КУРСОВАЯРАБОТА
по курсу«Технические средства автоматизации»
на тему:
«Техническое обеспечениеавтоматической системы регулирования качества стабильного гидрогенизата»
ЗАДАНИЕ
накурсовой проект (работу) студента
МорозоваАлексея Сергеевича
1. Тема проекта (работы): техническоеобеспечение автоматической системы регулирования качества стабильногогидрогенизата.
2. Срок сдачи студентом законченногопроекта:
3. Исходные данные к проекту: материалэксплуатационной практики КИПиА на установке У-1.732.
4. Содержание расчетно-пояснительнойзаписки (перечень подлежащих разработке вопросов): 1. Описание технологическогопроцесса; 2. Описание технологический схемы; 3. Обоснование установки контурарегулирования на объекте; 4. Выбор средств контроля и регулирования; 5. Расчетнадежности контура регулирования; 6. Выбор способа резервирования.
5. Перечень графического материала:структурная схема регулирования, схема резервирования.
6. Дата выдачи задания:
Оглавление
Введение
1. Описаниетехнологического процесса
2. Описаниетехнологической схемы
3. Обоснованиеустановки контура регулирования на объекте
4. Выбор средствконтроля и регулирования
5. Расчет надежностиконтура регулирования
6. Выбор способарезервирования
Вывод
Список литературы
Приложение
Введение
Целью данного курсового проектаявляется разработка одноконтурной системы автоматического регулирования дляколонны стабилизации установки гидроочистки фракции НК-350ºС У-1.732.Задачей САР является поддержание концентрации общей серы в стабильномгидрогенизате на заданном уровне (конечный продукт установки У-1.732).
1. Описаниетехнологического процесса
Установка У-1.732Астраханского ГПЗ предназначена для гидроочистки фракции НК-350ºС.
Гидроочистка – наиболееуниверсальный, эффективный и экологически предпочтительный процесс очисткинефтепродуктов от вредных примесей, который представляет собой селективныйгидрогенолиз гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и металлов.
Селективность этогопроцесса связана с тем, что энергия связи гетероатома с атомом углерода примернона 100 кДж/моль ниже, чем энергия углеродводородной связи. При замещениигетероатома водородом выделяется соответствующий газ (сероводород, аммиак иливода), а при гидрировании металлосодержащих соединений замещаемый водородомметалл откладывается в порах катализатора.
Катализатором процессагидроочистки является алюмокобальт-молибденовый (АКМ) илиалюмоникельмолибденовый (АНМ).
Процесс проводится притемпературах 360-400 ºС и при повышенном давлении (4-6 МПа) и большомизбытке водородсодержащего газа (300- 700 нм³/м³ сырья). Объемнаяскорость подачи сырья составляет 3,5-5 м³/ч на 1 м³ загрузки катализатора (зависит от начального и конечного содержания удаляемых примесей).
В зависимости от строениясернистых соединений, меркаптаны, сульфиды, алициклического строения,дисульфиды, простые тиофены при гидроочистки превращаются в парафиновые илиароматические углеводороды с выделением сероводорода.
Из всех сернистыхсоединений легче всего гидрируются меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, труднее –тиофены. При одинаковых условиях первые гидрируются на 95%, а вторые – на40-50%. Скорость гидрирования уменьшается с увеличением мольного веса нефтяныхфракций.
Оборудование сформированов один технологический поток.
2. Описаниеобъекта управления
Объектом управленияявляется ректификационная колонна К201, которая используется для стабилизациигидрогенизата.
Из сепаратора С201 на 14тарелку стабилизационной колонны К201 с температурой до 170ºС и давлением11 кгс/см² направляется подается нестабильный гидрогенизат, где из неговыделяется бензин, сероводород, вода и углеводородный газ.
Снизу колонны насосомН221/1,2 забирается часть стабильного гидрогенизата и направляется в печь П202,где нагревается до температуры 240ºС и подается вниз колонны дляподдержания нужного температурного режима.
Балансовое количествостабильного гидрогенизата отдает свое тепло в теплообменниках Т202/1,2,воздушном холодильнике Х204 и выводится с установки с температурой 50ºС.
С верха стабилизационнойколонны К201 уходят пары бензина, воды и углеводородный газ с сероводородом.После охлаждения в воздушном конденсаторе-холодильнике ХК201 и в водяныххолодильниках Х209/1,2 до температуры 40ºС, смесь поступает в сепараторС205, где происходит отделение углеводородного газа от жидкой фазы.
Углеводородная жидкаячасть из сепаратора С205 забирается насосом Н203/1,2 и подается в верхнюю частьколонны стабилизации на орошение.
3. Обоснованиеустановки контура регулирования на объекте
Основным показателемкачества конечного продукта (стабильного гидрогенизата) установки гидроочисткиУ-1.732 является процентное количество серосодержащих соединений, которое недолжно превышать 0,09%. В настоящее время содержание серосодержащих соединенийв стабильном гидрогенизате определяется путем отбора проб конечного продуктаустановки, с последующих лабораторным анализом.
