Проект автоматизации вакуумосоздающей системы установки ЭЛОУ – ВДУ

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Автоматизация производственных процессов» 
 

                              Допускаю к защите

Руководитель____________________________

                                                                                          П.Р.Ершов 
 
 
 
 

Проект  автоматизации вакуумосоздающей системы  установки ЭЛОУ – ВДУ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому  проекту по дисциплине 

«Автоматизация  технологических процессов и  производств»

1.002.00.00.ПЗ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент  группы АТП-08-1      _____________       А.С.Воронин

                                                                                           подпись 

Нормоконтроль     _____________      П.Р.Ершов

                                                                            подпись  

Курсовой проект защищен с оценкой ________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Иркутск 2012 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Технологическая часть……………………………………………………….5
1. Описание технологии производства………………………………….5
2. Структурная схема производства……………………………………..8
3. Таблица параметров……………………………………………………9
4. Интерфейс оператора………………………………………………....10
2. Анализ процесса как объекта автоматизации……………………………..25
1. Система балансов………………………………………..……………25
2. Информационная схема объекта управления……………………….27
3. Синтез АСУТП………………………………………………………..27
3. Выбор КТС…………………………………………………………………..28
4. ФСА……………………………………………...…………………………..48
5. Заказная спецификация…………………………………………………….49

Список использованной литературы…………………………………………..58 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

Установка первичной  переработки нефти ЭЛОУ-АВТ - обычно одна из нескольких таких установок, предназначенных для переработки  малосернистых смесевых нефтей, которые  поступают на предприятие.

   Сырая нефть из резервуаров парка узла приема нефтей поступает на прием насосов технологической насосной, которые по жесткой схеме качают нефть через узел учета на прием сырьевых насосов всех установок ЭЛОУ-АВТ.

   В тренажере  моделируются процессы и оборудование  одной установки ЭЛОУ-АВТ.

   Установка  ЭЛОУ-АВТ состоит из трех основных  технологических секций:

· электрообессоливание сырой нефти;

· атмосферная  перегонка нефти по двухколонной схеме;

· вакуумная  перегонка мазута.

   Установка  первичной переработки нефти  состоит из двух частей:

модель  ЭЛОУ-АТ, в которой реализована работа двух технологических секций установки – электрообессоливания сырой нефти и атмосферной

перегонки нефти;

модель  ВДУ, в которой реализована работа секции вакуумной перегонки мазута.

   В настоящем  проекте описывается модель ВДУ,  в которой

моделируются  процессы в аппаратах, оборудование и приборы КИП секции

вакуумной перегонки  мазута. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Технологическая часть
1. Описание технологии производства

   Мазут поступает в сырьевую емкость секции вакуумной перегонки с атмосферной секции установки.

   На блоке вакуумной перегонки мазута вырабатываются следующие продукты:

· вакуумная  дизельная фракция (ВДТ);

· I, II, III вакуумные  погоны – маловязкая, средневязкая и

высоковязкая фракции;

· затемненная  фракция;

· гудрон.

Процесс переработки  мазута на вакуумной секции заключается  в следующем.

   Из буферной сырьевой емкости насосами мазут подается через теплообменники предварительного подогрева, где нагревается продуктами вакуумной колонны, в печь П-3 для частичного испарения и далее поступает в ректификационную колонну вакуумной секции, которая имеет три зоны: отпарки, однократного испарения и фракционирования.

   Сырье из печи подается в зону однократного испарения, где разделяются пары и жидкость.

   Выше зоны испарения в зоне фракционирования по высоте колонны расположены 8 уровней насадки, под 1,2,,4,6 и 8 слоями которой расположены отборные тарелки.

   С них из колонны выводятся продукты – вакуумное дизельное топливо (ВДТ), I, II, III вакуумные погоны и затемненная фракция. Для утилизации тепла и обеспечения требуемого качества продуктов в вакуумную колонну подаются три циркуляционных орошения на верхний, четвертый и шестой слой насадки, а также четыре внутренних горячих орошения на второй, третий, пятый и седьмой слой насадки.

   Вакуумные погоны поступают сначала для отпарки паром в стриппинги, из которых насосами откачиваются с установки.

   Ниже зоны испарения в зоне отпарки колонны с помощью пара низкого давления отпариваются легкие компоненты, а из куба колонны насосами откачивается гудрон.

