Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Химико-технологический факультет

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств Направление подготовки: 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств

Направленность (профиль) образовательной программы: Автоматизация химико-технологических процессов и производств

Выпускная квалификационная работа (дипломный проект)

На тему	АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
СМЕШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ТОПЛИВ НА АВТОМАТИЧЕСКОЙ
СТАНЦИИ СМЕШЕНИЯ БЕНЗИНОВ
ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЕОРГСИНТЕЗ»
Студент	Щелев Иван Игоревич	(		)

Состав ВКР:

1. Пояснительная записка на стр.

2. Графическая часть на листах

Допускается к защите

Заведующий кафедрой

д-р техн. наук, профессор

____________________ А.Г. Шумихин

«_____»_____________ 2016 г.

Регистрационный номер _________

Руководитель ВКР
Обшаров Л.В.	(		)

Пермь 2016 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра Автоматизации технологических

процессов и производств

«УТВЕРЖДАЮ»

Зав. Кафедрой__________________

«___»____________________2016 г.

Задание на выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра

Фамилия, И.О.		Щелев Иван Игоревич
Факультет	ХТФ								Группа	АТП-12-1б
Начало выполнения работы
Контрольные сроки просмотра работы руководителем ВКР
Сроки просмотра ВКР зав. кафедрой
Защита работы на заседании ГЭК
1. Наименование темы						Автоматизация технологического процесса
смешения компонентов топлив на автоматической станции смешения бензинов
ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»
2. Исходные данные к работе					Технологический регламент установки 60-30
3. Содержание пояснительной записки
а) основная часть (конструкторская, технологическая, исследовательская)											Обследование
технологического объекта автоматизации и существующей системы контроля и управления;
Обоснование концепции автоматизации; Выбор концепции системы автоматизации и
обоснование её эффективности; Выбор комплекса технических и программных средств автоматизации;
Проектирование системы автоматизации; Метрологический расчет; Расчет надежности САР;
Конфигурирование системы управления; Технико-экономическая эффективность проекта автоматизации.
4. Перечень графического материала							Ведомость проекта; Функциональная схема
автоматизации (упрощенным способом); Функциональная схема автоматизации (развернутым способом);
Структурная схема КТС; Схема принципиальная однолинейная распределительной сети;
Схема принципиальная электрическая питания; Схема принципиальная электрическая питания
и сетевых подключений; Схема принципиальная электрическая контроля и управления;
Схема принципиальная комбинированная контроля и управления; Шкаф СКУ. Перечень; Шкаф СКУ.
Таблица соединений; Схема соединений и подключений внешних проводок; План расположения оборудования
кабельных и трубных проводок; Заказная спецификация оборудования изделий и материалов.
5. Дополнительные указания
6. Основная литература			Технологический регламент установки АССБ 60-30
ООО «ЛУКОЙЛ- Пермнефтеоргсинтез».
Теория автоматического управления: Учебник для вузов/ В. Я. Ротач. -2-е изд., перераб. И доп. – М.:
МЭИ, 2004.-400 с., ил.
Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А. С. Клюев,
Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; под. ред. А. С. Клюева.-2-е изд. перераб. и доп.- М.:
Энергоатомиздат, 1990.-464 с.

Руководитель выпускной квалификационной работы бакалавра

ст. преподователь кафедры АТП Обшаров Л.В.

(___________________)

(должность, Ф.И.О.)

Задание получил Щелев Иван Игоревич

(___________________)

(дата и подпись студента)

Реферат

Отчёт 47 с, 7 источников, 19 рис, 10 табл, 1 приложение

Объектом исследования является процесс смешения компонентов бензина на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

Цель работы – обследование технологического объекта автоматизации и существующей системы контроля и управления, выбор комплекса технических и программных средств автоматизации, проектирование системы автоматизации и выводы по эффективности проектных решений.

В процессе работы была выполнена идентификация и моделирование объекта с помощью пакета Simulink программы Matlab.

Задача идентификации технологического объекта управления решена методом активного эксперимента. В результате получены передаточные функции по каналу расхода и по каналу уровень. Используя экспериментальные характеристики, были рассчитаны оптимальные настройки регуляторов и построены модели системы.

Задача автоматизации решаемая на этой станции заключается в обеспечении точности подачи количества каждого требуемого компонента, выбраны средства автоматизации отвечающие требованиям пожаро-взрывобезопасности, экономическая эффективность установки подтверждена в соответствующем разделе. Выполнены следующие схемы и чертежи: функциональная схема автоматизации, принципиальная схема автоматизации, схема принципиальная управления, шкаф СКУ общий вид, план расположения и подключения кабельных и трубных проводок, схема соединения и подключения внешних проводок, заказная спецификация.

СОДЕРЖАНИЕ

Список используемых обозначений и сокращений

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическими процессами;

АСР - автоматическая система регулирования;

ТСА - технические средства автоматизации;

АССБ - автоматическая станция смешения бензинов;

ОУ - объект управления

CР - система регулирования

МТБЭ - метил-трет-бутиловый эфир

БП - блок питания

ТП - Термопреобразователь универсальный

КТС - комплекс технических средств

Введение

Развитие автоматизации химической промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических процессов и ростом производств, использование агрегатов большой единичной мощности, усложнением технологических схем, предъявлением повышенных требований к получаемым продуктам. Под технологическим процессом понимают совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах, целью которых является получение продукта, обладающего заданными свойствами. Обычно с целью переработки химических веществ и получения целевых продуктов из этих аппаратов компонуют сложные технологические схемы.

Технологический процесс, реализованный на соответствующем технологическом оборудовании, называют технологическим объектом управления. ТОУ это отдельный аппарат, агрегат, установка, отделение, цех, производство, предприятие. Различные внешние возмущающие воздействия (изменение расхода или состава исходного сырья, состояния и характеристик технологического оборудования и т.д.) нарушают работу ТОУ. Поэтому для поддержания его нормального функционирования, а также при необходимости изменения условий его работы, например, с целью ведения технологического процесса по некоторой программе или получения целевого продукта другого качества или состава, ТОУ нужно управлять.

Управление – это целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает его оптимальное функционирование и количественно оценивается величиной критерия (показателя) качества. Критерии могут иметь технологическую или экономическую природу (производительность технологической установки, себестоимость продукции и т.д.). При автоматическом управлении воздействие на объект осуществляется специальным автоматическим устройством в замкнутом контуре; такое соединение элементов образует автоматическую систему управления. Частным случаем управления является регулирование.

Процесс приготовления бензинов заключается в механическом смешении определенного набора компонентов, допущенных в установленном порядке, в соотношениях, допустимых утвержденными технологиями производства. Регулированием называют поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых постоянных или переменных значений с целью обеспечения нормального режима его работы посредством подачи на объект управляющих воздействий.

Автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых значений, называют автоматическим регулятором.

Данный дипломный проект посвящен автоматической станции смешения бензинов на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»

1. Обследование технологического объекта автоматизации и существующей системы контроля и управления

   1. Описание предприятия

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» одно из ведущих предприятий российской нефтеперерабатывающей промышленности. Первое упоминание о Пермском нефтеперерабатывающем относится к 1949 году.

5 ноября 1958 года пуск Пермского нефтеперерабатывающего завода и получение первых тонн нефтепродуктов. В 1963 году начало производства смазочных масел.

В 1976 году на базе Пермского нефтеперерабатывающего комбината было создано производственное объединение «Пермнефтеоргсинтез».

В 1991 году предприятие вошло в концерн «ЛУКОЙЛ», а в 1993 году было акционировано в составе ОАО «ЛУКОЙЛ».

