Курсовая работа (т): Роль автоматизации в процессе производства нефтяного кокса

- температура загружаемого сырья;

величины загрузки;

температура верха реактора;

давление в реакторе;

уровня реакционной массы внутри реактора;

толщины слоя пены над реакционной массой.

Перечисленные параметры можно разделить на две группы: это контроль внешних потоков - первые четыре параметров и вторая группа - контроль реакционной массы внутри реактора. Контроль параметров первой группы реализуется с помощью серийных средств. Более сложные задачи встают при контроле параметров второй группы. Их сложность определяется особенностями технологи замедленного коксования, исключающей возможность использования средств контроля внутреннего монтажа. Как объект регулирования реакторный блок представляет большой практический интерес, а такие параметры, как уровень коксообразования, плотность и масса кокса весьма актуальны.

1.      Сырье, прежде чем попасть в печь, предварительно нагревается в теплообменниках, это делается для экономии энергоресурсов. В теплообменниках измеряют температуру, которая должна быть равной 170 0С, если температуру повысить, то произойдет закоксовывания труб, что приведет к прекращению подачи сырья.

2.      Температура загружаемого сырья должна быть равной 490-510оС, при повышении температуры как уже говорилось выше, возникает возможность закоксовывания труб, т. е. если закоксуются трубы не будет возможности загрузить сырье в камеры коксования, значит, может произойти сбой работы установки замедленного коксования.

.        Также качество кокса зависит от величины загрузки сырья 37 т/ч, расчет этой величины ведётся исходя из режима полного цикла (48 часов) установки замедленного коксования. При увеличении расхода сырья может произойти сбой работы установки замедленного коксования, из-за того, что сырьё не будет в полной мере накоксовано.

.        Температура верха реактора 450-460оС, зависит от температуры загружаемого сырья, при уменьшении этой температуры возникает опасность «переброса» остатка из камеры коксования в ректификационную колонну, т.е. поддержание температуры верха камеры нужно для того, чтобы процесс протекал нормально, и сырье коксовалось в большей степени.

.        Давление в реакторе составляет 04,-0,6МПа. При коксовании тяжелых нефтяных остатков повышенное давление играет решающую роль, так как температура в реакторе высокая необходимо поддерживать соответствующее давление. Если сырьё малосмолистое, то оно дает меньше кокса и больше продуктов разложения, поэтому во избежания чрезмерно большой скорости паров и переброса части содержимого камеры в колонну поддерживают давление более высоким.

.        Уровень реакционной массы внутри реактора зависит от мощности установок замедленного коксования, в нашем случае он будет равен 17,5 метров. При уменьшении высоты данного слоя, выход готового продукта уменьшается, а при увеличении высоты может произойти авария в камере, так как камера рассчитана на определенную высоту заполнения коксом. Толщина слоя пены над реакционной массой зависит от физико-химического состава сырья. Контроль уровней кокса и пены в верхней зоне реакторов дает возможность максимально заполнить камеры и обеспечить повышенный выход более качественного кокса, сэкономить энергоресурсы и время на вспомогательных операциях.

Ректификационная колонна

1. Здесь необходимо поддерживать высокую температуру 280 - 4000С, так как поступающее сырье должно реагировать с парами продуктов коксования, для получения вторичного сырья лучшего качества, т.е. содержащего меньше летучих веществ и легких фракций. В связи с этим предусмотрено регулирование температуры в колонне, если температуру понизить или повысить, то качество вторичного сырья станет худшим, поэтому появляется необходимость измерения качества (плотность) вторичного сырья на выходе из колонны.

Отпарные колонны. Здесь измеряют температуру139 - 140 0С и давление 0,37 МПа. Так как в этих колоннах идет отпаривание острым водяным паром, очень важно поддерживать высокую температуру, это делается путем поддержания высокого давления.

4. Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Измерительные преобразователи давления

Для измерения давления, выбирают преобразователи давления - ректификационной колонне 16а, реакторах коксования 24а,29а, датчики давления фирмы Siemens типа Z-7 MF 1560.

