Схема автоматизації процесу піролізу бензину

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ  ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА  ТЕХНОЛОГІЇ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН ТА ЕКОЛОГІЇ

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

по дисципліні  „Контроль та керування хіміко-технологічними процесами”

на тему: «Схема автоматизації процесу піролізу бензину»

 

 

 

 

 

виконав: студент гр.ХТ-061

      П´янковський В.В.

      керівник: доц. Кавєрін Ю.Ф.

                                                                                      

 

 

 

Одеса — 2010


ЗМІСТ

 

Вступ.................................................................................................................................3

1. Вибір та обґрунтування  системи приладів і засобів  автоматизації........................5

2. Опис  схеми  автоматизації

2.1 Опис схеми піролізу бензину .................................................................7

2.2 Визначення  об’єму  автоматизації  виробництва..................................7

2.3 Прилади, що використанні  в схемі. Їх коротка  характеристика...........8

2.4 Короткий опис роботи  розроблених схем  контролю  і  регулювання.....11

Висновок........................................................................................................................14

Список літератури.........................................................................................................15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

      Автоматизація є  невід’ємною частиною виробничих  процесів в хімічній промисловості.  Для хімічної промисловості автоматичне  управління технологічними процесами грає особливу роль, оскільки дозволяє зменшити або повністю виключити участь людини в проведені процесів, які характеризуються використанням або виділенням шкідливих для організму речовин, швидкою течією реакцій, вибухо- і пожежонебезпекою [1].

В міру здійснення механізації виробництва скорочується важка фізична праця, зменшується чисельність робітників, безпосередньо зайнятих у виробництві, збільшується продуктивність праці і т. п..

Під механізацією розуміють заходи щодо упровадження механізмів та машин, які спрямовані, як правило, на полегшення фізичної праці. У механізованому технологічному процесі людина (персонал) продовжує брати безпосередню участь, але її фізична робота зводиться лише до натискання кнопок, повороту важелів і т. п. Автоматизація приводить до поліпшення основних показників ефективності виробництва: збільшення кількості, поліпшення якості, зниження собівартості продукції, що випускається, підвищення продуктивності праці. Впровадження автоматичних пристроїв забезпечує високу якість продукції, скорочення браку відходів, зменшення витрат сировини й енергії, зменшення чисельності основних робітників, зниження капітальних витрат на будівництво будівель (виробництво організується під відкритим небом), подовження термінів міжремонтного пробігу устаткування [2].

 У даній курсовій  роботі була проведена автоматизація  процесу піролізу бензину. Для цього процесу були вибрані п’ять параметрів, по яким була проведена автоматизація:

    • регулювання температури в трубчатій печі подачею палива (Т=800 ⁰С);


 

 

 

 

    • регулювати витрати сировини (4 т/год.);


    • топкові гази аналізувати (концентрацію кисню 4-5%);
    • тиск в котлі-утилізаторі сигналізувати (Р=11 МПа);
    • рівень ємності регулювати конденсатом (1 м).

При автоматизації даного процесу була використана система пневмоавтоматики, так як пневмоавтоматика застосовується у виробництвах, які є пожежо- і вибухонебезпечними.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1.ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ СИСТЕМИ ПРИЛАДІВ І ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ

      Система  автоматизації будується, як правило,  на базі приладів та засобів,  що серійно випускаються. При  цьому необхідно прагнути до  застосування однотипних і переважно уніфікованих систем, що характеризуються простотою поєднання, взаємозамінністю і зручністю компонування на щитах управління. Використання однотипної апаратури дає значні переваги при монтажі, наладці, експлуатації, забезпечення запчастинами і т. п.

      Як технічні засоби автоматизації слід використовувати переважно прилади і агрегатовані комплекси ГСП.

      Кількість  приладів, апаратура управління  і сигналізації, що встановлюється  на оперативних щитах і пультах,  повинна бути обмежена. Надлишок  апаратури ускладнює експлуатацію, відволікає увагу обслуговуючого персоналу від спостереження за основними параметрами, що визначають хід технологічного процесу. Прилади і засоби автоматизації допоміжного призначення доцільно розміщувати на окремих щитах у виробничих приміщеннях поблизу технологічного обладнання.

      Вибір  засобів автоматизації на вигляд  допоміжної енергії (електричної,  пневматичної або гідравлічної), що використовується, визначається  умовами пожежо- і вибухонебезпеки  об’єкту, що автоматизується, агресивності навколишнього середовища, вимогами до швидкості дії засобів автоматики, дальності передачі сигналів інформації і управління, та іншими факторами.

