Дипломная (вкр): Автоматизация технологического процесса абсорбционной очистки природного газа на 1У372

Надежность электроснабжения системы должна соответствовать особой группе I категории. Электропитание должно производиться от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, кроме того, должен быть предусмотрен третий независимый резервный источник питания.

Математическое обеспечение системы должно включать в себя методы и алгоритмы обработки аналоговых и дискретных сигналов, контроля, регулирования, управления, расчета топливно-энергетических показателей и т.д., необходимые для выполнения функций системы.

Информационное обеспечение системы должно строиться на основе базы данных (БД). В составе БД системы должны поддерживаться следующие данные:

оперативные данные, содержащие текущее значение измеряемых параметров и текущее состояние оборудования;

данные, содержащие изменения состояния технологического оборудования в хронологическом порядке;

данные, содержащие нарушения регламентных норм технологического процесса в хронологическом порядке;

данные, содержащие тренды измеряемых параметров.

Системное ПО операторских станций (операционная система) должно обеспечивать работу в реальном масштабе времени.

Системное ПО программируемых контроллеров должно иметь в своем составе средства тестирования и диагностики аппаратных средств. Коммуникационные средства системного ПО программируемых котроллеров должны поддерживать стандартные интерфейсы и протоколы обмена данными.

Инструментальное ПО операторских станций должно обеспечивать конфигурирование базы данных, процедур обработки данных, создание видеокадров (мнемосхем) и других элементов операторского интерфейса.

Функциональное ПО операторских станций должно обеспечивать реализацию (выполнение) созданного операторского интерфейса и сконфигурированных функций обработки данных, а также защиту от ошибочных действий операторов.

На всех уровнях системы в техническом и программном обеспечении должна быть реализована защита от несанкционированного доступа к информации и функциям системы с разделением уровней доступа для различных категорий пользователей. С этой целью должна использоваться регистрация пользователей по личному идентификатору и паролю и ведение протоколов регистрации и их наиболее ответственных действий.

.5.3 Требования к техническому обеспечению

КТС системы должен разрабатываться на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники.

Программируемые контроллеры и ПТК в целом должны иметь Российский сертификат Госстандарта РФ и разрешения на выпуск и применение, выданные органами Госгортехнадзора России.

Датчики, исполнительные механизмы, устанавливаемые на объекте, должны иметь взрыво- или искробезопасное исполнение. Датчики параметров, по которым производится срабатывание алгоритмов защиты, должны подключаться только в систему ПАЗ. Разветвление сигнала не допускается.

Для датчиков, не имеющих блоков питания (сигнализаторы с выходом на «сухой контакт», термометры сопротивления, термопары и др.), должны быть предусмотрены индивидуальные барьеры искробезопасности с питанием от системы.

Сеть связи нижнего и верхнего уровней системы должна быть резервированной.

Контроллеры АСУТП и ПАЗ должны иметь резервированные процессорные модули и обеспечивать возможность замены неисправных модулей без нарушения функционирования системы.

.5.4 Выбор анализатора для определения концентрации H2S в регенерированном амине

Предпринятые газоперерабатывающим заводом в 90-х годах попытки внедрения датчиков - анализаторов TRACOR ATLAS модель 722 (США), использующих фотоколориметрический метод определения содержания H2S, для решения задачи управления процессом десорбции аминового сорбента оказались неудачными. Основной причиной этого стало повышенное загрязнение амина абразивными частицами ржавчины, песка, в результате чего происходило быстрое засорение устройств отбора пробы. Применение входных фильтров на линиях пробоотбора также не дало эффекта. Замена фильтров требовалась через каждые 2-3 часа, что в условиях действующего производства было не приемлемым. Кроме того, анализаторы обладали временем отклика 3,5 мин, что не обеспечивало должного качества управления процессом.

В результате проведенного поиска информации о наличии современного аналитического оборудования, обеспечивающего возможность реализации идеи построения контура автоматического управления процессом десорбции (регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине), выбран спектрофотометрический поточный анализатор АМЕТЕК модель 4650. При разработке данного анализатора фирма «АМЕТЕК» (США) учла все конструктивные и технические недоработки, допущенные ранее производителями подобного оборудования. Спектрофотометрический анализатор АМЕТЕК 4650 специально создан для непрерывного измерения концентрации H2S в очищенном амине и решения задачи минимизации потребления пара на его регенерацию и на сегодняшний день не имеет аналогов во всем мире. Для предохранения измерительной ячейки от загрязнения пробоотборная линия анализатора защищена самоочищающимся фильтром, а время отклика составляет менее 15 секунд.

