3.3 Выбор и обоснование параметров регулирования

В процессе полимеризации температура в полимеризаторах автоматически изменяется таким образом, чтобы при наличии возмущений была достигнута цель управления. Повышение температуры эмульсионной полимеризации увеличивает скорость процесса, но ухудшает качество полимера, вследствие этого необходимо регулировать данный параметр.

Для предотвращения выхода из строя приборов и оборудования необходимо выдерживать давление в полимеризационной батарее в рамках, определенных регламентом технологического процесса.

Главным образом давление в полимеризационной батарее определяется давлением насыщенного пара при данной температуре наиболее низкокипящего мономера – бутадиена.

В процессе также осуществляется измерение и регулирование расхода углеводородной эмульсии.

Таблица 3.3.1 – Параметры регулирования технологического процесса

Регулируемый параметр	Точка регулирования	Диапазон измерений
Расход углеводородной эмульсии, м3/ч	На входе поли-меризациионной батареи	4 – 11
Температура процесса полимеризации, ºС	В аппарате поз.1а	4 – 8
Температура процесса полимеризации, ºС	В аппарате поз. 1/12	4 – 8
Давление в полимеризационной батарее, МПа	В конце поли-меризациионной батареи	Не более 0,6

3.4 Выбор и обоснование средств регулирования

При выборе средств регулирования необходимо стремиться к применению однотипных устройств, обеспечивающих простоту сочетания, взаимозаменяемость, простоту обслуживания.

Диапазон измерения приборов должен быть выбран так, чтобы номинальное значение регулируемого параметра составляло 50…70% от верхнего предела измерения.

По классу точности и чувствительности, применяемые средства автоматизации должны соответствовать требованиям данного технологического процесса.

Также, в автоматизированных системах управления производственными процессами необходимо, чтобы аналоговые сигналы с датчиков системы поступали в промышленный контроллер без помех и искажений. Разработчикам промышленных систем управления приходится иметь дело с различными измеряемыми величинами: напряжением, током, сопротивлением, индуктивностью и т.д. В этих случаях не обойтись без нормирующих преобразователей, в которых аналоговые сигналы с первичных датчиков усиливаются, обрабатываются и преобразовываются так, чтобы повысить помехозащищенность и точность работы системы управления. Также, нормирующие преобразователи должны приводить сигналы различных датчиков к виду, пригодному для правильной индикации параметра или обработки сигнала в промышленном контроллере.

Контур регулирования расхода углеводородной эмульсии на ПБ

Систему регулирования расхода углеводородной эмульсии на полимеризационную батарею построим следующим образом. Для измерения расхода эмульсии воспользуемся камерной диафрагмой ДК6-50 (позиция 1-1), установленной в трубопроводе. Разность давлений, формируемая диафрагмой, напрямую связана со скоростью жидкости проходящей через нее, и, следовательно, с расходом жидкости.

Перепад давления будем регистрировать дифференциальным манометром марки ДМПК-100АМ (позиция 1-2), вырабатывающим унифицированный пневматический сигнал. Данный манометр может использоваться для работы в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров технологических процессов нефтеперерабатывающей, газовой, химической и других отраслях промышленности с целью выдачи информации в виде стандартного пневматического сигнала о перепаде давления, расходе жидкости, а также уровне жидкости. Перепад давлений, создаваемый диафрагмой измеряется дифференциальным манометром и преобразуется в унифицированный пневматический сигнал давления сжатого воздуха. Для передачи измерительной информации используется пневматическая линия.

Выбор дифманометра модификации 100АМ обоснован следующими его преимуществами: возможностью местного отсчета давления питания и выходного сигнала; широким диапазоном перестройки пределов измерения; высокой стабильностью нуля и диапазона. Высокое качество и надежность при долговременной эксплуатации в агрессивных средах обеспечивается применением коррозионностойких материалов, а это, в свою очередь, предотвращает попадание железа в эмульсию, что недопустимо, т. к. примеси оказывают негативное влияние на ход полимеризации.

Таблица 3.4.1 – Характеристики дифманометра марки ДМПК-100АМ

Предельное избыточное давление, МПа	10
Давление питания, кПа	140
Пределы изменения выходного сигнала при изменении перепада давления от нуля до предельного номинального значения, кПа	20 – 100
Дальность передачи выходного сигнала по трассе: - с внутренним диаметром 4 мм, м - с внутренним диаметром 6 мм, м	150 300
Исполнение	Ст 12Х18Н10Т
Средний срок службы, лет	12
Класс точности	0,5; 1

Для индикации и регистрации показаний дифманометра при измерении расхода углеводородной эмульсии используем вторичный прибор со станцией управления ПВ 10.1Э (позиция 1-3). Действие прибора основано на компенсационном принципе измерения, при котором усилие на приёмном элементе, возникающее от входного давления, уравновешивается усилием от давления воздуха источника питания. Прибор работает совместно с пневматическими датчиками и другими устройствами, выдающими пневматические унифицированные аналоговые сигналы в пределах от 0,02 до 0,1 МПа. На прибор подаётся воздух питания давлением 0,14 МПа. Класс точности прибора 1,0.

