КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Технические средства автоматизации»

на тему:

«Техническое обеспечение автоматической системы регулирования качества стабильного гидрогенизата»

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

Морозова Алексея Сергеевича

Тема проекта (работы): техническое обеспечение автоматической системы регулирования качества стабильного гидрогенизата.

Срок сдачи студентом законченного проекта:

Исходные данные к проекту: материал эксплуатационной практики КИПиА на установке У-1.732.

Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): 1. Описание технологического процесса; 2. Описание технологический схемы; 3. Обоснование установки контура регулирования на объекте; 4. Выбор средств контроля и регулирования; 5. Расчет надежности контура регулирования; 6. Выбор способа резервирования.

Перечень графического материала: структурная схема регулирования, схема резервирования.

Дата выдачи задания:

Оглавление

Введение

Описание технологического процесса

Описание технологической схемы

Обоснование установки контура регулирования на объекте

Выбор средств контроля и регулирования

Расчет надежности контура регулирования

Выбор способа резервирования

Вывод

Список литературы

Приложение

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка одноконтурной системы автоматического регулирования для колонны стабилизации установки гидроочистки фракции НК-350єС У-1.732. Задачей САР является поддержание концентрации общей серы в стабильном гидрогенизате на заданном уровне (конечный продукт установки У-1.732).

1. Описание технологического процесса

Установка У-1.732 Астраханского ГПЗ предназначена для гидроочистки фракции НК-350єС.

Гидроочистка – наиболее универсальный, эффективный и экологически предпочтительный процесс очистки нефтепродуктов от вредных примесей, который представляет собой селективный гидрогенолиз гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и металлов.

Селективность этого процесса связана с тем, что энергия связи гетероатома с атомом углерода примерно на 100 кДж/моль ниже, чем энергия углеродводородной связи. При замещении гетероатома водородом выделяется соответствующий газ (сероводород, аммиак или вода), а при гидрировании металлосодержащих соединений замещаемый водородом металл откладывается в порах катализатора.

Катализатором процесса гидроочистки является алюмокобальт-молибденовый (АКМ) или алюмоникельмолибденовый (АНМ).

Процесс проводится при температурах 360-400 єС и при повышенном давлении (4-6 МПа) и большом избытке водородсодержащего газа (300- 700 нмі/мі сырья). Объемная скорость подачи сырья составляет 3,5-5 мі/ч на 1 мі загрузки катализатора (зависит от начального и конечного содержания удаляемых примесей).

В зависимости от строения сернистых соединений, меркаптаны, сульфиды, алициклического строения, дисульфиды, простые тиофены при гидроочистки превращаются в парафиновые или ароматические углеводороды с выделением сероводорода.

Из всех сернистых соединений легче всего гидрируются меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, труднее – тиофены. При одинаковых условиях первые гидрируются на 95%, а вторые – на 40-50%. Скорость гидрирования уменьшается с увеличением мольного веса нефтяных фракций.

Оборудование сформировано в один технологический поток.

2. Описание объекта управления

Объектом управления является ректификационная колонна К201, которая используется для стабилизации гидрогенизата.

Из сепаратора С201 на 14 тарелку стабилизационной колонны К201 с температурой до 170єС и давлением 11 кгс/смІ направляется подается нестабильный гидрогенизат, где из него выделяется бензин, сероводород, вода и углеводородный газ.

Снизу колонны насосом Н221/1,2 забирается часть стабильного гидрогенизата и направляется в печь П202, где нагревается до температуры 240єС и подается вниз колонны для поддержания нужного температурного режима.

Балансовое количество стабильного гидрогенизата отдает свое тепло в теплообменниках Т202/1,2, воздушном холодильнике Х204 и выводится с установки с температурой 50єС.

С верха стабилизационной колонны К201 уходят пары бензина, воды и углеводородный газ с сероводородом. После охлаждения в воздушном конденсаторе-холодильнике ХК201 и в водяных холодильниках Х209/1,2 до температуры 40єС, смесь поступает в сепаратор С205, где происходит отделение углеводородного газа от жидкой фазы.

Углеводородная жидкая часть из сепаратора С205 забирается насосом Н203/1,2 и подается в верхнюю часть колонны стабилизации на орошение.

3. Обоснование установки контура регулирования на объекте

Основным показателем качества конечного продукта (стабильного гидрогенизата) установки гидроочистки У-1.732 является процентное количество серосодержащих соединений, которое не должно превышать 0,09%. В настоящее время содержание серосодержащих соединений в стабильном гидрогенизате определяется путем отбора проб конечного продукта установки, с последующих лабораторным анализом.

Стабилизационный блок установки У-1.732 предназначен для стабилизации гидрогенизата, т.е. удаления из него паров бензина, воды, углеводородного газа и остаточного сероводорода. Однако при нарушении температурного режима низа стабилизационной колонны К201 возможно наличие растворенного сероводорода в конечном продукте, что является недопустимым.

Следовательно, необходима установка системы автоматического регулирования для корректировки температура низа стабилизационной колонны с целью полного удаления сероводорода из конечного продукта установки (стабильного гидрогенизата).

