5.Разработка схемы автоматического регулирования технологического процесса ректификации

5.1. Постановка задачи управления

Поскольку затраты на ректификацию являются одной из самых существенных составляющих в себестоимости продукции, задача автоматизации ректификационных колонн часто ставится как задача оптимального управления, которой подчиняются задачи автоматического регулирования отдельных параметров. В зависимости от назначения ректификационной колонны используют различные критерии оптимальности.

Для продуктовых колонн, предназначенных для получения товарных продуктов, ставятся две основные задачи:

• минимизация энергозатрат на получение товарных продуктов;

• максимизация разделительной способности ректификационной колонны.

5.2. Разработка асу тп основной ректификационной колонны к-1 установки 21-10/3м

В настоящее время на установке 21-10/3М используется АСУ ТП – MOD-30, которая относится к наиболее современным средствам управления технологическими процессами в химической промышленности. Семейство элементов базовой системы MOD-30 включает различные контроллеры, устройства интерфейса и другое оборудование, позволяющее легко подобрать заданную конфигурацию системы для широкого класса процессов в диапазоне от непрерывных до периодических или дискретных процессов. Компоненты системы MOD-30 построены на современной микропроцессорной технике и отличаются высокой надёжностью, что предопределило выбор в её пользу в сравнении с отечественными системами управления. Таким образом, при переносе аккумулятора К-1 замена АСУ MOD-30 нецелесообразна.

Характеристика АСУ MOD-30. В её состав входит персональная микроЭВМ, а также цветной видеотерминал для регулирования и управления 50-60 контурами в технологических процессах нефтепереработки. Система состоит из отдельных взаимосвязанных модулей: контроллера, вычислительного модуля, модуля управления и регистрирующего модуля. Каждый из модулей оснащён микропроцессором с расширенной базой данных. Такая конфигурация системы позволяет решать задачи управления гораздо шире, чем отдельные контроллеры или группа контроллеров. Модули системы можно использовать отдельно или в группе от 2 до 16 модулей через сеть данных. Расширение системы MOD-30 можно осуществить включением станции управления, логического модуля переработки данных.

Преимущество системы MOD-30 заключается в замене приборного щита оператора-технолога на модули системы, а также в способности сопряжения с другими системами управления, функционирующими на НПЗ. Основой системы является сеть данных, представляющая собой двухпроводную кабельную связь с асинхронным соединением и позволяющая реализовывать любую стратегию управления, начиная от ПИД-регулирования (пропорциональное, интегральное и дифференциальное регулирование) и кончая сложным многоконтурным логическим управлением. Сеть данных осуществляет связь MOD-30 с терминалом системы, отдельными приборами и модулями переработки данных для реализации супервизорного управления. Каждый из модулей системы просто сопрягается с дисплеем, модулем обработки данных и другими терминалами, так как в системе применяется стандартное программное обеспечение.

Контроллер может выполнять различные функции в системе в зависимости от её конфигурации и задач. Он может работать как простой ПИД-регулятор с сигнализацией, решать задачи сложного регулирования по возмущению с обратной связью, осуществлять линеаризацию, суммирование и другие функции.

Такая гибкость контроллера достигается с помощью запоминающего устройства (ЗУ) с объёмом памяти 72К, рассчитанного на обработку 500 входных параметров с реализацией управления в необходимом контуре или заданных функций. Конфигурация базы данных, основанной на ЗУ с произвольным порядком выборки, позволяет решать новые задачи управления без смены ЗУ, замены или переоснащения модулей.

Это происходит за счёт перегрузки входных параметров контроллера или специальным терминалом системы. Такой терминал обладает свойствами применения готовых программ для реализации схем автоматического включения-выключения, прерывного и объединённого регулирования. Кроме того, он выполняет команды системы по изменению функций отдельных модулей или команд по супервизорному управлению, изменению режима управления, т.е. работает как УВМ в супервизорном режиме. Положение выходов определено соответствующими алгоритмами программы, а значение параметра устанавливается оператором.

Следующий модуль системы – вычислительный, работа которого основана на микропроцессоре. Модуль состоит из 2 секций, работающих независимо и реализующих до 5 функций алгоритма. Кроме того, он может работать как калькулятор, селектор сигналов или устройство для динамической компенсации полного запаздывания.