Датчики абсолютного и относительного давления серии Z - простое и дешевое решение для задач, не требующих высокой точности (ошибка 0,25% и 0,5%), а также перестройки диапазона измерения.

Принцип измерения - пьезорезистивный. Диапазон измерения - от 0 до 400 Bar. Выходной сигнал - от 0 до 20 мА. Нагрузка - (UB - 10V) / 0.02 A. Характеристика - линейно-возрастающая. Внешние условия: внешняя температура - от -25 до +85 0С, температура хранения - от -50 до +100 0С, степень защищенности - IP65. Исполнение: вес (без опций) - 0.3 кг, корпус - нерж. сталь, мат. №1.4571, подсоединение к процессу - G 1/2 A - наружная резьба (DIN 16 288), разделительная мембрана по запросу. Источник питания - от 10 до 40 В, постоянный ток.

В качестве вторичного прибора - 16б,24б,29б, выбирают самописец - SIREC. Самописец может измерять и обрабатывать до 12 сигналов. В случае, если требуется дополнительная обработка входных сигналов, могут использоваться до 12 "виртуальных" каналов (функции различных комбинаций входных сигналов)

Источником сигнала может быть напряжение, сила тока, "сухой" контакт, термопара или термосопротивление. Диапазоны напряжения и силы тока: от 0 до ±100мВ, от 0 до ±1 Вольт, и от 0 до ±10В; от 4 до 20 и от 10 до 50мА - постоянный ток (используется 50 Ом шунт с внутренним переключателем). Термопары c B, C, E, J, K, R, S, T, Ni/NiMo. Термосопротивления: 10 Ом Медь, 100 Ом Платина, 200 Ом Платина и 120 Ом Никель. Разрешение на входе 0.006% всей шкалы. Сопротивление на входе > 10 МОм на 100мВ, 1В диапазон, ~50к на 10 Вольтовом диапазоне. Число входных сигналов стандарт: 6 или 12. Напряжение питания 250 В DC или пик В AC. Электромагнитная совместимость подходит или превышает требования СЕ для EMC 89/336/EEC

Измерительные преобразователи расхода

Для измерения расхода, выбирают преобразователи расхода - сырья в печах 4а,6а,8а, из печей поступает в ректификационную колонну 12а, рециркулят 14а, легкий и тяжелый газойли 18а,21а, вторичное сырье в реакторы коксования 28а,33а, газообразные продукты в приемник 35а. Расходомер фирмы Siemens. Ультразвуковой расходомер: Диаметр и максимальный расход: DN 50/2 inch: 70 м3/ч, DN 100/4 inch: 300 м3/ч. Номинальное давление DIN, ANSI: PN40(DN 25 по DN100), PN16(DN100), Class 300(DN1 inch по DN3 inch),Class 150(DN3 inch по DN4 inch). Температура окружающей среды: -20oС до 180oС (-40oС до 180oС по запросу фирмы).

Измерительные датчики комбинируются и с измерительными преобразователями SITRANS FM Intermag/Transmag в комплексный прибор.

Далее сигнал с расходомера идет на преобразователь расхода (SITRANS FM Intermag/Transmag ) - поз. 4б,6б,8б,12б,14б,18б,21б,28б,33б,35б.

В качестве регистрирующего устройства - поз. 4б,6б,8б,12б,14б, 18б, 21б,28б,33б,35б, выбирают SIREC-САМОПИСЕЦ.

Для преобразования электрического сигнала в пневматический выбираем электропневматический позиционер -SIPART PS2.

По месту для регулирования выбирают пневматическое исполнительные механизмы фирмы «Honeywell» - поз. 4д,6д,8д,12д,14д,18д,21д,28д, 33д,35д.

