2 Розробка функціональної структури івк та вибір технічних засобів

2.1 Вибір та обгрунтування точок контролю

В даній курсовій роботі розробимо ІВК для колони деасфальтизації, яка є частиною технологічної схеми установки деасфальтизації гудрону бензином (процесс добен).

Опис частини технологічної схеми установки деасфальтизації гудрону бензином (процесс добен):

Гудрон, який з певною витратою нагнітається насосом 1, підігрівається в теплообміннику 2 і поступає в сировинний приймач 3. Звідси гудрон насосом 4 направляється в безперервно діючу екстракційну колону 6. Сировина і розчинник(бензинова фракція) вводяться в екстрактор 6 через вбудовані розподілювачі. Розчин, який створюється при зустрічному русі деасфальтизату до виходу із екстрактора нагрівається у вбудованому підігрівачі, розташованому над розподілювачем сировини; з підвищенням температури цього розчину покращується якість деасфальтизату, який отримується, проте знижується його вихід.

Основними параметрами,які контролюються у екстракційній колоні є:

• густина гудрону при 20 °С, кг/м³ – 983-985;

• температура гудрону на вході в екстрактор , °С – 150-160;

• тиск в екстракторі, МПа – 2.2-2.5.

• температура бензинової фракції на вході в екстрактор - °С – 130-135.

• включення і виключення насосу.

Температура гудрону на вході в екстрактор

Температура сировини(гудрону), що поступає в екстрактор впливає на якість і вихід розчину деасфальтизату. Подача гудрону в колону відбувається через вбудований розподілювач. На виході екстрактора розчин деасфальтизату підігрівається вбудованим теплоносієм. З підвищенням температури розчину деасфальтизату покращується якість деасфальтизату( 30% розчину), але знижується його вихід. Тому потрібно підтримувати температуру сировини на вході в колону в межах – 150-160°С.

Температура бензинової фракції на вході в екстрактор

Температура розчинника (бензинової фракції),що поступає в екстрактор через вбудований розподілювач, впливає на показники концентрації розчинника і асфальтиту в суміші(близько 37% мас розчинника і 63% мас асфальтиту). Асфальтит виводиться з колони знизу. Температура розчинника на вході в екстрактор підтримується в межах - 130-135 °С.

Тиск в екстракторі

Тиск у колоні деасфальтизації необхідно підтримувати на рівні – 2.2-2.5 МПа, тому що його величина обмежена міцністю стінок колони. Також тиск необхідно підтримувати у зазначеному діапазоні для того, щоб в екстракторі утворювалися два шари: розчин деасфальтизату (близько 70% мас бензинової фракції і 30% мас деасфальтизату) і розчин асфальтиту (близько 37% мас розчинника і 63% мас асфальтиту).

Густина сировини(гудрону) при 20 °С

Густину сировини необхідно підтримувати в межах 983-985 кг/м³ для забезпечення протікання процесу виведення асфальтенів з гудрону. Відхилення цього параметра від заданих меж може змінити інші параметри (зокрема температуру).

2.2 Підбір технічних засобів вимірювання та їх характеристики. Проектування функціональної схеми івк

В якості технічних засобів вимірювання вибираємо:

• Перетворювач температури ТХАУ-250-ЕХ

• Перетворювач тиску ЗОНД-10-ИД

• Індикатор технологічний мікропроцесорний ИТМ-2 фірми МІКРОЛ

• Густиномір радіоізотопний ПР- 1027М

• Індикатор технологічний мікропроцесорний ИТМ-20 фірми МІКРОЛ

Для вимірювання температури використаємо перетворювач температури ТХАУ-250-ЕХ.

Дія термоелектричних термометрів заснована на властивості металів і сплавів створювати термоелектрорушійну силу (термоерс), що залежить від температури місця з'єднання (спаю) кінців двох різнорідних провідників (термоелектродів), що утворюють чутливий елемент термометра — термопару. Маючи у своєму розпорядженні закон зміни термоерс термометра від температури і визначаючи значення термоерс електровимірювальним приладом, можна знайти реальне значення температури в місці вимірювання.