   Колонна работает под вакуумом, который обеспечивает трехступенчатая паровая эжекторная система. Паровые эжекторы осуществляет отсос паров с верха колонны, которые затем конденсируются в водяных холодильниках-конденсаторах, и далее газожидкостная смесь поступает в емкость-разделитель.

  Вакуумная секция установки первичной переработки нефти состоит из трех блоков: блока подготовки сырья, блока ректификации и вакуумсоздающей системы.

   Блок подготовки сырья включает: уравнительную сырьевую емкость Е-201, насосы сырья Н-201 / А, В; систему последовательно расположенных теплообменников Т-201¸Т-206 для предварительного подогрева мазута гудроном и средним и нижним циркуляционными орошениями колонны К-5; четырехпоточную печь нагрева мазута П-3 со смешанным отоплением.

   Блок ректификации включает: вакуумную колонну К-5 и стриппинги К-6/1,2,3, насосы Н-202,203,205,207,209 подачи циркуляционных и внутренних орошений в К-5, насосы откачки продуктов из стриппингов Н-204,206,208 и насосы Н-210/А,В откачки гудрона из колонны; холодильники продуктов (воздушный ХВ-201/1-3, водяные Х-301¸305) и насосы подачи охлаждающей воды Н-301А/В..

   Вакуумсоздающая система включает: три ступени сдвоенных паровых эжекторов ПЭ-201А/В, ПЭ-202А/В, ПЭ-203А/В с холодильниками-конденсаторами парогазовой смеси ХК-207,208,209, емкость вакуумной системы E-202 с насосами Н-211, Н-212 для откачки нефтепродукта и кислой воды из Е-202.

Трехступенчатая эжекторная система предназначена  для создания вакуума в

колонне К-5. Каждая ступень состоит из двух параллельных эжекторов.

Водяной пар  подается к эжекторам через один из фильтров Ф-201/А,В. Датчик поз.FIR-399 контролирует общий расход пара в эжекторы.

Сначала пары с  верха К-5 отсасываются в паровые эжекторы первой ступени

ПЭ-201А/В и поступают в конденсаторы первой ступени ХК-207А/В, охлаждаемые оборотной водой. Пары из конденсаторов ХК-207А/В извлекаются пароэжекторами второй ступени ПЭ-202А/В, а затем конденсируются в холодильниках-конденсаторах

второй ступени  ХК-208А/В. Пары из ХК-208А/В отсасываются пароэжекторами третьей ступени ПЭ-203А/В и конденсируются в конденсаторах третьей ступени ХК-209А/В. Конденсаторы ХК-208,209 также охлаждаются оборотной водой.

Для обеспечения  необходимого вакуума в колонне  К-5 используется регулятор перепада давления поз.РDС-260, клапан которого расположен в линии подачи пара в эжекторы 1-ой ступени. Регулятор поддерживает заданный перепад между давлением газов из эжекторов 2-ой ступени и давлением водяного пара в эжекторы 1-ой ступени, причем уставка на перепад корректируется в каскаде от регулятора поз.РIRС-250,

который поддерживает постоянное давление в зоне испарения вакуумной колонны К-5. Для тонкой настройки системы регулирования разрежения часть паров из конденсатора третьей ступени XK-209 можно рециркулировать на всас второй ступени эжекторов через задвижку поз.НС-262. Неконденсируемые пары из конденсатора третьей ступени XK-209 поступают в емкость разделения вакуумной системы Е-202. Давление в емкости контролирует датчик поз.PIR-261, температуру – датчик поз.TIR-186. Сконденсированная жидкость из четырех конденсаторов самотеком поступает также в емкость Е-202. Датчик поз.AI-001 контролирует содержание кислорода в сдувочных газах в Е-202. В нормальном режиме оно должно быть около 2.5 % об. Рост содержания кислорода в газах свидетельствует о наличии подсоса воздуха в систему.

При нормальных рабочих условиях отходящие газы из емкости разделения Е-202 направляются на сжигание в печь П-3, если печь отключается, то следует перевести вывод сдувочного газа на факел. В случае аварийного повышения давления газов в

Е-202 или превышения допустимого уровня нефтепродукта  в разделителе Е-202, автоматически закрывается отсекатель на линии газов на сжигание в П-3 и открывается отсекатель на линии сброса отходящих газов в факельную емкость.

