Фильтрование жидкостей

 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ  ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО КУРСУ 

«СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ »

 

НА ТЕМУ: «Фильтрование жидкостей»

Вариант 6

 

 

 

Выполнил:                                   ст.гр.

             

Принял:         

 

 

 

 

УФА 2011

 

Содержание           с   Введение

1. Общие сведения о  процессе

2. Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования.

3. Выбор и обоснование средств контроля и регулирования

3.1 Датчики давления

3.2 Датчики расхода

3.3 Датчики качества

3.4 Датчик мощности, перегрузки двигателя

3.5 Датчик уровня

3.6 Станция сбора и управления данных

4.6 Вспомогательные преобразователи

4.7 Исполнительные механизмы

5. Описание схем контроля, регулирования, сигнализации и противоаварий -

ной защиты.

5.1 Контролируемые параметры

5.1.1 Контроль расхода

 5.1.2 Контроль давления

5.1.3 Контроль качества

5.1.4 Контроль мощности 

5.2  Регулируемые параметры

5.2.1 Регулирование уровня         

6.3 Сигнализация и противоаварийная защита

6.3.1 Сигнализация уровня.

6.3.2 Сигнализация качества

6.3.3 Система ПАЗ параметров

7 Спецификация на средства измерения, контроля и автоматического управления

Заключение

 Использованные источники

 

Введение

Автоматизация технологических процессов, являясь одним из главных направлений  научно-технического прогресса, создает основу для повышения производительности труда во всех отраслях народного хозяйства.

Современные технологические процессы нефтеперерабатывающей, нефтехимической  промышленности характеризуются сложностью отдельных элементов и их взаимосвязей, высокими скоростями протекания химических реакций, большой производительностью, многомерностью, т.е. большим числом контролируемых и регулируемых параметров и показателей эффективности, разнообразия технологических операций и технологического оборудования, а также взрыво- и пожароопасностью. В таких условиях управления технологическими процессами становится важным лишь при широком использовании методов, средств и систем автоматизации. Современную технологическую схему нельзя эксплуатировать без применения средств автоматизации.

Объектом автоматизации могут  быть технологические аппараты, агрегаты, машины, участки, установки.

Наличие взрывопожароопасных  сред предъявляет повышенные требования к строгому соблюдению всех параметров ведения технологического процесса проектируемой установки, во избежание возникновения аварийных ситуаций. Кроме того, наличие на установке агрессивных сред накладывает особые требования к исполнению работающих с ними датчиков КИП.

 

 

 

1.  Общие сведения о процессе.

Фильтрование жидких систем.

В тех случаях, когда  при разделении суспензий недопустимы  потери жидкости с осадком или  взвешенные твердые частицы весьма плохо оседают, или же необходимо выделить твердую фазу в виде осадка с некоторым минимальным содержанием влаги, метод отстаивания и декантации неприменим. В этих случаях суспензии разделяют при помощи фильтрации.

Процесс фильтрации основан  на задержании твердых взвешенных частиц пористыми перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы твердой фазы. В результате непосредственного контакта суспензии с поверхностью пористой перегородки и разного давления до и после перегородки жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от твердых частиц фильтрата, а твердые частицы задерживаются на поверхности перегородки, образуя слой осадка, который затем удаляется.

Фильтрация находит  в настоящее время широкое  применение в технике как универсальный метод разделения суспензий, начиная от самых грубых и кончая тонкими мутями, и используется даже для разделения некоторых коллоидных растворов; в последнем случае необходим соответствующий фильтрующий материал.

Характер и толщина  слоя осадка, отлагающегося на поверхности  фильтрующей перегородки, являются в большинстве случаев важнейшими факторами, определяющими эффективность фильтрации—производительность фильтра и расход энергии на проталкивание жидкости через фильтр. [1,208]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования.

С целью выдерживания определенного количества в ванне вещества необходимо контролировать и регулировать уровень в ней.

Расходы входящего и выходящего потока необходимо контролировать с  целью выявления отклонения от технологического режима (утечки в аппарате, пропуски арматуры и прочее).

Лимитирующим фактором является качество фильтрата,  а также перепад давления, которые будут характеризовать отклонение процесса (износ фильтрующего элемента  и др.)