Регистрирующий модуль является универсальным микропроцессорным устройством, выполняющим регистрацию трёх тенденций параметров, состоящих из трёх аналоговых входных сигналов или трёх цифровых входных сигналов. Входные сигналы могут поступать на регистрирующий модуль от технологических датчиков, других модулей и приборов, а также из сети данных.

Модуль управления системы способствует объединению последовательных функций управления. Он осуществляет хранение в памяти последовательности регулирования в получении информации в пределах от 0,25 с до 99,9 ч.

Таким образом, система MOD-30 позволяет создавать распределённые системы управления и реализовывать следующие принципы построения АСУ ТП:

• распределение функций управления по элементам системы при интегрированной и централизованной обработке данных;

• гибкость структуры системы управления;

• ориентация структуры системы управления на инженеров-технологов, не владеющих навыками программирования;

• высокая надёжность и безопасность системы, простота в обслуживании.

Схема регулирования основных технологических параметров

Сырье коксования из сырьевых змеевиков печей П-1, П-2 подается в колонну К-1. Расход сырья в К-1 измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 100×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22 М-ДД ». Затем сигнал регистрируется и регулируется при помощи каскадного регулирования с коррекцией по уровню К-1 контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду =100, последний установлен на линии подачи сырья в сырьевые змеевики печи П-1, П-2.

С верха колонны К-1 углеводородный газ, пары бензина и воды поступают в воздушные холодильники АВЗ-1,2, теплообменники Т-1,1А,2 и после конденсации и охлаждения поступают в сборник орошения Е-1. Температура на входе в Е-1 измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Сигнал преобразуется в стандартный электрический прибором «HD - 2». Затем регистрируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электрическим преобразователем «КПЧ – 160 Siemens» - вариатором частоты вращения электродвигателей конденсаторов воздушного охлаждения АВЗ-1,2 и подается на исполнительный механизм – собственно электродвигатель.

Из емкости Е-1 бензин насосами Н-13,13А подается на орошение верха К-1, а балансовый избыток прокачивается через тепло­обменник Т-9 и поступает на 14,16,18 тарелки колонны К-4.

Расход бензина из Е-1 в К-1 измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 100×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22 М-ДД». Затем сигнал регистрируется и регулируется с коррекцией по температуре верха К-1 контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НЗ), Ду=100, последний установлен на линии подачи орошения в К-1.

Уровень в Е-1 измеряется поплавковым уровнемером «РУПШ – 365 – ОНТ». Сигнал преобразуется в стандартный пневмоэлектрическим прибором «Foxboro 892-4». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=100, последний установлен на линии подачи бензина в К-4. Расход бензина в К-4 измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 100×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрическим дифманометром «Сапфир -22-М-ДД». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Раздел фаз бензин-вода в Е-1 регулируется прибором ЭРФ-01, далее сигнал измеряется и преобразуется в стандартный электрический сигнал прибором «Фаза-70М» затем выходной сигнал преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НЗ), Ду=50, последний установлен на линии вода из Е-1 в Е-2. Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Давление в Е-1 измеряется и преобразуется в стандартный электрический сигнал дифманометром «Сапфир -22М-ДИ». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функции контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Давление в К-1 измеряется и преобразуется в стандартный электрический сигнал дифманометром «Сапфир -22М-ДИ».

Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=200, последний установлен на линии газ из Е-1 в К-3. Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Расход бокового орошения в К-1 измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 80×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрическим дифманометром «Сапфир -22-М-ДД». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=50, последний установлен на линии подачи бокового орошения.

Для поддержания температурного режима колонны К-1 на 25 и 27 тарелки подается циркуляционное орошение, расход орошения измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 200×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22М-ДД». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Уровень в аккумуляторе измеряется буйковым уровнемером «Fischer – 2390».Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».Температура циркуляционного орошения измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Температура низа колонны К-1 поддерживается за счет подачи первичного сырья, а также паров из коксовых камер. Она измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Легкий газойль с 16, 18, 20 тарелок колонны К-1 поступает в отпарную колонну К-2/1 где отпариваются низкокипящие фракции, посредством подачи в низ колонны острого водяного пара. Расход пара в К-2 измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 80×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрическим дифманометром «Сапфир - 22М-ДД». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функции контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Температура поступающего легкого газойля в К-2/1 регулируется за счет установленных клапанов на перетоках с 18 и 20 тарелок. Она измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ИТ-1.38». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=40, последние установлены на линии перетока с 18 и 20 тарелок.

