Автоматизация ректифікаційної установки

 
3. Види параметрів, які підлягають контролю та

регулювання ділянки виробництва

 

Для забезпечення роботи брагоректифікаційного апарату необхідно використовувати вузли контролю і регулювання, а саме :

1) регулювання  температури верхньої частини  колони зміною подачі бражки  в колону;

2) регулювання  тиску в нижній частині колони  зміною подачі горючого пару;

3) регулювання  подачі холодної води на конденсатор  в залежності від температури  води із конденсатора;

4) вимірювання  витрат браги на колону;

5) контроль і  сигналізація недопустимих втрат  спирту в барді;

6) вимірювання витрат барди.

1-контур Забезпечує регулювання температури верхньої частини колони

2-контур Забезпечує регулювання тиску в нижній частині колони

3-контур Забезпечує регулювання температури в конденсаторі

4, 5, 6 - контура Забезпечує контроль і регістрацію витрат браги в технологічному процесі 

3.1.  Вибір обслуговування   точок   контролю   та регулювання   первинних відбіркових пристроїв, вторинних

приладів  та засобів автоматизації

 

 

    В даній системі автоматизації брагоректифікаційного апарату є три контури регулювання та три контура контролю і регістрації, які забезпечують ефективну роботу без втручання людей. Для роботи даної системи потрібен оператор, який спостерігатиме за проходженням процесу виготовлення продукції.

 

Для вимірювання температури використовується термопару  ТХАУ Метран-271 (поз.1а),  який встановлюється на  верхній частині колони та на конденсаторі. ТХАУ Метран-271 призначений для вимірювання температури рідких і газообразних хімічно неагресивних середовищах. Діапазон вимірювання – 0 - 600°С. Чутливий елемент первинного перетворювача і вбудований в головку датчика мікропроцесорний перетворювач перетворює вимірювальну температуру в уніфікований вихідний сигнал постійного струму, що дає можливість побудови АСУТП без використання додаткових нормуючих перетворювачів.

Для регулювання температури та тиску використовується МІК-51(поз 1б, 2б, 3б).

Мікропроцесорний  регулятор МІК-51 призначений для  вимірювання, контролю і автоматичного  регулювання вхідного технологічного параметра(температура, тиск, рівня). . Для підключення використовується КБЗ-29Р-01 релейний вихід.  Для вимірювання тиску застосовують Метран – 55 (поз.2а), який встановлюється в нижній частині колони.

 

 

 

    Для вимірювання витрат застосовують Метран-350(поз.4а, 5а, 6а). Мікропроцесорний самопишуючий пристрій KR-100N3 призначений для контролю і регістрації на папері різних технологічних параметрів( температура, тиск, витрати, рівень і т.д.) з високою точністю.

В якості відбіркового пристрою для отримання різниці  тисків використовується звужуюча діафрагма.

В якості виконуючих механізмів (поз. 1е, 2е, 3е,) використовується Belimo SM230A.

 

.

 

3.2 Опис  прийнятої схеми контролю та  регулювання локальних систем

 

1-контур Сигнал з термоперетворювача (поз. 1а), діапазоном 4…20 мА, поступає на регулятор (поз. 1в), який призначений для вимірювання, контролю і автоматичного регулювання вхідного технологічного параметра(температура, тиск, рівня). Регулятор порівнює вхідні дані в дані за датчика, і в разі неспівпадання, подає сигнал на виконуючий пристрій (поз.1е), який в свою чергу здійснює подачу бражки в колону.

  Таким чином,  відбувається регулювання температури верхньої частини колони.

2-контур Сигнал з датчика тиску (поз.  2а), діапазоном 4…20  мА поступає на регулятор (поз.  2в), який забезпечує індикацію вхідних параметрів та в залежності від вхідного сигналу подає сигнал регулювання на виконуючий механізм  (поз.  2е), що забезпечує подачу горючої пари. В даному контурі регулюється тиск в нижній частині колони.

3-контур Сигнал з термоперетворювача (поз. 3а), діапазоном 4…20 мА, поступає на регулятор (поз. 3в), який забезпечує індикацію вхідних параметрів та в залежності від вхідного сигналу подає сигнал регулювання на виконуючий механізм (поз. 3е). Таким чином забезпечується регулювання температури в конденсаторі.

