Автоматизированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти-Курсовая работа-Машины и аппараты нефтехимических производств

Автоматизированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти-Курсовая работа-Машины и аппараты нефтехимических производств
Функциональная схема автоматизации представлена на листе ДП-2068998-А1-25-00.00.000.А2 графической части проекта и на рисунке 2.1. При разработке использовались рекомендации [8].
На функциональной схеме автоматизации (схема А2) изображены эле-менты установки атмосферной перегонки нефти: колонна отбензиневания, 4 воздушный конденсатора холодильника ХВК, емкость орошения, теплооб-менник, 5 насосов. Показаны трубопроводы, соединяющие эти элементы между собой, с различными элементами данной установки и другими уста-новками нефтеперерабатывающего комбината. Все трубопроводы имеют направление, обозначено наименование транспортируемого вещества и ука-заны диаметр трубопровода. Описание технологического процесса приведе-но выше. Далее приведены обоснования контролируемых, сигнализируемых, регулируемых параметров и каналов внесения регулирующих воздействий, а также обоснование выбора мероприятий по защите и блокировке.

2.2 Автоматизируемые функции

2.2.1 Функции регулирования.
На основе анализа выполняемых процессом атмосферной перегонки нефти функций, делаем вывод о необходимости автоматизации регулирова-ния: процесса ректификации; охлаждения и конденсации сырья в воздушных конденсаторах холодильниках; температуры газопродуктовой смеси в верху колонны; уровней жидкой фазы в емкости и колонне; расхода бензина, пода-ваемого в колонну в качестве острого орошения; давления в емкости и ко-лонне.
Проектом предусматривается регулирование температуры в верху ко-лонны отбензиневания, температура контролируется датчиком 36-1, регули-рование
происходит в качестве воздействия на запорно-регулирующий клапан RN-2. С верха колонны пары бензина с температурой 150°С поступают в воздуш-ные конденсаторы холодильники (ХВК), где пары конденсируются, охла-ждаясь до температуры 45°С. Температура в ХВК контролируется и регу-лируется по датчикам 31-1, 32-1, 33-1, 34-1 на выходе каждого ХВК с кор-рекцией по температуре изменением частоты вращения вентиляторов – ЧРП1 – ЧРП8.
Давление в линии подачи бензина в колонну контролируется, реги-стрируется и регулируется прибором 59-1, с выходным воздействием на клапан RN-2. Давление вверху колонны (0,27МПа) контролируется датчиком 28-1 с сигнализацией максимального значения (0,3 МПа), с коррекцией по показаниям 29-1. Задвижка N-1 установлена на линии сброса газа на факел. При превышении давления происходит открытие задвижки и сброс газа.
Подача сырья в колонну контролируется датчиком 58-1 с выходным воздействием на регулирующий клапан RN-1.
Расход сырья, поступающего вверх колонны в качестве острого оро-шения, контролируется, регистрируется и регулируется прибором 5-1 с сиг-нализацией по максимальному и минимальному значениям, регулирующий клапан установлен на линии нагнетания насосов H-3/1, H-3/2.
Давление в емкости орошения контролируется, регистрируется датчи-ком 30-1 с сигнализацией по максимальному (0,28 МПа) и минимальному (0,22 МПа) давлению, регулирование происходит с выдачей выходного воз-действия на регулирующий клапан RN-3, установленного на линии подачи сырья в емкость, на задвижку N-2, установленную на линии сброса газа на факел и на регулирующий клапан RN-5, установленный на линии выхода уг-леводородного газа с емкости.
Уровень раздела фаз в емкости контролируется, регистрируется и ре-гулируется датчиком 23-1, с сигнализаций по максимальному и минималь-ному значениям. Выходное воздействие оказывается на задвижку N-3, уста-новленную на линию сброса стоков. Сброс происходит при достижении мак-симального значения. Уровень бензина в емкости контролируется, регистри-руется и регулируется по датчику 27-1, с сигнализацией по максимальному и минимальному значениям. Регулирование происходит воздействием на ре-гулирующий клапан RN-4, установленный на линии вывода бензина с уста-новки.

2.2.2 Противоаварийная защита блока.
Для определения критериев возникновения аварийных ситуаций и вы-бора варианта их устранения, необходимо осуществлять сбор информации о критических параметрах технологического процесса и оборудования:
- Насосы Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2.
Залив насосов контролируется датчиками 6-1, 7-1, 8-1, 9-1, 10-1 с сиг-нализацией и выдачей блокировки по минимальному значению. Температура подшипников насосов контролируется датчиками 41-1, 42-1, 43-1, 44-1, 45-1 с сигнализацией и выдачей сигнала блокировки по максимальному значению (90 °С).
- При достижении бензина в емкости минимального значения (500мм) по датчику 25-1 происходит останов насосов Н-3/1, Н-3/2. Также сигнал бло-кировки выдается по прибору 27-1, происходит останов насосов Н-3/1, Н-3/2 и закрывается запорно-регулирующий клапан RN-4.
- Уровень в колонне контролируется датчиком 26-1, с сигнализацией по максимальному и минимальному значениям и выдачей сигнала блокиров-ки при достижении предельно минимального значения, происходит останов насосов Н-2/1, Н-2/2,

2.2.3 Индикация технологического процесса атмосферной перегонки нефти.
Для этой цели используем датчики, рассмотренные ранее, а также осу-ществляем контроль дополнительных параметров технологического процес-са и состояния оборудования:
- контроль температуры: на входе и выходе теплообменника датчиками 1-1, 2-1, 3-1, 4-1 ; на входе и выходе насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 датчиками 52-1, 53-1, 54-1, 60-1, 61-1, 62-1, 63-1, 64-1, 65-1, 66-1; подшип-ников насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 приборами 67-1, 68-1. 69-1, 70-1, 71-1.
- контроль давления: на входе и выходе насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 приборами 17-1, 18-1, 19-1, 20-1, 21-1, 22-1, 23-1, 24-1, 25-1; в ем-кости орошения датчиком 22-1; внизу колонны датчиком 21-1.

2.3 Выбор измерительных средств и исполнительных механизмов

Давление:
- датчики 12-1, 13-1, 15-1, 17-1, 19-1 – поставляются комплектно с насосами Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2.
- датчики 11-1, 14-1, 16-1, 18-1, 20-1, 21-1, 22-1 - используем мано-метр с трубчатой пружиной МЕТЕР ДМ-02-160 предназначен для измерений давления газообразных и жидких, не сильно вязких и не кристаллизирую-щихся сред, не агрессивных по отношению к медным сплавам (вода, пар, газ, масло, керосин, бензин, дизельное топливо).
Диапазоны измерений: 0...0,6 до 0...1600 кгс/см2 или бар (другие вари-анты исполнения по заказу)
Допустимые температуры:
Окружающая среда: -40 ... +60 °С
Измеряемая среда: максимум +160 °С
- датчики 28-1, 29-1, 30-1, 38-1, 59-1 - используем преобразователь давления с внутренней измерительной ячейкой CERTEC VEGABAR 52.
VEGABAR 52 используется для измерения давления жидкостей, пара и газа в резервуарах предприятий в нефтяной, газовой, химической, фарма-цевтической и других отраслях промышленности. Диапазон измерения дав-ления -0,005 ... 60,0 МПа. Погрешность, % +0,1; +0,15; +0,2; +0,5. - Пре-дельно высокая стойкость к перегрузкам
Расход:
- датчики 5-1, 35-1 – используем вихревой расходомер DY080 . Отли-чительные черты и преимущества прибора: повышенная устойчивость к виб-рации; нечувствительность к неравномерности потока; широкие функцио-нальные возможности, развитая самодиагностика, удобное конфигурирова-ние; не требуется обслуживание; межповерочный интервал 4 года, два спосо-ба поверки (проливной/беспроливной). Параметры измеряемой среды: тем-пература: -198…450 °С; давление: -0,1…15 МПа (по заказу < 25 МПа); ско-рость потока: газ/пар: 6…80 м/с (воздух); жидкость: 0,35…10 м/с (вода); вязкость: < 7 сП.
Входные сигналы: аналоговый: 4…20 мА + BRAIN- или HART- протокол;
Температура:
- датчики 1-1…4-1, 24-1, 31-1…34-1, 36-1, 37-1 – используем интел-лектуальный преобразователь температуры (ИПТ) Метран – 286 [3]. Дан-ные преобразователи предназначены для точных измерений температуры нейтральных, а также агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Сигнал первичного пре-образователя температуры преобразуется в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 mA с наложенным на него цифровым сигналом HART. Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х проводные то-ковые линии;
- датчики 38-1…57-1 – поставляются комплектно с насосами Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2.
Уровень:
- датчики 6-1…10-1 – используем вибрационные выключатели уровня типа VEGASWING 61 для определения граничных значений уровней жид-кости. VEGASWING 61 способен определять граничные значения жидкостей с вязкостью 0,2…10,00 mPa и плотностью от 0,5 г/см3. Модульное построе-ние прибора позволяет использовать их в резервуарах, танках и трубопро-водах. Работает в тяжелых условиях измерения и независимо от химических и физических свойств жидкости. Имеется возможность исполнения с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка».
- датчик 23-1 – используем уровнемер VEGAFLEX 67 с коаксиальным, стержневым или тросовым измерительным зондом предназначен для непре-рывного измерения межфазного уровня. Сигнал межфазного уровня форми-руется непосредственно датчиком. Высота межфазного уровня (h1) в про-центах передается через аналоговый выход (4 … 20 mA). Это значение Мо-жет быть также пересчитано в другие единицы. Передача измеренных значе-ний осуществляется через выход 4 … 20 mA/HART, разделенный с подачей питания.
- датчики 25-1, 27-1 – используем уровнемер VEGAFLEX 61. Уровнемер VEGAFLEX 61 с тросовым или стержневым измерительным зон-дом предназначен для непрерывного измерения уровня. Передача измерен-ных значений осуществляется через выход 4 … 20 mA/HART, разделенный с подачей питания.
- датчик 26-1 - используем VEGADIF 55. Преобразователь дифферен-циального давления с металлической измерительной мембраной. Измерение дифференциального давления для контроля работы фильтров и насосов, а также измерение расхода вместе сдатчиками рабочего давления.
Регулирующие клапаны:
- RN-5 – используется пневматический регулирующий и быстрозакры-вающийся клапан для газообразных сред Samson 241-7-газ [18, 19];
- RN-1, RN-2, RN-3, RN-4, RN-6 – используются пневматические регу-лирующие и быстрозакрывающиеся клапаны для жидкого топлива Samson 241-7-нефть;
Отсечные клапаны:
- N-1, N-2, N-3– используются пневматические отсечные клапаны «от-крыть-закрыть» Samson 3351 с приводом Samson 3277;

