Широкое развитие всех отраслей народного хозяйства не возможно без интенсификации производства, совершенствования технических процессов и роста производительности труда. Одним из решающих факторов в деле выполнения поставленных задач является автоматизация, как средство обеспечения контроля, надёжности, экономичности и безопасности работы технического оборудования. Практически все существующие промышленные объекты оснащены средствами автоматизации. Наиболее сложные объекты нефтепереработки, химии и нефтехимии, чёрной металлургии, энергетики оснащены системами комплексной автоматизации. На основе последних достижений фундаментальных и прикладных наук, теории автоматического регулирования и развития на базе вновь разрабатываемых приборов и регуляторов создаются системы автоматизации. Такие системы позволяют выполнять следующие функции: контроль параметров технологических процессов, обработку информации, автоматическое регулирование параметров, обеспечение безопасной эксплуатации технологического оборудования, оптимизацию технологических процессов.
Дальнейший процесс в области автоматизации происходит за счёт развития фундаментальных наук, повышения точности и надёжности аппаратуры, создание принципиально новых видов приборов и систем автоматического регулирования и управления [15].
Высокоагрессивные условия, в которых осуществляется низкотемпературное хлорирование этилена, предъявляют к датчикам и приборам повышенные требования надежности, что не всегда позволяет полностью автоматизировать процесс.
10.1 Анализ объектов управления
Объекты управления: низкотемпературный реактор прямого хлорирования этилена Р‑1 с выносным кожухотрубным теплообменником Т‑1. Они представляют собой сложный объект управления с большим числом параметров, характеризующих процесс.
Расход сырья можно стабилизировать, используя регуляторы расхода. Диафрагмы и исполнительные устройства регуляторов устанавливаются на трубопроводах подачи сырья (этилена и хлора), (поз. 2,3). Также на входе в реактор Р‑1 контролируется температура сырья, (поз. 1).
Кроме этого в теплообменнике Т‑1 ведётся контроль за такими параметрами, как температура (поз. 5) и давление (поз. 7).А также контролируется расход абгазов на выходе из теплообменника Т‑1, и расход оборотной воды на входе в теплообменник Т‑1 (поз. 6,4).
Как объект управления промежуточная ёмкость дихлорэтана-сырца (поз. Е‑1) подлежит автоматическому регулированию уровня с сигнализацией предельных значений (поз 8).
Расход дихлорэтана – сырца (поз. 9) стабилизируется с помощью регулятора расхода. Диафрагмы и исполнительные устройства устанавливаются на трубопроводе дихлорэтана – сырца, поступающего на узел отмывки.
10.2Спецификация на приборы и средства автоматизации
Таблица 10.2
| Позиция | Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов | Тип, марка оборудования | Завод изготовитель | Единица измерения | Кол-во | |||||
| TT‑61 | Температура хлора на входе в реактор Р‑1Термопреобразователь сопротивления платиновый с унифицированным выходным сигналом в комплекте с блоком питания. Номинальная статическая характеристика 100П. Пределы измерения: 0÷100 0С. Класс точности 0,25. Монтажная длина 300 мм. Материал защитной арматуры – сталь 12Х18Н10Т | ТСПУ‑205 Ех | Концерн«Метран»г. Челябинск | шт. | 1 | |||||
| TT‑62 | Температура этилена на входе в реактор Р‑1Термопреобразователь сопротивления платиновый с унифицированным выходным сигналом в комплекте с блоком питания. Номинальная статическая характеристика 100П. Пределы измерения: 0÷100 0С. Класс точности 0,25. Монтажная длина 300 мм. Материал защитной арматуры – сталь 12Х18Н10Т | ТСПУ‑205 Ех | Концерн«Метран»г. Челябинск | шт. | 1 | |||||
| FE‑20 | Расход хлора на входе в реактор Р‑1.Диафрагма камерная Ду=150 мм; Драст=113,5 мм; Место установки – трубопровод подачи хлора. | ДКС – 4 –150 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
