Разработка программного обеспечения для оптимального функционирования модернизированной автоматизированной системы управления технол

ВВЕДЕНИЕ

 

Автоматизированная  система управления технологическим  процессом (АСУ ТП) — комплекс программных  и технических средств, предназначенный  для автоматизации управления технологическим  оборудованием на предприятиях. АСУТП поднимает качество производства, благодаря комплексной автоматизации производственных процессов производительность повышается за счет того, что получение и использование данных в целях управления и контроля осуществляется автоматически. Таким образом, автоматизация технологических процессов позволяет добиться существенного увеличения выпуска продукции, снизить ее себестоимость и при этом добиться повышения её качества. [1]

В данном дипломном проекте предлагается разработка программного обеспечения  для оптимального функционирования модернизированной автоматизированной системы управления технологическим  процессом  разделения воздуха на установке А6-1, предназначенной для  получения чистого газообразного  и жидкого азота. Данная задача предполагает выбор управляющего устройства на базе контроллера, а так же выбор среды  программирования и создание алгоритма  работы системы.

Все составные  элементы модернизированной системы  имеют улучшенные показатели,  такие  как:

1. Точность.
2. Надежность.
3. Быстродействие.
4. Безопасность.
5. Совместимость с контроллером.

Модернизация АСУТП приведёт к таким желаемым эффектам как:

• Стабилизация эксплуатационных показателей технологического оборудования и режимных параметров технологического процесса;
• Увеличение выхода товарной продукции;
• Уменьшение материальных и энергетических затрат;
• Улучшение качественных показателей конечной продукции;
• Предотвращение аварийных ситуаций, благодаря системе противоаварийной защиты (СПАЗ) , включающей вычислительные логические устройства, датчики и исполнительные элементы.
• Увеличение таких показателей АСУТП, как надёжность, точность, быстродействие

Таким образом  из этого следует, что данный дипломный  проект актуален.

 

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1.1 Технологический процесс

 

Установка разделения воздуха А6-1 предназначена  для получения чистого газообразного  и жидкого азота. В качестве побочного  продукта на установке возможно получение  технического газообразного кислорода.

Основным  способом промышленного производства азота и кислорода  является получение  их из атмосферного воздуха.

Состав  воздуха приведён в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1 – Состав воздуха

 

№пп	Компоненты воздуха	Содержание  % объёмный	Температура сжижения при атмосферном давлении
1	Азот	78,09	- 195,8
2	Кислород	20,95	- 182,95
3	Аргон	0,93	- 185,7
4	Двуокись углерода	0.03	-
5	Водород	5 х 10-5	- 252,74
6	Неон	1,8 х 10-3	- 245,9
7	Гелий	5,24 х 10-4	- 268,88
8	Криптон	1,14 х 10-4	- 151,7
9	Ксенон	8,7 х 10-5	- 109,1
10	Озон	1,0 х 10-6	-

 

Кроме элементов, приведённых в таблице 1.1, в воздухе содержатся примеси, количество которых изменяется в зависимости от наличия в месте забора источников, выделяющих продукты загрязняющие атмосферу.

К таким  примесям относятся  пыль и водяной  пар. В небольших и переменных количествах в воздухе содержатся  различные углеводороды, окись углерода, закись азота и другие газы, содержащиеся в природных месторождениях или  в промышленных выбросах.

Принцип работы  установки разделения воздуха  заключается в следующем.

Разделение  воздуха на азот и кислород ведётся  в жидком состоянии, пользуясь разностью  температур сжижения основных её составных  частей: кислорода –  -183 ^оС  и азота –  -196 ^оС.

Для сжижения атмосферного воздуха нужны очень низкие ( минус192 ¸минус 194 ^оС) температуры. Получить эти температуры можно, пользуясь способностью сжатого воздуха охлаждаться при расширении в определённых условиях.

Если  сжатый воздух пропустить через расширительный (дроссельный) вентиль, либо расширить  его в расширительной машине –  детандере, то воздух при расширении охлаждается.

Эффект  дросселирования и детандирования воздуха различны. При расширении одного и того же количества воздуха  при одинаковых начальных  давлении и температуре  при детандировании  получают большее количество холода, чем при дросселировании. В большинстве  воздухоразделительных установок  одновременно применяют дросселирование  и детандирование воздуха.

Установлено, что, в среднем, при снижении давления сжатого воздуха на 0,1 МПа при  дросселировании - его температура  понижается на 1\4 ^оС, а при снижении давления сжатого воздуха на 0,1 МПа  при детандировании – его температура понижается  на 3\4 ^оС.

В крупных  воздухоразделительных установках  низкого давления, где воздух сжимается  только до 0,8 МПа, чтобы достичь температуры  достаточной  для его сжижения, воздух предварительно охлаждают в  теплообменном аппарате – регенераторе.

 Регенераторы  заполнены теплоёмкой насадкой  из дроблённого камня. По насадке  сначала идёт холодный поток  продуктов разделения воздуха,  охлаждающий насадку; затем сжатый  воздух, который отдаёт своё тепло  и охлаждается.  Такой теплообмен  называется регенеративным.

Таким образом, для получения низких температур  в системе воздухоразделительной  установки должны быть:

• машина для сжатия воздуха – турбокомпрессор;
• устройство для расширения воздуха – дроссель и детандер;
• аппарат для предварительного охлаждения сжатого воздуха – регенератор.

Однако, сначала надо подготовить атмосферный воздух к сжижению, превратить его в сырьё для получения продуктов разделения. Для этого воздух необходимо очистить от примесей:

• от механических примесей – в фильтрах;
• от паров воды и двуокиси углерода – вымораживанием в регенераторах;
• от ацетилена и других взрывоопасных углеводородов – в адсорберах газовых или жидкостных.

