Автоматизация реакторного блока установки по производству водорода

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с использованием специальных технических средств.

Метрология – специальная наука, занимающаяся вопросами теории измерений, средствами обеспечения их единства и способов достижения необходимой точности.

В метрологии различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Все измерения осуществляют с помощью мер и измерительных приборов.

Средствами измерений называют  технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства.

Мерами называют средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Например, мерой массы служит гиря, мерой электрического сопротивления – измерительный резистор, мерой частоты  электрических колебаний – кварцевый генератор. Мера, воспроизводящая физическую величину лишь одного размера, называется однозначной (например, гиря, концевые меры длины, измерительный сосуд). Меры, воспроизводящие ряд одноименных величин различного размера, называют многозначными (например, линейка с нанесенными делениями, конденсатор переменной емкости).

Средство  измерения, предназначенное для  выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, называют измерительным прибором. Средство измерения, вырабатывающее сигнал в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не позволяющее наблюдателю непосредственно воспринимать этот сигнал, называют измерительным преобразователем. Различают первичный измерительный преобразователь  (к которому подведена измеряющая величина, т.е.  первый в измерительной цепи) и передающий измерительный преобразователь (предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации).

По форме выхода все измерительные  устройства делятся на аналоговые и цифровые.  В аналоговых измерительных устройствах выходом является непрерывная по значению выходная величина, обычно это перемещение указателя по шкале прибора или пера по диаграммной бумаге регистрирующего устройства. В цифровых измерительных устройствах измерительная величина представляется в дискретной форме как окончательный результат измерения, выраженный числом или кодом. Они обладают высокой точностью, чувствительностью, быстродействием, не имеют погрешностей,  связанных с субъективным отсчетом показаний, имеют кодированный выход, удобный для использования в измерительно-информационных системах  и вычислительной технике.

 

 

4 Выбор закона регулирования автоматической системы регулирования

 

Качественной оценкой  работы САУ является показатель эффективности (ПЭ), например, соответствие физико-химических свойств конечного продукта технологического процесса заданным. Поддержание требуемого значения ПЭ является целью управления.

Рисунок 1– Структурная схема САР:

ОР — объект регулирования; РУ — регулирующее устройство;

Д — датчик; ИУ — исполнительное устройство

 

Частный случай САУ — система автоматического регулирования (САР), где управление объектом осуществляется автоматическим регулятором. Если автоматическое управление на высоком уровне предполагает наличие сложных взаимосвязей между объектом управления (например, крупным технологическим комплексом) и управляющей системой, то перед САР ставятся более узкие задачи, простейшей из которых является стабилизация параметров технологического процесса. Эти параметры называются регулируемыми (РП). Структурная схема такой САР приведена на рисунке 1. Она состоит из объекта регулирования и автоматического регулятора. Типичным примером объекта является технологический аппарат, трубопровод и т. д., а РП — температура, давление, уровень, состав и другие. Остальные звенья САР: датчик Д, регулирующее РУ и исполнительное ИУ устройства конструктивно могут быть объединены или находиться на значительном расстоянии одно от другого и соединяться линиями связи. Однако функционально они связаны общей задачей управления объектом, что дает право считать их звеньями автоматического регулятора.

Основной задачей регулятора является поддержание РП на заданном значении (стабилизация) или изменение его по определенному закону. Через датчик сигналы о текущем значении РП поступают на РУ и сравниваются в нем с заданным значением, которое устанавливается задатчиком. В стабилизирующих САР при нормальном ходе процесса текущее значение РП равно заданному. Такое состояние САР называется равновесным. Оно может быть нарушено в результате проникновения в систему возмущающих воздействий, вследствие чего текущее значение РП отклонится от заданного. РУ отреагирует на это и с учетом знака, значения (а в некоторых случаях и скорости) отклонения РП выработает командный сигнал, который через ИУ окажет на объект регулирующее воздействие. Как правило, оно наносится изменением притока (или расхода) вещества или энергии на входе в объект или на выходе из него. Регулятор будет воздействовать на объект, пока в САР не восстановится равновесие.

