Procesul Tehnologic de Obtinere a Fractiei Xilenice
Capitolul 1
CONSIDERAȚII GENERALE PRIVIND
PROCESUL TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A
FRACȚIEI XILENICE
Funcția instalației de reformare a aromatelor este transformarea catalitică a fracției de benzină C6-C8, preparată în Secția 100 de pretratare, într-un reformat bogat în benzen, toluen și xilen. Procesul tehnologic este realizat trecând un amestec al fracției de benzină preparată și gaze recirculate, bogate în hidrogen în fază de vapori peste un catalizator conținut în patru reactoare.
. PREZENTAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE
OBȚINERE A FRACȚIEI XILENICE ȘI A INSTALAȚIE
Reformarea catalitică pentru producerea aromatelor este proiectată pentru capacitatea de 2000 m3/zi de lucru (12580 barile pe zi ) de benzină brută de alimentare și este destinată să funcționeze timp de 330 zile/an spre a produce un reformat bogat în benzen și xilen din fracția C6-C8 obținut în Secția 100 de pretratare.Reformatul brut este depentanizat și la urmă fracționat spre a extrage fracții bogate în benzen, toluen și în xilen, care ies din Secția 200 ca produse.
Benzina este adusă în instalație de la rezervoarele de recepție ale benzinei cu ajutorul pompei de benzină-materie primă J-201 sau J-201S (fig1.1). Refularea pompei de benzină – materie primă are debitul reglat de regulatorul de benzină FRC-201.Fluxul este preâncălzit prin schimb de căldură cu efluentul reactorului în preâncălzitorul 2, aparatul M-214 A și B și prâncălzitorul 1 – aparatul M-201 A,B,C și D și în prâncălzitorul de benzină (cuptorul) L-201 , la o temperatură maximă de 5250C. Apoi, curentul trece prin primul dintre cei patru reactori de reformare K-201A. Deoarece reacția din primul reactor este în cea mai mare parte endotermică, se observă o cădere apreciabilă în temperatură în reactor. Temperatura efluentului reactorului K-201A se readuce la un maxim de 5250C , trecând prin încălzitorul de benzină No.1 (cuptorul ) L-202 și într-un fel asemănător trece prin reactorul K-201B, reâncălzitorul de benzină No.2 (cuptorul ) L-203 și în cele din urmă prin reactorii K-201C și K-201D care funcționează în paralel. Temperaturile normale de intrare de 5000C la fiecare reactor sunt anticipate.
Plecând din ultimul reactor, efluentul trece prin schimbătorii de căldură M-201 A,B,C și D și M-214 A, B și cedează căldură materiei prime care intră. De asemenea, între M-201 și M-214 este folosit, spre a încălzi produsele de fund ale coloanei de depentanizare în fierbătorul depentanizatorului, M-205. După ce pleacă din M-214, fluxul de efluent este răcit cu apă în condensatorul efluentului M-202 A,B,C și D la o temperatură de 380C și apoi separat în fazele cu vapori și lichidă în separatorul de înaltă presiune O-201. Gazul din O-201 este introdus în fluxul de intrare al benzinei C6-C8 în vasul de separare O-204. Mai departe lichidul este vaporizat brusc în separatorul de joasă presiune O-205 înainte de a fi încălzit în încălzitorul M-204 al alimentării depentanizatorului,având debitul reglat de FRC202. El este apoi introdus pe talerul de alimentare No.13 al depentanizatorului în N-201.În depentanizator, pentanul și produsele mai ușoare sunt scoase pe la vârf și sunt trecute prin condensatorul depentanizatorului M-203 A,B. Amestecul de lichid – vapori este apoi separat în vasul O-202 al produsului de vârf al depentanizatorului, vaporii mergând la intrarea vasului separator al compresoarelor de recuperare V-302 iar lichidul la intrarea răcitorului intermediar M-308 al compresorului de gaze în Secția 300. După ce se amestecă cu C5 și produsele mai ușoare de la Secția 300, fluxul- amestec este introdus în Secția 500, pentru recuperarea gazelor lichefiate. Operarea coloanei de depentanizare este foarte importantă deoarece pentanele rămase în produsele de fund ar încărca utilajul următor de fracționare–extracție și ar fi în cea mai mare parte pierdute în benzina auto.
Funcția coloanei de fracționare N-202 este să producă fracții conținând respectiv benzenul, toluenul și xilenul împreună cu aromatele mai grele. Motivul acestei fracționări este pregătirea unei materii prime pentru „Instalația de Extragere a Aromatelor”, Secția 400.Cantitatea dorită de benzen este egală cu circa 90% din conținutul de benzen al reformatului, cantitatea de toluen este de circa 20% din conținutul de toluen și xilenele circa 40% din conținutul de xileni. Fracționarea reformatului și amestecul cantităților necesare din fiecare fracție spre a procura alimentarea Secției 400, se recomandă pentru a reduce la minim materia primă manipulată în Secția 400. Părtile din fracțiile obținute, care nu sunt introduse în Secția 400, sunt amestecate în benzina auto.Coloana de fracționare este proiectată normal cu refluxul și talerele adecvate spre a efectua o bună separație, presiunea ei de lucru este de 1 kg/cm2 , cu o gamă de temperaturi de 960C la vârf până la 1660C la fund . Este prevăzută cu 28 talere.
Produsul de vârf al coloanei constând dintr-o fracție de benzen este condensat cu apă M-206 și introdus în vasul O-203 din care este pompat cu pompa de reflux J-203 sau J-203S prin răcitorul M-208 al fracției de benzen la rezervorele de recepție 8/3 ale concentratului de aromate.
Concentratul de toluen (CT) este preluat de pe talerul 8 sau 10 al coloanei și trece în Sriperul N-203 al concentratului toluenic care are un refierbător încălzit cu abur M-212.Concentratul toluenic de la fundul Striperului este pompat cu pompa J-205 sau J-205S prin răcitorul M-209 al fracției de toluen și este trimis la rezervorul de recepție pentru amestec în benzina auto (rezervoarele de recepție 8/3)
Concentratul de xilen (CX) este preluat din coloana de fracționare de pe talerul 16 sau 18 și merge în Striperul N-204 de concentrat xilenic ,care are un refierbător încălzit cu abur M-213.Concentratul de xilen este pompat cu pompa J-206 sau J-206S prin răcitorul răcit cu apă M-210 al fracției de xileni.Ca și în cazul toluenului, proporția necesară este introdusă în conducta concentratului aromatic și surplusul este trimis la rezervoarele de recepție pentru amestecare în benzina auto (rezervoare de recepție 8/3).
Produsul de fund al coloanei de fracționare(benzina reformată grea) este pompat, de J-204 sau J-204S , prin răcitorul cu apă , M-211, fiind introdus în rezervorul de recepție al concentratului aromatic.Cealaltă parte este trecută prin cuptorul L-205.
MATERIA PRIMĂ ȘI PRODUSELE REZULTATE ÎN URMA PROCESULUI DE OBȚINERE A FRACȚIEI XILENICE
Materia primă pentru alimentarea instalației de reformare catalitică este benzina hidrofinată obținută de la baza coloanei de stipare a instalației de hidrofinare benzină. Din instalație se obține benzen, toluen, xilen și benzină reformată grea. Cantitatea dorită de benzen este egală cu circa 90% din conținutul de benzen al reformatului , cantitatea de toluen este de circa 20% din conținutul de toluen și xilenele circa 40% din conținutul de xileni. Surplusul de benzen, toluen și xilen este trimis la rezervorul de recepție a concentratului aromatic pentru amestecare în benzina auto.
Concentratul benzenic, împreună cu concentratul xilenic constituie alimentarea instalației de extracție a aromatelor RC400. Gazele bogate în hidrogen, obținute în urma reacțiilor de reformare catalitică a benzinei, sunt trimise într-un colector comun împreună cu cele de la RC300, fiind folosite în instalațiile consumatoare de hidrogen (RC100, RC600) și o parte sunt recirculate în instalația de reformare.Gazele combustibile care se obțin în instalația RC200 se separă în vasul O-203 și sunt dirijate în rețeaua de gaze combustibile a platformei de RC.
Concentrat xilenic – caracteristici:
Admite
Min. Max.
Temperatura inițială (0C) : 133 145
Temperatura finală (0C) : 170 245
Parafine (%) : 5 10
Toluen (%) : 15 30
ROLUL COLOANEI ÎN CADRUL INSTALAȚIEI.
DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC AL
COLOANEI
Funcția coloanei de fracționare N-202 este să producă fracții conținând respectiv benzenul, toluenul și xilenul împreună cu aromatele mai grele. Motivul acestei fracționări este pregătirea unei materii prime pentru „Instalația de Extragere a Aromatelor” , Secția 400.Cantitatea dorită de benzen este egală cu circa 90% din conținutul de benzen al reformatului, cantitatea de toluen este de circa 20% din conținutul de toluen și xilenele circa 40% din conținutul de xileni. Fracționarea reformatului și amestecul cantităților necesare din fiecare fracție spre a procura alimentarea Secției 400, se recomandă pentru a reduce la minim materia primă manipulată în Secția 400. Părtile din fracțiile obținute, care nu sunt introduse în Secția 400, sunt amestecate în benzina auto.Coloana de fracționare (fig. 1.2) este proiectată normal cu refluxul și talerele adecvate spre a efectua o bună separație, presiunea ei de lucru este de 1 kg/cm2, cu o gamă de temperaturi de 960C la vârf până la 1660C la fund . Este prevăzută cu 28 talere.
Produsul de vârf al coloanei constând dintr-o fracție de benzen este condensat cu apă M-206 și introdus în vasul O-203 din care este pompat cu pompa de reflux J-203 sau J-203S prin răcitorul M-208 al fracției de benzen la rezervorele de recepție 8/3 ale concentratului de aromate.
Concentratul de toluen (CT) este preluat de pe talerul 8 sau 10 al coloanei și trece în Sriperul N-203 al concentratului toluenic care are un refierbător încălzit cu abur M-212.Concentratul toluenic de la fundul Striperului este pompat cu pompa J-205 sau J-205S prin răcitorul M-209 al fracției de toluen și este trimis la rezervorul de recepție pentru amestec în benzina auto (rezervoarele de recepție 8/3)
Concentratul de xilen (CX) este preluat din coloana de fracționare de pe talerul 16 sau 18 și merge în Striperul N-204 de concentrat xilenic ,care are un refierbător încălzit cu abur M-213.Concentratul de xilen este pompat cu pompa J-206 sau J-206S prin răcitorul răcit cu apă M-210 al fracției de xileni.Ca și în cazul toluenului , proporția necesară este introdusă în conducta concentratului aromatic și surplusul este trimis la rezervoarele de recepție pentru amestecare în benzina auto (rezervoare de recepție 8/3).
Produsul de fund al coloanei de fracționare(benzina reformată grea) este pompat, de J-204 sau J-204S , prin răcitorul cu apă , M-211, fiind introdus în rezervorul de recepție al concentratului aromatic.Cealaltă parte este trecută prin cuptorul L-205.
Capitolul 2
AUTOMATIZAREA CONVENȚIONALĂ A COLOANEI
DE OBȚINERE A FRACȚIEI XILENICE
PRINCIPALELE OPERAȚII DE AUTOMATIZARE
Pentru sistemul analizat au fost prezentate următoarele bucle de reglare (fig. 2.1):
Bucla de reglare a nivelului în coloana de fracționare N-202, formată din regulator indicator de nivel (LIC205), traductor de nivel (LT205), convertor electropneumatic (LY205) și robinet de reglare a nivelului (LV205) montat pe conducta care duce concentratul xilenic la rezervor;
Bucla de reglare a nivelului în striperul fracției xilenice N-204, formată din regulator indicator de nivel (LIC208), traductor de nivel (LT208), convertor electropneumatic (LY208) și robinet de reglare a nivelului (LV208).
Sistemele de măsură și reglare realizează menținerea în limite admisibile a parametrilor tehnologici, determinând funcționarea instalației la nivelul prescris de operator. Aparatele din platforma instalației sunt în construcție antiexplozi40% din conținutul de xileni. Surplusul de benzen, toluen și xilen este trimis la rezervorul de recepție a concentratului aromatic pentru amestecare în benzina auto.
Concentratul benzenic, împreună cu concentratul xilenic constituie alimentarea instalației de extracție a aromatelor RC400. Gazele bogate în hidrogen, obținute în urma reacțiilor de reformare catalitică a benzinei, sunt trimise într-un colector comun împreună cu cele de la RC300, fiind folosite în instalațiile consumatoare de hidrogen (RC100, RC600) și o parte sunt recirculate în instalația de reformare.Gazele combustibile care se obțin în instalația RC200 se separă în vasul O-203 și sunt dirijate în rețeaua de gaze combustibile a platformei de RC.
Concentrat xilenic – caracteristici:
Admite
Min. Max.
Temperatura inițială (0C) : 133 145
Temperatura finală (0C) : 170 245
Parafine (%) : 5 10
Toluen (%) : 15 30
ROLUL COLOANEI ÎN CADRUL INSTALAȚIEI.
DESCRIEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC AL
COLOANEI
Funcția coloanei de fracționare N-202 este să producă fracții conținând respectiv benzenul, toluenul și xilenul împreună cu aromatele mai grele. Motivul acestei fracționări este pregătirea unei materii prime pentru „Instalația de Extragere a Aromatelor” , Secția 400.Cantitatea dorită de benzen este egală cu circa 90% din conținutul de benzen al reformatului, cantitatea de toluen este de circa 20% din conținutul de toluen și xilenele circa 40% din conținutul de xileni. Fracționarea reformatului și amestecul cantităților necesare din fiecare fracție spre a procura alimentarea Secției 400, se recomandă pentru a reduce la minim materia primă manipulată în Secția 400. Părtile din fracțiile obținute, care nu sunt introduse în Secția 400, sunt amestecate în benzina auto.Coloana de fracționare (fig. 1.2) este proiectată normal cu refluxul și talerele adecvate spre a efectua o bună separație, presiunea ei de lucru este de 1 kg/cm2, cu o gamă de temperaturi de 960C la vârf până la 1660C la fund . Este prevăzută cu 28 talere.
Produsul de vârf al coloanei constând dintr-o fracție de benzen este condensat cu apă M-206 și introdus în vasul O-203 din care este pompat cu pompa de reflux J-203 sau J-203S prin răcitorul M-208 al fracției de benzen la rezervorele de recepție 8/3 ale concentratului de aromate.
Concentratul de toluen (CT) este preluat de pe talerul 8 sau 10 al coloanei și trece în Sriperul N-203 al concentratului toluenic care are un refierbător încălzit cu abur M-212.Concentratul toluenic de la fundul Striperului este pompat cu pompa J-205 sau J-205S prin răcitorul M-209 al fracției de toluen și este trimis la rezervorul de recepție pentru amestec în benzina auto (rezervoarele de recepție 8/3)
Concentratul de xilen (CX) este preluat din coloana de fracționare de pe talerul 16 sau 18 și merge în Striperul N-204 de concentrat xilenic ,care are un refierbător încălzit cu abur M-213.Concentratul de xilen este pompat cu pompa J-206 sau J-206S prin răcitorul răcit cu apă M-210 al fracției de xileni.Ca și în cazul toluenului , proporția necesară este introdusă în conducta concentratului aromatic și surplusul este trimis la rezervoarele de recepție pentru amestecare în benzina auto (rezervoare de recepție 8/3).
Produsul de fund al coloanei de fracționare(benzina reformată grea) este pompat, de J-204 sau J-204S , prin răcitorul cu apă , M-211, fiind introdus în rezervorul de recepție al concentratului aromatic.Cealaltă parte este trecută prin cuptorul L-205.
Capitolul 2
AUTOMATIZAREA CONVENȚIONALĂ A COLOANEI
DE OBȚINERE A FRACȚIEI XILENICE
PRINCIPALELE OPERAȚII DE AUTOMATIZARE
Pentru sistemul analizat au fost prezentate următoarele bucle de reglare (fig. 2.1):
Bucla de reglare a nivelului în coloana de fracționare N-202, formată din regulator indicator de nivel (LIC205), traductor de nivel (LT205), convertor electropneumatic (LY205) și robinet de reglare a nivelului (LV205) montat pe conducta care duce concentratul xilenic la rezervor;
Bucla de reglare a nivelului în striperul fracției xilenice N-204, formată din regulator indicator de nivel (LIC208), traductor de nivel (LT208), convertor electropneumatic (LY208) și robinet de reglare a nivelului (LV208).
Sistemele de măsură și reglare realizează menținerea în limite admisibile a parametrilor tehnologici, determinând funcționarea instalației la nivelul prescris de operator. Aparatele din platforma instalației sunt în construcție antiexplozivă, montate în apropierea punctelor de măsură. Robinetele de reglare sunt de tip pneumatic dimansionate și alese corespunzător condițiilor impuse de procesul tehnologic. Elementele de automatizare descrise în documentațiile tehnice de montaj, asigură intervenția directă a aparatelor în condiții de maximă securitate . Pentru o mai mare operativitate, la fiecare buclă de reglare au fost prevăzute indicatoare locale, montate în apropierea robinetelor de reglare.
