Отчет по практике специальности «Автоматизация технологических процессов и производств.»

Работает по принципу «охлаждаемого зеркала». Особенность способа регистрации фотосигнала, примененного в анализаторе, состоит в использовании явления поляризации света при его отражении и преломлении от поверхности диэлектрика. Для этого охлаждаемое зеркало анализатора выполнено из диэлектрического материала. Световая волна, падая на границу раздела «газ — диэлектрическое зеркало» частично поляризуется (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 — Рассеяние света при отсутствии конденсации паров воды на охлаждаемую поверхность зеркала: α — угол Брюстера; 1 — диэлектрическое охлаждаемое зеркало; 2 — исследуемая среда (газ); S — лазерный диод; F1, F2 — фотоприемники системы регистрации; U₀ — нулевой сигнал фотоприемника

Согласно законам физической оптики при некотором угле падения α, происходит полная поляризация отраженной волны. Величина угла α определяется законом Брюстера:

, (4.1)

где n₁ — показатель преломления газовой среды;

n₃ — показатель преломления материала зеркала;

α — угол Брюстера.

Таким образом, при освещении диэлектрического зеркала поляризованным в плоскости падения светом и выполнении условия Брюстера, отраженная волна отсутствует. При этом система регистрации фиксирует нулевой уровень фотосигнала с фотоприемников. При охлаждении зеркала и появлении на поверхности капель конденсирующихся паров воды происходит интенсивное рассеяние света. Система регистрации реагирует на процесс конденсации паров воды возрастанием уровня фотосигнала, поступающего с фотоприемника F1 (рисунок 4.5). Уровень фотосигнала зависит от количества воды, сконденсировавшейся на поверхности охлаждаемого зеркала.

При образовании на зеркале тонкой пленки углеводородов 2, имеющей показатель преломления n₂ отличный от n₃, закон Брюстера нарушается и появляется волна, отраженная от границы раздела сред «газ — пленка». Кроме того, ввиду оптической прозрачности сконденсированной пленки появляется вторая отраженная волна от границы раздела «пленка — зеркало». В результате фотоприемник F2 фиксирует два отраженных луча, которые образуют интерференционную картину (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 — Рассеяние света при конденсации паров воды на охлаждаемую поверхность зеркала

Рисунок 4.6 — Схема распространения света при наличии на зеркале пленки конденсата 2 с показателем преломления n₂: 1 — диэлектрическое охлаждаемое зеркало; 2 — пленка сконденсированного углеводорода; 3 — исследуемая среда (газ)

Наличие в анализаторе двух информационных каналов даёт возможность однозначно и с высокой степенью точности идентифицировать конденсацию на зеркале анализатора углеводородов и воды.

Конструкция чувствительного элемента приведена на рисунке 3.14.

Источником излучения является лазерный светодиод 10, поляризованный свет от которого через систему оптических линз 4, 11 под определенным, специально заданным углом попадает на кремниевую пластину 9 (зеркало или ЧЭ). Зеркало 9 охлаждается трехкаскадной термоэлектронной батареей 8. Отраженный от зеркала свет регистрируется по трем каналам: основному 6, работающему по отражению света и двум дополнительным 5 и 7, работающим по рассеянию света.

Рисунок 3.14 — Датчик первичной информации анализатора точки росы по влаге и углеводородам «КОНГ-Прима-10»: 1 — корпус; 2 — термодатчик температуры корпуса; 3 — термодатчик; 4 — направляющая призма; 5 — фотодиод; 6 — передний фотодиод; 7 — задний фотодиод; 8 — элемент Пельтье; 9 — чувствительный элемент; 10 — лазер; 11 — оптический тракт

По различной реакции каждого информационного канала на образование на зеркале при его охлаждении конденсата, происходит дифференцирование компонентного состава конденсата (вода, лед, гидраты, углеводороды и др.)

Для фиксации образования неоднородностей распределения водного конденсата или кристаллов льда и гидратов на ЧЭ предназначены фотоприемники6 и 7. Они фиксируют изменение рассеянного света и потому расположены сбоку от направляющей призмы и от фотоприемника фиксирующего прямой отраженный сигнал. Фотоприемник6 фиксирует изменение интенсивности рассеиваемого света по ходу светового потока лазера (прямое рассеивание), а фотоприемник7- в противоположном направлении (обратное рассеивание).

Таким образом, входной оптический сигнал и значение температуры ЧЭ преобразуются в выходные электрические сигналы фотоприемников и термодатчика соответственно.

Технические характеристики анализатора приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 — Технические характеристики анализатора «КОНГ-Прима-10»

Цена анализатора КОНГ-Прима-10 — 1101500 руб.

Анализатор температуры точки росы по влаге и углеводородам «Condumax WHC».

Анализатор «Condumax WHC» (рисунок 3.15) предназначен дляодновременного измерения температуры точки росы углеводородов иводы. Вприборе используются технология темного пятна для определения температуры точки росы углеводородов и диэлькометрический метод для определения температуры точки росы воды [12].

Рисунок 3.15 — Внешний вид анализатора температуры точки росы по влаге и углеводородам «Condumax WHC»

Диэлькометрический метод (рисунок 3.15). Датчик состоит из трех слоев, размещенных накерамической подложке: пористого проводящего, активного адсорбирующего иеще одного проводящего. Слои очень тонкие, порядка 1 мкм. Система представляет собой крошечный конденсатор.

Газ, содержащий молекулы воды, свободно проникает сквозь проводящий слой вадсорбирующий. Молекулы воды обладают высоким дипольным моментом, поэтому их присутствие вадсорбирующем слое изменяет диэлектрическую проницаемость среды между обкладками конденсатора, чтовсвою очередь определяет емкость конденсатора. Датчик калибруют, занося впамять прибора кривую зависимости емкости конденсатора отвлажности газа. Приизмерениях электроника преобразует значение емкости конденсатора ввыходной сигнал илинеаризует его.

Рисунок 3.16 — Диэлькометрический метод определения точки росы.

Технология темного пятна (рисунок 3.16). Известно, что углеводородный конденсат выпадает в виде ровного слоя. Поэтому традиционный метод определения температуры конденсации углеводородов — при помощи охлаждения зеркала и наблюдения за его поверхностью — может давать большую погрешность. Это связано с тем, что начало конденсации происходит незаметно и фиксация этого момента требует исключительно высокой квалификации оператора.

Рисунок 3.17 — Технология «темного пятна»

В анализаторе температуры точки росы по влаге и углеводородам «Condumax» используется технология темного пятна, разработанная компаниями Shell и Michell Instruments, суть которой состоит в том, что используется не полированное плоское зеркало, а матовая поверхность с коническим углублением.

При освещении этой поверхности параллельным пучком большая часть света отражается кольцом, показанным на рисунке 3.17. Однако, за счет искусственных неровностей (которые обусловлены матированием) часть света попадает внутрь кольца. Описанная выше ситуация соблюдается до тех пор, пока не произошло выпадение конденсата.

При выпадении конденсата неровности смачиваются и стенки конического углубления становятся «зеркальными». Свет перестает отражаться внутрь кольца и там наблюдается темное пятно.

Температура, при которой образовалось темное пятно — то есть, произошло выпадение конденсата — по определению является температурой точки росы углеводородов.

Технические характеристики анализатора приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 — Технические характеристики анализатора «Condumax»

Список использованной литературы

1. Громаков Е. И., Проектирование автоматизированных систем. Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие: Томский политехнический университет. — Томск, 2009.
2. Клюев А. С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х., Клюев А. А.; под ред. А.С. Клюева. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.
3. Комиссарчик В.Ф. Автоматическое регулирование технологических процессов: учебное пособие. Тверь 2001. – 247 с.
4. ГОСТ 21.408-93 Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов М.: Издательство стандартов, 1995.– 44с.
5. Разработка графических решений проектов СДКУ с учетом требований промышленной эргономики. Альбом типовых экранных форм СДКУ. ОАО «АК Транснефть». – 197 с.
6. Комягин А. Ф., Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП газонефтепроводов. Ленинград, 1983. – 376 с.
7. Попович Н. Г., Ковальчук А. В., Красовский Е. П., Автоматизация производственных процессов и установок. – К.: Вищашк. Головное изд-во, 1986. – 311с.
8. СанПиН 2.2.4.548 – 96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. М.: Минздрав России, 1997.
9. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных зданий. М.: Минздрав России, 2003.
10. СП 52.13330.2011 Свод правил. Естественное и искусственное освещение.
11. СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории застройки. 99
12. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
13. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды: учебник для вузов. – М.: Изд–во Юрайт, 2013. – 671с.
14. ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.
15. ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
16. ВППБ 01-04-98. Правила пожарной безопасности для предприятий и организаций газовой промышленности.
17. ГОСТ 12.2.032-78. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.
18. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197– ФЗ.