Отчет по практике специальности «Управление в технических системах»

 

2.1 Обследование объекта и обоснование необходимости создания АСУ ТП

 

Газофракционирующая установка (ГФУ-300) предназначена для производства индивидуальных углеводородов фракций (пропана, изобутана, нормального бутана, изопентана, стабильного бензина) методом ректификации жидкого углеводородного сырья.

 

Сырьем ГФУ является:

 

• — широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) от поставщиков;
• — углеводороды жидкие, поступающие с УНТКР завода;
• — компрессионный бензин (КБ), поступающий с разделительной емкости    компрессорного цеха сырого газа и с контактора К-1 УООГ в сырьевой парк смешиваясь с основным потоком ШФЛУ.

 

В состав ГФУ-300 входят:

 

• ректификационное оборудование (газофракционирование); технологическая насосная; насосная теплоносителя; контур теплоносителя с печами; дренажную систему и утилизацию факельных газов; факельную систему
• — установки утилизации тепла дымовых газов печей.

 

2.1 Формирование требований пользователя к АСУ ТП

 

АСУ ТП предназначена для непрерывного автоматического контроля и управления объектом в режиме реального времени при помощи соответствующего комплекса ПО и технических средств.

 

Система должна обеспечивать:

 

• контроль  состояния  технологических  параметров, сигнализацию выхода этих параметров за пределы нормы, управление технологическими регуляторами по стандартным законам, защиту (останов) насосов при возникновении аварийных ситуаций;
• передачу данных по параметрам технологического процесса на АРМ оператора;
• формирование на АРМ оператора журнала аварийных и технологических сообщений, формирование и печать отчетных документов, ведение базы данных.

 

Кроме требований по основным функциям АСУТП, на данном этапе так же оговаривается основная сумма на создание системы. Необходимо добиться того, чтобы система имела оптимальные характеристики и эффективность при сбалансированных затратах на ее создание.

 

Для правильной разработки концепции АСУ ТП необходимо более детально изучить объект автоматизации.

 

3.1. Изучение объекта автоматизации

 

Поступающее на дебутанизацию сырье подогревается теплоносителем (керосином) от печи П-601 в подогревателе Т-622. Температура сырья на выходе из подогревателя Т-622 измеряется и регулируется (датчик ТIC 210-1) клапаном TV 210-1 на трубопроводе теплоносителя от подогревателя Т-622.

 

Подогретый в подогревателе Т-622 поток депропанизированного сырья с температурой 55-102 ^оС и давлением 0,43-0,58 МПа (4,3-5,8 кгс/см²) поступает в качестве питания на 19, 21 и 22 тарелки дебутанизатора К-603. Температура потока, поступающего на 21 тарелку дебутанизатора, измеряется (датчик ТI 21З-1-1).

 

Назначение колонны — дебутанизатора К-603 — извлечение бутановой фракции.

 

Подвод тепла в куб дебутанизатора К-603 осуществляется теплоносителем из печи П-601 (275 ^оС) через испаритель Т-608.

 

Пары бутановой фракции от верха дебутанизатора К-603 с температурой 54¸58 ^оС через клапан PV 409-1 регулятора давления (РICA 409-1) поступают на конденсацию в аппараты воздушного охлаждения Т-609/1-3. Далее, продукт после Т-609/1-3 поступает в концевой холодильник Т-610 на дополнительную конденсацию и охлаждение, откуда поступает в рефлюксную емкость Е-603 с температурой 30¸ 45 ^оС и давлением 0,25-0,42 МПа (2,5-4,2 кгс/см²). Бутановая фракция с температурой 30 ¸ 45 ^оС из рефлюксной емкости Е-603 забирается насосом НЦ-605/1,2 (1 раб.+ 1 рез.). Бутановая фракция разделяется на два потока на нагнетании насоса НЦ-605/1,2. Один поток через клапан FV 523-1 регулятора расхода (FICA 523-1) поступает в дебутанизатор К-603 в качестве орошения, а второй поток через клапан LV 640-1 регулятора уровня в рефлюксной емкости Е-603 (LICA 640-1) подается к подогревателю Т-611  изобутановой колонны К-604. В рефлюксной емкости предусмотрена предупредительная сигнализация повышения 1150 мм (LAН 638-1, LAН 681-1) и понижения 750 мм (LAL 639-1) уровня и аварийная сигнализация низкого уровня 400 мм (LSLL 641-1).

 

Кубовая жидкость К-603 из испарителя Т-608 самотеком поступает в колонну К-605. Расход (FIC 524-1) питания колонны К-605 регулируется клапаном FV524-1 и корректируется по уровню (LIC 524-1) в испарителе Т-608. Предельно-допустимые верхний и нижний уровни  в испарителе Т-608 сигнализируются (LAH 635-1 и LAL 636-1, соответственно).

 

Бутановая фракция подается в теплообменник Т-611, где подогревается до температуры 58-64 ^оС и направляется в колонну К-604. Температура фракции на выходе из Т-611 (ТICA 233-1) регулируется клапаном TV 233-1 на потоке обратного теплоносителя от Т-611.

