Введение
Автоматизация – это внедрение технических средств, управляющих процессами без непосредственного участия человека. Разнообразие технических средств автоматизации, глубокое изучение процессов химической технологии, а также достаточно хорошо разработанная теория автоматического управления позволяют интенсивно проводить автоматизацию в химической промышленности.
Одной из основных задач автоматизации технологических процессов является повышение экономической эффективности производства. В ряде случаев само производство не может быть реализовано без его автоматизации. Существует значительное число процессов, интенсификация которых возможна лишь при ведении их в предаварийных режимах, что вызывает необходимость в процессе автоматизации таких производств решать совместные задачи автоматического управления и автоматической защиты.
Важнейшей предпосылкой автоматизации является отработанность технологии производства. Основными требованиями, которые предъявляет автоматизация к технологии, являются неразрывность технологической цепи в пределах автоматизируемого участка и целесообразное расположение оборудования, в соответствии с направлением движения материальных и энергетических протоков. Чем полнее соответствует процесс указанным требованиям, тем выше экономическая эффективность автоматизации.
В химической промышленности вопросам автоматизации уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания технологических процессов, высокой чувствительностью их к нарушениям режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ.
Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение окружающей среды.
В данной курсовой работе рассматривается регулирование процесса нагревания.
1 Описание технологического процесса
Основные принципы управления процессом нагревания рассмотрим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообменника, в который подают нагреваемый продукт и теплоноситель. Показателем эффективности данного процесса является температура tп// продукта на выходе из теплообменника, а целью управления – поддержание этой температуры на определенном уровне.
Зависимость температуры tп// от параметров процесса может быть найдена из уравнения теплового баланса:
,
где, />– расходы соответственно продукта и горячего теплоносителя;
– удельные теплоемкости продукта и горячего теплоносителя;
/>– температуры продукта и горячего теплоносителя на входе в теплообменник;
/>– температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника.
Решая данное уравнение относительно, получим:
/>
Расход теплоносителя можно легко стабилизировать или использовать для внесения эффективных регулирующих воздействий. Расход продукта />определяется другими технологическими процессами, а не процессом нагревания, поэтому он не может быть ни стабилизирован, ни использован для внесения регулирующих воздействий; при изменении />в теплообменник будут поступать сильные возмущения. Температуры />и, а также удельные теплоемкости спи ст определяются технологическими режимами других процессов, поэтому стабилизировать их при ведении процесса нагревания невозможно. К неликвидируемым возмущениям относятся также изменение температуры окружающей среды и свойств теплопередающей стенки вследствие отложения солей, а также коррозии. Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий невозможно устранить. В связи с этим следует в качестве регулируемой величины брать температуру, а регулирующее воздействие осуществлять путем изменения расхода .
Теплообменники как объекты регулирования температуры обладают большими запаздываниями, поэтому следует уделять особое внимание выбору места установки датчика и закону регулирования. Для уменьшения транспортных запаздываний датчик температуры необходимо помещать как можно ближе к теплообменнику. Для устранения запаздывания значительный эффект может дать применение регуляторов с предварением и исполнительных механизмов с позиционерами.
В качестве контролируемых величин следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходимо для нормального пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход требуется знать также для подсчета технико-экономических показателей процесса, а расход />и температуру – для оперативного управления процессом.
Сигнализации подлежат температура и расход продукта. В связи с тем что резкое падение расхода может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.
2 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации
На основании описания технологического процесса задачами автоматизации являются:
— поддержание расхода горячего теплоносителя
— поддержание давления исходного теплоносителя
— поддержание и сигнализация температуры продукта
— поддержание и сигнализация расхода продукта
— поддержание температуры в трубопроводах
— поддержание давления конечного теплоносителя
Технологическая карта параметров
Аппарат
Параметр
Номинальное значение
Допустимое отклонение
Функциональные признаки ТСА
Показание
Регистрация
Блокировка
Сигнализация
Регулирование
Трубопровод
Расход теплоносителя
15 кг/с
+10 %
Щ
Щ
Трубопровод
Давление исходного теплоносителя
0,1 МПа
+10 %
Щ
Щ
Трубопровод
Температура продукта
60°С
+5 %
Щ
Щ
Щ
Подачей теплоносителя
Трубопровод
Расход продукта
20 кг/с
+10 %
Щ
Щ
Щ--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
1
2 [136]
4-2
По месту
Дифманометр
МЕТРАН 43 ДД
+0,5%
1
3 [35]
4-3
Центральный щит
Автоматический мост
ДИСК-250 2231
+0,5%
1
2 [379]
5-1
Температура
60°С
Трубо-провод
Термопреобразователь сопротивления
ТСП-0879 50 П
-50 ¸+600°С
3
2 [58]
5-2
Центральный щит
Автоматический мост
ДИСК-250 2231
+0,5%
1
2 [379]
6-1
Давление конечного теплоносителя
0,1 МПа
Трубо-провод
Преобразователь давления
МЕТРАН 43 ДИ
+0,25%
1
3 [29]
6-2
Централь-ный щит
Автоматический мост
ДИСК-250 2231
+0,5%
1
2 [379]
6 Развернутая функциональная схема автоматизации
/>
/>/>/>/>/>/>/>1 2 3 4 5 6 7
Приборы по месту
/>/>/>/>/>/>
Приборы на щите
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>Н
/>/>/>/>
/>
L Ä
Выводы
В данной курсовой работе был рассмотрен технологический процесс нагревания.
Проведен анализ технологического процесса как объекта автоматизации, предложена функциональная схема автоматизации. Также были выбраны технические средства автоматизации на основе принятой системы контроля и регулирования, которые представлены в спецификации. В ходе работы были приобретены навыки чтения и составления простейших функциональных схем автоматизации.
Список использованной литературы
Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М., 1985.
Промышленные приборы и средства автоматизации: Справ. / Под ред. В.В. Черенкова. Л., 1987.
Номенклатурный каталог «Концерн Метран», 1995 г.
Системы управления химико-технологическими процессами: Метод. Указания к выполнению курсовой работы для студентов спец. 2501, 2502 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: М.А. Фадеев, Н.Новгород, 2000, 26 с.
Лекционный материал.