С куба колонны К-2/1 легкий газойль, поступает на прием насоса Н-7 (Н-7А), прокачивается через теплообменник Т-21 и последовательно работающие водяные холодильники Т-5, Т-6, где охлаждается и откачивается с установки. Температура легкого газойля из колонны К-2/1 на прием насосов Н-7, Н-7А измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функции контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Уро­вень в К-2/1 измеряется поплавковым уровнемером «РУПШ – 365 – ОНТ». Сигнал преобразуется в стандартный пневмоэлектрическим прибором «Foxboro 892-4». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера поступает на вход контроллера управления расходом легкого газойля с установки и преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=50, последний установлен на линии откачки легкого газойля с установки. Расход легкого газойля с установки измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 80×40.Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22-М-ДД». Затем сигнал регистрируется и регулируется при помощи каскадного регулирования с коррекцией по уровню К-2/1. Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электрическим преобразователем «ACS – 601» - вариатором частоты вращения электродвигателя насосного агрегата Н-7А и подается на исполнительный механизм – собственно электродвигатель.

Тяжелый газойль коксования с 31 тарелки колонны К-1 перетекает в колонну К-2/3, где отпаривается от легких компонентов посредством подачи в низ колонны водяного пара. Отпаренные фракции возвращаются в колонну К-1 под 29 тарелку. Температура тяжелого газойля измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Затем сигнал регистрируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей функции контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Нефтепродукт из куба колонны К-2/3 забирается насосами Н-5, Н-5А, прокачивается через теплообменник Т-16, где подогревает топливный газ, далее через теплообменники Т-8А, Т-8Б, где подогревает сырье, поступающее на установку, затем дохлаждается в погружном холодильнике Т-8 и выводится с установки.

Часть тяжелого газойля используется для прогрева колонны К-0. Расход тяжелого газойля с установки измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 100×40. Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22-М-ДД».

Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера поступает на вход контроллера управления расходом тяжелого газойля в К-0 и преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=50, последний установлен на линии подачи тяжелого газойля в К-0.

Уро­вень в К-2/3 измеряется поплавковым уровнемером «РУПШ – 365 – ОНТ». Сигнал преобразуется в стандартный пневмоэлектрическим прибором «Foxboro 892-4». Затем сигнал регистрируется и регулируется контроллером «MOD – 30». Отображение регистрирующей и регулирующей функций контроллера дублируется электронной системой управления процессом «MOD – 300». Далее выходной сигнал контроллера поступает на вход контроллера управления расходом тяжелого газойля с установки и преобразуется электропневматическим преобразователем «Fischer – 646 FM» и подается на мембранный исполнительный механизм с регулирующим органом – клапаном марки 25с40НЖ (НО), Ду=50, последний установлен на линии откачки легкого газойля с установки.

Расход тяжелого газойля с установки измеряется методом переменного перепада давления первичным прибором ДКС 80×40.Сигнал преобразуется в стандартный электрический дифманометром «Сапфир -22-М-ДД». Затем сигнал регистрируется и регулируется при помощи каскадного регулирования с коррекцией по уровню К-2/3. Далее выходной сигнал контроллера преобразуется электрическим преобразователем «ACS – 601» - вариатором частоты вращения электродвигателя насосного агрегата Н-5А и подается на исполнительный механизм – собственно электродвигатель.

Температура отходящих продуктов с установки измеряется на основе термоэлектрического эффекта, возникающего в спае из разнородных проводников, первичным прибором «ТХК – 0515». Сигнал преобразуется в стандартный электрический прибором «HD - 2». Затем регистрируется электронной системой управления процессом «MOD – 300».

Все входные сигналы от датчиков, первичных преобразователей и выходные сигналы на исполнительный механизм проходят через барьеры искрогашения сигналов: входные (1152FZ-881010) и выходные (БИЗ-1 «ИКАР»).