Для разделения жидкого воздуха на азот и кислород необходим процесс ректификации, который осуществляется в специальных  аппаратах – ректификационных  колоннах и протекает в два  этапа:

• Первый этап – предварительное  разделение воздуха в основной колонне.  В результате предварительного разделения воздуха:  в основной колонне получают обогащённую, до 34 %об., кислородом  жидкость и чистый газообразный азот. Обогащённая жидкость собирается в нижней части основной колонны – испарителе или кубе, поэтому она называется кубовой жидкостью.
• Второй этап –  разделение кубовой жидкости, для получения из неё чистого  кислорода и отбросного газа – происходит в колонне технического кислорода.

Для осуществления  процесса ректификации необходимо, чтобы  в каждой из ректификационных колонн снизу вверх поднимался поток  газа, а сверху вниз сливался поток  жидкости. Многократная встреча этих двух потоков на тарелках ректификационных колонн и происходящие при этом процессы тепло- и массообмена приводят к  разделению воздуха.

Таким образом,  любая воздухоразделительная установка,  обеспечивая взрывобезопасность процесса разделения воздуха, может быть условно  разделена на следующие узлы:

• предварительной подготовки воздуха;
• теплообмена;
• холодопроизводительности;
• ректификации;
• выдачи продуктов разделения.

 

1.2 Техническая характеристика установки разделения воздуха

 

Техническая характеристика установки разделения воздуха представлена в таблице 1.2.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2 - Техническая характеристика установки разделения воздуха

 

№пп	Наименование  параметра	Значение параметра
1.	Количество перерабатываемого воздуха, м3/час	14400
2.     2.1       2.2            2.3	Производительность установки по отдельным продуктам разделения (при переработке количества воздуха  указанного в п.1): Азот газообразный - количество, м3/час,  не менее     …………………….… содержание кислорода, % , не более ………………… давление, МПа , не более …   ………………………… влажность по ГОСТ 9293-74 (точка росы не выше) оС Кислород технический  высокого давления ГОСТ 5683-78 количество, м3/час ……………………………………. содержание кислорода, %,  не менее ………………… Давление, МПа , не более …………………………….. влажность по ГОСТ 9293-74 (точка росы не выше) оС Азот жидкий - количество, кг/час , не более ………………………… содержание кислорода, % , не более ………………… давление, МПа ,  не более …………………………… влажность по ГОСТ 9293-74 (точка росы не выше) оС	5000 0,0005 0,7 минус 63     100 99,7 22,0 минус 63   116,5 0,0005 0,6 минус 63
3.	Давление воздуха на входе в  систему газо-водяного охлаждения, МПа , не более	0,8
4.	Длительность пускового периода, час  , не менее	60
5.	Длительность полного отогрева блока  разделения воздуха, час , не менее	50
6.	Длительность рабочей компании (время  между двумя полными отогревами), год, не более	2
7.	Периодичность регенерации: адсорберов газовых, сутки, не более ………………… адсорберов жидкостных, сутки, не более ……………	7 30
8.	Длительность регенерации: адсорберов газовых, час, не менее …………………… адсорберов жидкостных, час не менее ………………	8,5 8,0
9.	Расход греющего газа при регенерации: адсорберов газовых, м3/час, не менее ………………… адсорберов жидкостных, м3/час, не менее ……………	500 450
10.	Расход пара давлением не ниже 0,2 МПа  для подогрева воздуха при  полных отогревах блока разделения, кгс/час, не более	260
11.	Расход пара для испарителя быстрого слива, кгс/час, не более	2060
12.	Расход сухого воздуха для системы  переключения регенераторов, КИП, пневмоавтоматики, м3/час ,не более	40
13.	Расход умягчённой воды на подпитку в систему газо-водяного охлаждения, м3/час ,не более	0,5
14.	Расход охлаждающей воды для турбодетандера, м3/час , не менее	4,2

 

15.	Расход масла для турбодетандерного  агрегата, кг/год, не более	130
16.	Количество жидкости, сливаемой при  частичных отогревах из адсорберов жидкостных, м3, не более	1,5
17.	Количество жидкости сливаемой из аппаратов при полном отогреве блока  м3, не менее	10.0
18.	Время слива жидкости из аппаратов  при полном отогреве, час, не менее	1,0
19.	Время слива жидкости при частичных  отогревах адсорберов жидкостных, мин, не менее	15
20.	Мощность, генерируемая турбодетандером  в нормальном технологическом режиме, кВт ,не более	46
21.	Мощность, потребляемая электроподогревателем, кВт , не менее	75
22.	Расчётный удельный расход электроэнергии отнесённый на 1 м3 основного продукта (азот газообразный в сумме с азотом жидким), кВт ч/м3	0,263
23.	Уровень шума, создаваемого при периодических  сбросах газа из регенераторов при  установленном глушителе, при частоте 1000 гц, ДБ , не более	85
24.	Срок службы, год	20
25.	Габариты установки вне здания:    - длина, м ………….                                                           - ширина, м .…………                                                           - высота, м …..………	10,07 7,51 18,1
26.	Масса оборудования:  - в здании, кг  …………………….                                     - вне здания, кг  .……………………	168800 183200
27.	Масса изоляции: - шлаковая вата, кг  …………………….                             -  перлит, кг ………………………………	15000 100000
28.	Масса базальтовой насадки фракции 8¸12 мм, кг, не менее	120000

 

Воздухоразделительный блок А-6 представляет собой установку  низкого давления с регенераторами с базальтовой насадкой, работающими  по схеме воздушной тепловой петли, с использованием турбодетандера на потоке обогащённого воздуха промежуточного давления.