2.2. DATE TEHNICE A ECHIPAMENTELOR DIN
SISTEMUL ANALIZAT
Coloana N202 -> realizează fracționarea benzinei reformate total (care rezultă în urma procesului de reformare cu mai puține gaze), în fracții de concentrat aromatic și anume fracție benzenică, toluenică, xilenică și benzină C9+ (benzină reformată grea de la 9 atomi de carbon în sus).
Di = 3800 mm ; (diametru interior)
H = 62100 mm; (înălțimea)
Nr. talere = 28;
Tcalcul = 2500C;
Pcalcul = 4Kgf/cm2;
Material = oțel carbon;
Striper-ul N204 -> realizează separarea fracțiilor ușoare din fracția xilenică.
Di = 1100 mm ; (diametru interior)
H = 9820 mm; (înălțimea)
Nr. talere = 12;
Tcalcul = 2000C;
Pcalcul = 5Kgf/cm2;
Material = oțel carbon;
Răcitor fracție xilen M210 -> răcește fracția xilenică cu apă.
Di manta = 437 mm ; (diametru interior)
Lțevi = 6000 mm;
Tcalcul – Manta/ Teavă= 200/ 1200C;
Tip – cu țevi în formă de U;
Pompă fracție xilen J206 -> trage din baza coloanei de stripare fracție xilenică și împinge la depozit.
Tip pompă = centrifugă;
Debit = 50m3/h;
Prefulare = 5.76Kgf/cm2;
N =10KW; (puterea)
Pompa J204 -> trage din baza coloanei de fracționare și împinge prin cuptorul refierbător.
Tip pompă = centrifugă;
Debit = 325m3/h;
Prefulare = 10.32Kgf/cm2;
N =132KW; (puterea)
PREZENTAREA APARATELOR DE AUTOMATIZARE EXISTENTE PENTRU SISTEMUL ANALIZAT
STICLA DE NIVEL (LG)
Descriere
Sticla de nivel se utilizează în industria chimică și petrochimică și în alte domenii pentru măsurarea, indicarea în rezervoare, coloane la temperaturi și presiuni ridicate.
Funcționare
Determinarea nivelului se realizează pe principiul interacțiunii magnetice dintre un flotor care se deplasează în interiorul unei țevi din oțel inoxidabil care conține magnetul conducător și un cursor care conține magnetul condus și care se deplasează într-un tub de sticlă.
Indicațiile de nivel sunt citite pe o riglă gradată amplasată de-a lungul tubului de sticlă.
Caracteristici tehnice
Lungime maximă de măsurat (Lmax) : 2000 mm;
Eroare tolerată : ±3 mm;
Temperatura de lucru : -30 ~ 400 0C ;
Tensiune maximă de lucru : 220 V;
Curent maxim : 0.5 A;
INDICATOR DE TEMPERATURĂ (TERMOMETRU CU
BIMETAL)
Fig. 2.3. Termometru metalic cu bimetal
Termometrele metalice cu bimetal tip TMB sunt destinate măsurării locale a temperaturii diferitelor medii fluide sau solide. Funcționarea se bazează pe principiul dilatării diferite cu temperatura a două metale care compun lamela bimetalică, dilatare ce permite deplasarea unui ac indicator în fața cadranului gradat în unități de temperatură.
Toate reperele metalice care vin în contact cu mediul de lucru sau cu mediul exterior sunt executate din oțel inoxidabil W 14541.
În funcție de forma constructivă există trei game de termometre bimetal:
cu cadran fix;
cu cadran rabatabil și tijă de imersie;
de contact.
Termometre cu cadran fix și tijă de imersie (figura 2.3.1. )
Fig. 2.3.1. Termometru cu cadran fix și tijă de imersie
Sunt cuprinse toate termometrele cu bimetal cu cadran fix poziționat perpendicular pe tija de imersie.
Caracteristici tehnice:
diametrul cadranului [mm]: 75, 100, 150;
interval de măsurare [ºC]: -50~ 60; -30~ 70; 20 – 80; -20 ~ 140; -20~ 180; 0~ 100; 0 ~ 200; 0 ~ 300; 0 ~ 400; 0 ~ 400; 0~ 500 (opțional);
diametrul tijei [mm]:6, 8, 10;
clasa de precizie: 2 pentru diametrul cadranului 75, 100, 150;
1 pentru diametrul cadranului 150;
Exploatare:
Tija termometrului se poate introduce direct în mediul de măsurat sau prin intermediul unei teci de protecție umplută cu lichid cu o conductibilitate termică bună. În acest scop se pot utiliza tecile de protecție fabricate la AMPLO. Folosirea tecilor de protecție se recomandă mai ales pentru conducte și recipienți sub presiune evitând în acest mod oprirea instalației pentru demontarea termometrelor.
INDICATOR DE PRESIUNE
Pentru indicarea presiunii se utilizează manometrele care sunt aparate de o calitate, fiabilitate și robustețe bună.
Caracteristici tehnice:
Diametrul nominal : 60mm;
Carcasa: tablă de oțel;
Geam: plexiglas;
Ac indicator: tablă oțel, vopsită în negru;
Cadran: tablă oțel , gradații SI(sistem internațional) cifre negre pe fond alb;
Precizia: 2.5% pentru întreaga scară gradată cu excepția manometrului pentru oxigen , presiune 250 bar care se execută cu precizia de 4%.
