регистрация / вход

Автоматизация тепловых процессов на примере кожухотрубчатого теплообменника

Введение Автоматизация – это внедрение технических средств, управляющих процессами без непосредственного участия человека. Разнообразие технических средств автоматизации, глубокое изучение процессов химической технологии, а также достаточно хорошо разработанная теория автоматического управления позволяют интенсивно проводить автоматизацию в химической промышленности.

Введение

Автоматизация – это внедрение технических средств, управляющих процессами без непосредственного участия человека. Разнообразие технических средств автоматизации, глубокое изучение процессов химической технологии, а также достаточно хорошо разработанная теория автоматического управления позволяют интенсивно проводить автоматизацию в химической промышленности.

Одной из основных задач автоматизации технологических процессов является повышение экономической эффективности производства. В ряде случаев само производство не может быть реализовано без его автоматизации. Существует значительное число процессов, интенсификация которых возможна лишь при ведении их в предаварийных режимах, что вызывает необходимость в процессе автоматизации таких производств решать совместные задачи автоматического управления и автоматической защиты.

Важнейшей предпосылкой автоматизации является отработанность технологии производства. Основными требованиями, которые предъявляет автоматизация к технологии, являются неразрывность технологической цепи в пределах автоматизируемого участка и целесообразное расположение оборудования, в соответствии с направлением движения материальных и энергетических протоков. Чем полнее соответствует процесс указанным требованиям, тем выше экономическая эффективность автоматизации.

В химической промышленности вопросам автоматизации уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и большой скоростью протекания технологических процессов, высокой чувствительностью их к нарушениям режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ.

Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение окружающей среды.

В данной курсовой работе рассматривается регулирование процесса нагревания.


1 Описание технологического процесса

Основные принципы управления процессом нагревания рассмотрим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообменника, в который подают нагреваемый продукт и теплоноситель. Показателем эффективности данного процесса является температура t п// продукта на выходе из теплообменника, а целью управления – поддержание этой температуры на определенном уровне.

Зависимость температуры t п// от параметров процесса может быть найдена из уравнения теплового баланса:

,

где , – расходы соответственно продукта и горячего теплоносителя;

– удельные теплоемкости продукта и горячего теплоносителя;

– температуры продукта и горячего теплоносителя на входе в теплообменник;

– температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника.

Решая данное уравнение относительно , получим:

Расход теплоносителя можно легко стабилизировать или использовать для внесения эффективных регулирующих воздействий. Расход продукта определяется другими технологическими процессами, а не процессом нагревания, поэтому он не может быть ни стабилизирован, ни использован для внесения регулирующих воздействий; при изменении в теплообменник будут поступать сильные возмущения. Температуры и , а также удельные теплоемкости сп и с т определяются технологическими режимами других процессов, поэтому стабилизировать их при ведении процесса нагревания невозможно. К неликвидируемым возмущениям относятся также изменение температуры окружающей среды и свойств теплопередающей стенки вследствие отложения солей, а также коррозии. Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий невозможно устранить. В связи с этим следует в качестве регулируемой величины брать температуру , а регулирующее воздействие осуществлять путем изменения расхода .

Теплообменники как объекты регулирования температуры обладают большими запаздываниями, поэтому следует уделять особое внимание выбору места установки датчика и закону регулирования. Для уменьшения транспортных запаздываний датчик температуры необходимо помещать как можно ближе к теплообменнику. Для устранения запаздывания значительный эффект может дать применение регуляторов с предварением и исполнительных механизмов с позиционерами.

В качестве контролируемых величин следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходимо для нормального пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход требуется знать также для подсчета технико-экономических показателей процесса, а расход и температуру – для оперативного управления процессом.

Сигнализации подлежат температура и расход продукта. В связи с тем что резкое падение расхода может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.

2 Анализ технологического процесса как объекта автоматизации

На основании описания технологического процесса задачами автоматизации являются:

- поддержание расхода горячего теплоносителя

- поддержание давления исходного теплоносителя

- поддержание и сигнализация температуры продукта

- поддержание и сигнализация расхода продукта

- поддержание температуры в трубопроводах

- поддержание давления конечного теплоносителя

Технологическая карта параметров

Аппарат Параметр Номинальное значение Допустимое отклонение Функциональные признаки ТСА
Показание Регистрация Блокировка Сигнализация Регулирование
Трубопровод Расход теплоносителя 15 кг/с + 10 % Щ Щ
Трубопровод Давление исходного теплоносителя 0,1 МПа + 10 % Щ Щ
Трубопровод Температура продукта 60°С + 5 % Щ Щ Щ Подачей теплоносителя
Трубопровод Расход продукта 20 кг/с + 10 % Щ Щ Щ
Трубопровод Температура в трубопроводах 60°С + 5 % Щ Щ
Трубопровод Давление конечного теплоносителя 0,1 МПа + 10 % Щ Щ

3 Упрощенная функциональная схема автоматизации

4 Выбор и разработка функциональной схемы автоматизации

1. В процессе происходит поддержание расхода горячего теплоносителя. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с камерной диафрагмы FE 1-1 поступает в промежуточный преобразователь FT 1-2, а затем во вторичный блок FIR 1-3, установленный на щите.