Термоелектричний термометр, що складається із двох спаяних і ізольованих по довжині термоелектродів, захисного чохла і головки із затискачами для підключення сполучної лінії, є первинним вимірювальним перетворювачем. Як вторинні прилади, що працюють із термоелектричними термометрами, застосовуються магнітоелектричні мілівольтметри і потенціометри.

Термоелектричні термометри широко застосовуються в енергетичних установках для вимірювання температури перегрітої пари, димових газів, металу труб котлоагрегатів і т.п. Позитивними властивостями їх є: великий діапазон вимірювання, висока чутливість, незначна інерційність, відсутність стороннього джерела електричного струму і легкість здійснення дистанційної передачі показань.

На точність вимірювання термоелектричного термометра значно впливають спосіб установлення і правильність проведення перевірки термометра і вторинного приладу.

Одним з основних вимог, які рекомендуються при установленні термоелектричного термометра, є досягнення мінімального витоку тепла по його арматурах. Для цього термометр можливо глибше занурюють у вимірювальне середовище, що приводить до збільшення теплосприймаючої поверхні і розташовується в місцях з великою швидкістю потоку, що поліпшує умови теплообміну.

Рис. 2.1 – ТХАУ-250-ЕХ

Основні характеристики:

Форма подання інформації - вихідний сигнал: 4 ... 20мА

Область застосування , контрольоване середовище - тверді , рідкі , газоподібні та сипучі речовини ; Ру 1 ; 6,3 ; 20 ; 25 МПа

Межі вимірювання, - ° С 0 ... + 600 / 0 ... + 900

Довжина монтажної частини , мм - 50 ... 1250 НСХ

похибка вимірювання - 1 %

матеріал арматури - ст. 12Х18Н10Т

живлення - 12 ... 36В / 24В

виконання IP54 ; OExiaIICT6 X ; вібростійкого N3 ; кліматичне С4

Для виміру тиску використовуємо тензоризисторний вимірювальний перетворювач тиску ЗОНД-10-ИД

Тензорезисторні вимірювальні перетворювачі тиску являють собою деформаційний чутливий елемент, найчастіше мембрану, на яку наклеюються тензорезистори. В основу принципу роботи тензорезисторів покладено явище тензоефекту, суть якого полягає в зміні опору провідників і напівпровідників при їх деформації. Існує зв'язок між зміною опору тензорезистора і його деформацією.

Дістали поширення дротові і фольгові тензорезистори, що виготовляють із провідників типу манганіну, ніхрому, константану, а також напівпровідникові тензорезистори, що виготовляють із кремнію і германію р- і л-типів. Опір тензорезисторів, що виготовляють із провідників, становить 30-500 Ом, а опір напівпровідникових тензорезисторів від 5·10^-2-10 кОм.

Удосконалювання технології виготовлення напівпровідникових тензорезисторів створило можливість виготовляти тензорезистори безпосередньо на кристалічному елементі, виконаному із кремнію або сапфіру. Пружні елементи кристалічних матеріалів мають пружні властивості, що наближаються до ідеальних. Класи точності тензорезисторних вимірювальних перетворювачів надлишкового тиску, розрідження і різниці тисків 0,6; 1,0; 1,5. Діапазони вимірювання: надлишкового тиску — від 0-10^-3до 0-60 МПа; розрідження — від мінус 1-0 до мінус 10-0 кПа; абсолютного тиску — від 0-2,5 кПа до 0-2,5 МПа; різниці тисків — від 0-1 кПа до 0-2,5МПа.

Моделі перетворювачів(датчиків) тиску ЗОНД-10-ИД 1021м, 1015м виготовляються у вигляді єдиної конструкції, яка об'єднує конструктивно два функціональних блоки: приєднувальний штуцер з інтегральним тензоелементом і корпус з електронним блоком, який перетворює параметри тензорезисторного моста, що залежать від діючого тиску, у вихідний струмовий сигнал. Датчики виконані в литому корпусі з алюмінієвого сплаву і призначені для вимірювання надлишкового тиску рідких і газових середовищ в опалювальних і сухих неопалюваних приміщеннях (модель 1021м), а також в сирих неопалюваних приміщеннях, підвалах і на відкритому повітрі (модель 1015м).