С 2008 года на «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтезе» выпускались фасованные масла «ЛУКОЙЛ» в канистрах нового дизайна. Это стало возможным с пуском в эксплуатацию современного комплекса по производству, затариванию, хранению и отгрузке моторных масел.

Осенью 2012 года на предприятии началось строительство комплекса переработки нефтяных остатков. Строительство КПНО – реализация инновационного проекта безмазутной переработки нефти – предусмотрено четырёхсторонним соглашением между ОАО «ЛУКОЙЛ», Федеральной антимонопольной службой Российской Федерации, Ростехнадзором РФ, Ростехрегулированием РФ.

Ежегодно предприятие перерабатывает порядка 13 млн. тонн нефти и производит около 70 наименований нефтепродуктов, в том числе дизельное топливо и бензины, соответствующие экологическим нормам Евро-5. Более 50% выпускаемой продукции отгружается на экспорт.

Сырьем для производства продукции служит западно-сибирская нефть и нефть месторождений Пермского края, поступающие на предприятие по нефтепроводам.

Технологическая схема включает в себя следующие основные процессы нефтепереработки: первичная переработка нефти; изомеризация легких бензиновых фракций; гидрокрекинг; каталитический крекинг; каталитический риформинг; экстракция ароматических углеводородов; гидроочистка дизельных фракций и фракций для производства реактивного топлива; деасфальтизация гудронов; селективная очистка и депарафинизация масляных фракций; производство нефтебитумов; коксование тяжелых остатков; производство серной кислоты и гранулированной серы.

Процесс газопереработки включает в себя этапы компримирования, очистки от сероводорода, осушки, низкотемпературной конденсации и ректификации, газофракционирования.

2. Общая характеристика производственного объекта

Автоматическая станция смешения бензинов (АССБ) входит в состав парков смешения Производства по смешению топлив и предназначена для приготовления бензинов.

Автоматическая станция смешения бензинов введена в эксплуатацию в 2007 году.

Проект АССБ разработан Пермским филиалом Федерального государственного унитарного предприятия Российского научного центра «Прикладная химия».

Проектная производительность АССБ составляет 8300 тонн бензина в сутки.

Товарной продукцией, выпускаемой по существующей технологической схеме работы АССБ, являются:

- автомобильные бензины марок Нормаль-80, Регуляр Евро-92, Премиум Евро-95;

- сырье (бензин) для пиролиза;

- сырье углеводородное для производства этилена;

- сырье углеводородное для пиролиза.

Технологической схемой предусмотрен следующий режим работы: непрерывный по приему компонентов и периодический по АССБ.

В состав автоматической станции смешения бензинов входят:

- парк сырьевых емкостей для хранения компонентов бензина;

- насосная станция;

- здание управления;

- эстакада трубопроводов.

На станции смешения бензинов установлена автоматизированная система управления технологическим процессом на базе оборудования фирмы «Emerson». Это оборудование спроектировано и установлено в соответствии с мировыми стандартами для компьютерных систем управления технологическими процессами взрывоопасных производств.

3. Описание объекта автоматизации

Процесс приготовления бензинов заключается в механическом смешении заданного набора компонентов, в соотношениях допустимых утвержденным технологическим регламентом производства. В состав компонентов входят: продукты первичной и вторичной переработки Западно-Сибирских, Пермских или смеси этих нефтей, углеводородные фракции иного происхождения и высокооктановые добавки, такие как:

- стабильный катализат каталитического риформинга;

- бензин газовый;

- бензин каталитического крекинга;

- фракции бензиновые узкие;

- бензины прямогонные;

- толуол;

- сольвент;

- эфир метил-трет-бутиловый (МТБЭ).

Процесс смешения состоит из следующих операций:

- Заполнение соответствующих резервуаров установленных в парке смешения. Набор компонентов поступает с различных установок предприятия или приобретается у других производителей.

- Анализ качества компонентов, выполняемый в специальных лабораториях по пробам, отобранным из резервуаров.

- Расчёт рецептуры приготовления заданного вида бензинов. Выполняется автоматически по программе BLEND 2000 на основе данных анализа.

