Проект установки синтеза карбамида с разработкой колонны синтеза

					ДП-СевКавГТУ-240301-ДН-342-06	Лист
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата

 

4 КОНТРОЛЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

4.1 Разработка схемы автоматизации

 

Для стабильной работы производства необходимо автоматизировать процесс. В данной работе рассмотрена схема автоматизации узла синтеза карбамида.

Автоматизация технологического процесса узла синтеза карбамида заключается в поддержании регламентируемых технологических параметров в заданных пределах, а также в централизации управления технологическим процессом.

Централизованное управление  технологическим процессом осуществляется при помощи микропроцессорного комплекса.

На рисунке 4.1 представлена упрощенная схема автоматизации узла синтеза карбамида.

Газообразный диоксид  углерода, полученный в качестве отхода в процессе очистки азотоводородной  смеси, предварительно осушенный и очищенный от механических примесей, от сульфида водорода и сульфидсодержащих соединений, сжимается в четырехступенчатом компрессоре К, давление (2,3 – 2,8 МПа) на выходе которого регистрируется приборами (поз. 2)  , затем подается в смеситель С.

 Для предупреждения коррозии оборудования узла синтеза в CO₂ перед смесителем С подается воздух в количестве, обеспечивающем объёмную долю кислорода в CO₂ 0,75 – 1% (поз. 1).

Жидкий аммиак насосом Н1 подается в сборник жидкого аммиака Е, уровень в котором стабилизируется одноконтурной АСР уровня (поз. 6).

 Из сборника жидкий  аммиак плунжерным насосом Н2  через подогреватель П1 направляется  в смеситель С. В подогревателе  жидкий аммиак подогревается  паром до температуры, обеспечивающей  протекание синтеза автотермично до 423 К, температура на выходе регистрируется АСР температуры (поз. 5).

В смеситель С поступает  одновременно аммиак и СО₂. Смеситель предназначен для тщательного перемешивания обоих компонентов, в результате чего образуется карбамат аммония. Стабилизация расходов диоксида углерода и жидкого аммиака, подаваемых в смеситель, обеспечивается АСР соотношения расходов (поз. 4).

Из смесителя плав поступает в колонну синтеза  КС, в которой при температуре 180°С (поз. 7) и давлении 20 МПа (поз. 3) образуется карбамид.

 

4.2 Выбор технических средств автоматизации

 

На аппаратах и трубопроводах  узла синтеза карбамида необходимо установить ряд приборов для контроля и регулирования параметров (давление, температура, расход, состав) в период эксплуатации оборудования, предпусковой период и в период остановки производства. Характер контроля по этим приборам определяется специальными инструкциями по подготовке к пуску и остановке производства.

Вводимые в эксплуатацию приборы автоматизации процессов  должны отвечать всем требованиям техники безопасности и охраны труда, которые сформулированы в общероссийских и отраслевых стандартах, а также в утвержденных полномочными инстанциями инструкциях, правилах и нормах. В соответствующих инструкциях указаны порядок и правила эксплуатации, а также ответственные за эксплуатацию должностные лица. Основные обязанности по обеспечению безопасной эксплуатации средств автоматизации возлагаются на конкретного инженерно-технического работника.

Схема автоматизации (развернутая) процесса синтеза карбамида приведена на рисунке 4.2.

Газообразный диоксид  углерода сжимается в четырехступенчатом компрессоре К. Для измерения давления после компрессора используется преобразователь избыточного давления Сапфир 22-Ех-М-ДИ (поз. 2-1). Преобразователь измерительный ТУ 25-7439.0022-91. Предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления техническими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование избыточного давления нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Предельная допускаемая основная погрешность: ±0,25-0,5%. Далее сигнал поступает на БПС-90П (поз. 2-2) и на МПК.