Рисунок 2 – Графики переходных процессов в САР:

Рисунок 3 – Незатухающий (автоколебательный) процесс

1 - апериодический; 2 - колебательный

 

Процесс регулирования (переходный процесс) может протекать во времени  по-разному. Для его оценки принят ряд показателей качества. Основными из них являются величина наибольшего отклонения РП (динамическая ошибка) и время регулирования. В апериодическом (т.е. неколебательном) процессе (кривая 1 на рисунке 2) РП отклоняется от заданного значения один раз на величину ∆J 1 max и возвращается к нему через время регулирования t_п1. В колебательном (кривая 2) РП, вернувшись к заданному значению, отклоняется от него с противоположным знаком (явление перерегулирования). Этот процесс может повториться несколько раз, после чего в САР восстановится равновесие.

Из сравнения этих кривых видно, что в апериодическом процессе наибольшее отклонение РП больше, чем в колебательном, а время регулирования — меньше. Очевидно, регулирование тем качественнее, чем меньше обе эти величины. Получить тот или другой процесс регулирования можно соответствующей настройкой регулятора, исходя из требований технологического процесса: если, например, большие отклонения РП недопустимы, принимают колебательный процесс. Процессы, подобные рассмотренным, называются затухающими и сходящимися, так как после их окончания в САР восстанавливается равновесие.

 

1 — колебательный; 2 — монотонный

 

Рисунок 4- Расходящиеся переходные процессы

 

Свойство САР самостоятельно возвращаться в состояние равновесия, из которого она была выведена возмущающим  воздействием, называется устойчивостью. Устойчивость — основное требование, предъявляемое к САР. Поведение ее в переходном процессе обусловлено различными факторами: например, регулирующее воздействие, оказанное с опозданием, не только не будет стабилизирующим, но, напротив, может стать причиной еще большего отклонения РП. САР, в которой установились незатухающие колебания с постоянной амплитудой (рисунок 2) считается находящейся на границе устойчивости (нейтральная САР). Система теряет устойчивость, если регулирующее   воздействие совпадает по фазе (или по знаку) с возмущающим и амплитуда колебаний РП постоянно увеличивается (кривая 1 на рисунке 2).

Такой переходный процесс  называется расходящимся, его развитие может привести к возникновению аварийной ситуации. В этом случае регулятор необходимо отключить от объекта и стабилизировать процесс вручную. Неустойчивой является САР и с монотонно расходящимся процессом (кривая 2). Современные методы исследования (в частности, моделирование) позволяют определить характер переходных процессов в САР еще на стадии разработки, в том числе получить ответ на вопрос об их устойчивости, используя для этого так называемые критерии устойчивости, изучаемые в теории автоматического регулирования.

 

 

4.1 Позиционный (релейный) регулятор

 

Он называется так  потому, что его выходной сигнал может иметь только два значения — минимальное и максимальное (условно «0» и «1»), независимо от величины отклонения РП от заданного значения, а регулирующий орган (РО) при этом может занимать только два крайних положения — «открыто» и «закрыто» (быть в двух позициях).

На рисунке 5 а показана упрощенная схема регулятора уровня жидкости. Поплавок 1 через рычаг 2 связан с заслонкой 3. Сжатый воздух к соплу 4 и в мембранную коробку 6 поступает через дроссель 5. Ранее уже говорилось, что рабочий ход заслонки очень мал, поэтому небольшого поворота рычага достаточно для перемещения ее на величину этого хода. С увеличением уровня от заданного значения сопло полностью открывается, а с уменьшением — закрывается. Давление воздуха в коробке равно соответственно или 0, или Р_пит.

При нулевом давлении на мембране затвор 7 РО под действием усилия пружины 8 находится в верхнем положении и перекрывает приток жидкости в сосуд, а под действием давления воздуха мембрана прогибается, и затвор перемещается вниз, полностью открывая проходное сечение РО. Резкие изменения притока жидкости от нуля до максимального значения приводят к непрерывным колебаниям уровня в сосуде относительно заданного значения, которое устанавливается изменением высоты подвеса поплавка. В общем случае работу позиционного регулятора аналитически можно представить так:

                            μ = 0 при φ > φ₃;                                                              (16)  

                              μ=1 при φ<φ₃,                                                                (17)

где φ и φ₃ — текущее и заданное значения РП; φ— регулирующее воздействие.