 

Наиболее оптимальным вариантом концепции АСУ ТП является структура, представленная на рис. 1

 

 

Рис.1 Структура АСУ ТП ГФУ

 

  Система предназначена для автоматизированного управления технологическими процессами и противоаварийной защиты технологической линии Миннибаевского ГПЗ.

 

Подлежащими автоматизации являются следующие функции: информационные, управляющие, включая противоаварийную защиту и вспомогательные.

 

Конечной целью создания системы является повышение стабильности технологического процесса, защита технологического оборудования от аварий, улучшение условий труда и безопасности ведения процесса, в том числе условий охраны окружающей среды повышение экономической эффективности производства.

 

Структура системы состоит из следующих целевых подсистем:

 

1. информационной, осуществляющей:
2. централизованный контроль параметров состояния технологического объекта управления (ТОУ);
3. косвенное измерение и вычисление показателей процесса, сигнализацию отклонения процесса от регламентных норм;
4. формирование и представление оперативному и административному персоналу необходимой информации;
5. формирование информации для смежных систем управления (при необходимости).
6. управляющей, осуществляющей:
7. регулирование отдельных технологических переменных;
8. однотактное логическое управление (противоаварийная защита оборудования)
9. вспомогательной, осуществляющей переконфигурирование системы, архивирование и ведение базы данных.

 

Создаваемая согласно данному ТЗ АСУТП и ПАЗ представляет собой двухуровневую систему.

 

На нижнем уровне – уровне технологического оборудования (микроконтроллеры в МПУ и ЦПУ) – реализуются следующие основные функции:

 

• сбор и обработка сигналов с датчиков;
• автоматическое регулирование параметров технологического процесса и оборудования;
• программно-логическое управление и ПАЗ;
• передача информации на верхний уровень и получение команд и данных с верхнего уровня.

 

На верхнем уровне – уровне автоматизированных рабочих мест в ЦПУ – реализуются следующие функции:

 

• формирование и отображение оперативной информации о текущих значениях параметров, состоянии оборудования и исполнительных устройств (ИУ), предупредительная и предаварийная сигнализация, тренды;
• дистанционное управление технологическим оборудованием и ИУ;
• управление работой контуров регулирования и ПАЗ;
• ведение базы данных, архивов нарушений, событий, действий оператора, технологического журнала;
• диагностика состояния технических средств и электрических цепей.

 

Обмен информацией между уровнями иерархии системы должен производиться по интерфейсным связям. Скорость обмена информацией – 4800 бит/сек, период обмена информацией между нижним и верхним уровнями – 6 сек. Передача команд  с верхнего уровня на нижний выполняется в инициативном порядке со временем не более 1 сек. Цикл обработки информации и выдачи управляющих воздействий в микроконтроллерах не более 0,5 сек.

 

На этой стадии проводят разработку, оформление, согласование и утверждение технического задания на АС и, при необходимости, технических заданий на части АС.

 

ТЗ разрабатывают на основании исходных данных, в т.ч. содержащихся в документации стадии «Исследование и обоснование создания АС».

 

ТЗ на АС является основным документом, определяющим требования и порядок разработки автоматизированной системы, в соответствии с которым производится разработка АС и ее приемка при вводе в действие.

 

Цель создания системы – получение достоверной информации о ходе технологического процесса, оперативный контроль и управление работой технологического оборудования, замена физически и морально устаревших средств автоматизации и систем управления, повышение безопасности производства, снижение трудоемкости управления технологическими процессами.

 

Функции системы:

 

• прием, обработка и отображение значений параметров технологического процесса с установленных на объекте датчиков;
• аварийная звуковая/световая сигнализация при выходе контролируемых технологических параметров за заданные значения;
• управление исполнительными механизмами;
• автоматическое поддержание значений технологических параметров в диапазоне, заданном оператором;
•  автоматический останов технологического оборудования при аварии;
• архивирование значений технологических параметров, сообщений, возникающих тревог и аварий с действиями оперативного персонала.

 

АСУ будет эксплуатироваться в промышленных условиях ПСП и климатических условиях, соответствующих региону.

 

Кроме вышеперечисленных требований имеется ряд других требований:

 

• АС должна быть надежной;
• система должна функционировать в автоматическом и дистанционном режимах;
• для обслуживания системы необходимы группы специалистов: операторы, наладчики и системный инженер;
• система должна быть приспособляема к изменению процессов и методов управления;
• система должна быть эргономичной с технической точки зрения.

 

Утверждение ТЗ на АС осуществляют руководители предприятий разработчика и заказчика системы.

 

Данную и последующие стадии проектирования возможно реализовать с помощью CASE-систем и CALS-технологий.

 

CASE-системы позволяют производить концептуальное проектирование систем (функциональное проектирование, проектирование БД), а так же являются инструментальной системой для автоматического проектирования ПО (сокращение затрат на разработку ПО, улучшение качества продукта).