FT‑21 | Датчик разности давлений в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 25 кПа. Рабочее избыточное давления‑10МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA. Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 54. | Метран‑44Ф-Ex‑ДД‑4420 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| FV‑22 | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 150 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | Шт. | 1 | |||||
| FE‑23а | Расход этилена на входе в реактор Р‑1Диафрагма камерная Ду=150 мм; Драст=113,5 мм; Место установки – трубопровод подачи этилена. | ДКС – 4 –150 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| FT‑23 | Датчик разности давлений в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 25 кПа. Рабочее избыточное давления‑10МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA. Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 54. | Метран‑44Ф-Ex‑ДД‑4420 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| FV‑2 | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 150 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | Шт. | 1 | |||||
| TT‑63 | Регулирование, контроль и сигнализация температуры в Т‑1Термопреобразователь сопротивления платиновый с унифицированным выходным сигналом в комплекте с блоком питания. Номинальная статическая характеристика 100П. Пределы измерения: 0÷200 0С Класс точности 0,25. Монтажная длина 300 мм. Материал защитной арматуры – сталь 12Х18Н10Т. | ТСПУ‑205 Ех | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| ТV‑64 | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 50 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ. | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | Шт. | 1 | |||||
| FE‑25 | Расход абгазов на санитарную колоннуК‑110Диафрагма камерная, Ду 100 Место установки – трубопровод подачи абгазов в к‑110. | ДКС‑06–100 | АО «Манометр» г. Москва | Шт. | 1 | |||||
| РТ‑41 | Давление в верхней части теплообменника Т‑1.Датчик избыточного давления в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 2,5 МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA. Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 55. | Метран‑43Ф-Ex‑ДИ‑3156 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| FE‑26 | Расход дихлорэтан из переливного бака вЕ‑1.Диафрагма камерная, Ду 100 Место установки – трубопровод перелива в Е‑1. | ДКС‑06–100 | АО «Манометр» г. Москва | Шт. | 1 | |||||
| LE‑31а | Регулирование, контроль и сигнализация уровня в емкости Е‑1Датчик разности давлений в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 25 кПа. Рабочее избыточное давления‑6МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA. Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 55.L=30–80% | Метран‑100‑Ex‑ДД‑3194–01 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| LV‑31б | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 50 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ. | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | шт. | 1 | |||||
| FE‑27 | Расход дихлорэтана из Е‑1 на отмывку.Диафрагма камерная Ду=150 мм; Драст=113,5 мм; Место установки – трубопровод расхода дихлорэтана. | ДКС‑06–100 | АО «Манометр» г. Москва | шт. | 1 | |||||
| LE‑33 | Регулирование, контроль и сигнализация уровня в емкости Е‑2Датчик разности давлений в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 25 кПа. Рабочее избыточное давления‑6МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA.Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 55.L=30–80% | Метран‑100‑Ex‑ДД‑3194–01 | Концерн«Метран»г. Челябинск | Шт. | 1 | |||||
| LV‑33а | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 50 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ. | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | шт. | 1 | |||||
| LE‑34 | Регулирование, контроль и сигнализация уровня в емкости Е‑3Датчик разности давлений в комплекте с блоком питания. Верхний предел измерения: 25 кПа. Рабочее избыточное давления‑6МПа. Выходной сигнал 4¸20 mA. Класс точности 0,5. Вид климатического исполнения У2. Степень защиты от пыли и воды IP 55.L=30–80% | Метран‑100‑Ex‑ДД‑3194–01 | Концерн«Метран»г. Челябинск | шт. | 1 | |||||
| LV‑34а | Клапан регулирующий клеточный с электропневматическим позиционером. Ду= 50 мм, Ру= 4 МПа. Исполнение – НЗ. | РК 401 в комплектации D1 | «Нефтехимавтома-тика» г. Москва | шт. | 1 | |||||