Расходы СО₂ и воздуха перед компрессором и расходы аммиака, СО₂ в смеситель регулируются следующим образом: в трубопроводах СО₂ (поз. 1-4), воздуха (поз. 1-1), СО₂ после компрессии (поз. 4-1), аммиака (поз. 4-4) в качестве первичного датчика установлена камерная дисковая диафрагма ДКС ГОСТ 26969-86, которая создает перепад давления в соответствии с РД 50-213-80 «Измерение расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и сосудами». Условное давление: 0,6;1,6;4 МПа. Сигнал с диафрагмы поступает на преобразователь разности давления Сапфир – 22-Ех-М-ДД ТУ 25-7439, 0022-91, (поз 1-2, 1-5, 4-2, 4-5) предназначенный для работы в системах автоматического контроля регулирования и управления технологическими процессами. Он обеспечивает непрерывное преобразование разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый сигнал. Работает со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, работающими от стандартного входного сигнала 0-5 или 4-20 мА постоянного тока. С Сапфира сигнал поступает на блок преобразования сигнала БПС-90П (поз. 1-3, 1-6, 4-3, 4-6) ТУ 25-74-39,0016-90. Он предназначен для работы с взрывоопасными измерительными преобразователями Сапфир 22-Ех-М и датчиками НГ-100. Блок БПС-90П обеспечивает получение линейной зависимости между формируемым выходным унифицированным токовым сигналом и измеряемым параметром. Блоки БПС-90К обеспечивают линеаризацию статической характеристики преобразователей (датчиков) при измерении расхода по методу перепада давления на сужающем устройстве. Далее сигнал поступает на МПК, где происходит индикация, регистрация и контроль показателей в соответствии с регламентом производства. Затем сигнал с МПК идет на преобразователь электропневматический  (поз. 1-7, 4-7) ЭПП-1, так как он предназначен для аналогового преобразования входного электрического сигнала постоянного тока в аналоговый пневматический. Входной электрический сигнал измеряется от 0 до 5 мА, далее сигнал поступает на регулирующий клапан затворный сильфонный пневматический 14нж17ст10, У 261651-040-03 для газообразной среды, до t=900⁰C, из стали 18Н9Т, давление до 10 кгс/см², Dу=32мм (поз. 1-8, 4-8).

Плав после смесителя  С поступает в колонну, для регистрации давления плава используется преобразователь избыточного давления Сапфир 22-Ех-М-ДИ     ТУ 25-7439.0022-91 (поз. 3-1). Далее сигнал поступает на БПС-90П (поз. 3-2) и на МПК.

Температура аммиака перед смесителем и внутри колонны синтеза измеряется при помощи ТХА-410 (поз. 5-1, 7-1) с защитной арматурой из стали Х17Н13М2Т. Он предназначен для измерения температуры газообразных и жидких, химически неагрессивных и агрессивных сред, а также  агрессивных сред, не разрушающих структуру твердых тел. Рабочий диапазон измерений температуры от 0 до 800 ⁰С. Принцип действия ТХА-410 основан на зависимости термо-ЭДС от температуры. Чем больше разность температур, тем больше ЭДС. Далее сигнал поступает на преобразователь нормирующий ПТ-ТП-68 (поз. 5-2, 7-2). Принцип действия его основан на статической автокомпенсации, то есть ЭДС термоэлектрического термометра уравновешивается суммой напряжений измерительного моста и устройства обратной связи. Часть сигнала, оставшаяся неуравновешенной , усиливается усилителем постоянного тока с токовым выходом. В преобразователях типа ПТ-ТП-68 установка задания в виде токового сигнала и сигнала компенсации (переменная величина) подаются на дифференциальный усилитель, к выходу которого подключено реле. Если сигнал компенсации превышает сигнал задания, то выходное реле срабатывает. Данные нормирующие преобразователи осуществляют преобразование и линеаризацию входных сигналов в унифицированные выходные сигналы.

В случае регистрации (поз. 7-2) температуры выходной ток поступает в нагрузку и устройство глубокой отрицательной связи, в результате чего обеспечивается соответствие выходного тока входному напряжению.

 При контроле и  регулировании температуры сигнал идет на преобразователь электропневматический  ЭПП-1 (поз. 5-3), далее сигнал поступает на регулирующий клапан (затворный сильфонный пневматический 25 нж 48 нж, У 261651-040-03 (поз. 5-4) для жидкой среды из стали 18Н9Т, давление до 10 кгс/см², Dу=32мм). Пропускная способность клапана регламентируется температурой на выходе из подогревателя П1.