 

Рисунок 5 – Позиционный регулятор:

а — схема; б — график работы; 1 — поплавок; 2 — рычаг; 3 — заслонка;

4 — сопло; 5 — дроссель; 6 — мембрана; 7 — затвор; 8 — пружина

 

На рисунке 5 б показан график работы регулятора. Выделенная на нем зона нечувствительности, в пределах которой регулятор не реагирует на изменение уровня, является характерной для позиционных регуляторов. Она возникает, например, при воздушных зазорах или значительном трении в узлах механизма регулятора. Позиционные регуляторы используют тогда, когда к качеству регулирования не предъявляют высоких требований, и колебания РП не приводят к нежелательным последствиям. При этом, чем больше емкость объекта, тем плавнее будет регулирование. Кроме того, подбирают необходимую чувствительность регулятора. Иногда с целью сглаживания кривой процесса регулирования применяют регуляторы с настраиваемой зоной нечувствительности.

 

Рисунок 6 – Пропорциональный регулятор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1.  Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности, М.: Химия ,1988
2. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А. , Голубятников В.А. Автоматизация производственных  процессов в химической промышленности. М.: Химия,  1997
3. Горячев Р.П. Основы производства в нефтеперерабатывающей промышленности, М.: Химия, 1987
4. Шкатов Е.Ф., Шувалов «Основы автоматизации технологических процессов химических производств». – М.: Химия, 1988.
5. Исакович Р.Я., Попадько В.Е.  Контроль и автоматизация добычи нефти и газа, М.: Недра, 1985

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица А.1

Спецификация на технические  средства автоматизации

 