TRADUCTOR DE NIVEL CU PLUTITOR
Acesta măsoară nivelul prin intermediul unui plutitor care se deplasează odată cu suprafața de separație dintre faze și transmite în afara vasului poziția sa prin diverse mijloace: articulații , pârghii, angrenaje etc. Principala problemă a acestor traductoare o constituie transmiterea în afară a poziției plutitorului fără frecări, cu asigurarea etanșeității mediului din vas. În acest scop, se preferă transformarea deplasării liniare a plutitorului în mișcare unghiulară , care poate fi transmisă în afară cu frecări minime.
Caracteristici:
1. Domenii de măsură standard:
0400 mm; 600 mm; 800 mm;1200 mm; 1500 mm; 2000 mm.
2. Clasa de precizie:
– pentru domenii standard 0,5%;
– pentru domenii speciale >40% din cel standard: 0,5%;
– pentru domenii speciale 40% din cel standard: 1%;
3. Alimentarea cu putere:22010%V; 50/60 Hz;
4. Consumul de putere: 7,5VA;
5.Greutate: variabilă în funcție de domeniul de măsură.
Capitolul 3
LIMITELE ADMISE DE VARIAȚIE A
PARAMETRILOR.SIGURANȚA INSTALAȚIEI
LIMITELE ADMISE DE VARIAȚIE A PARAMETRILOR ȘI EFECTELE ACESTORA
În tabelul de mai sus au fost prezentate limitele de variație a parametrilor tehnologici pe echipamente, pentru coloana și striperul de obținere a fracției xilenice.În cadrul acestor limite , datorită sistemelor de automatizare prevăzute prin proiect nu pot apare avarii în operarea instalației.Se vor prezenta câteva din principalele efecte ale variației parametrilor pentru instalația de reformare catalitică RC200.
Presiunea
Presiunea maximă pe echipament este presiunea de deschidere a supapelor aferente acestora. În cazul în care se constată că presiunile în diferitele puncte ale instalației au tendința să crească trebuie să se depisteze cauzele și să se intervină prompt, dacă este posibil înainte de a deschide supapele de siguranță. Presiune mai mare pe secția de reacție, în limitele de rezistență ale echipamentului, va avea un efect de protejare al catalizatorului (împiedică formarea de cocs pe catalizator) dar va determina scăderea conținutului de aromatice în benzina reformată. Scăderea presiunii pe sistemul de reacție va duce la o producție mai mare de aromatice dar și la intensificarea depunerilor de cocs pe catalizator, coducând la scurtarea ciclului de funcționare a catalizatorului.
Variații ale presiuni pe sistemul de stabilizare pot apare ca urmare a modificării compoziției și cantității fracților ușoare din benzina reformată. Presiuni mai mari în vasul de reflux al coloanei de stabilizare vor conduce la necesitatea de a mări temperatura pe coloană pentru obținerea fracționării dorite, ducând la creșterea consumurilor energetice ale instalației. Presiuni prea coborâte vor duce la pierderi mai mari de hidrocarburi C3-C5 în gazele combustibile și eventual la depăsirea capacității talerelor ca urmare a creșterii volumului vaporilor vehiculați. Creșteri de presiune pe sistemul de fracționare al concentratului aromatic pot apare fie datorită unei stabilizări insufuciente a benzinei reformate, fie datorită unor deranjamente mecanice.
Temperatura
Temperatura maximă de ieșire din cuptoare, intrare în reactoare este de 5430C , ea reprezentând și limita maximă admisă de reactoare . Temperatura de lucru trebuie să fie fixată sub această temperatură în funcție de caracteristicile materiei prime, activitatea catalizatorului și de producția dorită.
Creșterea temperaturii favorizează aromatizarea într-o măsură mai mare decât reacțiile de hidrocracare. La începutul ciclului de funcționare vor fi temperaturi mai mici la intrarea în reactoare pentru ca pe măsura scăderii activității catalizatorului acest efect să poată fi compensat prin creșterea temperaturii, ajungând la valoarea maximă admisă la sfârșitul ciclului . În ceea ce privește variația temperaturii pe coloanele de fracționare și stabilizare trebuie avut în vedere următoarele aspecte:
temperaturi mari conduc la consumuri energetice mai mari;
temperaturi prea mici conduc la o proastă funcționare.
Coloanele vor trebui operate la temperaturi minime ce asigură o fracționare corespunzătoare.
Debit de materie primă
Variația debitului de materie primă în secția de reacție are repercusiuni asupra catalizatorului, dacă nu se corelează și cu modificarea corespunzătoare a temperaturii. Astfel reducerea debitului înainte de reducerea temperaturii va duce la cracări intense cu depuneri accentuate de cocs pe catalizator. De asemenea creșterea debitului trebuie făcută înainte de ridicarea temperaturii reactorului.
Funcționarea în condiții de deplină siguranță constituie o cerință fundamentală ce trebuie avută în vedere atât în etapa de proiectare , cât mai ales în cea de operare a instalației. Motivația acestei exigențe este justificată de necesități cum ar fi : securitatea personalului de operare, evitarea pagubelor materiale, protecția mediului ambiant, eliminarea stagnărilor în desfășurarea proceselor etc.
SIGURANȚA INSTALAȚIEI. ECHIPAMENTE DE ALARMĂ ȘI PROTECȚIE
Siguranța în funcționare a instalațiilor se realizează prin măsuri ce vizează printre altele:
Respectarea strictă a disciplinei tehnologice;
Efectuarea atentă a reviziilor periodice complete;
Existența și funcționarea continuă a sistemelor de protecție, avertizare și interblocare.
Dacă sistemele de conducere automată contribuie nemijlocit la creșterea eficienței instalațiilor, sistemele de protecție, avertizare și interblocare determină funcționarea sigură a acestora.Trebuie să răspundă anumitor cerințe, între care cele mai importante sunt:
Fiabilitate mult mai ridicată decât a utilajului cărora le sunt atașate;
Posibilitatea lucrului în medii corozive sau/și cu pericol de explozie;
Să prezinte o stuctură care să permită o depanare rapidă în cazul defectării;
Să fie astfel concepute încât intervenția lor să fie gradată, funcție de gravitatea evenimentului apărut.