4-контур Сигнал  з вихроакустичних витратомірів (поз. 4а, 4б, 4в), діапазоном 4…20, поступає на мікропроцесорний самопишуючий пристрій (поз 4г.), який призначений для контролю і регістрації на папері різних технологічних параметрів( температура, тиск, витрати, рівень і т.д.) з високою точністю. За допомогою приладу Забезпечується контроль і регістрацію витрат браги в технологічному процесі  

. 

3.3. Вибір  регулятора

 

Знаючи  динамічні характеристики об’єкту виконую вибір регулятора:

Параметри об’єкту:

Коефіцієнт  передачі об’єкту K₀ – 1,5

 

Постійна  часу об’єкту Т₀ – 210сек

Час запізнення τ – 45

Система регулювання має забезпечувати  перехідний процес з 20% пере регулюванням, а параметри якості не мають перевищувати допустимі значення:

Динамічна похибка регулювання y_1доп.- 0,12

Статична  похибка регулювання y_стдоп.- 0,02

Час регулювання  t_рег – 450сек

При цьому  регулююча воздія відповідає максимальній зміні збуреньx₀=0,25.

1. Визначаю максимальне відхилення регулюючої величини:

           y₀ = K₀ • x₀

          y₀ = 1,5 • 0,25 = 0,375

2. Визначаю відношення часу запізнення τ до постійної часу:

 

Визначаю по графіку  залежності оптимальних ізодромних настройок ПІД-регуляторів, від динамічних властивостей стійких об’єктів регулювання.

3. Динамічний коефіцієнт передачі R_д: (див. Гінзбург ст.241)

Для І-регулятору – 0,6

    П-регулятору – 0,4

 ПІ-регулятору  – 0,32

ПІД-регулятору – 0,2

Визначаю максимальне допустиме відхилення регулюючої величини по формулі: y₁ = R_д•y₀

 

 

    Для І-регулятору - y₁ = 0,375•0,6=0,225

    П-регулятору - y₁ = 0,375•0,4=0,15

    ПІ-регулятору - y₁ = 0,375•0,32=0,12

    ПІД-регулятору - y₁ = 0,375•0,2=0,075

У зв’язку з тим, що допустиме значення відхилення – динамічна похибка регулювання y_1доп.- 0,12, то І-регулятор y₁ = 0,225, не може вводитись в експлуатацію на даному об’єкті регулювання.

Для статичного регулятора продовжу перевірку по статичній  похибці. По таблиці 16.4(Гінзбург ст.241) визначаємо y*_ст. – статичну допустиму похибку для П-регулятору:y*_ст. = 0,5

Тоді  визначаємо y_ст = y*_ст. • y₀ = 0,5 • 0,225 = 0,1125

y_ст перевищує y_{ст доп} (0,02), отже П-регулятор не забезпечить задану якість регулювання.

По  часу регулювання перевіряю ПІ-регулятор:

t_рег = 12τ (Гінзбург ст. 245)

t_рег = 12 • 45 = 540сек

ПІ-регулятор  перевищує заданий час регулювання, отже не може бути застосований. Аналогічно перевіряю ПІД-регулятор:

t_рег = 8τ

t_рег = 8 • 45 = 360сек

ПІД-регулятор  забезпечує задані параметри якості. Вибирає ПІД-регулятор, оскільки він  має достатню швидкодію і здатний  виводити параметри на задане знання. Для ПІД-регулятора визначаю оптимальні значення параметрів налагодження.

Ті = 2,4 • τ = 2,4 • 45 = 109сек

Тn = 0,4 • τ = 18сек.

 

3.4. Виконання  імпульсних трас

Схеми з’єднань зовнішніх проводок –  це комбінована схема, на якій вказані  електричні трубні зв’язки між приладами  і засобами автоматизації, встановлені  на технологічному обладнанні, ззовні щитів і на щитах, а також підключення  приладів і проводок до щитів. Схемі  присвоюють назву : „Схема з’єднань зовнішніх проводок”. Схема підключення зовнішніх проводок виконується окремими документами, тільки при наявності одиничних багатосекційних або складових щитів, великого числа з’єднувальних трубок, коробок, групових стояків приладів, коли підключення до них ускладнюють читання схеми з’єднань.

Схеми з’єднань і підключень зовнішніх  проводок виконуються на основі наступних матеріалів:

схем  автоматизації технологічних процесів;

• принципових, електричних, пневматичних схем ;
• експлуатаційної документації на прилади і засоби автоматизації;
• таблиці з’єднань і підключень проводок щитів і пультів;
• креслень, розміщень технологічного, сантехнічного обладнання.

Вміст схем: Схеми в загальному випадку  повинні мати: первинні прилади; щити; пульти; зовнішньо щитові прилади; групові  установки приладів; зовнішні електричні трубні проводки; захисне занулення  систем автоматизації. В необхідних випадках схеми з’єднань можуть вміщати  додаткові таблиці не стандартизованих умовних позначень і таблицю  Первинні прилади:

На   схемах   з’єднань   зверху   поля   креслення,   а   при   великій насиченості схеми  приладами зверху і знизу - зображають дзеркально.

Розміри строк таблиці слідує приймати, виходячи із розміщених у даних графах текстових  написів.

Якщо  повний об’єм зовнішніх проводок для даного щита, пульта, штатива , не вміщається на одному листі, то на даному листі або документі роблять  обрив їх із відповідними проводками показується на

наступному листі або документі із зустрічним вказуванням в місці обриву листа або документа, на якому зображено продовження цього щита, пульта.

При наявності  на щитах, пультах приладів проводки до яких не допускають розриву  на зажимах щита, пульта в прямокутниках, вказують умовно прилад, йог зовнішню проводку.

Тепер необхідно  вирахувати діаметр захисного трубопроводу враховуючи степінь важкості протяжки для обраних кабелів:            

                            

     Де  D-діаметр трубопроводу; d-діаметр кабелю.

 КВВГ4х1 діаметр  кабелю 9,1

D=1,4x9,1=12,74 обираю захисну трубу Тр.ст.12х2,5

АККВГ4х2,5 діаметр  кабелю 10,6

D=1,4х10,6=14,84 обираю  захисну трубу Тр.ст.15х2,5

КВВГ19х1 діаметр  кабелю 15,7

D=1,4х15,7=21,98 обираю  захисну трубу Тр.ст.25х2,5

Позицію на схемі автоматизації до яких безпосередньо підключають

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заходи з техніки безпеки і охорони праці при експлуатації засобів                   автоматизації.

 

Техніка безпеки  при експлуатації ректифікаційний  установок визначається тим, що пари спирта і його добавок, в тому числі і в визначених відношеннях з повітрям створюють пожежо- і вибухонебезпечну суміш.

В таблиці приведені  вогне- та вибухонебезпечні властивості спирта і сумішей і гранично допустимі концентрації (ГДК) їх в повітрі, встановленими санітарними нормами.

Будівництво приміщень  ректифікаційних відділень слід проводити із чітким дотриманням  норм і правил пожежної безпеки для  будівель, які відносяться до категорії  А. По вибухонебезпечності ректифікаційні відділення відносяться до класу  В-1А.

В ректифікаційному відділенні необхідно контролювати і попереджувати створення вибухонебезпечних  концентрацій парів спирта.

Приміщення повинне  мати надійно працюючу приточно – витяжну вентиляцію, забезпечену пристроями для автоматичного пожежогасіння (парою, піною або діоксином вуглерода).

Електропроводка, електродвигуни і пускові пристрої до них допускаються тільки в вибухозахисному  виконанні.

В процесі експлуатації ректифікаційних установок забороняється:

• працювати з підтьоками спирта в сальниках, трубопроводах, фланцевих з’єднаннях і інших елюентах установки;
• використовувати відкритий вогонь, виконувати роботи з нагрітим металічними предметами (паяльниками), з обладнанням і інструментами, які можуть дати іскру;
• зберігати в ректифікаційному відділенні самозгораємі матеріали;
• перевищувати надлишковий тиск в апаратурі вище значення, встановлені в паспорті завода – виробника;
• проводити чистку окремих апаратів ректифікаційних установок під час їх роботи.