1. Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу

«Мозырский нефтеперерабатывающий завод» (полное наименование Открытое Акционерное Общество «Мозырский нефтеперерабатывающий завод») — одно из двух белорусских нефтеперерабатывающих предприятий. Завод расположен в промышленной зоне города Мозыря в 15 км к югу от жилых массивов города. Предприятие является крупномасштабным, и для правильного ведения технологического процесса всего завода, необходимо своевременное, и в достаточном количестве поступление как технологической, так и питьевой воды на территорию завода и близ расположенных объектов. Для решения этой проблемы были применены насосы для подъёма и транспорта воды на необходимые расстояния.

1. Описание промышленной установки.

Для обеспечения водой завода и околозаводных объектов используется оборудование, расположенное на станции «Насосная II – IV подъёма». На станции размещены насосные установки для обеспечения подачи питьевой и технологической воды. По сути станция и разделена на два типа перекачиваемой жидкости. Второй этап подъёма говорит о менее тщательной фильтрации воды, в отличие от четвёртого, где вода фильтровалась как минимум трижды.

Часть насосов, расположенных в машинном отделении перекачивает воду для обеспечения рабочего персонала чистой питьевой водой. Другие насосы необходимы для подачи технологической воды на блоки первичной и вторичной переработки нефти, производства химических веществ, и других установок, не требующих высокого качества фильтрации воды. Причём, если для технологической воды станция является вторым этапом подъёма, то для питьевой воды это уже четвёртый. В зависимости от вида используемой воды, для её забора используются различные источники, такие как природные водоёмы, реки, родники, после чего поступает в резервуары, также разделённые по типу находящейся в них воды, и по объёму.

Представим общий вид промышленной установки на следующем рисунке:

Рисунок 1.1 – Общий вид промышленной установки с размещением оборудования

На рисунке 1.1 приняты следующие условные обозначения:

Н1 … Н9 – насосы, соответственно 1 … 9;

М1 … М9 – двигатели, соответственно 1 … 9.

В данном дипломном проекте стоит задача модернизации процесса подачи питьевой воды на Мозырский нефтеперерабатывающий завод

2. Анализ технологического процесса промышленной установки и выбор управляемых координат электропривода.

В нашем технологическом процессе применяется 4 параллельно установленные насосные установки. Однако при этом один или два насоса работают постоянно, а третий включается при аварийном останове одного из рабочих насосов. Четвёртый насос (Н9) необходим на случай пожарных ситуаций и постоянно выключен. Насос Н6 является основным рабочим насосом, который постоянно поддерживает необходимый напор в сети, определяющийся режимом водопотребления. Насос Н7 предназначен для поддержания (подкачки) заданного напора, если мощности насоса Н6 не хватает. Насос Н8 является резервным, который вступает в работу в случае выхода из строя насоса Н6 или насоса Н7.

Управляемой координатой в данной установке является поддержание давления в заданных пределах. Текущее значение давления в напорной части водопровода поступает от датчика давления. В соответствии с поступившим значением давления контроллер дает задание на преобразователь частоты и подключает его к одному из трех насосов.

Давление на выходе с насосной станции находится в заданных пределах. Если давление больше нормы, СУ проверяет число работающих насосов. Если работают два насоса, то делается проверка работы ПЧ на минимальной частоте. Если нет, то дается команда на уменьшение его частоты, в противном случае происходит отключение насоса, работающего от ПЧ, а к ПЧ подключается насос, работающий от сети.

Наиболее широкое распространение получили установки с центробежными насосами.

В спиральном корпусе насоса помещается рабочее колесо с лопатками. При вращении колеса двигателем жидкость, поступающая к центру колеса из заборного резервуара через всасывающий трубопровод и открытую задвижку, центробежной силой выбрасывается по лопаткам на периферию корпуса. В результате в центре рабочего колеса создается разряжение, жидкость засасывается в насос, снова выбрасывается и далее подается в напорный трубопровод. Таким образом, в системе при открытой задвижке создается непрерывное течение, и центробежный насос имеет равномерный ход.

Приведём принципиальную схему центробежного насоса на рисунке 1.2 с описанием работы механизма и указанием на нём основных элементов, участвующих в технологическом процессе.

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема центробежного насоса 1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал; 5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 - всасывающий патрубок.

На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.

Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергии за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

3. Формулирование требований к автоматизированному электроприводу.

Насосы являются механизмами с режимом длительной нагрузки с малым числом включений и большим количеством часов работы в году. Нагрузка на валу приводного двигателя спокойная, без перегрузок. Электропривод должен нормально функционировать в условиях повышенной влажности и относительно высоких температур, а также иметь максимально возможные показатели надежности. В этих условиях предпочтительным является применение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АДКЗ), получающего питание от преобразователя частоты (ПЧ). АДКЗ отличается простотой, надежностью, отсутствием контактных соединений (щеток), дешевизной, а ПЧ позволяет добиться достаточно точного регулирования скорости АДКЗ, и конечно сбережения энергоресурсов.

Таким образом, можно сформулировать требования к электроприводу и системе автоматизации промышленной установки.

Автоматизированный электропривод должен обеспечивать:

− необходимый диапазон регулирования скорости;

− линейный закон изменения скорости во время пуска;

− торможение выбегом;

− климатическое исполнение УХЛ4;

− степень защиты IP44;

− в случае выхода из строя ПЧ перейти в режим нерегулируемого насоса (байпасный режим включения);

− включение резервного насоса при выведении из строя основного.