- Составление технологической схемы приготовления определенного вида бензина по заданной рецептуре приготовления.

- Составление на компьютере АССБ мнемосхемы для приготовления этого бензина.

- Ввод данных по компонентам (в массовых %), рассчитанных программой BLEND 2000, в собранную мнемосхему.

- Пуск АССБ в соответствии с регламентом.

- Производство (смешение заданных компонентов) заданного объёма бензина.

- Остановка АССБ в соответствии с регламентом.

Компоненты, набранные в соответствующие резервуары, отстаиваются не менее 2-х часов. После отстоя из резервуаров дренируется подтоварная вода и производится отбор проб на анализ согласно «Перечню контролируемых показателей качества продукции парка смешения (парка 60-30 и парка 60-60) ПСТ».

Рассмотрим процесс конкретно по одному компоненту. Резервуар РВС-286 предназначен для приема МТБЭ. МТБЭ поступает в резервуар РВС-286 с ЗАО «Сибур-Химпром» через коренную задвижку 286-В.

В резервуаре РВС-286 измеряются и контролируются следующие параметры:

- уровень МТБЭ поз. LIRSA218 и поз. LIRSA435 для РВС-286;

- предельный верхний уровень МТБЭ поз. LA436 для РВС-286;

- температура МТБЭ поз. TIR118 для РВС-286.

При достижении максимального уровня в резервуарах срабатывает звуковая и световая сигнализация, которая извещает оператора о необходимости перевода компонента в другой резервуар.

При достижении минимального уровня в резервуарах срабатывает звуковая и световая сигнализация. При дальнейшем понижении уровня срабатывает блокировка на остановку насосов Н-9/1, Н-9/2. При этом происходит аварийная остановка АССБ.

МТБЭ из РВС-286 самотеком, под действием столба жидкости в резервуаре, поступает к насосам Н-9/1, Н-9/2.

Для автоматического заполнения насосов МТБЭ установлен клапан Dу 25 поз. XV Н9/2-3 для насоса Н-9/2.

1.4 Прием МТБЭ на смешение из РВС-286

МТБЭ из РВС-286 поступает в насосную станцию на прием насоса Н-9/2. На линии приема (последовательно от резервуара) установлена следующая запорная арматура:

- коренная ручная задвижка поз 286-В у РВС-286;

- дистанционные дисковые затворы поз. XV532 для РВС-286, расположенные с внешней стороны обвалования карты РВС;

-дистанционные дисковые затворы в насосной на приеме насосов поз. XV Н9/2-1 для насоса Н-9/2.

На линии нагнетания от насоса Н-9/2 установлен обратный клапан. После обратного клапана установлен дистанционный дисковой затвор поз. XV H9/2-2 для насоса Н-9/2.

Давление в выкидном трубопроводе после насоса Н-9/2 регулируется прибором поз. PIRC241, регулирующий клапан которого, поз. PV241, расположен на линии байпаса, соединяющей линию приема и нагнетания.

Расход МТБЭ после насоса измеряется массовым расходомером поз. FQIRC311 и регулируется клапаном поз. FV311, расположенным после расходомера.

После регулирующего клапана установлен обратный клапан и задвижка поз. КН-9.

С линии нагнетания насоса Н-9/2 МТБЭ из РВС-286 поступает по коллектору на смешение в смеситель Х-11.

2. Обоснование концепции автоматизации

   1. Характеристика уровня автоматизации установки 60-30

В ВКР решается задача обеспечения точности подачи компонентов на смешение. На нефтеперерабатывающих предприятиях производится большая номенклатура бензинов. Их производство осуществляется на большом количестве установок, на каждой из которой выполняется частичный технологический процесс. Качество получаемых бензинов определяется точностью поддержания количественных соотношений между компонентами. Следовательно, задача автоматизации на этой стадии заключается в обеспечении точности загрузки данного количества каждого компонента.