Pentru orice caz de deranjamente mai grave, oprirea focurilor la cuptoare și oprirea alimentării este prima manevră de efectuat. Urmează apoi în funcție de deranjamentul produs oprirea totală sau parțială a instalației.
Din punct de vedere al pericolului de explozie, instalația a fost proiectată din materiale corespunzătoare funcție de produsele manipulate și parametrii de funcționare încât să fie operată în deplină siguranță. Procesul tehnologic nu are emanațiuni libere de gaze sau scurgeri de lichide letale sau explozive. Produsele manipulate în instalație având puncte de inflamare joase, iar în amestec cu aerul au limitări de explozie într-un domeniu larg, orice neetanșeitate care poate apare la flanșele de îmbinări conducte, la etanșările mecanice ale pompelor și compresoarelor, scăpări la scurgeri, etc. pot creea o atmosferă explozivă în incinta instalației.
Deși în instalație nu se vehiculează benzen, toluen, xilen în stare pură ci fracții de hidrocarburi cu o anumită concentrație de aromatice, se dau mai jos câteva proprietăți ale xilenului și efectele acestuia asupra organismului.
Xilenii se prezintă sub forma unui lichid incolor cu miros aromatic.
Punctul de fierbere : 1440C;
Temperatura de inflamare : 170C;
Concentrația maximă admisă : 400mg/m3aer.
Efectele principale ale toxicității sunt iritațiile căilor respiratorii, dermatitele și eczemele. Intoxicația acută cu xileni este mult mai puțin gravă decât cea cu benzen.Măsură de primă intervenție este ca și în cazul intoxicației cu benzen respirația artificială.
Conducerea unei instalații tehnologice necesită pe lângă efectuarea operațiilor de măsurare și reglare automată și operații de semnalizare sau alarmare și protecție a utilajelor.
În condiții normale de lucru, pornirea și oprirea unei părți componente a instalației, uneori chiar a întregii instalații se face de către operatorul tehnolog prin intermediul unui buton, unei manete , sau prin alte mijloace.
În cazuri de excepție, ca urmare a unor deficiențe constatate prin valori anormale ale celor mai reprezentative varibile tehnologice, este necesar ca anumite dispozitive să emită semnale de alarmare (semnalizare), iar în unele cazuri să scoată automat din funcțiune partea din instalație în cauză, sau chiar întreaga instalație tehnologică , pentru a o proteja împotriva avariilor.
Sub influența unor perturbații, sau ca efect al unei exploatări incorecte, există pericolul depășirii unor limite admise pentru diverși parametri.Stările anormale caracterizate prin depășirea limitelor de funcționare sunt semnalizate ca avarii și aduse la cunoștință operatorului care supraveghează instalația. Astfel se impune ca necesar un echipament specializat care să asigure o avertizare eficientă, optică și acustică. De obicei, avertizarea optică se face cu ajutorul unei lămpi de semnalizare, iar cea acustică prin intermediul unei hupe sau sonerii. Avertizarea poate fi de poziție, de prevenire sau de avarie.
Avertizarea de poziție indică operatorului, de regulă numai pe cale optică, starea de funcționare / nefuncționare a unor utilaje.
Avertizarea de prevenire atrage atenția operatorului că un proces nu se desfășoară normal și că trebuie luate măsuri urgente pentru a evita producerea unei avarii.
Avertizarea de avarie informează asupra producerii unui eveniment cu consecințe negative în ceea ce privește buna funcționare a instalației.
Starea funcțională a procesului supravegheat este preluată de echipament prin intermediul unor contacte de avarie care transmit o informație discretă, sub forma unui semnal logic 0 sau 1, echipamentului de supraveghere și semnalizare.
Sistemele de protecție, care sunt de regulă cuplate cu sistemele de avertizare, realizează scoaterea din funcțiune temporară sau definitivă a unor utilaje aflate în pericol sau care pun în pericol instalația. Sistemele de protecție intră de obicei în funcțiune după avertizarea de prevenire, în situațiile în care operatorul uman nu a putut interveni în timp util.Comenzile de blocare se dau prin semnalizorul de avarie care acționează și în schema de semnalizare, iar cele de interblocare sunt furnizate de circuite logice care prelucrează informația despre starea procesului și asigură decuplarea, într-o anumită ordine a utilajelor.
Pe baza informației privind starea instalației, sistemele de interblocare, determină oprirea parțială sau totală a acestora, conform unei secvențe prestabilite. Repornirea se realizează în ordine inversă opririi.
Din punct de vedere al sistemelor de protecție, avertizare și interblocare, unui parametru tehnologic i se pot asocia următoarele domenii și valori:
Domeniul de funcționare normală;
Valorile limită , inferioară și superioară , de alarmare;
Valorile limită inferioară și superioară de protecție (blocare ).
3.2.1. SUPAPA DE SIGURANȚĂ CU ARC
Supapele de siguranță sunt armături destinate protejării instalațiilor mecanice sub presiune, care, fără aportul altei energi decât cea a fluidului de lucru, se deschid automat și se descarcă o cantitate de fluid, astfel încât se previne depășirea presiunii maxime admisibile a instalației. Prin soluționarea constructiv funcțională, supapele de siguranță permit descărcarea automată a unei cantități de fluid de lucru, prevenind depășirea unei presiuni maxime prestabilite și eliminând astfel pericolul apariției unor eventuale avarii.