Жидкость, поступившая  в емкость-разделитель Е-202 из всех конденсаторов,

разделяется на водную и углеводородную фазы.

Кислая вода откачивается из емкости Е-202 насосом  Н-212А(резервный Н-212В).

Отвод воды регулируется по уровню раздела фаз в емкости  прибором поз.LIRС-452, клапан которого расположен на линии отвода воды в систему отпарки кислых стоков.

Расход кислой воды из емкости контролирует датчик поз.FIR-367.

Heфтепродукт из Е-202 откачивается насосом Н-211A (резервный насос Н-211B) в линию некондиции с установки через клапан регулятора поз.LIRС-450, который поддерживает заданный уровень продукта в емкости. Расход нефтепродукта из Е-202 контролирует датчик поз.FIR-366.

2. Структурная схема вакуумосоздающей системы установки ЭЛОУ – ВДУ

3. Таблица параметров

4. ИНТЕРФЕЙС ОПЕРАТОРА

1. Что  такое «интерфейс оператора»

Перед нами –вакуумная секция установки первичной

переработки нефти. Тренажер состоит из модели ВДУ, интерфейса оператора и интерфейса инструктора. Модель – это компьютерная программа, которая имитирует работу блоков вакуумной секции в реальном (а также, если необходимо, ускоренном или замедленном) масштабе времени. Каждую секунду программа решает систему уравнений, в которой учитываются как основные физические и химические явления,

связанные с  процессом перегонки мазута, так и технические параметры установки: схема обвязки, размеры и теплотехнические свойства аппаратов и многое другое. Учитываются в ней и все Ваши действия по управлению технологическим процессом: изменение уставок регуляторов, открытие и закрытие задвижек и т.д. В результате решения этой системы уравнений определяются величины, которые выводятся на

экран Вашего компьютера в виде показаний датчиков, сигнализаций, положений регулирующих клапанов и задвижек и прочего, т.е. той информации, которая позволяет Вам судить о состоянии технологического процесса в данный и предшествующие моменты времени.

Обычно на настоящей  установке вся эта информация выводится на щит управления, расположенный в операторной. На некоторых установках щита нет, а операторы следят за процессом и управляют им с помощью компьютера или специальной консоли, работа с которой напоминает работу с компьютером. В нашем тренажере реализован вариант компьютерного управления установкой. Вся информация выводится на экран компьютера в разные окна (кадры), соответствующие различным блокам и системам установки. А управлять Вам придется с помощью мыши и

клавиатуры. Как это делать написано в следующем разделе.

Итак:

Операторский  интерфейс – это компьютерная программа,

позволяющая Вам следить за поведением реализованной на компьютере «установки» и управлять ею. В последующих разделах этого описания интерфейса Вы встретите несколько фрагментов, набранных более мелким шрифтом. При первом чтении их можно пропустить.

2. Как управлять  установкой с помощью мыши  и клавиатуры

Если Вы уже  обладаете навыками работы на персональном компьютере, то можете этот раздел не читать.

Управление при  помощи манипулятора «мышь» предусматривает  выбор того или иного поля на экране путем подведения к нему курсора (маленького белого крестика, двигающейся по экрану по мере того, как Вы перемещаете мышь по столу) и однократного «щелчка» мышью, т.е. быстрого однократного нажатия указательным пальцем ее левой кнопки. Осуществленный таким образом выбор либо вызывает__ переход в какой-то другой кадр (например, переход от схемы блока подготовки сырья

к схеме блока  ректификации), либо открывает специальное  окно для ввода каких-то числовых параметров (например, уставки регулятора). В последнем случае для того, чтобы  ввести параметры, Вам потребуется  клавиатура. Нужно будет набрать  в окне ввода с помощью клавиш с цифрами нужное число и нажать клавишу Enter. В некоторых случаях Вам будет удобно также пользоваться функциональными

клавишами, расположенными в самом верхнем ряду клавиатуры. Это клавиши, названия которых начинаются с буквы «F»: F1, F2, и т.д. до F12. Нажатие на такую клавишу заменяет несколько действий мышью, а, значит, позволяет сэкономить время. Из двенадцати функциональных клавиш в системе управления используются лишь шесть. О том, какие именно и для чего, будет написано далее. 

Рис. 1: Заглавный кадр интерфейса оператора

3. Основное меню

Перед Вами – заглавный кадр операторского интерфейса Модель. (рис. 1). В верхней его части написано название технологического процесса «Типовая установка первичной переработки нефти ЭЛОУ-АВТ. Модель ВДУ», а в нижней расположена строка Основного меню. Она состоит из горизонтального ряда клеток с названиями: «Модель», «Обзор», «Зона» и т. д. Щелчок мышью по любой из этих клеток позволяет перейти в соответствующий кадр. Правда, из некоторых кадров можно

перейти не во все  другие кадры, а лишь в определенные (а в остальные – нельзя). Например, из кадра Модель можно перейти только в кадр Обзор, а больше – никуда. Попробуйте, находясь в кадре Модель, щелкнуть мышью по клетке Зона. Клетка окрасится в серый цвет, но новый кадр не откроется, поскольку из кадра Модель в него перейти нельзя. А теперь щелкните по клетке Обзор. Перед Вами откроется кадр

Обзор – основной кадр интерфейса, в котором в виде таблицы перечислены все остальные кадры, характеризующие основные блоки, системы и элементы установки.

Щелкнув по клетке Модель Основного меню, Вы вернетесь обратно в заглавный кадр Модель.

4. Уровни представления информации

Вся информация, поступающая от модели в интерфейс, систематизируется по

различным признакам, в частности по тому, из каких  блоков и систем установки она  поступает. Каждый кадр соответствует  какому-то блоку установки (например, блоку подготовки сырья или блоку  вакуумной колонны К-5) или его  более мелкому фрагменту (например, печь П-3 или куб К-5). Для того, чтобы не запутаться в этих кадрах, они систематизированы по степени детализации. Крупные участки техноло-гического процесса называются зонами, более мелкие – группами. Названия всех зон и

групп Вы можете увидеть в соответствующих клетках  кадра Обзор. Названия зон сосредоточены в основном в верхней строке этого кадра.

Это:

1) Подготовка сырья,

2) Ректификация,

3) Вакуумсоздающая система,

4) Схема блокировок и

5) Структура интерфейса . Все остальные названия, расположенные в клетках кадра Обзор, – это группы, т.е. более мелкие участки процесса (например, Емкость Е-201, Колонна отпарки К-6 и др.).

Для того, чтобы перейти из обзора в нужную Вам зону, достаточно щелкнуть мышью по клетке с ее названием. Например, щелкните по клетке Подготовка сырья. Перед Вами появится кадр со схематическим изображением основного оборудования, обвязки и КИП этого блока вакуумной секции. Для того, чтобы перейти в другую зону, нужно щелкнуть по клетке Обзор Основного меню, после чего выбрать другую зону (например, Вакуумсоздающая система) так

же, как Вы выбрали  предыдущую. Но в некоторых случаях сделать такой переход можно значительно быстрее. Посмотрите на кадр зоны Вакуумсоздающая система.

Вы заметите на нем несколько серых прямоугольников  с надписями, например, справа « НА ДОЖИГ » и т.д. Это – переходы, т.е. специальные элементы экрана, позволяющие быстро переходить из одного кадра в другой. Если Вы щелкните мышью по переходу

« НА ДОЖИГ », то перед Вами появится кадр группы Печь П-3 (топливо). На этом кадре тоже есть переходы, если Вы щелкните по переходу « МАЗУТ ИЗ Е-201 », то попадете в группу Емкость Е-201. Таким образом, при помощи переходов Вы можете быстро попадать в кадры, соответствующие участкам технологического процесса, обычно смежным или достаточно близким к данному. Для перехода в более отдаленные участки нужно пользоваться кадром Обзор. Можно еще воспользоваться

кадром Структура интерфейса, но об этом позднее.

Выше было указано, как можно быстро перемещаться между  зонами и группами процесса с помощью  переходов. В кадре Обзор названия групп, относящихся к какой-

либо зоне помещены под названием соответствующей  зоны. Например, в первом столбце под названием зоны Подготовка сырья помещены названия трех групп этой зоны: Емкость Е-201, Печь П-3 (мазут) и Печь П-3 (топливо). Щелкните мышью по клетке Печь П-3 (топливо). Вы оказались в одной из групп зоны Подготовка сырья.

