Техника рабочего проектирования систем автоматизации химико-технологических процессов

Введение

Целью данного курсового  проекта является закрепление теоретических  знаний по курсу «Проектирование  систем автоматизации» и  отработка  техники рабочего проектирования систем автоматизации химико-технологических  процессов. За время выполнения этого  проекта студент должен получить навыки:

• работы с нормативно – технической документацией;
• разработки принципиальных и монтажных схем;
• комплектации приборов и средств автоматизации, а так же монтажных изделий и материалов;
• оформления комплектной документации;
• расчета надежности систем автоматизации.

Исходными данными и материалами  для выполнения курсового проекта  являются отчет о конструкторско-технологической  практике и литературные источники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А. Пояснительная записка

А.1 Общая характеристика производственного  объекта

А.1.1 Описание технологического процесса

Комбинированная установка каталитического риформинга бензина и гидроочистки дизельной фракции предназначена для переработки бензиновых фракций на блоке риформинга и дизельной фракции на блоке гидроочистки.

Установка введена в эксплуатацию 12 сентября 1970 года, с тех пор неоднократно дорабатывалась и проходила модернизацию оснащения.

Установка обеспечивает выработку бензина каталитического риформинга с октановым числом до 100 пунктов по исследовательскому методу, производительностью до 1 млн. тонн в год и малосернистого дизельного топлива с содержанием серы менее 0,2 % мас., с производительностью до 1,95 млн. тонн в год.

Блок гидроочистки дизельной  фракции

Гидроочистка  дизельной фракции проводится на алюмокобальтомолибденовом катализаторе под давлением водородсодержащего газа 30-60 атм, температурах 350-400 ⁰С, объемной скорости подачи сырья 1,5 - 5 час^-1.

Влияние параметров процесса.

Температура. 

С повышением температуры интенсивность реакции  гидрообессеривания, гидрирования олефиновых углеводородов увеличивается. Однако,  при температуре выше  425 ⁰С интенсивность реакций гидрообессеривания и особенно гидрирование олефинов снижается.  Одновременно возрастает интенсивность реакций гидрокрекинга и коксообразования.

Подбор  оптимальной температуры процесса ведется в зависимости от состава  сырья. Тяжелое, термически менее стойкое  сырье, очищают при более низкой   температуре.

Давление.

Повышение давления  в системе способствует увеличению  глубины  гидроочистки и снижению коксоотложения на поверхности катализатора.

Объемная скорость.

С увеличением  объемной скорости подачи сырья уменьшается  время пребывания сырья в реакторе, т.е.  время контакта сырья с  катализатором. При этом уменьшается  глубина гидрообессеривания сырья. Оптимальное значение объемной скорости подбирается в зависимости от химического и фракционного состава сырья и требуемой глубины гидроочистки.

Кратность  циркуляции ВСГ. 

Величина  этого параметра зависит от качества перерабатываемого сырья и водородсодержащего газа, циркулирующего в системе.

При переработке  высокосернистого сырья,  а также  сырья с высоким содержанием  олефинов и смолистых веществ (например дизельных фракций процесса коксования, вакуумного газойля)  требуется более высокая кратность циркуляции ВСГ,  чем при переработке прямогонного сырья.

Повышение кратности циркуляции ВСГ способствует уменьшению коксообразования и увеличению длительности работы установки без потери активности катализатора. Чрезмерное повышение кратности циркуляции нецелесообразно, т.к. при этом из-за увеличения объема газов, проходящих через реактор,  уменьшается время контакта паров сырья и катализатора, что отрицательно сказывается на глубине гидрообессеривания сырья.

 

Дизельная фракция, направляемая на гидроочистку, из товарного  парка поступает на прием сырьевых насосов РМ-301 (А,В,С) и подается на загрузку блока гидроочистки дизельной фракции. Расход сырья регулируется клапаном -регулятором поз. FRC-301. На выкиде насоса РМ-301 сырье смешивается с циркулирующим ВСГ, поступающего от циркуляционного компрессора К-301. Часть ВСГ подается в середину реактора R-301 для снижения температуры, а также для уменьшения  коксообразования на катализаторе. ВСГ с блока предварительной очистки бензина подается компрессором К-302/А,В на выкид К-301.  Во избежание закоксовывания катализатора имеются оповещающие сигналы поз. FALS-303 низкого расхода ВСГ с блока предварительной очистки.