Краткое техническое описание анализатора АМЕТЕК 4650

Анализатор модели 4650 (рисунок 2.2) спектрофотометрический поточный анализатор, предназначенный для измерения концентрации H2S в очищенном амине после десорбера. Контроль максимально допустимого содержания H2S в этой точке позволяет оптимизировать процесс регенерации аминового сорбента и значительно сократить энергозатраты на регенерацию.

В анализаторе 4650 используется фотометрический метод измерения поглощения излучения в ультрафиолетовой области (УФ) молекулами газа. Поглощение света H2S измеряется на длине волны 265 нм, и преобразуется в значение концентрации. Длина волны 365 нм используется в качестве референсной для отслеживания медленных изменений в оптической системе (загрязнение окошек ячейки, старение источника света и других оптических элементов). Коррозионная способность раствора амина приводят к тому, что фоновое поглощение раствора со временем возрастает. Для коррекции возрастания фонового поглощения и периодического обнуления базовой линии анализатора часть пробы подается в блок дегазации, в котором из нее под действием разряжения удаляется практически весь растворенный сероводород. Получаемый таким образом «нулевой» стандарт, содержащий менее 50 ррmv H2S используется для автоматической коррекции базовой линии.

Световой поток, проходящий через измерительную ячейку с анализируемым веществом, разделяется на два луча с помощью полупрозрачного зеркала. Один луч фильтруется от всех длин волн, за исключением той, которая поглощается анализируемым веществом. Второй луч фильтруется от всех длин волн, кроме тех, которые не поглощаются анализируемым компонентом. Сигналы фотодиодов, на которые попадают отфильтрованные лучи, обрабатываются микропроцессором. Такой двухлучевой метод позволяет компенсировать влияние мутности анализируемой пробы, колебаний интенсивности света, загрязнение и "старение" оптики.

Для предохранения ячейки от загрязнения и конденсации проба проходит специальный самоочищающийся фильтр, а ее температура поддерживается встроенным термостатом на уровне (120±1) °С. Для защиты от погодных условий и обеспечения требований по взрывобезопасности анализатор поставляется смонтированным в специальном шкафу, с паровым или электрическим обогревом.

Таблица 2.2. - Технические характеристики анализатора АМЕТЕК 4650

.5.5 Структурная схема контура автоматического регулирования

Показателем эффективности процесса десорбции является концентрация сероводорода в очищенном амине, а целью управления - поддержание определенного значения этой концентрации.

Внешние возмущения: изменение расходов раствора аминового сорбента, пара, кислой воды на орошение колонны, концентрации кислых компонентов в богатом амине, и других теплофизических параметров оказывают большое влияние на тепло- и массопередающую способность десорбера.

Десорбер является объектом с большим запаздыванием, поэтому внешние возмущения успевают существенно изменить режим всей колонны, прежде чем изменится состав целевых продуктов и в том числе концентрация H2S в очищенном амине. Таким образом, система одноконтурного регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине (рисунок 2.3а), для данного технологического процесса, не применима. Управляющее воздействие на исполнительный механизм (регулирующий клапан), формируемое на основании сравнения значений измеренной анализатором (позиция QT02 1-ая полулиния, и позиция QT04 2-ая полулиния) и заданной концентрации H2S в очищенном амине, приводит к изменению расхода пара подаваемого в рибойлер. При этом, как уже было сказано ранее, концентрация H2S в потоке регенерированного амина - это параметр, обладающий большим запаздыванием, и до того момента пока он будет скомпенсирован, изменится режим всей колонны. К примеру, выход значения температуры в кубе колонны за пределы, установленные регламентом (более 128 °С), приведет к увеличению потерь аминового сорбента и кислой воды, которые будут уноситься вместе с потоком кислого газа.