      Для  хімічних виробництв, що є в  більшості випадків вибухо- і  пожежонебезпечними, перевагу має система пневмоавтоматики.

      Тому  при виборі системи автоматизації  (електричної, пневматичної або  гідравлічної) вибір зупинився на  пневмоавтоматичній системі, так  як

 

 

 


 процес піролізу бензину є небезпечним відносно пожеж, вибухів і т. і.

     Управління технологічними процесами на базі пневматичних засобів автоматизації знайшло широке застосування в багатьох галузях промисловості. При цьому пневмоавтоматика застосовується як самостійно (для повільно спливаючих процесів), так і в поєднанні з електричними або комбінованими приладами (для швидкоплинних процесів).

      Пневматичні  засоби автоматизації характеризуються  великими функціональними можливостями, простотою конструкції, безпекою  і високою надійністю в експлуатації. За допомогою засобів пневмоавтоматики можна побудувати всю систему автоматизації технологічного процесу, а також реалізувати алгоритм управління практично будь-якої складності.

      Основними  недоліками пневмоавтоматичних  систем є: запізнення і обмежена  дальність передачі сигналів (не більше за 300 м.), а також підвищенні вимоги до висушення і очищення стислого повітря. Їх можна використати при автоматизації технологічних процесів, для яких швидкість дії засобів автоматики не є вирішальним фактором,тобто що нам і потрібно [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2.ОПИС СХЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ

2.1 Опис схеми  піролізу бензину

 

Піроліз здійснюється в  трубчастій печі 1, у пальники якої подають  паливо й повітря.Тепло топкових газів після їхнього виходу з  конвекційної секції використовується в теплообмінниках 2, 3 і 4 відповідно для перегріву водяної пари, що йде на піроліз, підігрів та випар бензину й нагрівання водного конденсату, використовуваного для одержання пари. Після цього топкові гази через димар виводяться в атмосферу.Після цього продукти піролізу (Т=850 ⁰С) направляються в закалочний апарат 5,туди вбризкують водний конденсат,за рахунок випару якого суміш моментально охолоджується до 650-700⁰ С.Тепло гарячих продуктів піролізу  спочатку використовується в котлі–утилізаторі 6 з парозбирачем 7,для отримання пару високого тиску(Р=11 МПа). Після цього в колоні 8 проводять подальше охолодження та часткову конденсацію.В кубі колони 8 збирається кокс та смола.Газ піролізу разом з парами більш легких фракцій то водяним паром виходить з верхньої частини колони 8  та йде на наступну обробку. Ємність 9 використовується для зберігання та подальшого використання конденсату.

 

2.2 Визначення об’єму автоматизації виробництва

      На підставі  аналізу технологічної схеми,  норм технологічного режиму та  апаратурного оформлення визначається необхідний об’єм автоматизації виробництва, який заноситься в таблицю 2.1

 

 


Таблиця 2.1 Об’єм автоматизації виробництва

Технологічний об'єкт

Параметр, що  виміряють або регулюють

Можливий діапазон зміни параметру

Місце відбору імпульсу

Вимоги до схеми автоматизації (вимірювання, регулювання, сигналізація)

Примітка

1

2

3

4

5

6

Трубчаста піч

температура

850-870⁰С

піч

регулювання

подача палива

Трубопровід

розхід сировини

4 т/год.

трубопро-від

регулювання

–

Трубопровід

концентрація

4-5 %

трубопро-від

вимірювання

–

Котел-утилізатор

тиск

10-12 МПа

котел-утилізатор

сигналізувати

максимум

мінімум

Ємність

рівень

1 м

ємність

регулювати

подача конденсата


 

 

2.3 Прилади,  що використанні в схемі. Їх  коротка характеристика

 

ТХА–0515

ТХА–0515– термоелектричний термометр,подвійний.Матеріал електродів хромель–алюмель. Межі виміру (-50)–(900)⁰С. Матеріал захисної арматури – сталь 0Х20Н14С2, монтажна довжина 120–2000мм,інерційність 20с,вібростійкий,застосовується в газоподібних та рідких середовищах.

Виробник: Приладобудівний  завод, м. Луцьк; “Львівприлад”, м. Львів [3].

 

ПТ–ТП-68

ПТ-ТП-68 – перетворювач сигналів термоелектричних термометрів (термопар) і електричних сигналів від датчиків напруги постійного струму в уніфікований сигнал постійного струму: 0-5; 0-20; 4-20 мА.