Для регулирования уровня аммиака в емкости Е в качестве первичного прибора используется преобразователь типа Сапфир – 22МГ (поз. 6-1). Принцип работы основан на непрерывном пропорциональном преобразовании разности давлений жидкостей и газов в унифицированный токовый сигнал. Этот преобразователь работает в комплекте с блоком преобразования сигналов типа БПС-90П (поз. 6-2). Далее сигнал поступает на МПК и на преобразователь электропневматический типа ЭПП-1 (поз. 6-3). Выходной пневматический сигнал поступает на регулирующий клапан типа 25 нж 48 нж (поз 6-4).

МПК является программно-техническим  комплексом, предназначенным для решения задач контроля и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. Станция распределенного управления процессами реализована на базе компактных многофункциональных микропроцессорных контроллеров (система управления metso DNA) , объединенных в локальную управляющую сеть Ethernet, и осуществляет непрерывное управление процессом, обработку входных/выходных сигналов и программно-логическое управление.

 Система управления metso DNA включает в себя различные контроллеры, устройства интерфейса и другое оборудование, позволяющие легко подобрать оптимальную конфигурацию системы для любого типа процесса в диапазоне от непрерывных процессов до периодических или дискретных процессов.

Базовая система управления metso DNA базируется на следующих основных принципах разработки:

- распределение функции  управления по элементам системы  при интегрировании и централизованной обработке данных;

- использование и объединение  достижений передовых технологий;

- гибкость структуры  системы управления;

- ориентация структуры  системы управления на инженеров-технологов, не владеющих навыками программирования;

- высокая надежность  и безопасность системы, проста  в обслуживании.

Система управления metso DNA собирает информацию о состоянии технологического процесса и контроллеров с различных удаленных устройств, что позволяет оператору управлять процессом с одного центрального пульта.

Пульт оператора процесса позволяет  создавать различные дисплейные фрагменты по желанию технолога, а также выполнять такие функции, как формирование рапортов, трендов истории, управление циклическими процессами, самодиагностики.

Оперативный персонал может вызвать  тренды, которые могут использоваться для управления и для просмотра данных прошлого и текущего технологического режима.

Информация, направляемая по адресу, присвоенному параметром процесса и заспецифицированная для тренда истории, может периодически вызываться на экран, а также записываться в долговременную память. Информация трендов может быть представлена как в виде физических величин, так и процентах. Информация постоянно записывается во внешний массив памяти и может быть вызвана на экран в любой момент. Данная информация служит для анализа процесса, определения причин производственных неполадок или неправильных действий обслуживающего персонала.

Пульт оператора процесса состоит из следующих устройств:

      1.1     Pentium 4 – 1500 МГц;

      1.2     ОЗУ – 256 Мбайт;

      1.3     жесткий диск HDD – 32 Гбайт;

      1.4     видео карта  Hub 16 10 Base – T Complex Micro;

      1.5     монитор 21² EIZO

      1.6     манипулятор «мышь»;

      1.7     РС клавиатура;

      1.8     звуковая карта AWE 64 Value;

      1.9     колонки (комплект);

      1.10   принтер HP Laser Jet 4100;

 При использовании IBM PC/AT в обычном исполнении требуется дополнительно:

      1.11   блок бесперебойного питания;     

 Система metso DNA обладает свойствами локализации эффекта от неполадки. Даже при выходе из строя многофункционального регулятора, эффект его выхода ограничен. Определенное количество источников питания, имеющих высокую надежность, соединяются параллельно. При выходе из строя одного из этих устройств по каким-нибудь причинам, устройство автоматически отключается от линии подачи питания и питание потребителю подается от оставшегося источника питания.

Для обеспечения живучести центральной операторской системы создаются полностью зарезервированные системы, которые имеют в своем составе устройство управления магистралью данных. Другой особенностью, обеспечивающей безопасность центральной системы управления, является функция ручного высокоскоростного управления. Используя эту возможность, даже тогда, когда один из контроллеров вышел из строя, оператор способен поддержать процесс в безопасном состоянии путем ручного изменения аналоговых и цифровых выходов после анализа входных и выходных сигналов, которые он имеет на дисплейных фрагментах групп параметров и индивидуальных фрагментах. Функция высокоскоростного управления позволяет выполнять управление, используя дисплей, оснащенный необходимым вспомогательным оборудованием.