Смесь сырья  -дизельная фракция-  и ВСГ  поступает последовательно в межтрубное пространство теплообменников Е-303 (С,В,А) и Е-301, где нагревается продуктами реакции, выходящими  из реактора R-301,  затем   восемью потоками направляется в конвекционную часть и далее в радиантную часть печи F-301. Температура выхода из печи F-301  регулируется подачей топлива к форсункам печи клапаном-регулятором расхода топлива поз. FRC-329.  Проектные узлы соединений фланцев с трубопроводами по резьбе у теплообменников Е-303 (А,В,С) и Е-301 заменены на сварные соединения.

Сырье, нагретое в печи F-301 до температуры 350⁰С  (в начале  цикла),  поступает в реактор R-301 и проходит  сверху вниз слой  катализатора, гидрообессеривается и облагораживается. Контроль за распределением  температур по слоям осуществляется термопарами ТI-327 по TI-342, размещенными в слоях катализатора, потери напора в реакторе  измеряются указателями дифференциального давления поз. Rdi-301. Для регулирования температур, ввиду экзотермичности реакции гидрирования олефиновых углеводородов и продления службы катализатора, предусмотрена подача холодного циркулирующего ВСГ в среднюю часть реактора R-301 ( между слоями катализатора).

Продукты  реакции из реактора R-301  проходят последовательно трубное пространство теплообменников Е-301 (1шт.), Е-302, Е-303 (С,В,А), в которых охлаждаются за счет сырья, поступающего на гидроочистку.

 

 

 

 

 

 

 

А.1.2 Обеспечение безопасности ведения процесса

 

Проект автоматизации  блока  каталитического риформинга и стабилизации выполнен с учетом ПБ 09-540-03, ПБ 09-563-03 и других действующих норм и правил.

 Для  безопасного ведения процесса  в проекте реализуются следующие  мероприятия: 

Предусмотрена АСУТП на базе технических средств  системы CENTUM CS3000 фирмы Yokogawa Electric Corporation (Япония) с применением современных микропроцессорных контроллеров, вычислительной и печатающей техники повышенной надежности.

Система управления соответствует ГОСТ 24.104-85 “Системы автоматического управления технологическими процессами и ПАЗ  на базе средств вычислительной техники  ” и обеспечивает:

1. - постоянный контроль за параметрами процесса и управление режимом для поддержания их регламентированных значений;

- регистрацию  срабатывания и контроль за работоспособным состоянием средств ПАЗ;

- постоянный  контроль за состоянием воздушной среды в пределах объекта;

- постоянный  анализ изменения параметров  в сторону критических значений  и прогнозирование возможной  аварии;

2. - действие средств управления и ПАЗ, прекращающих развитие опасной ситуации;

- проведение  операций безаварийного пуска,  остановки и всех необходимых  для этого переключений;

- выдачу  информации о состоянии безопасности  на объекте в вышестоящую систему  управления.

3. На операторских станциях системы предусмотрена световая и звуковая сигнализация с возможностью ее квитирования.

Световая  сигнализация реализуется мерцанием  и изменением цвета фона цифровых значений параметров, графического отображения  исполнительных механизмов (ИМ) на экранах  дисплеев.

5. Секция гидроочистки сырья относится к взрывопожароопасным объектам, в составе которых есть блоки  I и II категории взрывоопасности. Для максимального снижения выбросов в окружающую среду горючих и взрывопожароопасных веществ при аварийной разгерметизации системы предусмотрена для технологических блоков I категории взрывоопасности - установка автоматических быстродействующих запорных и (или) отсекающих устройств с временем срабатывания не более 12 с, для технологических блоков II категории взрывоопасности - установка запорных и (или) отсекающих устройств с дистанционным управлением и временем срабатывания не более 120 с.

6. Насосы  для перемещения легковоспламеняющихся  и горючих жидкостей оснащены  блокировками, исключающими  или  прекращающими работу насоса  при отсутствии перемещяемой жидкости в его корпусе или отклонении ее уровней в приемной и расходной емкостях от предельно допустимых значений.

7. По  всем взрывоопасным параметрам  предусмотрена предупредительная  сигнализация. Значение уставок срабатывания сигнализации и защиты, а также описание защит приведены в таблице параметров сигнализации и блокировок (приложение В2).

8. Электроснабжение  КТС АСУТП осуществляется по  особой группе I категории надежности от трех независимых взаимно-резервируемых источников. Для этого в КТП при соответствующей аппаратной установлены источники бесперебойного питания, обеспечивающих работоспособность контроллеров с подсистемой ввода/вывода и операторских станций после пропадания сетевого напряжения в течении 60 минут на максимальной нагрузке.

9. Для  запорной арматуры системы ПАЗ  предусмотрена возможность дистанционного  управления (открытия/закрытия) с клавиатуры  операторских станций. Все запорные клапаны оснащены конечными выключателями, позволяющие выполнять индикацию крайних положений на рабочем месте опреатора-технолога. Исполнение запорной и регулирующей арматуры (НЗ или НО) выбрано исходя из требования обеспечения безопасности процесса. 

10. При  отключении электроэнергии или  прекращении подачи сжатого воздуха  для питания систем контроля  и управления системы ПАЗ обеспечивается  перевод технологического объекта  в безопасное состояние.

  11. Для объектов с технологическими блоками любых категорий взрывоопасности в системах контроля, управления и ПАЗ, связи и оповещения не должны применяться приборы, устройства и другие элементы, отработавшие свой назначенный срок службы.

12. Контроллеры  системы ПАЗ работают независимо  от системы управления. К системе  ПАЗ подключаются независимые  датчики.

        13. Для контроля загазованности по предельно допустимой концентрации и нижнему концентрационному пределу взрываемости в производственных помещениях, рабочей зоне открытых наружных установок предусмотрены средства автоматического газового анализа с сигнализацией, срабатывающей при достижении предельно допустимых величин. При этом все случаи загазованности должны регистрируются приборами.

14. Степень  взрывозащиты устанавливаемых электронных средств КИА соответствует требованиям ПЭУ. Все внешние элементы технических средств системы автоматизации, находящиеся под напряжением, имеют защиту от случайного прикосновения человека, а сами технические средства заземлены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 и ПЭУ.

15. Для перемещения жидкостей I и II класса опасности следует применять герметичные, мембранные или центробежные насосы с двойным торцевым уплотнением.

16. Насосное  оборудование, полы и лотки насосных необходимо содержать в чистоте. Сточные воды после мытья пола и лотков, содержащие кислоты, щелочи, селективные растворители, этиловую жидкость и другие едкие и вредные вещества, должны накапливаться в специальной емкости и перед спуском в канализацию обезвреживаться в строгом соответствии с технологическим регламентом.

17. Печи должны быть оборудованы дежурными (пилотными) горелками, оснащенными запальными устройствами, индивидуальной системой топливоснабжения.

 

Принятые  в проекте решения позволяют  безопасно вести технологический  процесс.

 

 

 

 

А.2 Принципиальные решения по системе  контроля и управления

А.2.1 Структура АСУТП

           Структура АСУТП установки ЖЕКСА соответствует магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и имеет распределенное программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети.

     Система контроля  и управления установки ЖЕКСА  построена с использованием интегрированной  системы управления производственным  процессом комплекса технических  средств на базе CENTUM CS3000R3 фирмы Yokogawa Electric Corporation.

Основные  задачи, решаемые системами управления CENTUM:

1. безопасное ведение ТП;
2. реализация решений задач оптимального управления;
3. обеспечение устойчивости процессов регулирования;
4. управление периодическими процессами;
5. взаимодействие с подсистемами верхнего и нижнего уровня;
6. сбор и накопление данных.