Виробник: з-д «Енергоприлад», м.Москва [1].

 

ЭПП-63

ЭПП-63 – Електропневматичний  перетворювач який перетворює сигнал постійного струму в пропорційний уніфікований пневматичний сигнал 0,02 - 0,1 МПа.

Виробник: завод «Енергоприлад», м. Москва [1].

 

ПВ.10-1Э

ПВ.10-1Э — прилад контролю пневматичний для запису і показання величини перемінного параметру,показання величини завдання або виходу регулятора. Привід діаграмного паперу–електричний.

Виробник: завод «Тизприлад», м.Москва [1].

ПР3.31

ПР3.31 – пропорційно-інтегральний регулятор з лінійними статичними характеристиками призначений для отримання безперервного регулюючого впливу на виконавчий механізм з метою підтримки заданої величини регульованого параметра.

Виробник:   Завод  “Тизприлад”, м. Москва [1].

 

25 ч 32 нж(НЗ)

25ч32нж(НЗ) – регулюючий клапан з пневматичним мембранним механізмом (нормально закритий). Корпус клапана виготовлений з чавуна а регулюючий орган із сталі 1Х18Н10Т.. Перепад тиску не повинен перевищувати 1,6 МПа.

Виробник: ВО “Кролевецьпромарматура”, м. Кролевець [1].

 

МП4–V

МП4–V — перетворювач надлишкового тиску пружинний (манометр) в пневматичний сигнал.Межа виміру 0÷160 МПа.

Виробник: завод «Теплоконтроль»,м.Казань [1].


 

 

ПВ4.2Э

ПВ4.2Э — прилад контролю пневматичний для запису і показання величини одного параметра.

Виробник: Завод "Тизприлад", м. Москва [1].

     

ППЄД-3

ППЄД-3— перетворювач пневмоелектричний дискретний на три входи з сигналами 0,02 – 0,1 МПа , вихідними контактними сигналами (електричними).

      Виробник: завод „Старорусприлад”, м. Стара руса [1].  

 

ТСБ-1

ТСБ-1 – Табло сигнальне велике, габарити 80х80 [1].

Виробник: ЗИП, Краснодар.

 

ДК-0.6-50

ДК-0,6-50–діафрагма камерна для виміру витрат речовини під умовним тиском Ру від 0,6 до 10 МПа та умовним діаметром Dу від 50 мм до 1200 мм.

Виробник: ВО «Мікроприлад», м. Івано-Франківськ [1].

ДМ-П3-1

ДМ-П3-1–дифманометр мембранний пневматичний. Служить для вимірювання витрат по методу перемінного тиску.

Виробник: завод «Теплоприлад», м.Рязань [1].

 

УБ-ПВ.40.100

УБ-ПВ.40.100–пневматичний рівнемір буйковий з уніфікованим вихідним сигналом тиску повітря 0,2-1 кг/см2 припускаємим робочим тиском 0,4 МПа.

Виробник: завод «Теплоприлад», м.Рязань [1].

 

МН5106

МН5106–газоаналізатор магнітний для аналізу О2 в топкових газах що відходять.Межі виміру: 0-10 %.

Виробник: завод «Газоаналізатор»,м.Виру [1].

 



2.4 Короткий опис роботи  розроблених схем контролю і  регулювання

2.4.1 Регулювання температури в реакторі

      Для  контролю температури, що поступає  в реактор в якості первинного датчику вибрано ТХА-0515 –термоелектричний термометр, подвійний(поз.100-1). Сигнал струму від нього поступає на вторинний прилад ПТ-ТП-68 (поз.100-2)–

перетворювач сигналів термоелектричних термометрів (термопар) і електричних сигналів від датчиків напруги постійного струму в уніфікований сигнал постійного струму. Цей сигнал перетворюється в пневматичний сигнал 0,02÷0,1 МПа за допомогою електропневматичного перетворювача ЭПП-63 (поз. 100-3),

який показує, записує  величину температури, а також задану температуру процесу. Пневматичний сигнал 0,02÷0,1 МПа поступає на вторинний прилад ПВ10.1Э (поз. 100-4) і на пропорційно-інтегральний регулятор типу ПР3.31 (поз. 100-5). Вторинний прилад ПВ10.1Э записує і показує величину регульованого параметра, показує величину керуючого впливу регулятора на регулюючий клапан з пневмоприводом. Керуючий сигнал регулятора поступає на регулюючий клапан типу 25ч32нж(НЗ) (поз. 100-6), якого встановлено на трубопроводі подачі палива в піч 1.