 

CALS-технологии предназначены для унификации и стандартизации промышленной продукции на всех этапах жизненного цикла изделий.

 

Данные технологии позволяют существенно сократить объем проектных работ, облегчают решение проблемы ремонтопригодности , адаптироваться к меняющимся условиям эксплуатации, позволяют многократно воспроизводить части проекта в новых разработках.

 

В настоящее время данные технологии играют  важную роль и позволяют проектировщикам находить оптимальные варианты АС за короткое время, а так же позволяют решать проблемы стандартизации и унификации составных частей системы.

 

Создаваемая АС должна выполнять следующие функции:

 

• функция измерения – прием  обработка сигналов от датчиков, а также их отображение на АРМ оператора;
• функция индикации состояния – изображение объекта на мнемосхеме определенным цветом, соответствующим его состоянию;
• функция сигнализации – сравнение показаний приборов с некоторой заданной величиной, являющейся пределом изменения значений данного параметра, сопровождающееся световым и звуковым сигналом;
• функция выдачи управляющих воздействий – выдача по команде оператора управляющих сигналов на исполнительные механизмы объекта управления;
• функции конфигурирования и обслуживания системы – функции, необходимые для настройки системы в процессе пусконаладочных работ и адаптации системы к изменяющимся условиям технологического процесса;

 

Для поддержания оптимальных параметров работы технологического процесса блока дебутанизации ГФУ-300 необходимо отслеживать технологические параметры, такие как уровень, расход, давление, температуру. Для этого используется комплекс технических средств — датчиков, измерительных преобразователей, устройств связи, контроллеров, и технических средств высших уровней.

 

Нижний уровень

 

На данной установке используются следующие типы датчиков: датчик давления Метран-100, расходемер KROНNE UFM 3030 , датчик температуры ТСМ-Метран-274.

 

Мной были изучены технические характеристики данных устройств и предложены взамен  Rosemount 3051TG, Fisher-Rosemount 644H,   расходомер нефти и нефтепродуктов M-Pulsе, чьи технические характеристики, конструктивные особенности по многим показателям выше.

 

Датчик давления Rosemount 3051TG

 

Измеряемые среды: Газ, жидкость, нефтепродукты,пар;

 

Диапазон измерения от 0 до  70 МПа ;

 

Температура окружающей среды  от — 50  до  +50°С;

 

Выходные сигналы: цифровой сигнал  на базе HART-протокола,Foundation Fieldbus, Profibus;

 

Приведенная погрешность:  0,065%.

 

К отличительным особенностям датчиков давления Rosemount 3051TG

 

относятся: высокие метрологические характеристики, компактность, надежность, возможность удаленной калибровки и реконфигурирования, взрывозащищенность, наличие  HART и Foundation Fieldbus протоколов, позволяющих получать более точные, по сравнению с аналоговыми сигналами, цифровые сигналы.

 

Датчик температуры Rosemount 644H

 

Измеряемые среды: жидкие и газообразные неагрессивные среды, высокотемпературные газовые среды.

 

Температура окружающей среды: от -150  до +960°С;

 

Выходные сигналы: 4-20 мА цифровой сигнал  на базе HART-протокола, Foundation Fieldbus

 

Приведенная погрешность:  0,18%;

 

Датчик измерения температуры   Fisher-Rosemount 644H. К отличительным особенностям датчиков температуры  относятся: высокие метрологические характеристики, компактность, надежность, взрывозащищенность, наличие  HART-протокола, позволяющих, цифровые сигналы, возможность измерения температуры нескольких сред одновременно, возможна сигнализация достижения предельного значения.

 

Расходомер M-Pulse 

 

Особенности:

 

• Точность:
  ±0,15% свыше диапазона расхода 4:1 от измеренного значения; 
  ±0,20% свыше диапазона расхода  10:1 от измеренного значения;  
  ±0,25% свыше диапазона расхода  20:1 от измеренного значения
• Повторяемость: ±0,05% от измеренного значения
• Диапазон расхода: от -12,2 м/с до +12,2 м/с автоматическое измерение расхода в двух направлениях
• Диапазон вязкости: до 150 сантистокс

 

Рабочая температура:                                                                             

 

электроники: от -40°C до +85°C-сенсоров:

 

от -40°C до +120°C

 

Самый быстродействующий и точный ультразвуковой расходомер в линейке компании Thermo FisherScientific для коммерческого учета нефтепродуктов. В то же время этот прибор компактный, простой в установке, взрывобезопасный и не требует сложного технического обслуживания, что экономит деньги и время заказчика.                           Расходомер M-Pulse имеет непревзойденную точность и повторяемость, поэтому идеально подходит для коммерческого учета нефтепродуктов вплоть до высоковязких. В системе используется 4-х канальная ультразвуковая технология времени пролета (TransitTime), а также компенсация температуры, давления и плотности для обеспечения максимальной точности измерения, которая может быть достигнута в приборах измерения расхода.