№ Позиция	Наименование параметра	Наименование, техническая  характеристика приборов и средств автоматизации	Марка, тип	Кол-во, штук
1-1 11-1     8-1   7-1 11-1 13-1 12-1     16-1 19-1   1-2 11-2     8-2   7-2 11-2 13-2 12-2     16-2 19-2   1-3 11-3 8-3   7-3 11-3 13-3   12-3            16-3       19-3   1-4 11-4   8-4 7-4 6-4 11-4 13-4 12-4     16-4 19-4	Расход СНГ Расход топлива на подогрев печи Расход  водяного пара Расход продукта с реактора   Расход  продукта с котла-утилизатора Расход продуктов риформинга Расход продукта конверсии Расход СНГ Расход топлива на подогрев печи Расход водяного пара Расход продукта с реактора Расход  продукта с котла-утилизатор Расход продуктов риформинга Расход продукта конверсии Расход СНГ Расход топлива на нагрев печи Расход  водяного пара Расход катализатора   Расход  продукта с реактора Расход продуктов риформинга Расход продукта с котла-утилизатор Расход СНГ Расход топлива на нагрев печи Расход  водяного пара Расход продукта с реактора Расход  котла-утилизатор Расход продуктов риформинга	Стандартная диафрагма представляет собой сужающее устройство, выполненное в виде плоского диска с концентрическим отверстием для истечения жидкости. Корпус камер диафрагм по требованию изготовляются из стали марок 35, Х18Н10Т. Диск диафрагм из стали марок Х17 (для температуры измеряемой среды до 400°С).       Преобразователь разности давлений и разрежения может применяться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газа. Он имеет унифицированное электронное устройство высокой надежности. Преобразователь изготовляют в виде многопредельных приборов с возможностью настройки на минимальный, максимальный и промежуточные пределы измерения. Верхние пределы измерения 0,125 … -102 кПа. Вторичный регистрирующий прибор используется для непрерывной записи на одной ленточной диаграмме значений трех параметров и показаний их на трех школах. Лентопротяжный механизм выполнен в виде подающей и приемной натушен  и направляющих валиков, приводимых в движении через редуктор от электрического или пневматического двигателя. Габариты прибора 160 ×200 ×410 мм. Расход воздуха 240л/г. Регулирующий блок предназначен для автоматического поддержания  заданной  величины. Конструктивно прибор состоит из регулятора и дроссельной приставки. Габаритно-монтажный размер блока: 230 мм и расстояние между крепежным отверстиями 130 мм.	ДК 16-50                         Сапфир- 13 ДИ                         ПВ 4.4 Э                         ПР 3.33	2       1   3     1   1   1     2       1   3     1   1   1     2   1   3     1   1     1   2     1   3     1   1   1
2-1     3-1   4-1 5-1   9-1 10-1 15-1 17-1 18-1                 2-2     3-2   4-2 5-2   9-2 10-2 15-2 17-2 18-2             2-3     3-3   4-3 5-3   9-3 10-3 15-3 17-3 18-3                   14-1   6-1             14-2   6-2                   14-3     6-3	Температура на линии  подачи сырья Температура перед подачей  в печь Температура после печи Температура в реакторе Р-1 Температура в печи Температура в конвекторе Температура после конвектора         Температура на линии  подачи сырья Температура перед подачей  в печь Температура после печи Температура в реакторе Р-1 Температура в печи Температура в конвекторе Температура после конвектора     Температура на линии подачи сырья Температура перед подачей  в печь Температура после печи Температура в реакторе Р-1 Температура в печи Температура в конвекторе Температура после конвектора           Давление  в реакторе Р-1   Давление в конвекторе         Давление в реакторе Р-1   Давление в конвекторе                 Давление в реаторе Р-1   Давление в конвекторе	Термоэлектрический термометр  с металлическими электродами, предназначены  для измерения температуры, изготовляются  в соответствии с ГОСТ-6616-61. С целью повышения надежности работы прибора в зависимости  от условий эксплуатации верхние пределы длительного применения ограничивают на 20-30%. Спай поверхностного термоэлектрического термометра  электрически соединен с защитной арматурой. Термоэлектрический термометр изготовлен следующего типа: хромель-копелевый на пределы от –50 до 6000С. Монтажная длина 160-3200 мм, условное давление 2,5-40 кгс/см2. Сталь Х18Н10Т.     Нормирующий преобразователь  для ТЭП предназначен для преобразования ТЭДС ТЭП в унифицированный токовый сигнал. Он состоит из измерительного моста и усилителя, охваченного обратной связью по выходному току. Сила тока, протекающего через внешнюю нагрузку, пропорциональна выходному напряжению. Нормирующий преобразователь работает с ТЭП стандартных градуировок. Выходной сигнал нормирующего преобразователя I=0-5мА. Быстродействие 1; 2,5 и 10 с. Классы точности 0,25; 0,5. Электропневматический преобразователь предназначен для преобразования сигнала постоянного тока 0-5 мА в пропорциональный унифицированный пневматический сигнал 0,2-1 кгс/см2. Основная допустимая погрешность выходного сигнала не превышает 1% от диапазона его измерения. Пневматическая часть прибора питается сухим и чистым воздухом давлением 1,4 кгс/см2, длина трассы передачи пневматических импульсов до 300 м, расход воздуха 2 л/мин. Габаритные размеры прибора 194 х 166 х 375 мм. Измерительный преобразователь  разности давлений. Унифи-цированный токовый  сигнал на входе. Верхний предел измерения 0,25…1*106 кПа. Предельное допустимое рабочее давление 16 МПа. Пределы допустимой погрешности ±0,5%. Температура рабочей среды -50…+800С и окружающей среды -50…+800С. Выходной сигнал 4-50 мА. Габаритные размеры 205 х 212 х 180 мм. Прибор контроля электрически самопишущий предназначен для работы в комплекте с регуляторами СТАРТ. Приборы позволяют осуществлять контроль и запись регулируемого параметра; ручное управление процессом. Прибор имеет три измерительных устройств, станцию управления с задатчиком и кнопочным переключателем рода работы; прибор также снабжен лентопротяжным механизмом. Габариты прибора: 160 х 200 х 513 мм. Регулирующий блок предназначен для автоматического поддержания  заданной  величины. Конструктивно прибор состоит из регулятора и дроссельной приставки. Габаритно- монтажный размер блока: 230 мм и расстояние между крепежным отверстиями 130 мм.	ТХК-0806                                         НП-ТЛ1-4                                         ЭПП-2                                           Сапфир- 13 ДИ                           ПВ 10.1 Э                           ПР 3.33	1     1   2   2                           1     1   2     2                     1     1   2   2                     1                         1                         1