Supapa de siguranță cu arc, caracterizată printr-o construcție compactă, utilizată în special la instalațiile la care pot apare vibrații. Sensibilă la variații de presiune, supapa de siguranță cu arc (prezentată în figura 3.1.) se compune dintr-un corp 1, asemănător cu cel al robinetelor cu ventil de colț, închis prin capacul 2, fixat de corp prin filet sau cu flanșe . În interiorul corpului este fixată- demontabil- bucșa de ghidare 4, în care se deplasează ventilul 3. Sistemul de generare și reglare a forței de presare a ventilului pe scaun este constituit din tija 5, șurubul de reglare 7, arcul elicoidal de compresiune 8, talerele arcului 9 și contrapiulița 10.
Fig. 3.1.
Elementele de reglare sunt dispuse în capacul superior 6, înșurubat sau flanșat în capacul supapei 2. La partea superioară a tijei 5 este prevăzut un levier 16, cu ajutorul căruia se poate acționa manual la efectuarea verificărilor periodice. Scaunul ventilului 12 este realizat fie direct din corpul supapei fie cu inel de etanșare aplicat în corpul 1.
Supapele de siguranță cu arc trebuie asfel concepute și realizate, încât să satisfacă o serie de cerințe cum ar fi:
Arcurile de compresiune vor fi corespunzătoare valorilor presiunilor de reglare;
Suprafețele de etanșare ale ventilului și scaunului trebuie să fie executate din materiale corespunzătoare temperaturii și presiunii fluidului și care să reziste chimic la acțiunea corozivă a flidelor de lucru;
Arcurile vor fi protejate împotriva încălzirii peste limitele admise și a acțiunii directe a fluidelor evacuate;
Supapele trebuie să fie înzestrate cu dispozitiv pentru verificarea funcționării în timpul exploatării prin ridicarea forțată a ventilului;
Ventilul și tija supapei trebuie să fie prevăzute cu ghidaje adecvate, care să asigure revenirea ventilului pe scaun în poziție normală de lucru;
Unghiul suprafeței de așezare a ventilului cu axa ventilului va fi cuprins între 450 și 900;
Între spirele arcului de compresiune trebuie să se asigure o distanță minimă (când supapa este deschisă) de 0.15 ds dar nu mai mică de 1 mm (ds- diametrul spirei în mm).
Capitolul 4
STRUCTURA UNUI SISTEM AUTOMAT DE
MONITORIZARE ȘI CONDUCERE A COLOANEI
STRUCTURA PROPUSĂ A SISTEMULUI DE CONDUCERE A COLOANEI
Pentru conducerea sistemului am propus următoarele bucle de reglare:
Bucla de reglare a debitului de alimentare a coloanei de fracționare N202, formată din regulator indicator de debit (FIC 202) , traductor de debit (FT 202), convertor electorpneumatic(FY 202) , robinet de reglare (FV 202) și diafragma ( FE 202);
Bucla de reglare a nivelului în coloana de fracționare N-202, formată din regulator indicator de nivel (LIC205), traductor de nivel (LT205), convertor electropneumatic (LY205) și robinet de reglare a nivelului (LV) montat pe conducta care duce concentratul xilenic la rezervor;
Bucla de reglare a nivelului în striperul fracției xilenice N-204, formată din regulator indicator de nivel (LIC208), traductor de nivel (LT208), convertor electropneumatic (LY208) și robinet de reglare a nivelului (LV);
Bucla de reglare a presiuni formată din regulator indicator de presiune (PIC 204) , traductor de presiune (PT 204) , convertor electropneumatic (PY 204) și robinet de reglare (PV 204);
Structura sistemului este prezentată în schema 4.1. , unde s-au folosit urmatoarele notații:
LIC = regulator indicator de nivel;
LT = traductor de nivel;
LY = convertor electropneumatic;
LV = robinet de reglare;
FIC= regulator indicator de debit;
FT = traductor de debit;
FY = convertor electropneumatic;
FV = robinet de reglare;
FE = diafragmă;
PIC = regulator indicator de presiune;
PT = traductor de presiune;
PY = convertor electropneumatic
PV = robinet de reglare;
LG = sticla de nivel;
STRUCTURI DE CONDUCERE PROPUSE
4.2.1. STRUCTURA TOTAL DISTRIBUITĂ
Structura total distribuită (prezentată în figura 4.2) este caracterizată de existența unu regulator fizic pentru fiecare parametru reglat, deci numărul de regulatoare este egal cu numărul de parametrii reglați.
Fig. 4.2 Structură total distribuită.
C1, C2, …Cn – regulatoare;
T1, T2, …Tn – traductoare;
EE1, EE2, …EEn – elemente de execuție;
r1, r2, …rn – semnale transmise de la traductoare;
u1, u2, …un – comenzi de la regulatoare;
p1i, p2i, …pni – prescrieri.
Specifice acestei structuri sunt regulatoarele analogice, însă în ultima vreme își fac simțită prezența regulatoarele analogice. Întreaga aparatură mai puțin traductoarele și elementele de execuție se găsesc amplasate în camera de comandă.
Principalul dezavantaj al acestei structuri îl constituie dispersarea pe suprafețe mari a aparaturii de comandă. Acest lucru îngreunează urmărirea de către operator a evoluției parametrilor din proces, mărind timpul de luare a unor decizii.
STRUCTURA TOTAL CENTRALIZATĂ
Structura total centralizată (prezentată în figura 4.3) este caracterizată de existența unui singur echipament: calculatorul de proces care își asumă în totalitate funcțiile de supraveghere și conducere a procesului.
Fig. 4.3 Structură total centralizată
CP – calculator de proces;
T1, T2, …, Tn – traductoare;
EE1, EE2, …, EEn – elemente de execuție;
r1, r2, …, rn – semnale transmise de la traductoare;
u1, u2, …, un – comenzi de la cp;
p1i, p2i, …, pni – prescrieri.
Structura total centralizată prezintă deficiențe legate de:
siguranța în funcționare;
dificultăți în ceea ce privește gestionarea eficientă a resursei timp;
costurile cablurilor de conectare.
