Модернизация системы автоматизации установки окисления битума

Введение

Автоматизация – это применение методов и средств автоматики и вычислительной техники для управления производственным процессом. [1]
Производство получения битума относится к химическому производству которое характеризуется: сложностью и высокой скоростью протекания процесса, чувствительностью к нарушению режима, вредностью условия работы (т.к. пары битума вызывают удушье), взрыво- пожароопасность(т.к. печное топливо горюче), увеличивается производительность труда.
Автоматизация приведет к улучшению основных показателей, а именно: к улучшению количества и снижению себестоимости выпускаемой продукции – битума. Внедрение вычислительной техники, контроллеров, обеспечивает высокое качество продукции, сокращения брака и отходов, уменьшения сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижению капитальных затрат, удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.
…

1.1 Литературный обзор

Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементный состав битумов примерно следующий (в мас. %): углерода 80…85; водорода 8…11,5; кислорода 0,2…4,0; серы 0,5…7,0; азота 0,2…0,5.
Для получения битума применяется способ окисления остаточных нефтепродуктов при высокой температуре.
Процесс окисления нефтяных остатков имеет особенно важное практическое значение, т.к. в настоящее время его используют для производства высококачественных дорожных, строительных и специальных битумов.
…

1.2 Патентный обзор

Так как битум является одним из основных компонентов в строительстве дорог, зданий и сооружений способы его получения уже давно разработаны. Основными способами получения битума являются три типа его получения:
– Концентрирование нефтяных остатков путем перегонки их в вакууме в присутствии водяного пара или инертного газа;
– Окисление кислородом воздуха различных нефтяных остатков при температуре 180 – 300°С;
– Компаундирование (смешение) различных нефтяных остатков с дистиллятами и с окисленными или остаточными битумами и др.
В данной выпускной квалификационной работе рассматривается метод окисления кислородом воздуха различных нефтяных остатков. Хоть этот метод уже давно применяется, всё равно продолжают разрабатываться и получать патентную защиту технические решения по усовершенствованию и модернизации способов окисления битума.
В патенте [4] рассмотрена возможная модернизация конструктивного исполнения маточника внутри окислительной колонны.
…

2.1 Описание технологического процесса

Производство получения битума делится на 3 блока. В выпускной квалификационной работе рассматривается блок непрерывного окисления. Технологическая схема этого процесса представлена на графическом листе 1.
Компоненты сырья (асфальт, экстракт селективной очистки масел) по трубопроводам поступают в смеситель, поз. 2. Количество и соотношение между компонентами сырья определяются технологией производства продукции, взято: 63% асфальта, 33% экстракта селективной очистки масел и 3,7% поверхностно-активных веществ; получено: битумы дорожные 73,5 %, битумы строительные 22,4%, газы окисления 2,8%.
Из смесителя, поз. 2, сырьевая смесь по трубопроводу поступает в буферную ёмкость, поз. 1, где она нагревается с помощью острого пара, в аппарате поддерживается разность температур между жидкой и паровой фазами не менее 5°С.
Из буферных емкостей, поз. Е, сырьевая смесь по трубопроводу поступает на всас насоса, поз.
…

2.2 Описание основного аппарата

Основным аппаратом в блоке непрерывного окисления является непрерывнодействующая окислительная колонна, поз. 1, представляющая собой вертикальный цилиндрический аппарат длиной 22,6 и шириной 3,4 метра, внутри которого располагаются ГЖКВА и маточник.
ГЖКВА состоит и вертикального цилиндрического корпуса, внутри которого установлена разделительная перегородка, в которой разделены сливные стаканы с размещёнными над ними колпачками. Кавитационно-вихревой аппарат выполнен в виде смесительной и пенной камер, соединённых между собой посредством сужающегося сопла. Патрубок для ввода сырья расположен по оси смесительной камеры и выполнен в виде сопла с кавитационным кольцом. Патрубок для подвода воздуха установлен тангенциально, а патрубок вывода готового окисленного продукта расположен снизу под кавитационно-вихревым аппаратом.
…

