Проект автоматизации процесса ректификации

 

 

 

Рисунок 2.1 – Габаритные размеры ТСПУ Метран 276.

 

Чувствительный элемент  первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный  преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей. Датчик выбран с учетом того, что предел измерения параметра составляет (60-177 ͦ С), вид выходного сигнала (4-20 мА). Погрешность при измерении (0,25%). Сигнал с термоэлектрического преобразователя поступает на вторичный прибор ДИСК-250И (поз. 4-2), со встроенным блоком питания на – 24 В, так как для цепи с токовым сигналом 4-20 мА необходимо питание 24 В, то измерительную цепь запитываем от ДИСК-250   (таким же образом производится питание преобразователей Метран – 55 – ДСП, Rosemount 5600, ПЛОТ – 3М, АД-4М и Rosemount 8700 (в контурах измерения давления, уровня, плотности и расхода).

 

 

Рисунок 2.2 – Схема  внешних электрических подключений.

 

 

 

2.2 Измерение давления.

 

Давление в верхней  части колонны измеряем преобразователем избыточного давления Метран – 55 –  ДС200П (поз. 1-1) предел измерения до 0,7 МПа унифицированный токовый выходной сигнал 4-20 мА и температурой рабочей среды до 177 ͦ С, совместно с разделительным сосудом исполнение 4, так как рабочая среда агрессивна. С датчика Метран – 55 – ДС200П унифицированный стандартный электрический сигнал (4-20 мА) поступает на вторичный показывающий, сигнализирующий, регистрирующий прибор ДИСК- 250И (поз. 1-2).

 

Особенности датчиков давления:

 

• погрешность измерений ±0,15%; ±0,25%; ±0,5%;
• диапазон перенастройки 10:1;
• самодиагностика;
• встроенный фильтр радиопомех;
• микропроцессорная электроника;
• возможность простой и удобной настройки значений выходного сигнала.

 

Диапазон измеряемых давлений:

 

• минимальный 0-0,06 МПа;
• максимальный 0-100 МПа
• выходной сигнал: 4-20, 0-5 мА
• температура окружающего воздуха: -40...70°С

 

Исполнения:

 

• взрывозащищенное (ЕхiaIICT5X, ЕхibIICT5X, 1ExdsIIBT4/H₂X)
• межповерочный интервал: 3 года
• степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65

 

Рисунок 2.3 – Датчик давления Метран – 55 – ДС200П.

 

2.3 Измерение уровня.

 

Выбор метода измерения  уровня зависит от вида среды, температуры, агрессивности, токсичности и взрыво и пожаробезопасности среды, а так жа от параметров окружающей среды. Измерение уровня в ректификационной колонне осуществляется при помощи радарного уровнемера Rosemount 5600 фирмы «Метран» (поз. 2-1). С помощью него возможно измерить уровень в емкостях с давлением 0,7 МПа, диапазон измерения до 5 метров, теипература процесса -40 – 300 ͦ С, исполнение взрывоопасное (2Exde [ia] [ib] ПСТ6Х), с

уровнемера подается выходной сигнал 4-20 мА на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 2-2).

Радарный уровнемер Rosemount 5600 представляет собой интеллектуальный измерительный прибор, обеспечивающий отсутствие контакта с технологической средой. Высокопроизводительный микропроцессорный модуль позволяет осуществлять усовершенствованную обработку сигналов и самое точное отслеживание отраженного сигнала. Благодаря своей чувствительности радарный уровнемер Rosemount 5600 может обнаруживать и отлеживать все отраженные сигналы внутри емкости. Уровнемер серии 5600 помогает пользователю успешно осуществлять конфигурирование при измерении уровня как в простых, так и в сложных условиях технологического процесса.

В уровнемерах Rosemount 5600 используется современная микроволновая технология для достижения высокой надежности и точности измерений уровня жидкостей и сыпучих веществ. Уровнемер применяется в широком диапазоне значений температуры и давления, в применениях с парогазовыми смесями и другими условиями технологического процесса.