2. В процессе происходит поддержание давления в трубопроводе теплоносителя. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с преобразователя РT 2-1 поступает во вторичный блок PIR 2-2, установленный на щите.

3. В процессе происходит поддержание и сигнализация температуры продукта. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с датчика температуры ТЕ 3-1 поступает во вторичный блок TRCА 3-2, установленный на щите, и затем в регулирующий блок TY 3-3, который выдает управляющее действие на исполнительный механизм регулирующего органа 3-4.

4. В процессе происходит поддержание и сигнализация расхода исходного продукта. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с камерной диафрагмы FE 4-1 поступает в промежуточный преобразователь FT 4-2, а затем во вторичный блок FIRА 4-3, установленный на щите.

5. В трубопроводах происходит поддержание температуры. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с датчика температуры ТЕ 5-1 поступает во вторичный блок TJIR 5-2, установленный на щите.

6. В процессе происходит поддержание давления в трубопроводе выходящего теплоносите-ля. Регулирование происходит следующим образом. Сигнал с преобразователя РT 6-1 поступает во вторичный блок PIR 6-2, установленный на щите.

5 Выбор технических средств автоматизации

Поз. Измеряемый (регулир.) параметр Номи-нал. знач. параметра Место установки Наименование прибора Тип Краткая техн. харак-теристика Колво Лит. источник
1-1 Расход теплоносителя 15 кг/с Трубопровод Диафрагма камерная ДК-6 Ру = 0,6 МПа 1 2 [136]
1-2 По месту Дифманометр МЕТРАН 43 ДД + 0,5% 1 3 [35]
1-3 Центральный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]
2-1 Давление исходного теплоносителя 0,1 МПа Трубопровод Преобразователь давления МЕТРАН 43 ДИ + 0,25% 1 3 [29]
2-2 Центральный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]
3-1 Температура продукта 60°С Трубопровод Термопреобра-зователь сопротивления ТСП-0879 50 П -50 ¸ +600°С 1 2 [58]
3-2 Центральный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]
3-3 По месту Преобразова-тель электро-пневматический ЭПП-М Класс точности 1,5 1 2 [600]
3-4 Трубо-провод Клапан регулирующий 25С 94НЖ

Dy = 80 мм

Ру = 6,3 МПа

1 2 [777]
4-1 Расход продукта 20 кг/с Трубо-провод Диафрагма камерная ДК-6 Ру = 0,6МПа 1 2 [136]
4-2 По месту Дифманометр МЕТРАН 43 ДД + 0,5% 1 3 [35]
4-3 Центральный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]
5-1 Температура 60°С Трубо-провод Термопреобразователь сопротивления ТСП-0879 50 П -50 ¸ +600°С 3 2 [58]
5-2 Центральный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]
6-1 Давление конечного теплоносителя 0,1 МПа Трубо-провод Преобразователь давления МЕТРАН 43 ДИ + 0,25% 1 3 [29]
6-2 Централь-ный щит Автоматический мост ДИСК-250 2231 + 0,5% 1 2 [379]

6 Развернутая функциональная схема автоматизации

1 2 3 4 5 6 7

Приборы по месту
Приборы на щите

Н

LÄ


Выводы

В данной курсовой работе был рассмотрен технологический процесс нагревания.

Проведен анализ технологического процесса как объекта автоматизации, предложена функциональная схема автоматизации. Также были выбраны технические средства автоматизации на основе принятой системы контроля и регулирования, которые представлены в спецификации. В ходе работы были приобретены навыки чтения и составления простейших функциональных схем автоматизации.


Список использованной литературы

1. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М., 1985.

2. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справ. / Под ред. В.В. Черенкова. Л., 1987.

3. Номенклатурный каталог «Концерн Метран», 1995 г.

4. Системы управления химико-технологическими процессами: Метод. Указания к выполнению курсовой работы для студентов спец. 2501, 2502 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: М.А. Фадеев, Н.Новгород, 2000, 26 с.

5. Лекционный материал.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий