Купить работу
АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА БАГАТОМІРНОГО УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ РЕКТИФІКАЦІЇ НАФТИ
Вступ………………………………………………………………………………...7
1 Опис технологічної ділянки первинної переробки нафти
та характеристика устаткування………………………………………………….10
2 Аналіз відомих схем автоматизації. Вибір раціональної…………………….25
2.1 Загальні відомості………………………………………………………25
2.2 Регулювання тиску……………………………………………………...27
2.3 Регулювання температури……………………………………………...29
2.4 Регулювання параметрів на контрольних тарілках…………………..30
2.5 Регулювання процесу відбору бокової фракції………………………31
2.6 Каскадно-зв'язане регулювання………………………………………..31
2.7 Регулювання параметрів складу і якості……………………………...33
2.8 Вибір контрольованих та регульованих параметрів…………………34
3 Вибір та обґрунтування методів вимірювання технологічних змінних.
Опис ФСА………………………………………………………………………….37
4 Вибір засобів вимірювальної техніки й автоматики………………………….40
4.1 Датчики температури…………………………………………………..40
4.2 Датчик рівня …………………………………………………………....41
4.3 Датчики тиску ……………………………………………………….....42
4.4 Витратоміри……………………………………………………………..42
4.5 Регулятор………………………………………………………………..44
4.6 Регістратор………………………………………………………………47
4.7 Виконавчі механізми…………………………………………………...47
5 Розробка математичної моделі атмосферної колони………………………….49
5.1 Основні диференційні рівняння………………………………………..49
5.2 Спрощуючі припущення……………………………………………….53
5.3 Матеріальний баланс колони…………………………………………..54
5.4 Тепловий баланс колони………………………………………………55
5.5 Визначення конструктивних розмірів колони………………………..60
5.6 Розрахунок хімічних та фізичних властивостей
нафти та її дериватів…………………………………………………………….62
5.7 Розрахунок передатних функцій тарілок……………………………...67
5.7.1 Передатні функції по тиску……………………………………67
5.7.2 Передатні функції по потоку рідкої фази:……………………70
5.7.3 Передатні функції по складу рідкої фази…………………….71
5.8 Моделювання об’єкта управління в середовищі Simulink…………...73
6 Конструювання багатомірного ПІ-регулятора………………………………...88
6.1 Експорт матриць стану моделі. Складання програми………………..88
6.2 Перевірка робастності системи………………………………………...97
7 Економічні розрахунки………………………………………………………...104
7.1 Визначення капітальних вкладень на модернізацію АСР…………..104
7.2 Визначення річних експлуатаційних витрат………………………...107
7.2.1 Річні витрати на заробітну плату оперативному персоналу…....107
7.2.2 Розрахунок річних амортизаційних нарахувань………………...108
7.2.3 Розрахунок витрат на поточний ремонт…………………………108
7.2.4 Розрахунок витрат електроенергії на живлення обладнання.....109
7.2.5 Розрахунок інших річних загальновиробничих витрат……….110
7.3 Річна економія експлуатаційних витрат……………………………..110
7.4 Приріст річного прибутку (dП)……………………………………….114
7.5 Термін окупності (Ток)………………………………………………..114
8 Охорона праці…………………………………………………………………..116
8.1 Аналіз можливих небезпечних та шкідливих факторів, що
виникають при роботі атмосферної ректифікаційної колони…………..116
8.1.1 Ураження електричним струмом…………………………………116
8.1.2 Підвищений рівень шуму…………………………………………117
8.1.3 Пожежна небезпека……………………………………………….117
8.2 Оцінка пожежної безпеки виробничого приміщення……………….117
8.2.1 Визначення класу виробничого приміщення
за вибухо- та пожежонебезпечністю…………………………………...117
8.2.2 Розрахунок часу евакуації людей………………………………...119
8.2.3 Розрахунок молнієзахисту………………………………………..121
8.3 Розрахунок шкідливих виробничих факторів……………………….123
8.3.1 Розрахунок занулення…………………………………………….123
8.3.2 Розрахунок інтенсивності шуму…………………………………125
8.4 Основи пожежної безпеки…………………………………………….126
8.5 Міри захисту від шкідливих факторів……………………………….126
8.5.1 Міри захисту від ураження електричним струмом…………….126
8.5.2 Міри боротьби з шумом………………………………………….127
Висновки…………………………………………………………………………128
Література………………………………………………………………………..129
ДОДАТОК 1. Заказна специфікація засобів вимірювання та автоматизації
ДОДАТОК 2. Специфікація на монтажні вироби і матеріали
ДОДАТОК 3. Таблиця підключень кабелів і проводів засобів КВПіА
ЛІТЕРАТУРА
- Багиров И.Т. Современные установки первичной переработки нефти. – М.: «Химия», 1974.– 240 стр., 43 табл., 81 рис.
- Андреев Е.Б., Ключников А.И., Кротов А.В. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа: Учебное пособие для вузов. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008. – 399 с.: ил.
- Савченков А.Л. Технологический расчет атмосферной колонны установок перегонки нефти. – Т.: ТГНУ. – 36 с.
- Глинчак С.И., Егоров Ю.А., Шиб Л.М., Борисов В.А. и др. Способ автоматического регулирования процесса ректификации нефти в сложной колонне. М.: ПО «Горькнефтеоргсинтез», 1997. – 200 с.
- Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч. 1. – М.: «Химия», 1972. – 360 с.
- Каталоги продукции фирм МЕТРАН, SAMSON, ADVANTECH, EMERSON, ОВЕН, SMC, SAMSUNG.
- Калиткин Н.Н. Численные методы. – СПт.: «Наука», 2001. – 508 стр.:ил.
- Борисов Г.С. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Химия», 1991. – 496 с.
- Скобло А.И. и др. Процессы и аппарты нефтегазопереработки и нефтехимии. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 677 с.
- Методические указания по расчету надежности систем управления теплоэнергетическими процессами/сост. Ястребенецкий М.А., Призанд М.Б. – О.:ОПИ, 1982.
- Конспект лекций по дисциплине «Основы проектирвания систем автоматизации»/сост. доц. Беглов К.В. –О.:ОНПУ, 2010.
- Чермак В.Ф. Динамика регулируемых систем в теплоэнергетике и химии. М.: «Химия», 1985. – 653 с.
- Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 344 с.: ил.
- Симановский А.Ю. Типы регуляторов. Методика настройки регуляторов. – Ив.-Фр.: Микрол, 2004. – 63 с.
- Новиков А.А. Введение в информатику процессов первичной переработки нефти: учебное пособие. – Томск: ТПУ, 2008. – 232 с.
- Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — 10-е изд., стер. — М.: ООО ТИД «Альянс», 2008
- Бельков В.П., Кафаров В.В. Математические модели химико-технологических процессов. Массообменные процессы. – М.:МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1982
- Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. – М.:Химия, 1981 – 352 с., ил.
- Умергалин Т.Г., Галиаскаров Ф.М. Методы расчетов основного оборудования нефтепереработки и нефтехимии:учеб.пособие. – Уфа:Изд-во «Нефтегазовое дело», 2007. – 236 с.
- Charles D. Holland. Multicomponent distillation. – New Jerseu:Prentige-hall,inc.,1963. – 228 p.
- Черных И.В. Simulink: Инструмент моделирования динамических систем. – М.:MathWorks,2011. – 420 c.
- Бундюк А.М. Комп’ютерні системи аналізу ефективності в енергетиці. Навчальний посібник. – Одеса:ОНПУ,2010. – 124 с.
- Автоматизированная система управления предприятием. Создание системы. Нормативы трудоемкости. - Отраслевой стандарт ОСТ 4.071.030.
- Стопакевич А.А. Сложные системы: анализ, синтез, управление. – Одесса:КРЕД, 2008. – 277 стр.
- Автоматизоване проектування математичного забезпечення АСУТП технологічною дільницею. Методичні вказівки до курсового проекту за курсом «Основи САПР»/ О.А.Стопакевич. – Одеса: ОНПУ, 2007.- 44с.
- Егупов Н. Д., Пупков К. А. Методы классической и современной теории автоматического управления. Синтез регуляторов систем автоматического управления. В 5 тт. — 2. — МГТУ им. Баумана, 2004. — Т. 3. — 616 с.
№: 4809
Тип: Дипломная работа
Количество страниц: 129
Предмет: Автоматизация технологических процессов
Размер шрифта: 14
Язык: Украинский язык
Интервал: 1
Кафедра: Кафедра автоматизації теплоенергетичних процесів
Количество сносок: 4
Уникальность работы: 77% - АнтиПлагиат RU
Количество источников: 26
ВСТУП
В основі методів переробки нафти й газу та застосування товарних нафтопродуктів у різних галузях промисловості й народного господарства лежать фізико-хімічні процеси. Керування цими процесами вимагає глибокого знання фізичних і фізико-хімічних властивостей газу, нафти, нафтових фракцій.
До первинних методів переробки нафти відносять процеси поділу нафти на фракції, коли використовуються її потенційні можливості по асортименту, кількості і якості одержуваних продуктів і напівпродуктів.
Технологія первинної переробки нафти має цілий ряд принципових особливостей, обумовлених природою сировини і вимогами до отриманих продуктів.
На даному етапі нафтопереробки трубчасті установки входять до складу всіх нафтопереробних заводів і служать постачальниками як товарних нафтопродуктів, так і сировини для вторинних процесів. Нафта підготовляється до переробки, піддаючись очищенню від небажаних домішок, і розганяється на вузькі фракції, придатні до подальшого використання на установках вторинної переробки.
Одним з найбільш відповідальних і складних технологічних об'єктів на установках первинної переробки нафти є атмосферна колона К-2, з якої відбираються бензин, керосин, дизельне паливо, мазут. Кожний продукт (фракція) відбирається з визначеної тарілки у відповідності зі своєю температурою кипіння при певному тиску в колоні. Підтримка постійного складу цільового продукту і є метою керування.[4]
Ректифікація – технологічний процес, що найбільше часто зустрічається в хімічній промисловості. Вивчення динаміки ректифікаційних установок лежить в основі теорії автоматичного регулювання й дуже важливо з економічної точки зору.
Порушення матеріального балансу при відборі фракції або теплового режиму в колоні може привести до небажаних змін фракційного складу продуктів – зміні температур початку або кінця кипіння фракції, що не відповідають вимогам до готової продукції.
Виробництво нафтопродуктів характеризується різноманіттям зв'язків між окремими процесами й необхідністю їх чіткої послідовності. Безперервне й потокове виробництво, а також високі швидкості протікання окремих операцій викликають необхідність у скороченні часу переходу від однієї операції до іншої, підвищують вимоги до швидкодії, точності й об'єктивності керування, яке стало практично нездійсненним для людини.
Основним розв'язком завдання підвищення ефективності нафтопереробного виробництва є створення АСУ ТП на базі сучасних засобів автоматизації та обчислювальної техніки. Керування технологічними процесами з використанням автоматичних пристроїв містить у собі вирішення наступних основних завдань: контроль параметрів процесів (температури й тиску в апаратах, складу і якості рідин і газів і т.д.); регулювання параметрів (підтримка їх у заданих значеннях); сигналізація про відхилення значень параметрів за межі, що допускаються; блокування неправильного включення устаткування; захист обладнання в аварійних ситуаціях (вимикання, переведення на безпечний режим).
Із здійсненням автоматизації технологічного процесу зменшується чисельність робітників, безпосередньо зайнятих у виробництві, збільшується продуктивність установки. Впровадження автоматичних пристроїв забезпечує висока якість продукції, скорочення браку й відходів, зменшення витрат сировини й енергії.
В автоматизованому виробництві роль людини зводиться до складання режимів і програм протікання технологічних процесів, а також до контролю над роботою приладів.
Метод математичного моделювання, використаний в проекті для конструювання оптимального регулятора, потребує достовірних математичних моделей окремих процесів і явищ. Тому в останній час приділяється велика увага розробці більш точних математичних моделей масообмінного обладнання на основі фундаментальних досліджень з термодинаміки, гідродинаміки та теорії масо передачі.
Для моделювання процесів розділення необхідно мати математичний опис, здатний не тільки якісно, але й кількісно описувати такі явища, як рівноважні залежності, гідродинаміка потоків та перенос тепла і маси між фазами.
В сучасній літературі для опису рівноваги фаз пропонується велика кількість моделей. Але в загальному випадку помітна тенденція до повного відходу від емпіричних методів до використання методів, в основі яких лежать закономірності, що витікають з теорії розчинів та газів.[17]
Точний термодинамічний розрахунок ректифікації нафтових сумішей являє собою доволі складну обчислювальну задачу через складність технологічних схем розділення, що використовуються в промисловості, велику кількість тарілок в апаратах, застосування перегрітої водяної пари, через необхідність дискретизації нафтових сумішей на велику кількість умовних компонентів та внаслідок нелінійного характеру залежності констант фазової рівноваги компонентів і ентальпій потоків від температури, тиску та складу парової та рідкої фаз, особливо для неідеальних сумішей. Таким чином, основна складність розрахунку ректифікації нафтових сумішей полягає у високій розмірності загальної системи нелінійних рівнянь.[18] У зв’язку з цим для розробки надійного алгоритму розрахунку доцільно понизити розмірність загальної системи рівнянь, та представити безперервну суміш такою, що склададється з обмеженої кількості умовних компонентів, та проводити розрахунок не по теоретичним тарілкам, а по групі тарілок з підводом та відводом потоків.
Запропонована в проекті модель ректифікаційної колони основана на розрахунках теплового та матеріального балансу апарату, а також на розв’язанні системи диференційних рівнянь, що описують динаміку тарілки.
Всі використані в проекті рівняння мають наукове обґрунтування. Для досягнення найбільшої подібності моделі реальному об’єкту у розрахунках використані закони молекулярної фізики, закон Рауля для рідини, закон Дальтона для пари та ін.
У всіх роботах, присвячених динаміці тарільчатих ректифікаційних колон, приймаються деякі спрощуючі припущення, що неминучо приводить до помилок у розрахунках. Однією із задач даного проекту було звести до мінімума кількість таких припущень.