3. Контроль и управление технологическим процессом

Система управления блоком непрерывного окисления в производстве битума должна обеспечивать достижение цели управления, получения готовой продукции на данном этапе производства, за счет заданной точности поддержания технологических параметров в любых условиях производства при соблюдении надежной безаварийной работы оборудования и требований взрыво- и пожаробезопасности. При этом важно, чтобы она была по возможности проста и легка в эксплуатации.
Главной задачей при разработке системы управления технологическим процессом в блоке непрерывного окисления в производстве битума, является выбор параметров, участвующих в управлении процессом, т.е. тех параметров, которые необходимо регулировать, контролировать и анализировать, по значениям которых можно определить предаварийное состояние технологического объекта управления, а значит всего процесса.
…

3.1 Выбор параметров контроля и регулирования

При управлении технологическим процессом в блоке непрерывного окисления в производстве битума необходимо выбрать те параметры, которые подлежат регулированию и изменением которых необходимо вносить регулирующие воздействия.
Основным объектом управления технологического процесса в блоке непрерывного окисления в производстве битума является окислительная колонна, поз. 7.
Из конструкции аппарата, который представлен на рисунке 2.1 следует, что объект управления, окислительная колонна, поз. 7, является многоёмкостным объектом, не обладает самовыравниваем, и ему присуще ёмкостное запаздывание.
Готовым продуктом на выходе из колонны является битум нефтяной, качество которого определяется полным окислением сырья, процесс окисления зависит от температурного режима и от уровня окисляемого сырья в колонне, поэтому выбирается косвенный параметр критерием управления уровень сырья в колонне от 5,5 до 16метров.
…

3.2 Описание функциональной схемы автоматизации

Схема автоматизации блока непрерывного окисления в производстве битума представлена в виде графического листа ВКР.17.40-461-806-10.25-15.03.04-12.02, которая показывает расположение средств контроля и автоматизации, как по месту, так и на щите управления. В УГО указывается параметр и функции, которые выполняют датчики, преобразователи и контроллер.
Описание схемы автоматизации блока непрерывного окисления в производстве битума выполняется на основании пункта 2.1 и на основании производственного регламента.
Управление блоком непрерывного окисления в производстве битума осуществляется с помощью контроллера БАЗИС-100, поз. 20-1, который выполняет функции:
I – показание
R – регистрация
С – регулирование
А – сигнализация
S – блокировка
Все сигналы от датчиков и преобразователей поступают на БАЗИС, который согласно программному обеспечению реализуют эти функции.
…

3.3 Выбор технических средств автоматизации

Согласно заданию выпускной квалификационной работы, для управления блоком непрерывного окисления в производстве битума подобраны средства контроля и автоматизации, исходя из характеристик сырья и готовой продукции – битума, а также категорий помещений по взрыво- и пожаробезопасности, согласно выбранной двухуровневой системе управления.
В приложении 1 представлена спецификация на средства контроля и автоматизации согласно государственной системе приборов (далее по тексту ГСП). Выбираются средства автоматизации с выходным токовым сигналом 4 – 20 мА. Достоинствами данного вида сигнала являются: возможность подключения к контроллеру и ЭВМ, высокая надёжность и скорость передачи сигнала. Необходимо чтобы электрические провода прокладывались в защитных коробах, либо в трубах.
Измерение температуры.
Для позиций 3-1, 4-1 подбирается датчик температуры ТХАУ-205, диапазон измерения которого 0…900°С, с выходным унифицированным сигналом 4…20 мА.
…

3.4 Использование микропроцессорных средств управления технологическим процессом с обоснованием их выбора

В качестве вторичного прибора используется Модульный многоканальный многофункциональный универсальный промышленный контроллер БАЗИС-100 (ПЛК, программируемый логический контроллер, PLC) предназначен для:
– приема и логической обработки сигналов от различных типов датчиков;
– выдачи сигналов пуска или автоматического останова (блокировки);
– предупреждения оператора о нарушениях световыми и звуковыми сигналами;
– циклического и дискретного управления;
– ПИ-/ПИД-регулирования.
…