Дипломная (вкр): Автоматизация и модернизация резервуарного парка

4.2 Выбор вибрационного сигнализатора уровня

Произведем сравнение технических характеристик нескольких распространенных вибрационных датчиков одной ценовой категории и СУЖ-П-И. Результаты сведены в таблицу 4.2 [7].

Таблица 4.2 - Технические характеристики сигнализаторов уровня

Как видно из сравнительной таблицы, вибрационные сигнализаторы уровня обладают лучшими техническими характеристиками, чем поплавковый СУЖ-П-И. К тому же они не имеют недостатки, свойственные СУЖ-П-И, которые были приведены в техническом разделе данного дипломного проекта.

Что касается сравнения вибрационных сигнализаторов уровня, то я останавливаю свой выбор на Rosemount серии 2100. Разница технических характеристик Rosemount и VIBRA-SWITCH незначительна, но у VIBRA-SWITCH отсутствует возможность подключения к сети переменного напряжения, а это для нас более предпочтительно.

Сигнализаторы уровня типа Rosemount предназначены для контроля предельных уровней жидкостей в технологических емкостях и товарных резервуарах. Они имеют широкий выбор технологических присоединений, материалов корпуса и смачиваемых частей для обеспечения универсальности и превосходной надежности, а также сменных модулей электроники различных исполнений.

Принцип действия Rosemount серии 2100 основан на принципе действия камертона. Пьезоэлектрический кристалл возбуждает механические колебания вилки с их собственной частотой, изменения которой непрерывно контролируются электроникой.

Если устройство используются как сигнализаторы нижнего предельного уровня, изменение собственной частоты происходит, когда жидкость в резервуаре опускается ниже уровня вилки. Это изменение фиксируется электроникой, которая переключает состояние выходного сигнала.

Если устройство используется как сигнализатор верхнего предельного уровня, изменение собственной частоты происходит, когда жидкость в резервуаре поднимается выше уровня вилки.

Собственная частота колебаний вилки (~1300 Гц) позволяет избежать ложных срабатываний, возникающих из-за воздействия помех от вибраций оборудования. Кроме того, это дает возможность использовать вилку малой длины, что позволяет минимизировать объем, занимаемый устройством в резервуаре или трубопроводе.

Благодаря технологии резонатора с короткой вилкой, сигнализаторы 2100 можно использовать практически в любой жидкой среде. Всестороннее исследование максимально увеличило эксплуатационную эффективность конструкции колебательной вилки, что сделало ее пригодной для большинства жидкостей, включая налипающие жидкости (за исключением создающих перемычки в вилке), аэрированные жидкости и прочие.

Серия вибрационных сигнализаторов уровня Rosemount 2100 состоит из четырех моделей:

2110 - компактная модель;

2120 - полнофункциональная модель;

2130 - модель для использования в условиях высоких температур процесса;

2160 - беспроводная модель с поддержкой протокола WirelessHART™.

На работу Rosemount 2100 практически не оказывают влияния изменения свойств жидкости (плотность, вязкость, химический состав), потоки жидкости, турбулентность, пузырьки газов, пена, вибрации, налипания или наличие твердых частиц.

Модели 2130Е и 2160E имеют расширенный диапазон рабочих температур (от 170 до 260°C).

Модели 2110, 2120 и 2130 обладают взаимозаменяемыми модулями электроники со встроенными функциями самодиагностики и контроля состояния вилки, тактовым светодиодом, обеспечивающим пользователя информацией о состоянии сигнализатора и его контактов во время работы.

Модели 2130 и 2160 обладают функцией расширенной самодиагностики и контроля состояния вилки, внутренних проводов и контактов.

Модель 2160, обладая функциональными преимуществами предыдущих моделей, обеспечивает передачу данных по беспроводному протоколу WirelessHART с рабочей частотой 2,4 ГГц, технологией передачи сигналов с прямым расширением спектра (DSSS).

Сигнализаторы 2100 дают заказчику возможность самостоятельно настраивать время задержки переключения контактов для минимизации рисков ложного срабатывания при работе в турбулентных/брызгающих средах.

Конструкция чувствительного элемента - вилки, обеспечивает быстрое стекание жидкости для максимально быстрого отклика на изменение уровня жидкости и высокой чувствительности при контроле уровня сред с высокой плотностью или вязкостью.

Практически не требуется обслуживание благодаря отсутствию подвижных частей и щелей.

Переключатель режимов работы и регулятор времени задержки переключения (модели 2120 и 2130). Переключатель режимов работы позволяет устанавливать сигнализатор на срабатывание при переходе от жидкой среды к сухой (обычно сигнализация нижнего предельного уровня) или при переходе от сухой среды к жидкой (обычно сигнализация верхнего предельного уровня).

Кроме того, имеется возможность выбрать время задержки переключения: 0,3; 1, 3; 10 или 30 секунд. Увеличение времени задержки практически исключает риск ложного срабатывания при работе в турбулентных и разбрызгивающихся средах.

Тактовый светодиод (модели 2110, 2120 и 2130). Тактовый (мигающий) светодиод предназначен для визуальной индикации состояния работы. Светодиод мигает, когда выходной сигнал находится в состоянии «выключено» и светится постоянно, если он находится в состоянии «включено». Светодиод постоянно отображает состояние работы устройства (разная частота миганий указывает на неисправности), а также дает информацию о состоянии процесса.

Магнитная контрольная точка (модели 2110, 2120 и 2130). На корпусе сигнализатора находится магнитная контрольная точка, с помощью которой можно провести проверку функциональности сигнализатора и подключенных к нему систем.

Если приложить магнит к данной точке, текущее состояние выходного сигнала сигнализатора изменится на противоположное.

Функция самодиагностики и контроля состояния работы. Модели 2120, 2130 и 2160 обладают функцией самодиагностики, которая обеспечивает непрерывное слежение за состоянием вилки и внутренней проводки.

Данная диагностика позволяет определять повреждения, нанесенные вилке посредством коррозии, внутренние и внешние механические повреждения вилки, а также обрыв проводки внутри корпуса сигнализатора.

При определении одного из данных типов повреждений тактовый светодиод мигает с разной частотой, что сопровождается подачей безопасной электрической нагрузки на сигнализатор.

Электрическое подключение. Клеммный блок моделей 2120 и 2130 находится на верхней части корпуса, что обеспечивает удобный доступ к клеммам. Защита от обратной полярности и от короткого замыкания обеспечивают безопасное и простое электрическое подключение. Для сигнализаторов 2100 доступны следующие типы модулей электроники:

переключатель непосредственной нагрузки (модели 2110, 2120, 2130);

PNP/ПЛК-выход (модели 2110, 2120, 2130);

релейный выход (модели 2120, 2130);

искробезопасный модуль NAMUR (модели 2120, 2130).

беспроводной модуль (модель 2160). Электропитание датчика осуществляется от сменного искробезопасного литий - тионилхлоридный модуля питания. Время работы десять лет при одноминутной периодичности передачи данных.

Периодичность передачи данных настраивается пользователем и составляет от 4 с до 60 мин.

Конструкция вибрационной вилки. Быстрое стекание жидкости («fast drip»), обеспечиваемое конструкцией вилки (среда стекает с кончиков вилки), в сочетании с малым временем срабатывания, повышает быстродействие и чувствительность сигнализаторов серии 2100 к изменениям плотности среды.

Конструкция Rosemount 2120 представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Конструкция Rosemount 2120

4.3 Описание алгоритма автоматического управления объектом

При нажатии кнопки пуск открывается задвижка на входе в резервуар и начинается закачка нефти в резервуар. При наличии нефти в резервуаре выше нижнего уровня включается электромеханическая мешалка. При достижении жидкостью верхнего уровня ёмкости электромеханическая мешалка выключается, открывается задвижка на выходе из резервуара, включается насос и начинается откачка. Если нефть в резервуаре достигает верхнего аварийного уровня, то закрывается задвижка на входе и подается аварийный сигнал оператору о достижении верхнего аварийного уровня. При достижении нижнего уровня задвижка на выходе закрывается, цикл повторяется. При достижении нижнего критического уровня насос выключается, задвижка на входе закрывается и в диспетчерской срабатывает сигнализация об утечке. Предусматривается защита электромеханической мешалки в следующих случаях:

при превышении температуры двигателя свыше указанной в паспорте на электродвигатель;

при превышении вибрации крышки люка-лаза резервуара при работе устройства (исключая режим пуска) по трем взаимно перпендикулярным направлениям свыше 2,8 мм/с;

при обрыве ремня плоскозубчатой ременной передачи;

при нарушении герметичности узлов уплотнений;

при отклонении потребляемого тока двигателя «Диоген» от заданного номинального.

В этих случаях происходит отключение электромеханической мешалки и подается сигнал оператору о случившейся неисправности.

Перечень сигналов представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Перечень сигналов

Для написания программы был составлен граф переходов, представленный на рисунке 4.2. Состояние выходных сигналов представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Состояние выходных сигналов

Рисунок 4.2 - Граф переходов системы регулирования уровня в резервуаре

Схема регулирования представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Схема автоматического регулирования уровня в резервуаре

В соответствии с графом переходов составляется программа на языке ST (Structured Text)[10], листинг которой приведен в приложении Б.

5. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда

Темой данного дипломного проекта, как отмечалось ранее, является автоматизация резервуарного парка на ЛПДС «Субханкулово» ОАО «АК «Транснефть»».

С целью обеспечения безопасности производства необходимо дать характеристику производственной среды, в которой будет происходить монтаж и эксплуатация приборов и средств автоматизации, произвести анализ производственной вредности и опасности, обозначить мероприятия, направленные на предотвращение производственных вредностей и опасностей.

Вследствие совершенствования работы системы автоматизации рассматриваемый объект становится более безопасным и безвредным. При соблюдении техники безопасности во время всех видов работ исключается возможность возникновения аварийных ситуаций, взрывов, пожаров и получения производственных травм.

5.1 Анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей на объекте

В резервуарном парке на ЛПДС «Субханкулово» ОАО «АК «Транснефть»» в составе измерительной системы используются следующие устройства, описанные в техническом разделе:

- первичные преобразователи и приборы, расположенные непосредственно на резервуаре (уровнемеры радарные взрывозащищенные типа RTG 3920 REX, многоточечные датчики температуры с термоэлементами, модули сбора данных взрывозащищённые типа DAU 2100, коробки соединительные типа JB 36 и JB 15), находящиеся непосредственно в зоне с возможным образованием взрывоопасных смесей;

вторичные приборы, расположенные в местном диспетчерском пункте (МДП) и на автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора (модуль полевого соединения и обработки информации типа FCU, модем полевой шины чипа FBM 2171, компьютер промышленного назначения, сетевой фильтр и компьютерная розетка, видеомонитор, принтер лазерный и блок бесперебойного питания), находящиеся в помещении с нормальными условиями.

Основными вредными веществами резервуарного парка являются нефть и попутный газ. Их основные характеристики с точки зрения взрыво-пожароопасности и токсичности приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1- Взрывопожароопасные и токсичные вещества в рассматриваемой производственной среде