Парк смешения включает в себя однотипные резервуары, автоматизация процессов, происходящих в парке смешения, выполнена на уровне АСУТП.

Цели создания АСУ ТП:

- стабилизация эксплуатационных показателей технологического оборудования и режимных параметров технологического процесса;

- улучшение качественных показателей конечной продукции;

- автоматизация диагностики и предотвращение аварийных ситуаций;

- предоставление возможности анализа критических ситуаций, в том числе выявления причин их возникновения;

- обеспечение устойчивости функционирования объекта.

Как уже отмечалось ранее, в качестве объекта автоматизации выбрана АССБ 60-30. В соответствии с особенностями технологических процессов происходящих в парке смешения технологические параметры классифицируются по месту их выполнения и видам используемого оборудования.

Далее выполнена характеристика по следующим показателям в форме соответствующих таблиц:

- степени автоматизированности функций управления (ФУ) (табл. 1);

- сложности схем регулирования (табл. 2);

- способам реализации ФУ (табл. 3).

В таблице 1 приведен перечень ТП объекта смешения и автоматизированных функций управления этими параметрами.

Таблица 1 – Перечень технологических параметров и автоматизированных функций управления

Технологические параметры	Функции управления автоматизированные
	Индикация (измерение)		Регистрация		Регулирование	Блокировка		Сигнализация
Резервуарный парк
Уровень в РВС 286, см		+	+		-	+		+
Температура в РВС 286, °С		+	+		-	-		+
Насосы подачи компонентов на смешение
Расход на общем коллекторе насоса Н-9/2, т/ч	+		+		+	-		+
Давление на байпасе насоса Н-9/2, кгс/см2	+		+		+	+		+
Давление на линии приёма, кгс/см2	-		-	-			-	-
Давление в линии нагнетания, кгс/см2	+		+	-			+	+
Давление в линии тосола перед насосом, кгс/см2	+		+	-			-	-
Давление жидкости в торцевом уплотнителе, кгс/см2	-		-	+			+	+
Трубопровод после смесителя Х-11
Расход, т/ч	+		+		+	+		-

Выводы:

- Важными автоматизированными функциями управления для всех параметров являются функции регистрации и индикации, так как они позволяют получить информацию о состоянии объекта в реальном времени и оценить необходимые действия, которые нужно осуществить в будущем.

- Регулирование используется для тех параметров, которые существенно влияют на качество проведения технологического процесса и позволяет получить продукт необходимого качества.

- Сигнализация осуществляется для тех параметров, выход которых за границы допустимых значений, обоснованных технологическим регламентом, может привести к аварии на установке.

В таблице 2 представлены схемы регулирования, действующие на объекте автоматизации.

Таблица 2 – Схемы регулирования, действующие на объекте автоматизации

Наименование схемы	Регулируемые параметры
Одноконтурная	Уровень в резервуаре
Одноконтурная	Расход компонента на выходе из резервуара

Выводы:

- На установке используются 2 одноконтурные схемы регулирования.

В таблице 3 представлены перечень функций управления и способы их реализации

Таблица 3 – Перечень функций управления и способы их реализации

Функции системы управления	Способы реализации ФУ
Информационные функции
Измерение технологических параметров	Непрерывное измерение ТП средствами КИПиА
Индикация	Отображение параметров на мнемосхемах
Регистрация технологических параметров	Регистрация показателей состояния объекта; регистрация срабатывания сигнализации; регистрация действий оператора
Сигнализация отклонений технологических параметров	Сигнализация отклонений параметров технологического процесса с выводом на мнемосхему и щит операторной
Управляющие функции
Регулирование	Использование ТСА и контроллера
Блокировка	Блокировка по достижению критических значений параметров
Стабилизация параметров технологического процесса	Стабилизация параметров при помощи регуляторов

Выводы:

- Способы реализации функций управления соответствуют требованиям технологического регламента и техническому уровню автоматизации.