Для получения непрерывного регулирующего воздействия используем регулятор ПР 3.31 (позиция 1-4). Регулятор получает пневматический сигнал от показывающего прибора, задатчика, производит сравнение поступившего сигнала с заданием и вырабатывает управляющее воздействие по пропорционально-интегральному закону в виде давления сжатого воздуха, подаваемого на исполнительный механизм с целью стабилизации регулируемого параметра.

В роли исполнительного механизма в данном процессе выбираем мембранный клапан 25с50нж (позиция 1-5) модификации НЗ (нормально закрытый), чтобы при отсутствии регулирующего воздействия клапан был закрыт и во входную линию аппарата позиция 1 не поступала углеводородная эмульсия. Выбор устройства также обусловлен тем, что затвор клапана 25с50нж выполнен из нержавеющей стали, что необходимо, т.к. молекулы железа не должны попадать в углеводородную эмульсию.

Таблица 3.4.2 – Характеристики мембранного клапана марки 25с50нж

Условный диаметр клапана, мм	50
Условная пропускная способность, м3/ч	16
Номинальное давление, МПа	0,63
Температура рабочей среды, °С	до 220
Температура окружающей среды, °С	-40…+50
Исполнение	Ст 20Х13

Контуры регулирования температуры в полимеризаторах

Для измерения температуры в полимеризаторе позиция 1а воспользуемся термопреобразователем сопротивления ТСМ/1-1288 (позиция 2-1).

Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) применяются для измерения температуры жидких, газообразных сред и твердых тел, и передачи сигнала о температуре объекта на расстоянии от объекта до показывающего прибора, т. е. для дистанционного измерения температуры. Их принцип работы основан на свойстве металлов изменять удельное сопротивление при изменении температуры.

Таблица 3.4.3 – Характеристики термопреобразователя ТСМ/1-1288

Диапазон измеряемых температур, °С	-50…+150
Номинальная статическая характеристика	100М
Диаметр погружной части, мм	6
Длина погружной части, мм	80
Защитная арматура	Ст 12Х18Н10Т
Диапазон условных давлений, МПа	0,4…4
Класс точности	0,25; 0,5

Для измерения температуры в полимеризаторе позиция 1/12 воспользуемся по аналогии термопреобразователем сопротивления ТСМ/1-1288 (позиция 3-1).

Сигнал термоэлектрического преобразователя приводится к унифицированному токовому сигналу измерительным преобразователем ИП1-Ех (позиция 2-2, 3-2). Он предназначен для преобразования сигналов преобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей в унифицированный электрический выходной сигнал постоянного тока в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Преобразователи ИП 1-Ех могут быть применены во взрывоопасных зонах 1 и 2 классов.

Таблица 3.4.4 – Характеристики преобразователя ИП1-Ех

Выходной сигнал, мА	4 – 20
Напряжение питания, В	24
Потребляемая мощность, Вт	не более 1,0
Количество каналов измерения	1
Зависимость выходного тока от температуры	Линейная
Класс точности	0,25; 0,5

Для преобразования унифицированного электрического сигнала в унифицированный пневматический сигнал (0,02 ÷ 0,1 МПа) применим электропневматический преобразователь ЭПП-63 (позиции 2-3, 3-3). Класс точности преобразователя 0,6.

Для индикации и регистрации показаний температуры используем вторичный самопишущий показывающий прибор со станцией управления ПВ 10.1Э (позиции 2-4, 3-4). Шкала прибора проградуирована в пределах -50 ÷ 100°С.

Для осуществления регулирования температуры в полимеризаторах поз.1а и позиция 1/12 применим автоматический регулятор ПР3.31 (позиции 2-5, 3-5). Унифицированный пневматический сигнал, поступающий от регулятора, идет на регулирующий клапан 25с50нж (позиции 2-6, 3-6).

Регулирующий клапан 25с50нж выберем модификации НО (нормально открытый), т.к. при нарушении подачи управляющего воздействия от регулятора нормально открытый клапан должен полностью открыть подачу охлаждающей жидкости в аппараты позиция 1а и позиция 1/12 во избежание нарушения технологического режима отделения полимеризации.

Контур регулирования давления в полимеризационной батарее

Для измерения давления в конце полимеризационной батареи воспользуемся датчиком избыточного давления Сапфир-22ДИ-Вн (позиция 6-1) взрывозащищенного исполнения.

Выбираем датчик модели 2150 с верхним пределом измерения давления 0,8 МПа, который вырабатывает унифицированный сигнал постоянного тока и передаёт его на электропневматический преобразователь ЭПП-63 (позиция 6-2) и далее на вторичный самопишущий показывающий прибор со станцией управления ПВ 10.1Э (позиция 6-3).

Показывающий прибор, в свою очередь, передаёт унифицированный пневматический сигнал на пневматический автоматический регулятор ПР 3.31 (позиция 6-4). Регулятор, производит сравнение поступившего сигнала с заданием и вырабатывает управляющее воздействие, которое подаётся на исполнительный механизм, непосредственно регулирующий величину технологического параметра.

В роли исполнительного механизма в данном процессе выбираем мембранный клапан 25с50нж (позиция 6-5) модификации НЗ.

Таблица 3.4.5 – Характеристики датчика давления Сапфир-22ДИ-Вн

Выходной сигнал постоянного тока, мА	4-20
Параметры питания постоянного тока, В	15-42
Класс точности	0,25; 0,5