Измеряемые среды: нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные напитки, глина, извести, руды и бумажная пульпа, гранулиро-ванные материалы от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и др. Диапазон измерений: от 0 до 50 м. Выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе протокола HART или Foundation Fieldbus. Наличие взрывозащищенного исполнения. Межповерочный интервал - 1 год.

 

 

Рисунок 2.4- Общий вид Rosemount 5600.

 

 

2.4 Измерение плотности.

 

Плотность дистиллята на выходе дефлегматора измеряется с помощи проточного плотномера ПЛОТ-3М фирмы «Инкор» (поз. 5-1). Диапазон измеряемых плотностей от 420 до 1600 кг/м^3.. Диапазон температур от -40 до 300 ͦ С.  Выходной сигнал – импульсный ток с уровнем логической «1» от 5 до 20 мА. Уровень логического «0» от 0 до 0,1 мА со скоростью передачи 2400 бит/с. Сигнал поступает на промежуточный преобразователь Адаптер АД-4М фирмы «Инкор» (поз. 5-2), у которого выходной токовый сигнал 4-20 мА. Далее унифицированный токовый сигнал поступает на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 5-3).

Плотномер ПЛОТ-3 АУТП.414122.006 ТУ предназначен для автоматического  измерения плотности жидкости с  максимальной кинематической вязкостью  до 200 мм2/с(200 сСт) в диапазоне температур от минус 40 до 300 ͦ С и передаче измеренных значений по запросу извне в контроллер измерительной системы или в персональный компьютер (ПП ЭВМ) по интерфейсу "токовая петля" (RS-232, RS-485 с использованием адаптеров АД-1, АД-2).

Принцип работы Принцип  действия - вибрационный: частота колебаний  чувствительного элемента, погруженного в жидкость, функционально связана с плотностью жидкости, а добротность колебательной системы с кинематической вязкостью. В качестве термометра используется встроенный стандартный платиновый преобразователь сопротивления.

 

 

Рисунок 2.5 - ПЛОТ-3М.

 

2.5 Измерение  расхода.

 

Количество жидкости (объем или масса), газа или пара, проходящее через данное сечение  канала в единицу времени называют расходом и измеряют расходомерами.

Измерение расхода производится в трубопроводе, по которому движется   нагреваемый продукт.   Осуществление   контроля   за    расходом,

 

 

производится при помощи расходомера  электромагнитного Rosemount 8700 (поз.3-1). Погрешность при измерении 0,25%, давление измеряемой среды 0,05 – 4 МПа, предел расхода измеряемой среды 2,3 м³/ч, вид выходного сигнала 4-20 мА, взрывозащищенное исполнение. Диапазон температур от -28 до 177 ͦ С.  С уровнемера подается выходной сигнал 4-20 мА на вторичный прибор ДИСК 250-И (поз. 3-2).

Расходомеры электромагнитные серии 8700 предназначены для измерений объемного расхода электропроводных жидкостей. Используются в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами в энергетике, химической, пищевой, бумажной и других отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей.

 

Основные преимущества:

 

• Применение для измерения расхода агрессивных сред;
• Широкий размерный ряд;
• Расширенное предложение по материалам электродов и футеровки;
• Высокая точность измерений;
• Отсутствие движущихся частей;
• Малые потери давления.

 

Технические характеристики:

 

• Диаметр условного прохода 4…900 мм
• Пределы основной относительной погрешности ±0,5% в диапазоне скоростей измеряемой среды от 0,3 до 10 м/с
• Давление измеряемой среды 0,05…4,00 МПа
• Выходные сигналы: 4-20 мА, HART, импульсный, Foundation Fieldbus

 

Измеряемые среды: электропроводные жидкости, имеющие минимальную электропроводность 5•10-4 См/м (для расходомера с датчиком 8707 минимальная электропроводность 5•10-3 См/м)

 

 

Рисунок 2.6 - Rosemount 8700.

 

Более подробная о выбранных средствах автоматизации приведена в заказной спецификации на оборудование и материалы (Приложение А).

 

 

3. Расчетная часть.

 

3.1 Расчет ротаметра.

Таблица 1 – Исходные данные.