В кадре схематически изображено оборудование, соответствующее  этому участку технологической  схемы. Как Вы, наверное, заметили, технологический  процесс отображен здесь более  детально, чем в зоне (например, показаны кнопки розжига и состояние горелок  в печи, задвижки у форсунок печи т.д.). Так и для других зон и  групп: зона отображает более крупный  участок процесса, но более схематично, группа

– более мелкий, но более детально. Для того, чтобы быстро перейти из одной группы в другую группу той же зоны не прибегая к

кадру Обзор или к переходам, нужно нажать функциональную клавишу F5 или F6. Клавиша F5 позволяет последовательно переходить из одной группы в другую (в пределах одной зоны), а F6 – точно так же переходить из группы в группу в обратном порядке. А для быстрого выхода в кадр Обзор из любой зоны или группы можно воспользоваться любой из клавиш F1, F2, F3, F4.

Теперь осталось разобраться, как «спускаться» из зоны в группу и «подниматься» обратно. Можно делать это через кадр Обзор, но есть и более быстрый способ.

Войдите (через  кадр Обзор) в зону Подготовка сырья. В этом кадре схематически изображены технологические аппараты, трубопроводы и элементы управления. Часть изображений неподвижна (аппараты, трубопроводы), другая часть (элементы

управления –  насосы, регулирующие клапаны, отсекатели и т.д., показания датчиков – цифровые или в виде барграфов, отображающих уровни в емкостях) меняются в зависимости  от ситуации. Эти, изменяющие свой внешний вид, изображения будем называть активными элементами экрана. Зачем они нам сейчас понадобились, станет

ясно чуть ниже. Допустим, Вы хотите перейти из зоны Подготовка сырья в одну из групп. Щелкните мышью по клетке Группа Основного меню (если помните,

Основное меню –это ряд клеток в нижней части любого кадра). Клетка окрасится в серый цвет. После этого сразу же щелкните по соседней справа клетке Схема. Она тоже окрасится в серый цвет. Этим Вы указали, что, во-первых, хотите перейти из зоны в группу, а, во-вторых, хотите увидеть в этой группе именно схематическое изображение технологического процесса (как в зоне), а не что-нибудь еще (о том, что можно увидеть еще будет написано в других разделах). Теперь осталось указать, в

какую именно из групп этой зоны нужно перейти. Щелкните мышью по любому активному элементу на схеме зоны и Вы перейдете в соответствующую группу.

Например, если Вы щелкните мышью по клапану регулятора расхода на входе в Е-201, то перейдете  в группу Емкость Е-201. Чтобы попасть в нужную группу, важно правильно указать активный элемент, т.е. выбрать тот, который относится к интересующей Вас группе, а не к другим группам этой же зоны. К какой группе принадлежит активный элемент ясно по смыслу. Например, если это клапан на входе мазута в печь П-3 в зоне Подготовка сырья, то очевидно, что он относится к группе

Печь  П-3 (мазут). Возможно, первое время Вы таким способом не всегда будете попадать в нужную группу, но постепенно запомните, какое оборудование к какой группе относится.

Для того, чтобы вернуться из группы в зону, достаточно щелкнуть мышью по клетке Зона Основного меню, а затем – правее, по клетке Схема. Активный элемент теперь можно не указывать, поскольку из зоны можно попасть в несколько групп (и активный элемент показывает, в какую именно Вам нужно), а из группы – всегда лишь в одну зону.

Итак:

Для того чтобы  попасть из зоны в сответствующую группу, нужно

щелкнуть мышью  по клеткам Группа и Схема Основного меню, затем –

по активному  элементу, входящему в интересующую Вас группу. Для

того, чтобы вернуться  из группы в зону, необходимо щелкнуть по клеткам

Зона и Схема Основного меню.

Основное меню предоставляет еще одну удобную  возможность навигации по экранам. Если Вы щелкните мышью по клетке Посл. экран в правой части меню, то перед Вами появится кадр, с которым Вы работали перед этим. Например, войдите в кадр Обзор. Затем щелкните мышью по названию какой-нибудь зоны или группы. Перед Вами появится кадр этой зоны (или группы). Теперь щелкните мышью по клетке

Посл. экран основного меню. Перед Вами опять откроется кадр Обзор. Из этого раздела важно уяснить следующее: обзор, зона, группа – это 3 различных уровня представления информации. Обзор – наиболее общая информации об установке, зона – информация о блоках или крупных участках технологического процесса, группа – более детальная информация об отдельном аппарате или нескольких аппаратах. Существует еще четвертый, самый детальный, уровень представления информации – позиция. Прежде чем рассказать о нем, нужно