Автоматизированная система управления установкой отжига труб

 

Исправить эти недостатки можно следующим образом:

  По 1: создание полностью  автоматизированной системы управления, с возможностью перехода в ручной режим.

По 2: используемые, в качестве исполнительных механизмов, электроклапаны (требующие для своего управления электропреобразователи)  заменить на пневматические исполнительные механизмы, что повысит взрывобезопасность и позволит снизить расход электроэнергии, а также обеспечит плавное и более точное регулирование.

  По 3: включить показания  с датчиков загазованности и  систему вентиляции помещения  в программу.

  По 4: заменить морально  устаревшее и изношенное оборудование  на современное.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка АСУ УСТАНОВКИ ОТЖИГА ТРУБ

 

2.1 Специфика  технологического процесса

 

Печь отжига предназначена  для проведения операции нагрева  пакета насосно-компрессорных или  нефтепроводных труб в термической  камере с принудительной циркуляцией горячего воздуха для удаления с поверхности органических загрязнений методом испарения и окислительной деструкции.

Печь представляет собой  термическую технологическую установку  периодического действия с конвективным теплообменом. Топливом для печи служит нефтяной попутный газ Самотлорского месторождения. Газ сжигается в камере сгорания посредством газовой горелки блочного типа. Регулирование подачи воздуха к горелке осуществляется заслонкой до тех пор, пока в камере сгорания не будет наблюдаться минимальное разряжение.

Дымовые газы из топки  двумя параллельными потоками по боковым воздуховодам с двух сторон установки вентиляторами рециркуляции отводятся в камеру отжига. Для  равномерности прогрева труб вход дымовых  газов осуществляется через боковые окна – по 5 окон с каждой стороны, распределённые по длине камеры отжига с определёнными интервалами. Дымовые газы, отдавшие своё тепло, удаляются через верхние окна вновь в камеру сгорания.

Часть дымовых газов  через инсинератор (дожигатель продуктов  возгонки остатков нефти и парафинов) непрерывно выбрасываются в атмосферу. Горелка инсинератора также работает на газообразном топливе, но без дополнительного подвода воздуха. Тем самым обеспечивается более глубокая утилизация тепла топлива.

Вся внутренняя поверхность печи, воздухоотводов, камеры сгорания, дверей футерована огнеупорным теплоизолирующим материалом в виде блоков из муллито – кремнеземистого фетра.

Подача труб в камеру отжига и извлечение из печи производится на грузовой тележке, выполненной в виде платформы с 8-ю роликами, по рельсовому пути посредством троса грузовой лебёдкой. Укладка труб на тележку производится рядами через металлические прокладки грузоподъёмным краном.

Состав оборудования:

1. Основная печь отжига – вся внутренняя поверхность печи футерована огнеупорным теплоизоляционным материалом МКРФ по ГОСТ 23619-79 толщиной 100 мм. Внутренняя теплоизоляция должна обеспечивать сохранению температуры корпуса печи не более 60^оС. Рабочая температура в печи 350 – 400^оС.
2. Инсинератор – предназначен для дожигания продуктов возгонки остатков нефти и парафина. Так же, как и основная печь имеет внутреннюю футеровку. Рабочая температура в инсинераторе 700^оС.
3. Основная газовая горелка блочного типа модели 400 OVENPAK EB-6 фирмы MAXON с максимальным потреблением газа до 270 м³/час и рабочим потреблением до 246 м³/час. Максимальная мощность горелки 4,8 МВт. Давление газа перед горелкой 150-360 кгс/м².
4. Газовая горелка инсинератора типа LV-4D фирмы MAXON с максимальным потреблением газа до 340 м³/час и рабочим потреблением до 181 м³/час. Горелка работает без дополнительного подвода воздуха. Давление газа перед горелкой 300-710 кгс/м².
5. Вентиляторы. Циркуляция теплоносителя осуществляется двумя вентиляторами общей производительностью 1200м³/мин. Удаление части газов из печи осуществляется вентилятором производительностью 300м³/мин.
6. Грузовая тележка. Укладка труб в тележку осуществляется через металлические прокладки для обеспечения свободной циркуляции теплоносителя между трубами. Грузоподъёмность тележки до 50 тонн. Тележка после подачи в печь плотно закрывается боковыми створками при помощи пневмоприводов и основной дверью корпуса печи во избежание выбросов горячего теплоносителя в окружающее пространство. Загрузка и выгрузка труб НКТ в грузовую тележку осуществляется портальным краном.

 

2.2 Цель и  назначение системы управления

 

Целью разработки системы  управления является создание автоматизированной системы, которая обеспечит измерение  всех необходимых параметров, характеризующих  процесс отжига труб, а также поддержание  важнейших показателей системы на заданном уровне. Замену морально и физически устаревшего оборудования, повышение уровня точности, надежности работы и живучести технологического оборудования, снижение затрат на ремонт.

Параметры, замеряемые и  регулируемые АСУ:

• давление газ в основной подающей трубе.
• давление газа перед инсинератором.
• давление газа перед основной горелкой.
• наличие пламени в инсинераторе.
• наличие пламени в камере сгорания.
• температура в камере сгорания.
• температура в инсинераторе.
• температура в камере отжига.
• температура выхлопных газов.
• загазованность цеха.

Объем и средства автоматизации  и контроля должны обеспечивать работы всех систем из операторского пункта.

 

 

2.3 Разработка  структуры системы управления

 

Современная микропроцессорная  система управления УОТ должна иметь трехуровневую структуру, содержащую нижний, средний и верхний уровни.