4. Выбор средств 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: 4ч20 мА или цифровой. Концентрация серы: 0,005ч1 %. 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: 4ч20; 0ч20 мА; 2ч10; 0ч10; 0,2ч1; 0ч1В. Выход: 4ч20; 0ч20 мА; 2ч10; 0ч10 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: 0ч5; 0ч20; 4ч20 (мА). Выход: 20ч100 (кПа). Давление воздуха питания: 140±10% (кПа). Расход воздуха: Для питания-<2(л/мин); 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/мі; в аварийных ситуациях в течение 3-4 часов концентрация сероводорода может достигать – до 100 мг/мі).
Мембранно-исполнительный механизм МИМ 250	Ход штока: 25 мм. Резьба штока: М10. Вид действия: обратной. Исполнение: многопружинное. Перестановочное воздействие: 20ч100 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 мі/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: 20ч100 (кПа). Давление питания: 250ч630 (кПа). Обеспечение условного хода штока: 6ч100 (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: 360є. Рабочий угол: ≤90 є. 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: -60ч70 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: 2,5ммІ. 2 основных жилы и жила заземления. Электрическое сопротивление изоляции токопроводящих жил на длине 1 км - ≥80 Мом; при температуре 35єС и относительной влажности до 98% - 50 МОм.	≥15000	Рекомендован для использования с выбранными ТСА. Экранированный. Устойчив к синусоидальной вибрации, механическим ударам, линейному ускорению.

5. Расчет надежности контура регулирования

Исходные данные:

-наработка на отказ анализатора серы;

-наработка на отказ соединяющего электропровода;

- наработка на отказ регулятора;

-наработка на отказ соединяющего электропровода;

-наработка на отказ электропневматического преобразователя;

-наработка на отказ МИМ;

-наработка на отказ запорно-регулирующего клапана.

Решение:

Т.к. все элементы системы работают в периоде нормальной эксплуатации, и имеет место простейший поток отказов, наработки элементов и системы подчиняются экспоненциальному распределению. Для экспоненциального распределения справедливы следующие зависимости:

функция ненадежности.

функция надежности.

функция распределения плотности отказов.

функция интенсивности отказов.

время наработки на отказ.

Определим интенсивности отказов для каждого элемента контура регулирования:

Определим интенсивность отказов всего контура регулирования:

Определим время наработки на отказ контура регулирования:

Определим вероятность безотказной работы нерезервированной сис-темы в течение 1000 часов:

6. Выбор способа резервирования регулятора

Выбираем «холодное» (ненагруженное) резервирование регулятора, т.е. резервный регулятор не используется пока работает основной регулятор. В случае отказа или сбоя основного регулятора происходит переключение на резервный регулятор.

Такая схема резервирования позволяет максимально увеличить время наработки на отказ, т.к. до отказа основного, резервный регулятор не задействуется в работу.

Схема резервирования изображена ни рисунке 2 приложения.

При параллельном соединении время наработки на отказ увеличивается примерно в 1,5 раза (по приближенной формуле при n=2

):

Определим интенсивность отказов всего контура регулирования с учетом резервирования:

Определим время наработки на отказ контура регулирования:

Определим вероятность безотказной работы резервированной системы в течение 1000 часов:

Определим увеличение времени наработки на отказ с резервированием по сравнению с нерезервированной системой:

время наработки на отказ системы увеличилось на 2,73%.

Вывод

В ходе курсовой работы было произведено техническое обеспечение автоматической системы регулирования качества стабильного гидрогенизата. Были выбраны средства контроля и регулирования и обоснован их выбор. Был произведен расчет надежности контура регулирования, и предложена схема для резервирования самого ненадежного элемента контура.

Литература

Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа: Учебное пособие для вузов. 2-е изд. -М.: Химия, 2001.-568с.

Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств.-М.:Машиностроение,1983.-424с.

Мишин В.М. Переработка природного газа и конденсата.-М.: ACADEMIA,1999.-448с.

Постоянный технический регламент. Установка гидроочистки. Фракция НК-350єС (книга 6, 24-Л-13360/6) от 13.01.1992г.

Методические пособие к практическим занятиям по курсу «Диагностика и надежность систем автоматизации» для студентов специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» –Астрахань.: АГТУ, 2007.- 22 с.

Техническое описание регулятора TROVIS 6412.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации для преобразователей электропневматических ЭП-0000 (МП2.507.245 ТО).

Техническое описание и инструкция по эксплуатации для позиционеров пневматических ПП-3.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации для МИМ 250.

Приложение

Рисунок 1.

Структурная схема регулирование.

Поточный анализатор серы в нефтепродуктах SPECTRO 600T-LP;

Регулятор TROVIS 6412;

Элетропневматический преобразователь ЭП-0030;

Мембранно-исполнительный механизм МИМ 250.

Рисунок 2.

Схема резервирования РО.

МИМ основного и резервного РО;

Электропневматический преобразователь.

3,8 – основной и резервный регуляторы.

9 – индикатор наличия сигнала на линии.

К1 – реле с нормально закрытыми контактами.