверхности измеряемой среды, часть его энергии отражается обратно и улавливается уровнемером, который пересчитывает разницу времени между излучением и 69 приёмом импульса в расстояние, и далее рассчитывает расстояние до поверхности жидкости или до поверхности раздела. Поэтому отражающие свойства продукта являются ключевым параметром, определяющим работоспособность уровнемера. Жидкости с высокой диэлектрической проницаемостью отражают сигнал лучше, позволяя работать в более широком рабочем диапазоне. 6.2.5. Сигнализатор уровня Rosemount 2120 В качестве датчика-сигнализатора уровня используется сигнализатор Rosemount серии 2120 (рисунок 25). Сигнализатор уровня Rosemount 2120 предназначен для контроля уровня большинства видов жидкостей, в т.ч. суспензий, эмульсий и других растворов на водной основе. Они имеют широкий выбор технологических присоединений, материалов корпуса и смачиваемых частей для обеспечения универсальности и превосходной надежности, а также сменных модулей электроники различных исполнений. Рисунок 25. Конструкция сигнализатора уровня Rosemount 2120 Основные технические характеристики сигнализатора уровня Rosemount 2120 приведены в таблице №15 . Таблица № 15 Технические характеристики сигнализатора уровня Технические характеристики Значение Измеряемые среды практически все жидкости с плотностью не ниже 600 кг/м 3 и вязкостью от 0,2 до 10000 сП Температура процесса -40…150 °С Температура окружающей среды -40…80 °С 70 Давление процесса от -0,1 до 10 МПа Выходные сигналы дискретные Режим работы «сухой» или «мокрый» контакт Длина вибрационной вилки Короткая вилка для установки с минимальной погружаемой частью минимум 50 мм (2 дюйма). Удлининение вилки до 3 м (118 дюймов). Расстояние передачи данных до 2,5 км Гистерезис (вода) ±1мм (±0,039 дюйма) Напряжение питания от 20 до 264 В переменного тока 50/60 Гц или от 20 до 60 В постоянного тока Взрывозащищенное исполнение есть Степень защиты от пыли и воды IP66, IP67 по ГОСТ 14254 6.2.6. Массовый расходомер Emerson Rosemount Micro Motion Для измерения расхода газового конденсата используется кориолисовый расходомер Micro Motion серии F050Р представленный на рисунке 26. Рисунок 26. Внешний вид расходомера Micro Motion серии F050Р Основные технические характеристики расходомера Micro Motion F050Р представлены в таблице № 16 . Таблица № 16 Технические характеристики расходомера Технические характеристики Значение Измеряемые среды жидкость, газ, пар Температура измеряемой среды от -100 до 204°С Точность измерения температуры 1 о С Основная относительная погрешность измерений расхода, не более 0,2% Избыточное давление в трубопроводе, 34,5 МПа 71 не более Выходной сигнал 4…20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART, RS-485 Modbus Напряжение питания от внешнего источника постоянного тока 11…55 В без внешней нагрузки (при передаче сигнала по 4…20 мА) или с R н > 250 Ом (при передаче сигнала по HART-протоколу) Межповерочный интервал 4 года Диаметр трубопровода при фланцевых соединениях 15;25 мм 6.2.7 Нормирование погрешности канала измерения Нормирование погрешности канала измерения выполняется в соответствии с РМГ 62-2003 «Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации ВНИИМС Госстандарта». В качестве канала измерения выберем канал измерения температуры. Требование к погрешности канала измерения не более 0,2 %. Разрядность АЦП составляет 16 разрядов. Расчет допустимой погрешности измерения датчика избыточного давления производится по формуле: ) ( 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 , где 2 , 0 % – требуемая суммарная погрешность измерения канала измерений при доверительной вероятности 0,95; 2 – погрешность передачи по каналу измерений; 3 – погрешность, вносимая АЦП; 4 , 5 , 6 – дополнительные погрешности, вносимые соответственно окружающей температурой, температурой измеряемой среды, сопротивлением нагрузки. Погрешность, вносимая 16-разрядным АЦП, рассчитывается следующим образом: 72 0015 , 0 2 100 1 16 3 %. Погрешность передачи по каналу измерения устанавливается согласно рекомендациям : 13 , 0 2 %. При расчете учитываются также дополнительные погрешности, вызванные влиянием: – температуры окружающего воздуха; – температурой измеряемой среды; – сопротивлением нагрузки. Дополнительная