При решении проблемы построения контура автоматического регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине были использованы рекомендации технологов завода. Улучшение качества управления процессом достигается введением дополнительного контура и использования системы

каскадно-связанного регулирования. В качестве вспомогательного параметра, обладающего малым временем запаздывания, учитывающего все внешние возмущения, воздействующие на объект регулирования и характеризующего процесс регенерации (выпаривания кислых компонентов) амина принята температура верха колонны (22 тарелка) позиция TT120 (TT121). Таким образом, окончательный вариант схемы автоматического регулирования расхода пара на десорбцию амина, представленный на рисунках 2.23б, 2.23в, обеспечивает компенсацию внешних возмущений, воздействующих наполучение целевого продукта с заданной концентрацией кислых компонентов (Н2S).

Рисунок 2.3а - Структурная схема одноконтурного регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине.

Рисунок 2.3б - Структурная схема каскадно-связанного регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине.

Рисунок 2.3в - Схема контура автоматического регулирования концентрации Н2S в регенерированном амине.

.5.6 Разработка структурной схемы АСУ ТП

В настоящее время автоматизация большого количества производственных процессов выполняется с использованием современных информационных технологий. На нижних уровнях автоматизации применяются интеллектуальные датчики, объединенные в промышленные информационные сети, программируемые логические контроллеры (ПЛК) на базе микропроцессорных компонентов. На верхних уровнях - вычислительные сети масштабов предприятия, автоматизированные рабочие места операторов, системы хранения технологической информации (базы данных) и другие программно-технические средства. Совокупность программно-вычислительных средств автоматизации технологического производства и их инфраструктура образует программно-технический комплекс (ПТК) технологического процесса, который реализует заданные функции контроля, учета, регулирования, последовательного логического управления и выдает результаты на экран дисплея рабочей станции оператора и управляющие воздействия на исполнительные механизмы объекта автоматизации.

Структура АСУ ТП 1У372 (рисунок 2.4) определена, исходя из характеристик технологического процесса установки, номенклатуры и характеристик технологического оборудования, а также выполняемых системой функций. АСУТП 1У372 является 2-х уровневой системой централизованного контроля и управления технологическими процессом абсорбционной очистки газа с функционально распределённой, территориально сосредоточенной иерархической структурой.

Верхний уровень управления АСУ ТП и системы ПАЗ - уровень оперативного технологического персонала - образован программно - техническими средствами (ПТС) двух автоматизированных рабочих мест (АРМ №1,2) оператора-технолога и администратора системы. Верхний уровень обеспечивает отображение информации о работе установки в удобном для оператора виде, индикацию предупредительной и аварийной сигнализации, состояния агрегатов и оборудования, ведение журналов работы системы, протоколирование действий персонала, ведение архивов технологических параметров, вывод режимных листов по запросу оператора, реализацию функций дистанционного управления технологическим процессом и оборудованием.

Реализация функций верхнего уровня АСУ ТП 1У372 осуществляется с автоматизированных рабочих мест (АРМ) оператора-технолога и администратора системы, оборудованных операторской (рабочей) станцией серии AW70 компании Foxboro (Invensys, США).

АРМ оператора-технолога и администратора системы размещается в операторной III-ей очереди газоперерабатывающего завода и объединяются в полносвязанную (mesh) локальную вычислительную сеть.

Нижний уровень управления АСУ ТП и системы ПАЗ включает в себя контроллер автоматизированной системы управления и контроллер системы противоаварийной защиты, модули ввода/вывода, коммуникационные модули, агрегатная автоматика, линии связи и др.

На нижнем уровне АСУ ТП и системы ПАЗ в автоматическом режиме обеспечивается контроль, регулирование и управление технологическими процессами, поддержание заданных режимов работы.

Контроллеры нижнего уровня котроллер АСУ ТП (FCP270) и контроллер ПАЗ (Trident) функционируют полностью автономно, то есть, каждый контроллер имеет свои независимые информационные каналы и каналы управления. Отказы в работе одного из контроллеров не оказывают влияния на работу другого контроллера. Контроллер ПАЗ реализует весь комплекс функций контроля и управления - сбор, обработка, анализ входной информации и формирование сигналов управления - выполняет автоматически без участия оператора - технолога и поэтому независим от рабочей станции верхнего уровня.

Выделение в составе АСУ ТП 1У372 подсистемы ПАЗ обусловлено необходимостью достижения высокой надежности системы защиты.

Система ПАЗ обеспечивает:

контроль над параметрами, определяющими взрывобезопасность технологического объекта управления;

контроль работоспособности средств ПАЗ;

постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и предупреждение возможных аварий;