Во избежание перегрузок необходимо контролировать и сигнализировать  момент на валу двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Выбор и обоснование средств контроля и регулирования

При выборе приборов контроля и регулирования руководствуются  следующими положениями:

1) приборы должны обеспечивать  необходимую точность измерения,  быть достаточно чувствительными и надежными в работе;

2) показывающие приборы  должны иметь наглядную шкалу  и указатель. Самопишущие приборы должны регулировать показания в виде четкой, хорошо различимой кривой;

3) местные приборы  должны иметь место расположения, легко доступное для наблюдения за показаниями;

4) погрешность не должна  выходить за допустимые пределы  при изменении внешних условий  окружающей среды;

6) диафрагмы и дифманометры  должны иметь камеры, фланцы которых  также рассчитаны на данные условия;

7) к измерительным  и регулирующим приборам должны предъявляться требования по взрыво- и пожароопасности.

При выборе приборов контроля и регулирования должны учитываться  свойства объектов регулирования и  технологических потоков, чтобы  системы регулирования были устойчивыми, и процесс регулирования протекал качественно, без больших отклонений регулируемой величины от заданного значения [3].

Для осуществления контроля и регулирования технологических  параметров предлагается применение следующих приборов:

3.1 Датчик давления

Для определения перепада давления подберем датчик разности давлений  фирмы Метран 100 ДД 1422:

Шкала измерения соответствующего прибора  равна:

Контур 32 Р_{продукт}=6,3*3/2=9,45 кПа величина приведенной погрешности равна (0,05/9,45)*100=5,3%

С верхним пределом измерения 10кПа. С унифицированным токовым выходным сигналом от 4 …. 20 мА. Код исполнения МП-1. . Для определения допускаемой погрешности прибора, проверим неравенство

P верх/10>P>P верх/25,   6,3>10>2,52, верно. Значит предел основной допускаемой погрешности 0,5. С учетом погрешности контроллера 0,5+0,15=0,65, что меньше 5,3%. Означает датчик подобран верно.

Выбираем датчик климатического исполнения У2 (-40 до 70⁰С).[5, стр 47].

 

Для определения давления в фильтре подберем датчик фирмы  Метран 100 ДИ 1151:

Шкала измерения соответствующего прибора  равна:

Контур 30 Р_{продукт}=0,11*3/2=0,161МПа величина приведенной погрешности равна (0,05/0,161)*100=31%

С верхним пределом измерения 0,25МПа. С унифицированным токовым выходным сигналом от 4 …. 20 мА. Код исполнения МП-1. . Для определения допускаемой погрешности прибора, проверим неравенство

P верх/10>P>P верх/25,   0,25>0,161>0, 1,  верно. Значит предел основной допускаемой погрешности 0,5. С учетом погрешности контроллера 0,5+0,15=0,65, что меньше 31%. Означает датчик подобран верно.

Выбираем датчик климатического исполнения У2 (-40 до 70⁰С).[5, стр 47].

 

3.2 Датчики расхода.

Для определения расхода  суспензии  и фильтрата подберем массовый расходомер F 200 фирмы Micromotion.

Погрешности для соответствующих  потоков равны:

1)По контуру  суспензии (50). Шкала прибора =100*3/2=150 м³/час. (1,5/150)*100=1%

2) По контуру фильтрата (51). Шкала прибора =100*3/2=150м³/час. (1,5/150)*100=1%. 

Предел измерений данного датчика 12300 нм3/час. Погрешность расходомера 0,15%. С учетом погрешности вторичного прибора  0,1+0,15=0,25%, что меньше 1%, значит датчик подобран верно. На выходе унифицированный токовый сигнал 4..20 Ма Подбираем два датчика с Ду=80 мм,  Ду=50 мм.

 

3.3 Датчики качества.

Мутность можно характеризовать , и определять, через, аналогичный и эквивалентный параметр, электропроводности. Подбираем датчик  SC202 фирма производитель Yokogawa. [32,8]/. Предел измерений 0…1000 мСм/см. Класс точности 1%. Параметры измеряемой среды. Температура 0..105С. Давление до 1 Мпа. На выходе стандартный унифицированный токовый сигнал 4-20Ма. Имеется взрывозащищенное исполнение системы.

