Содержание Введение	3
Задание	4
Анализ поставленной задачи курсового проектирования (анализ технических характеристик объекта управления и требований предъявляемых к системе управления и техническим средствам автоматизации)	4
Анализ технических особенностей объекта управления, продуктов и материалов, применяемых в производстве	4
Анализ требований к системе управления и техническим средствам автоматизации	15
Обоснование выбора комплекса технических средств автоматизации	18
Расчет характеристик и выбор первичных преобразователей
Расчет характеристик и выбор нормирующих преобразователей.	30
Расчет характеристик и выбор регуляторов и устройств управления
Расчет характеристик и выбор регулирующих органов и ИМ	54
3. Расчет технических характеристик отдельного узла системы автоматизации
3.1. Расчет первичного преобразователя	55
3.2. Расчет регулирующего органа
Заключение	57
Список использованных источников	58
Приложение 1 . Спецификация на приборы и средства автоматизации
Приложение 2. Техническая структура системы управления

Введение

Заданием для курсового проекта является технологическая схема и описание технологического процесса, перечень продуктов и материалов, технические характеристики оборудования, технологические параметры процесса, описание контуров управления, контроля и противоаварийных защит (требования к оперативности поступления информации и метрологические требования к измерительным каналам), критерии эффективности системы управления.

В первой главе осуществляется анализ технических особенностей объекта управления, продуктов и материалов применяемых в производстве, а также требований предъявляемых к системе управления и техническим средствам автоматизации.

Во второй главе на основе имеющихся данных об объекте осуществляется выбор первичных преобразователей (датчики температуры, давления, уровня, расхода), барьеров искробезопасности, регулирующих органов и исполнительных механизмов. Также проводится расчет метрологических характеристик измерительных каналов. Проводится выбор системы управления, расчет характеристик и выбор регуляторов.

В третьей главе проводится разработка проектной документации.

Задание 1. Анализ поставленной задачи курсового

1.1. Анализ технических особенностей объекта управления, продуктов и материалов применяемых в производстве

Разделение бутилен-бутадиеновой фракции на дивинил-сырец и бутилен-изобутиленовую фракцию производится методом экстрактивной ректификации.

Перечень продуктов, используемых в данном технологическом процесса:

1) Бутилен-бутадиеновая фракция (БДФ);

2) Дивинил-срец;

3) Бутилен-изобутиленовая фракция;

4) Ацетонитрил;

5) Пар;

Бутилен-бутадиеновая фракция (БДФ) со склада Т-4/2 подается постоянным расходом в сепаратор Е-9. Клапан регулятор расхода поз.8001. Из сепаратора Е-9 БДФ поступает в трубное пространство испарителя Т-10, который обогревается горячим десорбированным растворителем, поступающим из колонны Кт-18 через испаритель Т-1. Имеется также возможность подачи горячего десорбированного ацетонитрила по байпасной линии испарителя Т-1. Уровень в сепараторе Е-9 регулируется изменением расхода десорбированного растворителя в емкость Е-23 помимо испарителя Т-10. Клапан-регулятор уровня поз. 8002. Имеется возможность подачи сырья в колонну Кт-11₁ на 9-ю тарелку помимо аппаратов Е-9, Т-10.

Состав бутилен-бутадиеновой фракции анализируется поточным хроматографом поз.9005. Отбор с линии подачи сырья в сепаратор Е-9 до регулирующего клапана поз.8001, возврат после регулирующего клапана поз.8001.

В линию сырья до сепаратора Е-9 имеется возможность подачи рецикла с установки ДБ-10/1.

В линию сырья перед сепаратором Е-9 подается из емкости Е-76 насосом-дозатором Н-77 толуольный раствор ингибитора «ИПОН».

Периодически толуольный раствор «ИПОНа» по линии опорожнения трубной части испарителя Т-10 выводится в емкость Е-49, откуда по достижении уровня в емкости до 50-55 % передавливается азотом на склад Т-8.