У моделі 1021м для електричного під'єднання використовується трьохштирковий роз'єм з фіксатором, в моделі 1015м - кабельне введення (вихідний кабель під'єднується до клемної колодки, розташованої на платі всередині корпусу)

Основні характеристики:

Форма надання інформації вихідний сигнал: 0 ... 5 мА,

Контрольоване середовище високотемпературні середовища (до +400 ° С);

Межі виміру 4кПа ... 100МПа

Похибка вимірювання 1%;

Живлення, споживана потужність 16 ... 36В

Виконання корозійностійке; вибухозахищене: ЕхdIIBT5

Габаритні розміри, мм 100х100

Маса, кг 0,4

Рис. 2.2 - ЗОНД-10-ИД 1021м

В якості вторинного приладу для каналів температури використовуємо індикатор технологічний мікропроцесорний ИТМ-2

ИТМ-2 призначений для вимірювання та контролю двох вхідних технологічних параметрів (температура , тиск , витрата , рівень та інших фізичних величин) , значення яких може бути перетворене в уніфікований сигнал.

Область застосування:

- Вимірювач -індикатор двох параметрів з виходом і уставками сигналізації мінімум і максимум

- Системи промислової автоматики

- Системи цифрової індикації технологічних параметром

- Дистанційні пристрої зв'язку з об'єктом з індикацією

- Територіально розподілені і локальні системи управління

- Віддалений збір даних , диспетчерський контроль і управління виробництвом

Функціональні можливості:

- Підключення до приладу джерел уніфікованих сигналів

- Індикація параметрів в технологічних одиницях на цифрових індикаторах

- Цифрове калібрування початку шкали і діапазону вимірювання

- Завдання і сигналізація відхилення від уставок мінімум і максимум

- Вхідний цифровий фільтр аналогових входів

- Добування квадратного кореня ( вимірювання витрати по перепаду тиску )

- Лінеаризація вхідного сигналу (по 16 точках )

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованого зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS- 485 , протокол зв'язку ModBus RTU ( збір інформації , конфігурація )

- Кількість приладів в мережі RS- від 485 до 255

Рис. 2.3 – ИТМ-2

Технічні характеристики:

- Кількість каналів вимірювання : 2

- Гальванічна ізоляція : трирівнева ( по входу , виходу , живленню)

- Період виміру: 0,5 сек

- Вхідні сигнали: 4-20 мА ( Rbx = 400 Ом) ,

- Основна похибка вимірювання : 0,5 %

- Роздільна здатність цифрової індикації : +0,01 %

- Кількість розрядів цифрового індикатора : 4 ( на кожен канал )

-Висота цифр світлодіодних індикаторів: 10мм

- Температура навколишнього середовища: від +0 ° С до +50 ° С

- Напруга живлення: від мережі змінного струму = 220 ( + 22 , -33) В , ( 50 +1 ) Гц

- Потужність : не більше 7,5 Вт

- Корпус (ВхШхГ): щитової 96x96x185мм 01И43700 , ІР30

- Монтажна глибина : 240мм

- Маса блоку : не більше 0,95 кг

Для вимірювання густини вибираємо густиномір радіоізотопний ПР- 1027М

Принцип дії радіоізотопних густиномірів заснований на визначенні зміни інтенсивності потоку γ- променів після проходження через вимірюване середовище.

Рис.2.4 – густиномір ПР- 1027М

Технічні характеристики:

призначення: контроль щільності , ступеня аерації ; металургійна , хімічна , будівельна , харчова , целюлозно -паперова галузі промисловості

Контрольоване середовище - виробничі розчини , пульпи , суспензії ; бінарні і квазі -бінарні середовища

Форма надання інформації цифрова індикація ; вихідний сигнал: 0 ... 5 мА ; інтерфейс RS485

Межі виміру 500 ... 4000кг/м3

Похибка 0.5%

Харчування , споживана потужність 220В , 50Гц; 50ВА

Виконання пиловологозахищений : IP54

конструкція

Склад датчик ( Д) , вимірювальний блок ( ІБ)

Габаритні розміри , мм діаметр 90х376 (Д) ; 172х310х200 або 400х318х160 (ІБ )

Маса , кг 8 ( Д) ; 4,5 або 6 ( ІБ )

В якості вторинного приладу для каналів тиску і густини використовуємо індикатор технологічний мікропроцесорний ИТМ-20

Універсальні багатофункціональні двоканальні індикатори-регулятори .