Наименование	Обозначение	Значение
1. Конусность трубки ротаметра	k	0,01
2. длинна шкалы ротаметра  (шкала имеет одиннадцать оцифрованных  делений с границей Δl = 0,025 м)	l	0,025 м
3. Диаметр трубки ротаметра  в месте нулевого деления шкалы	D0	0,0171 м
4. Объем поплавка	V	3,075*10-6 м-3
5. Диаметр миделя поплавка	d	0,0164 м
6. Материал поплавка	Сталь X18H19T
7. Вес поплавка	G0	0,191 H
8. Измеряемая среда	Вода
9. Температура измеряемой  среды	t0	50 ͦ
10. Плотность измеряемой  среды	ρ	0,078МПа
11. Динамическая вязкость  вещества	μ30	0,5494*10-3 Па*с

 

Ротаметр является расходомером постоянного перепада давлений. Так  же к ним относятся поплавковые  и поршневые расходомеры. Наибольшее применение имеют ротаметры и  поплавковые расходомеры, шкалы которых практически равномерны. Их можно использовать для измерения малых расходов, так как потери давления в них незначительны и не зависят от расхода.

Ротаметры и поплавковые  расходомеры имеют большой диапазон измерения (Q _max / Q _min = 10 : 1).

Проходящий через ротаметр (Рисунок 3.1) снизу поток жидкости или газа поднимает поплавок до тех пор, пока расширяющаяся кольцевая щель между телом поплавка и стенками конусной трубки не достигнет такой величины, при которой действующие на поплавок силы уравновешиваются. При равновесии сил поплавок устанавливается на некоторой высоте, зависящей от расхода.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.1 – Поплавок.

 

 

На поплавок ротаметра  с верху в низ действуют  две силы: сила тяжести       G_n = V ρ_п g , (где V- объем поплавка; ρ_п – плотность материала поплавка; g – ускорение свободного падения) и сила от давления потока на верхнюю плоскость поплавка p’₂ s (где p’₂ – среднее давление потока на единицу площади верхней поверхности поплавка; s – площадь наибольшего поперечного сечения поплавка).

Снизу вверх на поплавок так же действуют две силы: Сила от давления потока на нижнюю плоскость поплавка p’₁ s, и сила трения потоков о поплавок q_т = kvⁿ_k s_б. (где: k – коэффициент сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса и степени шероховатости поверхности; v’_k – средняя скорость потока в кольцевом канале, охватывающем боковую поверхность поплавка; s_б. – площадь боковой поверхности поплавка; n – показатель зависящий от скорости).

Поплавок уравновешен  если соблюдается равенство

 

V ρ_п g + p’₂ s = p’₁ s + kvⁿ_k s_б (3.1)

 

Из (3.1) получаем

 

p’₁ - p’₂ =  (3.2)

 

Если допустить что v_k при всех расходах величина постоянная (с увеличением расхода увеличивается площадь кольцевого канала), то правая часть уравнения (3.1) будет постоянной, так как остальные величины для данного прибора неизменны. Следовательно разность давлений на поплавок p’₁ - p’₂ = const, то есть ротаметр является прибором постоянного перепада давления.

Коэффициент расхода  ɑ для ротаметров зависит то большого величин, которые не поддаются аналитическому определению, по этому ротаметры градуируются экспериментально. Для экспериментальной градуировки ротаметров предназначенных для измерения расходов жидкостей или газов , применяют в качестве градировочной среды применяют воду или воздух (ГОСТ 13045-81). Экспериментальная градуировка шкалы ротаметра точна лишь в том случае, если при эксплуатации значения всех величин соответствуют градировочным условиям. Изменение температуры потока меняет плотность среды и ее вязкость, а следовательно и коэффициент расхода.

Еще большей степени  будут изменятся величины в случае, если ротаметр применяют для измерения расхода среды отличающейся от градировочной.

Ротаметр со стеклянной трубкой (Рисунок 3.1) состоит из конической трубки 1, закрепленной в двух металлических  головках 3 и 4 снабженных сальниками и фланцем для монтажа в вертикальном трубопроводе. Головки соединены несколькими тягами образующие вместе с поперечинами решетку вокруг    стеклянной    трубки.   Внутри   трубки   1   свободно   перемещается