Стабилизационный блокустановки У-1.732 предназначен для стабилизации гидрогенизата, т.е. удаления изнего паров бензина, воды, углеводородного газа и остаточного сероводорода.Однако при нарушении температурного режима низа стабилизационной колонны К201возможно наличие растворенного сероводорода в конечном продукте, что являетсянедопустимым.
Следовательно, необходимаустановка системы автоматического регулирования для корректировки температураниза стабилизационной колонны с целью полного удаления сероводорода изконечного продукта установки (стабильного гидрогенизата).
4. Выборсредств контроля и регулирования
Тип ТСА
Основные тех. характеристики
Показатель надежности
(среднее время наработки на отказ), час
Обоснование выбора ТСА
Поточный анализатор серы в нефтепро-дуктах
SPECTRO 600T-LP
Рабочая среда: дизельное топливо; керосин; газойль; бензин; нафта; реформат.
Выходной сигнал: 4÷20 мА или цифровой.
Концентрация серы: 0,005÷1 %.
Скорость потока в кювете:
Номинальная:
1л/мин;
Максимальная:
3 л/мин.
Технология измерения: рентгеновская флуоресценция.
Время анализа: 240 секунд.
Материал корпуса: нержавеющая сталь. ≥50000
Коррозионостойкий корпус.
Высокая точность измерения.
Унифицированный выходной аналоговый сигнал.
Микропроцессорный
регулятор TROVIS 6412
Вход: 4÷20;
0÷20 мА;
2÷10; 0÷10; 0,2÷1; 0÷1В.
Выход: 4÷20;
0÷20 мА;
2÷10; 0÷10 В.
Макс. ток и напряжение: ±50мА; ±25 В.
Напряжение питания: 230; 120; 24 В.
Потреб. мощность: 18 ВА. ≥40000
Компактные размеры.
Дистанционное управление с помощью ПК (длина линии 1200м, возможно увеличение макс. до 4800 м).
Унифицированные выходные и вход-ные аналоговые сигналы.
Электропневматический преобразователь
ЭП-0030
Вход: 0÷5; 0÷20;
4÷20 (мА).
Выход: 20÷100 (кПа).
Давление воздуха питания: 140±10% (кПа).
Расход воздуха:
Для питания-
На выходе->30(л/мин).
Основная погрешность: ±1%.
Штуцерное соединение типа 00-01-1; 00-02-2; 00-03-3;
00-04-3.
Тропическое исполнение.
Масса: 1,2 кг. ≥100000
Имеет коррозионно-стойкое исполнение
(концентрация для сероводорода при нормальных условиях работы
10 мг/м³; в аварийных ситуациях в течение 3-4 часов концентрация сероводорода может достигать – до 100 мг/м³).
Мембранно-исполнительный механизм
МИМ 250
Ход штока: 25 мм.
Резьба штока: М10.
Вид действия: обратной.
Исполнение: многопружинное.
Перестановочное воздействие: 20÷100 кПа.
Рабочее давление
воздуха (давление в мембранной камере): 250 кПа.
Вид ходовой характеристики: линейная. ≥36400
Клапан запорно-регулирующий односедельный фланцевый
25с51нж
Номинальный диаметр: 80 мм.
Номинальное давление: 250 кПа.
Перепад давлений:
≤160 кПа.
Условная пропускная способность:10 м³/ч. ≥10000
Совместим с МИМ 250. Высокая герметичность.
Материал клапана нержавеющая сталь.
Графитовое сальниковое уплотнение, повышающее надежность клапана.
Пневматический позиционер
ПП-3.2
Входной управляющий сигнал: 20÷100 (кПа).
Давление питания: 250÷630 (кПа).
Обеспечение условного хода штока: 6÷100 (мм).
Допускаемая основная погрешность в процентах от условного хода МИМ: ±1%; ±2%.
Расход воздуха в переходном режиме при давлении питания 400 кПа: 216,7 л/мин. ≥50000
Уменьшение рассогласования хода и повышение быстродействия МИМ 250.
Данный позиционер предназначен для применения на МИМ 250.
Концевые выключатели крайних положений
КВД-600.01
Макс. угол поворота: 360º.
Рабочий угол: ≤90 º.
Взрывозащита: 1ExdIICT6.
Пыле-, влагозащита:
IP65.
Питание: 36 В.
Потребляемый ток: 20 мА.
Максимальный коммутируемый ток при постоянном напряжении 36 В: 0,3 А;
при переменном напряжении до 250 В:
0,17 А.
Температура окружающей среды:
-60÷70 оС. 5 млн. циклов переключения
Для сигнализации 2х крайних положение РО.
Имеет пожаро- взрывобезопасное исполнение.
Отсутствие клеммной колодки.