Структурная схема системы управления представлена на листе ДП-2068998-А1-11-00.00.000.Э1 графической части проекта и на рисунке 3.1.
Система имеет двухуровневую иерархическую структуру. Нижний уровень представлен программируемым контроллером SIMATIC S7 -300, станцией распределенного ввода/вывода ET200M с подключенными к ней датчиками и исполнительными механизмами, верхний уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора и инженера КИП.
Структура системы управления разработана в соответствии с выявлен-ными в ходе аналитического обзора основными тенденциями в автоматиза-ции; и с учетом того, что помещение аппаратной, где располагается про-граммируемый контроллер, находится вне зоны размещения установки ат-мосферной перегонки нефти. Непосредственно в зоне расположения объекта располагается станция распределенного ввода / вывода. Данный факт позво-ляет все сигналы от датчиков, исполнительных механизмов заводить на мо-дули станции распределенного ввода/вывода, откуда сигналы передаются непосредственно на ПК.

3.2 Нижний уровень системы управления

Нижний уровень системы управления обеспечивает:
- сбор информации от датчиков, установленных по месту;
- постоянный контроль параметров процесса и поддержание их задан-ных значений, контроль состояния оборудования;
- обработку и передачу информации о состоянии объектов на АРМ, прием информации с АРМ и формирование управляющих воздействий;
- автоматическое управление техпроцессом, автоматическое включение резервного оборудования при нарушении работы основного;
Управление осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ), где размещены АРМ операторов, обслуживающих секции установки.
Учитывая повышенные требования к надежности систем контроля и управления взрывоопасных производств, применены контроллеры типа SI-MATIC S7-300 фирмы Siemens.
Контролеры SIMATIC S7-300 фирмы Siemens являются мощным вы-числительным средством и способны выполнять задачи любой сложности.
Контроллер обеспечивает непрерывный опрос датчиков, диагностику модулей.
Эксплуатационные характеристики ПЛК:
• температура окружающей среды 1 - 50 градусов
• относительна влажность воздуха при температуре 30 градусов не более 90%
• атмосферное давление 750 мм рт. ст.
• амплитуда вибрации частотой до 25 Гц, мм, не более 0,1
• вид обслуживания – периодический
• режим работы – круглосуточный
Технические характеристики контроллера зависят от выбора установ-ленных модулей. Связь контроллера и устройств нижнего уровня осуществ-ляется через станцию распределенного ввода-вывода ЕТ200М и сеть PROFI-BUS-DP.
В состав контроллера входит:
• Каркас
• Центральный процессор CPU 315-2DP
• Блок питания PS -307
• Коммуникационный процессор CP 343-1
Центральный процессор CPU 315-2DP.
CPU исполняет программу пользователя; подает питание 5В на распо-ложенную с задней стороны модулей шину S7-300;
CPU 315–2 DP отличаются следующими свойствами:
•может использоваться как Master-устройство DP (DP-Master) или как Slave-устройство DP (DP-Slave)
•48 Кбайт рабочей памяти
•80 Кбайт встроенной загрузочной памяти RAM; может быть расшире-на с помощью платы памяти емкостью от 16 Кбайт до 512 Кбайт, в CPU про-граммируемы до 256 Кбайт
Преобразует напряжение сети (AC 120/230 В ) в рабочее напряжение DC 24 для питания S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки DC 24 V.
Источник питания PS 307; 10 A имеет следующие отличительные характери-стики:
•выходной ток 10 A
•выходное напряжение 24 в пост. тока; защита от короткого замыка-ния и обрыва цепи
•подключение к однофазной системе переменного тока (входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц)
•надежная электрическая изоляция в соответствии с EN 60 950
•может быть использован как источник питания нагрузки
Технические характеристики приведены в таблице 3.1.
центральный процессор контроллера от выполнения коммуникационных за-дач и обеспечивает поддержку:
• Транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP.
• PG/OP функций связи (связь с программаторами и устройствами че-ловеко-машинного интерфейса).
• S7 функций связи (клиент, сервер, мультиплексирование).
• S5 функций связи.
Модуль оснащен встроенными интерфейсами AUI/ITP и RJ45. Пере-ключение между интерфейсами AUI и промышленной витой пары (ITP) вы-полняется автоматически. Передача данных производится в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Операции опреде-ления скорости передачи и настройки на эту скорость выполняются автома-тически. При использовании протокола UDP поддерживается передача ши-роковещательных сообщений. CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контрол-леры к офисной сети Ethernet. Конфигурирование коммуникационного про-цессора выполняется с помощью пакета NCM S7 для Industrial Ethernet. Этот пакет входит составной частью в STEP 7 V5 и более поздних версий.
CP 343-1 поставляется с предварительно установленным уникальным Ethernet адресом. Он осуществляет независимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдением требований международных стандартов. Он снабжен собственным микропроцессором и способен работать в комби-нированном режиме, обеспечивая поддержку транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP. При этом для организации обмена данными могут использо-ваться PG/OP- и S7- функции связи, а также функции S5-совместимой связи. Для контроля соединений возможна настройка времени отклика для всех TCP-соединений с активными и пассивными партнерами по связи.
Станция распределенного ввода-вывода ЕТ200M.
Так как датчики распределены по объекту и удалены от контроллера на значительное расстояние, необходима система для приемо - передачи сигналов.
Для этого используется станции распределенного ввода-вывода. Стан-ции ЕТ200M предназначены для построения систем распределенного ввода-вывода и поваляют использовать в своем составе все сигнальные и функцио-нальные модули. Станция работает в сети PROFIBUS-DP и выполняет функ-ции ведомого устройства.
Станция включает в свой состав подчиненный интерфейсный модуль IM 153-3 (рисунок 3.4), модули входных или выходных аналого-вых/дискретных сигналов. А так же в состав входит источник питания (PS-307). Станция поддерживает выполнение диагностических функций, с помо-щью которых контролируется техническое состояние модулей ввода - вы-вода, короткие замыкания в выходных цепях модулей, ошибки в передаче данных, наличие напряжения питания (=24 В), подключение и удаление мо-дулей. Результаты диагностики могут считываться по сети PROFIBUS-DP или контролироваться по светодиодам станции. В каждом интерфейсном мо-дуле может быть до 8 модулей ввода-вывода информации.