| FE‑28 | Расход дихлорэтана из Е‑3 в Т‑302.Диафрагма камерная Ду=150 мм; Драст=113,5 мм; Место установки – трубопровод расхода дихлорэтана. | ДКС‑06–100 | АО «Манометр» г. Москва | шт. | 1 | |||||
| Контроллер SIMATIC ЕТ‑200М и система ввода / вывода: | ||||||||||
| Блок питания | PS307–1B | 6ES7 307–1BA00–0AA0 | «Siemens»Германия | шт. | 1 | |||||
| Центральный процессор | CPU315 -2 | 6ES7 315–2AG10–0AB0 | «Siemens»Германия | шт. | 1 | |||||
| Коммуникационный процессор | CP343–1 | 6GK7 343–1EX11–0XE0 | «Siemens»Германия | шт. | 1 | |||||
| Станция распределённого ввода / вывода | ET 200M | 6ES7153–1AA02–0XB0 | «Siemens»Германия | шт. | 2 | |||||
| Блок питания для ET 200M | PS 307 | 6ES7307‑IEA00–0AA0 | «Siemens»Германия | шт. | 2 | |||||
| Интерфейсный модуль | IM 153–2 | 6ES7153–2AA02–0XB0 | «Siemens»Германия | шт. | 2 | |||||
| Сигнальные модули: | шт. | 14 | ||||||||
| дискретного ввода | SM 321 8xAS, 120/230B | 6ES7321–1FF01–0АА0 | «Siemens»Германия | шт. | 2 | |||||
| дискретного вывода | SM 322 8 x AC, 230 B, 2A | 6ES7322–1НF01–0АА0 | «Siemens»Германия | шт. | 2 | |||||
| аналогового ввода | SM 331 на 8 входов | 6ES7331–7KF02–0AB0 | «Siemens»Германия | шт. | 7 | |||||
| аналогового вывода | SM 332 на 4 выхода | 6ES7332–5HD01–0AB0 | «Siemens»Германия | шт. | 3 | |||||
| Шкаф 800x2000x1000 | RITTALTS | 7820.770 | шт. | 1 | ||||||
| Станция оператора: | ||||||||||
| 9 | Промышленнаяэлектронно-вычислительнаямашина. CPU Pentium 4, 1024Мбайт, 80 Гбайт HD, Matrox Millenium G200 (512 Мбайт, AGP графика, 64Кцветов, 1600*1200 точекпричастотерегенерацииизображений 100 Гц); 3,5'' дисковод, интегрированныйинтерфейс Fast Ethernet 10/100 Мбит/с, Windows NT 4.0 Workstation. | SIMATIC PC RI45 PIII Tower. | шт. | 1 | ||||||
| 10 | Монитор 21'' SVGA | Sony multiscan 21se | шт. | 2 | ||||||
| 11 | Клавиатура | KB2 | шт. | 1 | ||||||
| 12 | Принтер A3 | Epson | шт. | 1 | ||||||
| 13 | Манипулятор курсора типа «Trackball» | Logitech | шт. | 1 | ||||||
| 14 | SCADA‑система SIMATIC WinCC | WinCC | 6AV6371–1BG15‑OAX0 | |||||||
| 15 | Источник бесперебойного питания | APC-SMART-UPS | шт. | 1 | ||||||
| Инженерная станция: | ||||||||||
| 16 | Промышленнаяэлектронно-вычислительнаямашина. CPU Pentium 4, 2048Мбайт, 80 Гбайт HD, Matrox Millenium G200 (512 Мбайт, AGP графика, 64Кцветов, 1600*1200 точекпричастотерегенерацииизображений 100 Гц); 3,5'' дисковод, интегрированныйинтерфейс Fast Ethernet 10/100 Мбит/с, Windows NT 4.0 Workstation. | SIMATIC PC RI45 PIII Tower. | шт. | 1 | ||||||
| 17 | Монитор 21'' SVGA | Sony multiscan 21se | шт. | 1 | ||||||
| 18 | Клавиатура | KB2 | шт. | 1 | ||||||
| 19 | Манипулятор курсора | Logitech | шт. | 1 | ||||||
| 20 | SCADA‑система SIMATIC WinCC | WinCC | 6AV6371–1BG15‑OAX0 | |||||||
| 21 | Пакет программ SIMATICStep7 v5.0 с дополнительными пакетами программирования для создания проекта автоматизации на уровне программируемых логических контроллеров S7–400Н и их коммуникации в локальные сети | Step7 v5.0 | 6ES7810–4CC04‑OYX4 | |||||||
| 22 | Источник бесперебойного питания | APC-SMART-UPS | шт. | 1 | ||||||
| Инженерная станция: | ||||||||||
| 16 | Промышленнаяэлектронно-вычислительнаямашина. CPU Pentium 4, 2048Мбайт, 80 Гбайт HD, Matrox Millenium G200 (512 Мбайт, AGP графика, 64Кцветов, 1600*1200 точекпричастотерегенерацииизображений 100 Гц); 3,5'' дисковод, интегрированныйинтерфейс Fast Ethernet 10/100 Мбит/с, Windows NT 4.0 Workstation. | SIMATIC PC RI45 PIII Tower. | шт. | 1 | ||||||
| 17 | Монитор 21'' SVGA | Sony multiscan 21se | шт. | 1 | ||||||
| 18 | Клавиатура | KB2 | шт. | 1 | ||||||
| 19 | Манипулятор курсора | Logitech | шт. | 1 | ||||||
Предложенная схема автоматизации, установки прямого низкотемпературного хлорирования этилена обеспечит контроль и регулирование основных параметров технологического процесса, а также возможность ведения технологического процесса в оптимальных для данной установки условиях, что обеспечит получение готового продукта (1,2-дихлорэтана) заданного качества.