Измерительные преобразователи температуры

Для измерения температуры - в теплообменниках 1а, 2а, на выходе из печей 3а, 5а, 7а, в ректификационной колонне 10а, 11а, 13а, в отпарных колоннах 19а,22а, в реакторах коксования 26а, 27а, 36а, 37а выбирают платиновые термометры сопротивления.

Далее сигнал с термометра идет на преобразователь температуры - поз.1б,2б, 3б,5б,7б,10б,11б,13б,19б,22б,26б, 27б,36б,37б, SITRANS T.

Платиновый термометр сопротивления. Датчик: от СИ 25 до Си 1000, от -50 до +400 (от -58 до +1000). Преобразователь температуры: SITRANS-T. Температура окружающей среды: от -40 до +95 0С. относительная влажность: < 98%, с конденсацией. Выход: двухпроводной от 4 до 20 мА. Выходное сопротивление: от 0,5 до 35 В, постоянный ток - >1 Ом.

В качестве регистрирующего устройства - поз. 1в,2в, 3в,5в,7в,10в,11в,13в,19в,22в,26в,27в,36в,37в, выбирают SIREC-САМОПИСЕЦ.

Измерительные преобразователи самописцев

SIREC-САМОПИСЕЦ. SIREC- САМОПИСЕЦ. Входы: Самописец может измерять и обрабатывать до 12 сигналов. В случае, если требуется дополнительная обработка входных сигналов, могут использоваться до 12 "виртуальных" каналов (функции различных комбинаций входных сигналов)

Источником сигнала может быть напряжение, сила тока, "сухой" контакт, термопара или термосопротивление. Диапазоны напряжения и силы тока: от 0 до ±100мВ, от 0 до ±1 Вольт, и от 0 до ±10В; от 4 до 20 и от 10 до 50мА - постоянный ток (используется 50 Ом шунт с внутренним переключателем). Термопары c B, C, E, J, K, R, S, T, Ni/NiMo. Термосопротивления: 10 Ом Медь, 100 Ом Платина, 200 Ом Платина и 120 Ом Никель. Разрешение на входе 0.006% всей шкалы. Сопротивление на входе > 10 МОм на 100мВ, 1В диапазон, ~50к на 10 Вольтовом диапазоне. Число входных сигналов стандарт: 6 или 12. Напряжение питания 250 В DC или пик В AC. Электромагнитная совместимость подходит или превышает требования СЕ для EMC 89/336/EEC.

Измерительные приборы уровня

Для измерения уровня - в ректификационной колонне 15а, в отпарных колоннах 17а,20а, в реакторах коксования 25а,30а, в приемнике 34а, используют радарный уровнемер типа SITRANS LR. Радарный уровнемер: Дисплей и панель управления позволяют легко настраивать уровнемер без вспомогательного оборудования. Для этого нет необходимости вскрывать корпус прибора. Индивидуальные функции и параметры выбираются, используя иерархическое меню (многоязычное) и четыре оптических элемента ввода информации. Все параметры могут быть отдельно выбраны и изменены. Диапазон измерений - считая от края антенны максимальное расстояние 45м. Номинальные диаметры: DN 80/3 дюйма - DN 150/6 дюйма. Аналоговый (от 4 до 20 мА) и цифровой выходы для значений или состояния устройства. HART протокол осуществляется через аналоговый выход (постоянного тока). Используя коммуникационное устройство можно параметризовать уровнемер с помощью коммуникатора или РС с программным обеспечением SIMATIC PDM.

Измерительные приборы концентрации

Для измерения концентрации - турбулизатора поступающего в печи 9а, используют анализатор газа типа FIDAMAT 5E-E. Анализатор общего содержания органических соединений в газах: Измерения в газах в соответствии с 13. и 17. BlmSchV, а также TA-Luft для нефти, газа, угля и отходов как видов топлива (с TUV контролем), контроль ПДК на рабочих местах. Контроль качества. Контроль технического газа. С переменной концентрацией кислорода (от 0 до 21% О2). Наименьший диапазон измерений: от 0 до 10 vpm C1

Измерительные преобразователи плотности

Для измерения плотности - сырья выходящего из ректификационной колонны 23а, используют радиоизотопный плотномер типа ПР-1025М. Радиоизотопный плотномер типа ПР-1025М предназначен для бесконтактного измерения плотности жидкостей, растворов, суспензий и др.