 

3.4 Датчик мощности, перегрузки двигателя

В качестве косвенного параметра, характеризующего вращающий момент на валу, используем мощность.  Для этого подберем датчик мощности. PR300 фирма производитель Yokogawa [32,8]. Он монтируется на панели в операторной. Широкий выбор функций. Настраивается с помощью персонального компьютера. Преобразование мощности в токовый сигнал. На выходе стандартный токовый сигнал 4-20 мА.

3.5 Датчик уровня.

Диапазон измерения  преобразователя и вторичного прибора  определяем по правилу 2/3 шкалы.

Таким образом,

Определим шкалу измерения

L=(3/2)*2,5=3,75 метра.

Допускаемая приведена погрешность  датчика = 1/3,75*100=26,66%.

Подбираем  радарный уровнемер Apex ^tmSentry с пределами измерения 0,6.. 30 м. Приведенная погрешность прибора 0,03%. Тсреды=-40 до 190 С. Рабочее давление до 4 МПа, То.с=-40 до 80 С. Имеется взрывозащитное исполнение. Датчик пригоден для работы в агрессивной среде [6,стр37]. На выходе стандартный унифицированный токовый сигнал 4…20Ма.

С учетом погрешности  вторичного прибора 0,1, в сумме предел основной допускаемой погрешности  контроля не превышает 0,1+0,03=0,13 значения 26,66 . Это означает что датчик подобран верно.

 

4.6 Регулятор

В качестве ПИД регулятора для регулирования  расхода суспензии применяем  многофункциональный одноконтурный  контроллер серии Yokogawa YS1000 c цветным ЖКИ дисплеем [8].

Программируемые контроллеры YS1000 легко могут быть адаптированы для всевозможных приложений с помощью  пользовательских программ управления и имеют высокую надежность. Имеют  четкий, контрастный цветной ЖКИ  дисплей. Отображение данных в цифровом виде, в виде трендов, гистограмм, сигнализаций и событий. Возможность установки всех параметров с лицевой панели. Программирование функциональными блоками. Большой объем хранимых программ (до 1000 шагов, до 400 блоков в одной программе). Мощные функции управления и вычисления (4-х байтовые вычисления с плавающей запятой), режим выбора функции, расширяемые вводы/выводы, двойной процессор, возможность ручного управления, энергонезависимая память, источник двойного питания, защита лицевой панели IP54. Точность индикации 0,1%, 2 аналоговых универсальных входа, 2-7 универсальных входа и 3-7 универсальных выхода.

Интерфейсы связи: Ethernet (Modbus/TCP), RS485 (Modbus, одноранговая связь, YS, DCS-LCS). Входной  и выходной сигналы 4…20 мА.

Код заказа: Yokogawa YS1000.

 

4.7 Контроллер

В качестве контроллера  используется станция сбора данных DX100. Станции сбора данных DX100 – это новейшая разработка компании Yokogawa Electric, которые предназначены для сбора, обработки больших объемов данных, их архивации и работы в сетях Ethernet и RS-485/232. Это позволяет просматривать данные в реальном времени, используя Internet Explorer, сохранять данные на внешний носитель или на компьютер по FTP протоколу, производить рассылку e-mail  по какому-либо событию. Новая версия R3 обладает расширенными возможностями отображения пользовательской графики, режимом многопакетной обработки, а также поддержкой протоколов MODBUS, PROFIBUS-DP и EtherNet/IP.

Отличительной особенностью станции является возможность расширения количества измерительных входов с помощью внешних модулей на базе системы сбора данных MW100. Возможно расширение до 348 входных каналов.

Основные характеристики  станции сбора данных DX100:

    Число входных  каналов: 2  

 Входные сигналы:

        Напряжение 20мВ / 60мВ / 200мВ / 2В / 6В / 20В / 50В

        Ток (через шунтирующее сопротивление)

        Термопара (12 типов), ГОСТ (ХК)

        Терморезистор, ГОСТ (Pt100, Сu10, Cu25, Cu50,Cu100)

        Дискретный сигнал

        Импульсный вход

    Пределы измерений  программируются с клавиатуры или через компьютер

    Интервал опроса:  25 и 125мс

    Встроенные  математические функции (до 60 каналов  вычислений, арифметические, логические  и дифференциальные функции)

    Цветной жидкокристаллический  дисплей