Пары бутилен - бутадиеновой фракции из испарителя Т-10 через сепаратор Е-9 с температурой до 50 ⁰С поступают под 1-ую, на 9, 15 тарелку колонны Кт-11₁ (колонна ректификационная с клапанными двухпоточными тарелками, диаметром 2600 мм, высотой 52400 мм, числом тарелок 65 шт.) или на 51-ю тарелку колонны Кт-11₂ (колонна ректификационная с клапанными двухпоточными тарелками, диаметром 2600 мм, высотой 52170 мм, числом тарелок 61 шт.) в зависимости от содержания дивинила в сырье.

Колонны Кт-11_I, Кт-11₂ выполнены как две отдельно стоящие части технологически единой колонны экстрактивной ректификации. Колонна Кт-11₁ является верхней, а колонна Кт-11₂ нижней его частью. В колоннах экстрактивной ректификации Кт-11₁ и Кт-11₂ в присутствии растворителя ацетонитрила происходит разделение бутилен-бутадиеновой фракции на бутилен-изобутиленовую фракцию, которая отводится с верха колонны Кт-11₁ и дивинил-сырец, который с куба колонны Кт-11₂ в виде насыщенного дивинилом растворителя поступает в колонну десорбции Кт-18 для отгонки дивинила-сырца.

Десорбированный ацетонитрил из емкости Е-23 насосом Н-24 подается в межтрубное пространство холодильника Т-25а, где охлаждается промышленной водой и поступает в колонну Кт-11_I на 56 или 59 тарелку. Клапан-регулятор расхода поз.8012. Температура ацетонитрила после холодильника Т-25а регулируется подачей промышленной воды. Клапан-регулятор температуры поз.8016.

Пары бутилен-изобутиленовой фракции с верха колонны Кт-11_I конденсируются в конденсаторе Т-12, который охлаждается промышленной водой с температурой до 25 ⁰С, подаваемой в трубное пространство аппарата.

Регулирование давления в системе колонн Кт-11_1,2 обеспечивается изменением расхода промышленной воды в конденсаторе Т-12 и расходом отдувок из емкости Е-13 в емкость Е-101. Клапаны-регуляторы давления поз.8014₁ и 8014₂ соответственно.

Конденсат (гетероазеотроп : бутилен-изобутиленовая фракция - ацетонитрил-вода) из конденсатора Т-12 сливается в емкость Е-13, где происходит расслаивание на углеводородный и водный слои.

Бутилен-изобутиленовая фракция из емкости Е-13 насосом Н-14 в виде флегмы подается в колонну Кт-11_I с коррекцией по температуре на 43 тарелке. Клапан-регулятор расхода поз.8013. Остальная часть дистиллята по уровню в емкости Е-13 отводится в колонну Кт-28 на отмывку бутилен-изобутиленовой фракции от ацетонитрила, после охлаждения в холодильнике Т-27_1,2 промышленной водой. Клапан-регулятор уровня поз.8015. Имеется возможность откачки бутилен-изобутиленовой фракции из емкости Е-13 насосом Н-14 на склад Т-3 без отмывки от ацетонитрила в колонне Кт-28 по схеме: Е-13 → Н-14 → Т → 27_1,2 → клапанная сборка поз. 8015→ линия всаса насоса Н-30 → по перемычке между всасом и нагнетанием насоса Н-30 → в линию нагнетания насоса Н-30 → клапанная сборка поз.8025 → на склад Т-3.

Состав бутилен-изобутиленовой фракции анализируется поточным хроматографом поз.9002. Отбор установлен на линии подачи флегмы в колонну Кт-11₁ до регулирующего клапана поз.8013, возврат на линии до конденсатора Т-12.

Водный слой из емкости Е-13 по уровню раздела фаз отводится в линию промывной воды через теплообменник Т-35 в колонну Кт-37. Клапан-регулятор уровня раздела фаз в отстойнике емкости Е-13 поз.8052.

Насыщенный углеводородами (дивинилом и бутиленами) ацетонитрил из куба колонны Кт-11_I, с коррекцией по уровню в кубе колонны, насосом Н-15 подается на верхнюю тарелку колонны Кт-11₂. Клапан-регулятор расхода поз.8005.

Пары углеводородов (бутиленов) с верха колонны Кт-11₂ поступают под первую тарелку колонны Кт-11_I.