Разность напряжений преобразуется вибропреобразователем в сигнал переменного тока и измеряется блоком регистрации, выполненным на базе прибора А542-049. Пределы измерения 500-3500кг/м3. Погрешность 1%. Выходной сигнал 0-5 мА, 0-10 В. Питание плотномера переменным током напряжением 220В частотой 50 Гц (60 Гц), потребляемая мощность 100 ВА.

Блок гамма-источника и приемника излучения предназначении для работы при температуре окружающей среды от -10 до +45 0С и относительной влажности до 100%.

Выбор и обоснование котроллера

Описание UMS 800. Универсальный многоконтурный котроллер (UMS 800) - модульный котроллер, разработанный для удовлетворения требований аналогового и дискретного управления. С 8 аналоговыми контурами, 4 программами задания и развитым набором аналоговых и дискретных алгоритмов управления, UMS 800 идеально подходит для печей, реакторов сушилок и других процессов с аналогичными требованиями.

Обрабатывая до 24 универсальных аналоговых входов, 16 аналоговых выходов и до 96 дискретных входов и выходов. UMS 800 обеспечивает необходимый набор входов и выходов для любых установок процесса. UMS 800 использует архитектуру, разделяет функции управления и функции операторского интерфейса для обеспечения наибольшей гибкости. Котроллер обеспечивает до 16 входов и выходов модулей, которые могут быть различными для удовлетворения требований по аппаратному обеспечению данного приложения.

Операторский интерфейс использует графический LSD дисплей для обеспечения разнообразного представлении информации о состоянии контуров управления, программ заданий и состояние аналоговых и дискретных сигналов.

Отдельное конфигурационное программное обеспечение «Control Buider» используется для конфигурации системы и работает на ПК с Windows 95 или NT. Программное обеспечение использует графические символы и линии соединения для создания алгоритмов управления. Законченная конфигурация загружает в систему управления через специальный коммуникационный порт контроллера или через флоппи диск. Дополнительная коммуникационная плата добавляет двухсторонний, разветвленный (мульти-дроп), последовательный интерфейс RS 485 с процессором модулем контроллера (CRU). Для коммуникации используют протокол Modbus RTU и эта связь мастер-слэйв позволяет подсоединять до 31 контроллера к одному компьютеру. Компьютер инициализирует все коммуникации.

Основные характеристики: до 16 контуров управления, включая:

пропорциональное интегральное дифференциальное (PID)

дискретное управление On/Off

трехпозиционное шаговое управление (3 POS)

углеродный потенциал CARBON

Заключение

В данной курсовой работе были проведены исследования по автоматизации процесса производства нефтяного кокса. Произведен выбор оптимально подходящих датчиков и автоматических средств по каталогу передовых предприятий-изготовителей технических средств автоматизации разных стран, что способствует лучшему функционированию технологических линий производственного процесса, так как исключает аварии, поломки и загрязнения атмосферы. В ходе изучения технологического процесса и средств автоматизации, были выбраны датчики и автоматические средства фирм Siemens, Honeywell и Изотоп.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что внедрение специальных автоматических устройств приводит к увеличению количества продукции и улучшению его качества, росту производительности труда, снижению себестоимости продукции, улучшению условий работы, удлинению сроков эксплуатации оборудования и т. д.

Литература

1.         Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч.2-я. Крекинг нефтяного сырья.- М.: Химия, 1980 г.

2.         Гимаев Р.Н. Нефтяной кокс.- М.: Химия, 1992 г.

3.      Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов химической промышленности. - М.: Химия, 1985 г.

.        Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / Под ред. В.В. Черенкова - Л.: Машиностроение, 1987 г.