Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом разделения воздуха

№78-1,

технические науки

Статья посвящена разработке автоматизированной системы управления процессом разделения воздуха, используемой для химической промышленности. Разделение воздуха необходимо для получения таких элементов, как - кислород, азот, аргон. Была спроектирована система управления процессом разделения воздуха с использованием современной элементной базы в области автоматизации технологических процессов.

Похожие материалы

В промышленности основной способ получения аргона — метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением кислорода и азота и попутным извлечением аргона. Криогенный способ сводится к фракционной перегонке сжиженного атмосферного воздуха, и основан на различии в температурах кипения (испарения) его составных частей: азота, кислорода, аргона и других газов. Процесс заключается в следующем: вначале, атмосферный воздух сжимается до высокого давления. После сжатия, из сжатого воздуха удаляются твердые примеси, влага, а также двуокись углерода (углекислый газ CO2). Очищенный сжатый воздух подвергается обратному расширению, в результате чего охлаждается до степени сжижения составляющих его газов. После этого, полученная жидкость постепенно испаряется, и по мере испарения из нее пофракционно извлекаются азот (температура кипения -196°C), кислород (температура кипения -183°C), аргон и другие редкие газы. Способ экономически оправдан только при значительной потребности в азоте. Обычно, криогенные азотные установки используются крупными предприятиями химической и металлургической промышленности: первые получают азот для дальнейшего его связывания с водородом процессом Хабера с получением аммиака NH3, который затем или используется в качестве удобрения непосредственно, или конвертируется в нитрат аммиака и также используется в качестве удобрения, или используется в качестве прекурсора при синтезе других химических соединений.

Также аргон получают в качестве побочного продукта при получении аммиака. В данном проекте предполагается внедрение новейших средств автоматизации и оптимизации процесса управления. Применение программируемых контроллеров позволяет значительно расширить функциональные возможности управления, повысить эксплуатационные характеристики, сократить время простоев при эксплуатации за счет сокращения времени поиска и устранения неисправностей. Это обеспечивается наличием программных и аппаратных средств самоконтроля и диагностики программируемых контроллеров.

На первой стадии процесса происходит извлечение из воздуха сырого аргона; На второй стадии происходит очистка сырого аргона от кислорода, т.е. получение технического аргона; На третий стадии происходит очистка технического аргона от азота, т.е. получение чистого аргона. В данной работе был выбран объект управления давление в колонне чистого аргона со встроенным конденсатором, так как давление в колонне влияет на основной показатель эффективности. Так же регулированию подлежат: температура и уровень в теплообменниках. Контролю: Концентрация аргона, кислородной и аргонной фракции.

В качестве средств автоматизации в проекте были выбраны:

Средства автоматизации для измерения температуры: Взрывозащищенный термометр сопротивления Omnigrad S TR61 Pt100 (Ex d) с резьбовыми (резьбы G, M, NPT) и фланцевыми (по DIN и ANSI) присоединениями, а также компрессионным фитингом.

Средства автоматизации для измерения давления: Интеллектуальные емкостные датчики для измерения давления CDS–3151 являются измерительными приборами высокой точности, которые разрабатываются и выпускаются эксклюзивно Beijing Huakong Technology Co., Ltd.

Средства автоматизации для измерения расхода: Кориолисовые расходомеры ROTAMASS. Они предназначены для контроля расхода компонентов, подаваемых в реактор, для контроля подачи разбавителя в аппарат, контроля плотности в реакторе, регулирования расхода компонентов, подаваемых в теплообменник.

Средства автоматизации для измерения уровня: Уровнемеры серии Rosemount 5300-Ех . Они представляют собой подключаемый по двухпроводной схеме датчик уровня типа “wave radar”, используемый для измерения уровня жидкости в резервуарах различных конструкций со средней точностью.

Средства автоматизации для измерения концентрации: Для определения концентрации взрывоопасных веществ используются газовые детекторы OLС 100 — Ех. Стационарный газовый детектор OLС 100 — новое поколение высококачественных газовых детекторов, предназначенных для нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности. Датчики OLC100 предназначены для обнаружения взрывоопасных, токсичных газов и кислорода, оснащены выходом типа 4–20 мА для каталитических ячеек, возможен «Мост Уитсона».

В качестве исполнительных механизмов в процессе используются клапаны запорно-регулирующие серии HP60 EP. Рабочие температуры от — 45 °C до + 425 °C; в специальном исполнении от — 196 °C.

В качестве панели оператора выбрана eMT3000 серия высокопроизводительных панелей оператора производства Weintek с более мощным процессором, улучшенными графическими характеристиками экрана и поддержкой широкого спектра протоколов, включая CANopen и BacNET/IP.

Для регулирования технологических параметров процесса выбирается контроллер Productivity3000. Productivity3000 — семейство программируемых контроллеров автоматизации (PAC), соединяющих в себе преимущества PC-based систем управления и обычных ПЛК. Контроллеры ориентированы на решение задач, требующих больших ресурсов памяти, пропускной способности и распределенных средств ввода/вывода.

Повышение уровня автоматизации представляет собой важную производственную задачу. Для решения этой проблемы в работе поведено:

  • разработка системы управления с полным выбором параметров контроля, регулирования, сигнализации и расчета автоматических устройств;
  • произведен выбор необходимых для автоматизации системы управления средств автоматизации;

Применение микропроцессорного регулятора позволяет значительно увеличить точность задания параметров; уменьшить время переходных процессов в аппаратах, практически полностью исключает «человеческий фактор» при задании и регистрации параметров.

Список литературы

  1. Свердлова, О.Л. Автоматизация управления технологическими процессами разделения газов в промышленности: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.13.06 / Ольга Леонидовна Свердлова. – Иркутск, 2013.
  2. Способ получения аргона путем криогенного разделения воздуха [Электронный ресурс]// Сайт базы патентов на изобретения РФ URL: http://bankpatentov.ru/node/485062.html (дата обращения 30.01.2018)