К нижнему уровню системы  относятся исполнительные механизмы, датчики и др. Этот уровень предназначен для преобразования физических величин  в стандартные выходные сигналы, а также непосредственное воздействие на ход технологического процесса.

К среднему уровню относятся  вторичные приборы, программно-аппаратные модули управления узлов и агрегатов УОТ на базе программируемых логических контроллеров. В задачи этого уровня входят:

- преобразование стандартных  аналоговых сигналов, поступающих  с датчиков, в эквивалентные цифровые величины;

- сигнализация критических значений  параметров технологического процесса;

-  автоматизированное  управление отдельными узлами  технологического процесса или всего процесса в целом;

• сбор и хранение информации.

Верхний уровень –  уровень взаимодействия оператора  с управляющими устройствами (MMI – Man Machine Interface) .

 Этот уровень предполагает:

• прием информации о состоянии объекта;
• мониторинг технологического процесса и получение трендов измеряемых технологических параметров;
• управление технологическим процессом;

архивацию событий технологического процесса, действий оператора.

 

 

2.3.1 Разработка  нижнего уровня системы управления

 

На качество работы системы очень сильно влияет качество контрольно – измерительных  приборов используемых в системе. В связи с тем, что эти устройства находятся в экстремальных температурных, технических условиях и непосредственно управляют технологическим процессом, то на их техническое состояние возлагается большая ответственность.   

Для измерения параметров используются датчики:

Давления:

Метран-22-АС

Датчики давления серии  Метран-22-АС предназначены для непрерывного преобразования значения измеряемого  параметра (абсолютного, избыточного давления, разрежения, давления-разрежения, разности давлений) в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического управления, контроля и регулирования технологических процессов. 
Межповерочный интервал - 3 года. 
Гарантийный срок эксплуатации - 3 года со дня ввода в эксплуатацию. 
Средний срок службы - 15 лет. 
Средняя наработка на отказ - 270 000 ч.

Измеряемые среды - газ, жидкость, пар 

Температура окружающей среды -40...70°С

Выходной сигнал: 0-5, 4-20, 0-20, 5-0, 20-4, 20-0 мА

Группа размещения - 3 (технологические полуобслуживаемые (периодически обслуживаемые) помещения зоны строгого режима) в соответствии с ОТТ 08042462

Группа назначения - 1, 2, 3 в соответствии с ОТТ 08042462

Класс безопасности - 2НУ, 3НУ в соответствии с ОПБ 88/97

Категория сейсмостойкости - 1 по НП-031-01

Группа по безотказности - 1 в соответствии с ОТТ 08042462

Группа Б по способу  монтажа (встраиваемые (комплектующие) ЭРЭ и средства, монтируемые на промежуточные конструкции (трубопроводы, щиты, кронштейны и т.п.) в соответствии с ГОСТ 29075)

Климатическое исполнение: УХЛ3.1, У2, Т3

Степень защиты от воздействия  пыли и воды IP65

Температуры:

Термопреобразователь  ТХА

Измеряемые среды:

Газообразные и жидкие, химически неагрессивные и агрессивные  среды.

Диапазон измерения:

ТХА от –40 до +800°С (t ном.=+600°С),

Номинальные статические  характеристики:

ТХА – К (по ГОСТ Р 8.585).

Класс допуска чувствительного  элемента - 2 (по ГОСТ 6616).

Основная погрешность:

для К ±2.5°С, от -40 до 333°С; ±0.0075 t (*), свыше 333°С. 
t (*) - значение измеряемой температуры.

Устойчивость к внешним  воздействиям:

По устойчивости к  механическим воздействиям: вибропрочное группа N3 по ГОСТ 12997. 
По устойчивости к температуре и относительной влажности окружающего воздуха: С4 по ГОСТ 12997 (для обыкновенного и экспортного исполнения),  
Ресурс , часов (при t изм.=t ном.), - не менее 6000 ч.

Фотодатчик ФСП 1.1резисторный.

Сигнализатор загазованности САОГ 65

Задвижка MICRO-RATIO американской фирмы MAXON

Данная задвижка одновременно может регулировать объём проходящего газа и воздуха. Соотношение подобрано так, что обеспечивается оптимальное сгорание газа в камере сгорания и инсинераторе.

Таблица 2.1 зависимости  температуры печи от открытия задвижки:

Открытие заслонки

0%

15% розжиг

45%

45%

45%

60%

48%

68%

75%

75% останов

 

Продолжение таблицы 2.1

Температура печи

20 оС

20 оС

75 оС

100 оС

100 оС

150 оС

200 оС

360 оС

390 оС

390 оС

2.3.2 Разработка среднего  уровня системы управления

2.3.2.1 Выбор и характеристика  контроллера

К нижнему уровню системы управления относятся и программно-аппаратные модули на базе программируемого контроллера SLC 500 фирмы Allen-Bradley.

Контроллеры, отличаются друг от друга количеством точек  ввода/вывода, объемом памяти, предоставлением различных сетевых протоколов, размерами и т.д.

Для системы автоматического  управления УОТ в данном дипломном  проекте был выбран контроллер SLC 500, который имеет модульную конструкцию и находится в операторной.

В состав программируемого контроллера входит: процессор, модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, коммуникационные модули, блок питания.

Семейство SLC 500 – это  развивающееся семейство малых  программируемых контроллеров, построенное на двух аппаратных модификациях: фиксированный контроллер с опцией расширения при помощи 2-x слотного шасси, или модульный контроллер до 960 точек В/В . Средства программирования и большинство модулей В/В совместимы  для обеих модификаций, так что можно реализовать с минимальной стоимостью широкий спектр приложений.