Подача тепла в колонну Кт-11₂ производится при помощи выносного испарителя Т-1, в межтрубное пространство которого подается горячий десорбированный ацетонитрил из куба колонны Кт-18. Имеется возможность подачи ацетонитрила помимо испарителя Т-1 по байпасной линии.

Колонна Кт-11₂ имеет в кубовой части две “глухие” тарелки, что позволяет использовать для обогрева колонны Кт-11₂ тепло десорбированного ацетонитрила для повышения эффективности отгонки из экстрагента бутиленов, растворенных в нем.

С верхней «глухой» тарелки насыщенный углеводородами (дивинилом и бутиленами) ацетонитрил самотеком стекает в нижнюю часть трубного пространства испарителя Т-1. Насыщенный ацетонитрил из верхней части трубного пространства испарителя Т-1 поступает под верхнюю «глухую» тарелку колонны. При этом за счет разницы в температурах кипения в присутствии ацетонитрила бутилены отгоняются, а насыщенный дивинилом ацетонитрил с нижней «глухой» тарелки самотеком подается в нижнюю часть трубного пространства испарителя Т-16, из верхней части трубного пространства испарителя Т-16 насыщенный дивинилом ацетонитрил и бутилены в виде пара подаются под нижнюю «глухую» тарелку, при этом бутилены отгоняются, в результате чего достигается наиболее полная отгонка бутиленов из насыщенного дивинилом растворителя.

Недостающее тепло в колонну Кт-11₂ подводится через испаритель Т-16_1,2, в межтрубное пространство которого подается пар давлением 8 кгс/см². Расход пара в испаритель Т-16 регулируется с коррекцией по температуре куба колонны Кт-11₂. Клапан-регулятор температуры поз.8006.

Паровой конденсат из испарителя Т-16 собирается в конденсатосборнике Е-16а и отводится на утилизацию тепла в испаритель Т-41₂ по уровню в емкости Е-16а.

Насыщенный дивинилом ацетонитрил из куба колонны Кт-11₂ в пусковой период насосом Н-15, а при нормальной работе самотеком за счет перепада давлений, подается в десорбционную колонну Кт-18 на 32 или 36 тарелку с коррекцией по уровню в колонне Кт-11₂. Клапан-регулятор расхода поз.8007.

Таблица 1. Краткая характеристика технологического оборудования:

№	Наименование оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)	Номер позиции по схеме	Материал	Техническая характеристика
1	Испаритель (рекуператор), испарение кубового продукта колонны Кт-112	Т-1	Корпус ВСт3Сп5 решетки 09Г2С днище ВСт3Сп5 трубная решетка 09Г2С	Поверхность теплообмена	- 1014 м2
				Диаметр	- 2000 мм
				трубки - 25х2х4000 мм	- 3039 шт.
				давление расчетное:
				- в трубках	- 12,5 кгс/см2
				- в корпусе	- 12,5 кгс/см2
				Температура расчетная:
				- в трубках	- 300 0С
				- в корпусе	- 300 0С
				Давление разрешенное:
				- в трубках	- 12,5 кгс/см2
				- в корпусе	- 12,5 кгс/см2
				Температура разрешенная:
				- в трубках	- 150 0С
				- в корпусе	- 150 0С
2	Сепаратор, сепарация бутилен-бутадиеновой фракции подаваемой со склада Т-4/2 в колонну Кт-111	Е-9	Обечайка ВСт3Сп5 днище ВСт3Сп5	Объем	- 12,5 м3
				Диаметр	- 2000 мм
				Длина цилиндрической части	- 3200 мм
				Давление расчетное	- 10,0 кгс/см2
				Температура расчетная	- 200 0С
				Давление разрешенное	- 10,0 кгс/см2
				Температура разрешенная	- 200 0С
3	Испаритель 1400 ИНТ-П-25-25-М1-3 испарение бутилен-бутадиеновой фракции подаваемой из сепаратора Е-9 в колонну Кт-111	Т-10	Обечайка 09Г2С-12 днище ВСт3Сп5 трубки Ст 20 решетки 09Г2С-12	Поверхность теплообмена	- 340 м2
				Диаметр	- 1200 мм
				Трубки - 25х2,5х4000 мм	- 1100 шт.
				Давление расчетное:
				- в трубках	- 10,0 кгс/см2
				- в корпусе	- 10,0 кгс/см2
				Температура расчетная:
				- в трубках	- 200 0С
				- в корпусе	- 200 0С
				Давление разрешенное:
				- в трубках	- 8,3 кгс/см2
				- в корпусе	- 8,3 кгс/см2
				Температура разрешенная:
				- в трубках	- 200 0С
				- в корпусе	- 200 0С
4	Колонна ректификационная, разделение бутилен-бутадиеновой фракции экстрактивной ректификацией с ацетонитрилом	Кт-111	Обечайки 09Г2С днище 09Г2С	Общая высота	- 52400 мм
				Диаметр	- 2600 мм
				Число тарелок	- 65 шт.
				Тип тарелок	- клапанные двухпоточ- ные
				Расстояние между тарелками	- 600 мм
				Давление расчетное	- 10,0 кгс/см2
				Температура расчетная	- 100 0С
				Давление разрешенное	- 10,0 кгс/см2
				Температура разрешенная	- 100 0С
5	Колонна ректификационная, разделение бутилен-бутадиеновой фракции экстрактивной ректификацией с ацетонитрилом	Кт-112	Обечайки 09Г2С-17 днище 09Г2С	Общая высота	- 52170 мм
				Диаметр	- 2600 мм
				Число тарелок	- 61 шт.
				Тип тарелок Расстояние между тарелками Давление расчетное Температура расчетная	- клапанные двухпоточ- ные
					- 600 мм - 10,0 кгс/см2 - 200 0С
				Давление разрешенное	- 10,0 кгс/см2
				Температура разрешенная	- 200 0С
6	Конденсатор, конденсация бутилен-изобутиленовой фракции верха колонны Кт-111	Т-12	Корпус ВСт3Сп5 решетки 16ГС-6 обечайка ВСт3Сп5 трубки Ст 20	Поверхность теплообмена	- 1518 м2
				Диаметр	- 2000 мм
				Трубки 25х2х6000 мм	- 3270 шт.
				Давление расчетное:
				- в трубках	- 6,0 кгс/см2
				- в корпусе	- 10,0 кгс/см2
				Температура расчетная:
				- в трубках	- 100 0С
				- в корпусе	- 100 0С
				Давление разрешенное:
				- в трубках	- 6,0 кгс/см2
				- в корпусе	- 10,0 кгс/см2
				Температура разрешенная:
				- в трубках	- 100 0С
				- в корпусе	- 100 0С
7	Емкость, для сбора бутилен-изобутиленовой фракции верха колонны Кт-111	Е-13	Обечайка ВСт3Сп5 днище 16ГС	Объем	- 25 м3
				Диаметр	- 2400 мм
				Длина цилиндрической части	- 4500 мм
				Давление расчетное:
				- в корпусе	- 10,0 кгс/см2
				- в змеевике	- 16,0 кгс/см2
				Температура расчетная:
				- в корпусе	- 200 0С
				- в змеевике	- 200 0С
				Давление разрешенное:
				- в корпусе	- 10,0 кгс/см2
				- в змеевике	- 16,0 кгс/см2
				Температура разрешенная:
				- в корпусе	- 200 0С
				- в змеевике	- 200 оС
				Поверхность подогревателя	- 1,6 м2
8	Насос НК-200/120-120-2В-СДК-60р перекачка бутилен-изобутиленовой фракции из емкости Е-13 на отмывку от ацетонитрила в колонну Кт-28	Н-14	Сборный	Производительность	- 76 м3/час
				Напор	- 95 м ст.ж.
				Тип уплотнения	- двойное торцевое «ТРЭМ»
				Электродвигатель	- ВАО-72-2У2
				Мощность	- 30 кВт
				Число оборотов	- 2940 об/мин
				Исполнение	- ВЗГ
9	Насос НК-560/335-120В-1б-СДК-70р перекачка насыщенного растворителя из куба колонны Кт-111 в колонну Кт-112	Н-15	Сборный	Производительность	- 460 м3/час
				Напор	- 84 м ст.ж.
				Тип уплотнения	- двойное торцевое «ТРЭМ»
				Электродвигатель	- ВАО-2-280-2У-5
				Мощность	- 132 кВт
				Число оборотов	- 2961 об/мин
				Исполнение	- ВЗТ4

Таблица №2. Возмущающие воздействия.

№	Возмущающие воздействия
1	Уровень в кубе колонны поз. Кт-111,2
2	Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-1
3	Температура воды, нагревающий конденсатор Т-12
4	Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-10
5	Температура горячей воды, обогревающей испаритель Т-16
6	Давление в сепараторе поз.Е-9
7	Уровень в емкости поз. Е-13
8	Расход БДФ, поступающей в колонну Кт-111,2
9	Температура БДФ, поступающей в колонну Кт-111,2
10	Параметры окружающей среды
11	Уровень в кубе колонны поз. Кт-111,2
12	Состав БДФ, поступающей в поз. Кт-111,2
13	Состав ацетонитрила, поступающего в поз. Кт-111,2
14	Старение установки
15	Температура и давление окружающей среды

Таблица №3. Управляющие потоки.

№	Управляющие потоки
1	Расход флегмы в колонну Кт-111
2	Расход промышленной воды из испарителя Т-1
3	Расход промышленной воды из испарителя Т-10
4	Расход промышленной воды из испарителя Т-16
5	Расход обратной горячей воды из испарителя Т-12
6	Расход кубовой жидкости из колонны Кт-112
7	Расход ингибитора от Н-14 в Кт-111
8	Расход прямой горячей воды в испаритель Т-12
9	Расход БИФ из емкости Е-13
10	Расход флегмы в колонну Кт-111
11	Расход ацетонитрила из колонны Кт-112 в колонну Кт-18

Таблица №4. Регулируемые параметры.

№	Регулируемые параметры
1	Температура в кубе колонны Кт-111
2	Температура верха колонны Кт-111
3	Давление верха колонны Кт-111
4	Уровень куба колонны Кт-111
5	Расход ингибитора от Н-14 в Кт-111
6	Уровень ацетонитрила в емкости Е-13
7	Давление в Е-9
8	Уровень в Е-9
9	Температура БДФ, подаваемого в колонну Кт-111,2
10	Температура куба колонны Кт-112
11	Температура верха колонны Кт-112
12	Давление верха колонны Кт-112
13	Уровень куба колонны Кт-112

Таблица №5. Допускаемые пределы измеряемых величин.

№ п/п	Контролируемые параметры	Диапазон измерения (шкала) контролируемого параметра	Допускаемые пределы	Заданная точность технологических параметров в абсолютных величинах
1	Экстрактивная ректификация, колонна Кт-111-2:
	- температура куба колонны Кт-112	100…1500 С	не более 130	2,5
	-уровень в кубе колонны Кт-111	1000...1250 мм (от днища 250мм)	не более 1250	20
	- давление верха колонны Кт-111	0…6,0 кгс/см2	не более 5,5	0,12
	- температура ацетонитрила, подаваемого в колонну Кт-111	40…700 С	не более 60	1,6
	-уровень в кубе колонны Кт-112	1000...1250 мм (от днища 250мм)	не более 1250	20
	- давление верха колонны Кт-112	0…6,0 кгс/см2	не более 5,5	0,12
	Состав БДФ - углеводороды С2, С3 - углеводороды С5	не более 1,0 % не более 0,5%	-	-
2	Сепаратор Е-9:
	- уровень	0…1000 мм	не более 800	20
3	Емкость Е-13:
	- уровень	0…2000 мм 0…2000 мм	не менее 400 не более 1200	50 50
	- уровень раздела фаз	0…600 мм 0…600 мм	не менее 120 не более 360	12 12
4	Насосы Н-14, Н-15 -температура в корпусе подшипников	0...60 0 С	не более 50	1,6
	-давление в маслобаке	2...2,5 кгс/см2	не более 2,5	0,12