Возможность организации диагностики устройства из операторской.
Коммутация цепей постоянного и переменного тока. Верхний ручной дублер - - Ручное управление РО при отсутствии воздуха (аварийная ситуация).
Соединительный провод ПРПВ 2х1
Сечение жил: 2,5мм².
2 основных жилы и жила заземления.
Электрическое сопротивление изоляции токопроводящих жил на длине 1 км — ≥80 Мом;
при температуре 35ºС и относительной влажности до 98% — 50 МОм. ≥15000
Рекомендован для использования с выбранными ТСА.
Экранированный.
Устойчив к синусоидальной вибрации, механическим ударам, линейному ускорению.
5. Расчетнадежности контура регулирования
/>
Исходные данные:
/>-наработка на отказ анализатора серы;
/>-наработка на отказ соединяющегоэлектропровода;
/> — наработка на отказ регулятора;
/>-наработка на отказ соединяющегоэлектропровода;
/>-наработка на отказэлектропневматического преобразователя;
/>-наработка на отказ МИМ;
/>-наработка на отказзапорно-регулирующего клапана.
Решение:
Т.к.все элементы системы работают в периоде нормальной эксплуатации, и имеет местопростейший поток отказов, наработки элементов и системы подчиняютсяэкспоненциальному распределению. Для экспоненциального распределениясправедливы следующие зависимости:
/>функция ненадежности.
/>функция надежности.
/>функция распределения плотности отказов.
/>функция интенсивности отказов.
/>время наработки на отказ.
1. Определим интенсивности отказов длякаждого элемента контура регулирования:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
2. Определим интенсивность отказов всегоконтура регулирования:
/>/>
3. Определим время наработки на отказконтура регулирования:
/>
4. Определим вероятность безотказной работынерезервированной сис-темы в течение 1000 часов:
/>
6. Выборспособа резервирования регулятора
Выбираем «холодное»(ненагруженное) резервирование регулятора, т.е. резервный регулятор неиспользуется пока работает основной регулятор. В случае отказа или сбояосновного регулятора происходит переключение на резервный регулятор.
Такая схемарезервирования позволяет максимально увеличить время наработки на отказ, т.к.до отказа основного, резервный регулятор не задействуется в работу.
Схема резервированияизображена ни рисунке 2 приложения.
/>
5. При параллельном соединении времянаработки на отказ увеличивается примерно в 1,5 раза (по приближенной формулепри n=2
/>):
/>/>
6. Определим интенсивность отказов всегоконтура регулирования с учетом резервирования:
/>
7. Определим время наработки на отказконтура регулирования:
/>
8. Определим вероятность безотказнойработы резервированной системы в течение 1000 часов:
/>
9. Определим увеличение временинаработки на отказ с резервированием по сравнению с нерезервированной системой:
/>
время наработки на отказсистемы увеличилось на 2,73%.
Вывод
В ходе курсовой работыбыло произведено техническое обеспечение автоматической системы регулированиякачества стабильного гидрогенизата. Были выбраны средства контроля ирегулирования и обоснован их выбор. Был произведен расчет надежности контурарегулирования, и предложена схема для резервирования самого ненадежногоэлемента контура.
Литература
1. Мановян А.К.Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие длявузов. 2-е изд. -М.: Химия, 2001.-568с.
2. Кулаков М.В.Технологические измерения и приборы для химическихпроизводств.-М.: Машиностроение,1983.-424с.
3. Мишин В.М.Переработка природного газа и конденсата.-М.: ACADEMIA,1999.-448с.
4. Постоянный технический регламент.Установка гидроочистки. Фракция НК-350ºС (книга 6, 24-Л-13360/6) от13.01.1992г.
5. Методическиепособие к практическим занятиям по курсу «Диагностика и надежность системавтоматизации» для студентов специальностей 220301 «Автоматизациятехнологических процессов и производств» –Астрахань.: АГТУ, 2007.- 22 с.
6. Техническое описание регулятора TROVIS6412.
7. Техническое описание и инструкция поэксплуатации для преобразователей электропневматических ЭП-0000 (МП2.507.245ТО).
8. Техническое описание и инструкция поэксплуатации для позиционеров пневматических ПП-3.
9. Техническое описание и инструкция поэксплуатации для МИМ 250.
Приложение
/>
Рисунок 1.
Структурная схемарегулирование.
1. Поточный анализатор серы внефтепродуктах SPECTRO 600T-LP;
2. Регулятор TROVIS 6412;
3. Элетропневматический преобразовательЭП-0030;
4. Мембранно-исполнительный механизм МИМ250.
/>
Рисунок 2.
Схема резервирования РО.
1. МИМ основного и резервного РО;
2. Электропневматическийпреобразователь.
/>
3,8 – основной ирезервный регуляторы.
9 – индикатор наличиясигнала на линии.
К1 – реле с нормальнозакрытыми контактами.