погрешность, вызванная температурой окружающего воздуха, устанавливается согласно рекомендации [21]: 054 , 0 100 27 2 , 0 4 %. Дополнительная погрешность, вызванная вибрацией, устанавливается согласно рекомендации [21]: 054 , 0 100 27 2 , 0 5 %. Дополнительная погрешность, вызванная сопротивлением нагрузки, устанавливается согласно рекомендации : 012 , 0 100 6 2 , 0 6 %. Следовательно, допускаемая основная погрешность датчика температуры должна не превышать: 131 , 0 01712175 , 0 000144 , 0 002916 , 0 002916 , 0 00000225 , 0 0169 , 0 04 , 0 1 %. В итоге видно, что основная погрешность выбранного датчика температуры не превышает допустимой расчетной погрешности. Следовательно, прибор пригоден для использования. 73 6.3 Выбор исполнительных механизмов Исполнительным устройством называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа. Попутный нефтяной газ (ПНГ) на установку осушки попутного газа поступает с давлением 7,0÷8,0 МПа и температурой 25÷30 °С, делится на два равных потока и направляется в две колонны гликолевой осушки – абсорбер С-2801-1 и абсорбер С-2801-2. В процессе подготовки газа необходимо регулировать давление и температуру на входе в Абсорбер. В качестве исполнительного механизма для регулирования давления используется запорно-регулирующий клапан с электроприводом. В качестве способа регулирования давления используется метод дросселирования (рисунок 27) [6]. PE PV PT PC PY Задвижка Насос Датчик Рисунок 27. Управление давлением посредством дросселирования: PE-PT-PC-PY – контур регулирования давления (P) Выбран конструкционный тип клапана – клеточно-плунжерный регулирующе-отсечной типа КМРО [22]. Пропускную способность клапана Kv (м 3 /час) рассчитывают по формуле : 0 0 max p p Q Kv , где 0 p – потеря давления на клапане (ее принимают равной 1 кгс/см 2 ); 74 p – изменение давления в трубопроводе до и после клапана; – плотность среды (кг/м 3 ); 0 = 1000 кг/м 3 – плотность воды (в соответствии с определением значения Кv). Исходными данными для расчета пропускной способности являются следующие: 0 p – потеря давления на клапане принята равной 1 кгс/см 2 ; p – изменение давления в трубопроводе 30 кгс/см 2 ; – плотность сырого газа 1,7 кг/м 3 ; Q max – максимальное значение расхода 8000 м 3 /ч. Расчетная пропускная способность клапана должна быть не менее 60,22 м 3 /ч. Условный диаметра трубопровода, перед входом в абсорбер, равен 125 мм. Стандарт присоединения клапана к процессу – европейский стандарт DIN. В соответствии с таблицей №17, приведенной , подтверждено, что расчетная пропускная способность клапана соответствует условной пропускной способности клапана КМРО [22]. 75 Таблица№17 зависимости пропускной способности клапана от условного диаметра В качестве регулировочной характеристики используется равнопроцентная пропускная характеристика клапана. Клеточно-плунжерный регулирующей-отсечной клапан типа КМРО показан на рисунке 28. Рисунок 28. Клеточно-плунжерный регулирующе-отсечной клапан типа КМРО Основные технические характеристики клапана приведены в таблице № 18 . 76 Таблица №18 Технические характеристики клапана Технические характеристики Значение Условное давление Ру, МПа 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0 Условный проход, мм 10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200 Пропускная характеристика равнопроцентная, линейная; расширенный диапазон регулирования Диапазон температур регулируемой среды -40/-60... + 225°С, -40/-60... + 450°С, -40/... +500/550/600/650°С, -90/-200... + 225°С Диапазон температур окружающей среды -40/-50/-60… + 70°С, Исходные положения плунжера клапана НО – нормально открытое; НЗ – нормально закрытое Присоединительные размеры фланцев по ГОСТ 12815-80 (ответные фланцы с шипом исполнение №4 или другое по заказу) или по ANSI , под приварку Материал корпуса сталь 20, углеродистые низкотемпературные стали, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы; Материал дроссельной пары 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы; Класс герметичности для регулирующих клапанов по ГОСТ 23866-87(по DIN) По ГОСТ выше IV (по DIN – V) Класс герметичности по ГОСТ 9544-93 В-С (А – по специальному заказу) В качестве электропривода КМРО выбран многооборотный привод AUMA NORM SAR (рисунок 29). |