 

2.4.2. Сигналізування  тиску в котлі–утилізаторі

Вимірювання тиску в котлі-утилізаторі  відбувається за допомогою манометра МП4-V (позиція 200-1). Вихідний сигнал манометра змінюється в межах 0,02-0,1 МПа при зміні тиску в котлі від 10 до 12 МПа. Пневматичний сигнал пропорційного тиску в котлі-утилізаторі одночасно поступає на вторинний прилад ПВ4.2Э(поз.200-2),який записує і показує тиск і на перетворювач пневмоелектричний дискретний ППЭД-3 (поз.200-3).Якщо тиск менше 10 МПа то вмикається табло сигнальне ТСБ-1(НL-1),а коли він більше ніж 12 МПа, то вмикається табло сигнальне ТСБ-1(НL-2).

 

 

 

 

2.4.3 Регулювання  витрати сировини


 

В якості первинного датчика  витрати суміші в трубопроводі на подачі її в піч вибираємо ДК-6,0-50 (поз.300-1) — камерна діафрагма  з умовним тиском 0,6 МПа і умовним  проходом трубопроводу 50мм. Відбір перепаду тиску, який пропорційний витраті суміші, здійснюється  через урівнюючи конденсаційні судини і поступає на дифманометр мембранний пневматичний ДМ-П3-1 (поз.300-2), в якому перепад тиску перетворюється в уніфікований пневмосигнал дистанційної передачі тиском 0,02-0,1 МПа. Цей сигнал  потрапляє на вторинний прилад  ПВ10.1Э (поз.300-3), який показує і записує показання величини витрати сировини. З приладом  ПВ10.1Э  з’єднаний пропорційно–інтегральний регулятор типу ПРЗ.31 (поз.300-4), який здійснює вплив на регулюючий орган 25ч32нж (поз.300-5), який встановлений на трубопроводі подачі сировини. Регулюючий клапан в залежності командного тиску регулятору міняє прохідний переріз до тих пір доки не зрівняються величина завдання і величина регульованого параметру.

 

 

2.4.4 Регулювання  рівня конденсатом

 

 

Первинним приладом йде  рівнемір буйковий УБ-ПВ.40.100 (поз.400-1), який в залежності від рівня  видає  пропорційний уніфікований сигнал з  тиском повітря 0,02-0,1 МПа, що по пневмотрасі  потрапляє на вторинний прилад ПВ10.1Э (поз.400-2), який записує та показує величину рівня продукту. Цей прилад зв’язаний з регулятором ПР3.31 (поз.400-3), завдяки якому оператор має можливість керувати виконавчим пристроєм 25ч32нж (НО) (поз.400-4), що встановлений на спускному вентилі трубопроводу подачі конденсату. Таким чином вдається підтримувати рівень конденсату в ємності на рівні 1,0 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4.5 Вимірювання  концентрації О2

 

Первинним приладом йде газоаналізатор  магнітний МН-5106 (поз.500-1) для аналізу О2 в топкових газах,що відходять.Електричний сигнал від нього йде на електропневматичний перетворювач сигналів ЭПП-63(поз.500-2),котрий перетворює його в пневматичний. Далі перетворений сигнал надходить до вторинного приладу ПВ4.2Э (поз.500-3), який записує і показує концентрацію О2 у відходящих топкових газах.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

В даній курсовій роботі було розроблена автоматизації процесу піролізу бензину. В результаті, для данної схеми, процес можна проводити при мінімумі людського втручання. А це в свою чергу важливо, оскільки для хімічного виробництва характерні шкідливі речовини, які утворюються в результаті реакції або служать як сировина для отримання продукту. Також потрібно враховувати те, що автоматизація деяких агрегатів навіть незамінна із міркувань швидкоплинності процесу.Також були наведені коротка характеристика всіх використаних приладів на схемі та опис розроблених схем контролю та регулювання.

 

 


 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Список літератури

 

1. Методичні вказівки по проектуванню схем автоматизації технологічних процесів   /В.Я. Кожухар, І.М. Попова, Ю.Ф. Каверін — ОДПУ: Одеса.— 2001. — 56 с.

2. Кожухар В.Я.,Брем В.В.,Каверін Ю.Ф. Автоматичні системи керування хіміко-технологічними системами.– Одеса: Екологія, 2005

3. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное        пособие. Изд. 3-е, перераб. и доп. Под ред. Б.Д. Кошарского. – Ленинград: Машиностроение, 1976 – 488 с.