Призначені для вимірювання , контролю та автоматичного регулювання двох вхідних технологічних параметрів (температура , тиск , витрата , рівень та інших фізичних велич ) ,

 значення яких може бути перетворено в уніфікований сигнал.

Забезпечують управління двохпозиційної і трьохпозиційної навантаженням і виконавчими механізмами .

Область застосування:

- Вимірювач -індикатор двох параметрів з вихідними уставками сигналізації мінімум і максимум

- Двопозиційне і трипозиційне регулювання температури , тиску, витрати , рівня та інших величин , фізичне значення яких може бути перетворено в уніфікований сигнал

- Системи промислової автоматики

- Системи цифрового і лінійної індикації технологічних параметрів

- Дистанційні пристрої зв'язку з об'єктом з індикацією - Територіально розподілені і локальні системи управління

- Віддалений збір даних , диспетчерський контроль, управління виробництвом

Функціональні можливості

- Підключення до приладу джерел уніфікованих сигналів

- Індикація параметрів в технологічних одиницях на цифрових і лінійних ( 0-100 %) індикаторах

- Цифрове калібрування початку шкали і діапазону вимірювання

- Вибір методу лінійної індикації (сегмент , гістограма )

- Завдання і сигналізація відхилення від уставок мінімум і максимум

- Вхідний цифровий фільтр аналогових входів

- Добування квадратного кореня ( вимірювання витрати по перепаду тиску )

- Лінеаризація вхідного сигналу (по 16 точкам )

- Чотири вільно-програмованих дискретних виходи

- Програмована логіка роботи вихідних пристроїв : більше МАХ , менше MIN , в зоні MIN МАХ , поза зоною MIN - MAX з гістерезисом (

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованого зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS- 485 , протокол зв'язку ModBus RTU ( збір інформації , конфігурація )

- Кількість приладів в мережі RS- 485 : до 255

Конфігурування приладу , комунікаційні функції і можливості

- Конфігурування приладу , зміна його налаштувань і параметрів , здійснюється за допомогою клавіш передньої панелі або по інтерфейсу RS- 485 за допомогою програмного пакета - конфігуратора "МІК -Інтелект"

- Використання програмного пакета "МІК - Реєстратор " надає можливість побудови системи збору та архівування інформації на ПЕОМ

- Використання програмного пакета ModBus ОРС Server забезпечує можливість автоматизованого обміну інформацією між приладами і додатками - клієнтами на ПЕОМ.

В якості програми-клієнта , наприклад , може використовуватися SCADA- система, що підтримує стандартний інтерфейс доступу до даних ОРС Data Access 2.0.

Рис.2.5 - ИТМ-20

Технічні характеристики:

- Кількість каналів вимірювання : 2

- Гальванічна ізоляція : трирівнева ( по входу , виходу , живленню)

- Період виміру: 0,5 сек

- Вхідні сигнали: 0 - 5мА ( RBX = 400 Ом) ,

- Основна похибка вимірювання :0,2 %

- Роздільна здатність цифрової індикації : +0,01 %

- Роздільна здатність лінійної індикації : 5 % / сегмент або 2,5%

- Кількість розрядів цифрового індикатора : 4 ( на кожен канал )

- Кількість розрядів лінійного індикатора : 21 ( на кожен канал ) для ІТМ - 22 -Висота цифр світлодіодних індикаторів: 10мм для ІТМ -20 і 8мм для ІТМ - 22 -Висота сегмента лінійних індикаторів: 5мм

-4 Дискретних виходи: транзистор OK 40В ЮОмА або реле 220В 8А (залежно від замовлення клемно -блокового з'єднувача)

- Температура навколишнього середовища: від +0 ° С до +50 ° С

- Напруга живлення: від мережі змінного струму = 220 ( + 22 , -33) В , ( 50 +1 ) Гц

- Потужність : не більше 8,5 Вт

- Корпус (ВхШхГ): щитової 96x96x185мм DIN43700 , IP30

- Монтажна глибина : 240мм

- Маса блоку : не більше 0,95 кг