STRUCTURA PARȚIAL DISTRIBUITĂ
În cazul structurii parțial distribuite (prezentate în figura de mai jos) procesul este sectorizat în subprocese avându-se în vedere atât criterii funcționale cât și geografice.
SP1,SP2,…,SPk = subprocese;
UDC1, UDC2,…, UDCk = unități distribuite de conducere;
r = semnale transmise de la subprocese;
u = comenzi către EE;
c = mărimi de coordonare transmise de la CPC;
i = mărimi de informare transmise la CPC;
Ω = mărime globală de coordonare care vizează comportarea în ansamblu a
procesului;
CPC = calculator de proces central;
T = traductoare;
EE = element de execuție;
Se obține un sistem ierarhizat pe verticală și distribuit pe orizontală în cadrul unui nivel.
Din punct de vedere funcțional UDC îndeplinește pentru un subproces funcțiile pe care le îndeplinește calculatorul de proces în cadrul structurii total centralizate pentru întreg procesul. Pentru un subproces UDC își asumă integral sarcinile de conducere și de supraveghere.
Avantaje ale acestei structuri:
se ține în rezervă o UDC care să preia în orice moment funcțiile unei UDC care se defectează;
se înlocuiește un regulator analogic cu o UDC;
cresc disponibilitățile de lucru în timp real, pe măsură ce se urcă în ierarhie baza de timp se modifica;
UDC poate funcționa în zona subprocesului deservit;
STRUCTURA DE MONITORIZARE ȘI DE CONDUCERE CU PC INDUSTRIAL DE PROCES
FUNCȚII PROPUSE ALE SISTEMULUI DE
MONITORIZARE ȘI CONDUCERE CU PC
INDUSTRIAL
Principalele funcții ce vor fi realizate de sistemul propus sunt următoarele:
1-> semnalizarea optică și acustică cu PC la ieșirea din limite a nivelului din
coloana de fracționare N202, a debitului de materie primă, a nivelului
din striperului N204 și a presiunii de pe refularea pompei J204 ;
2-> reglarea nivelului de lichid din coloană N202 utilizând regulator soft PID;
3-> reglarea nivelului de lichid din striperul N204 utilizând regulator soft PID;
4-> reglarea debitului de materie primă utilizând un regulator soft PID;
5-> reglarea presiunii utilizând un regulator soft PID;
6-> crearea unei baze de date pentru fiecare parametru reglat (debit, presiune,
nivel), cu o mare utilitate în scopul aflării de informații asupra funcționării
procesului;
7-> crearea unui jurnal de alarme;
Acest jurnal va cuprinde alarmele apărute în timpul funcționării procesului, alarme referitoare la:
depășiri ale limitelor inferioare sau superioare ale nivelului;
depășiri ale limitelor inferioare sau superioare ale presiunii;
depășiri ale limitelor inferioare sau superioare ale debitului;
8-> crearea unui jurnal al intervențiilor operatorului;
Acest jurnal va cuprinde toate intervențiile făcute de operator în timpul funcționării procesului inclusiv ora la care sistemul a fost pus în funcțiune și ora la care a fost oprit. Intervențiile operatorului se referă la:
confirmări de alarmă (pentru presiune,debit, nivel);
modificări ale referințelor (la presiune, debit, nivel);
modificări ale benzii de proporționalitate (pentru fiecare parametru reglat);
modificări ale timpului de integrare (pentru fiecare parametru reglat);
modificări ale timpului de derivare (pentru fiecare parametru reglat);
comutări automat ->manual ale regulatoarelor;
comutări manual ->automat ale regulatoarelor;
SCHEMA DE CONDUCERE CU CALCULATORUL
INDUSTRIAL DE PROCES
Schema bloc a sistemului de conducere și monitorizare propus este prezentată în figura de mai jos:
Fig.4.5 Schema bloc a sistemului de conducere cu
calculatorul de proces
CP = calculator de proces;
EE = elemente de execuție;
Interfață IN = interfață de intrare;
Interfață OUT = interfață de ieșire;
Calculatorul urmărește prin intermediul traductoarelor funcționarea procesului supravegheat. Calculatorul de proces preia mărimile de intrare, elaborează comenzi după algoritmi predeterminanți și acționează elementele de execuție.
STRUCTURA ȘI CERINȚELE PENTRU UN PC
INDUSTRIAL DE PROCES
Principial un calculator de proces se poate obține dintr-un calculator universal fiabilizat corespunzător și prevăzut cu un sistem de interfață adecvat conectării cu perifericele de proces. Acest sistem de interfață asigură compatibilitatea între semnalele purtătoare de informație specifice procesului (majoritar analogice) și cele proprii.
Figura 4.6 prezintă o structură de calculator de proces ce răspunde în mod corespunzător cerințelor legate de:
capacitatea de comunicare cu procesul condus;
capacitatea de prelucrare în timp real a informației de proces;
Fig. 4.6 Structură de calculator de proces
Componentele unui calculator de proces sunt:
UCP: unitate centrală de prelucrare;
memorie RAM nevolatilă;
memorie RAM dinamică;
memorie tip EPROM;
interfață de intrare: echipament care asigură transmiterea informațiilor din exteriorul procesului spre CP;
interfață de ieșire: echipament care asigură transferul informațiilor din CP către proces;
interfață de comunicație: echipament care asigură transferul informației dintre display, tastatură și BUS-ul calculatorului;
Unitatea centrală de prelucrare este constituită din:
-UAL-> unitate aritmetico-logică;
-UCC-> unitate de comandă și control;
-MI-> memorie internă;
UCP asigură prin intermediul programelor conținute în MI întreaga capacitate de calcul și conducere a CP.
Echipamentele periferice generale sunt conectate la UC prin intermediul interfețelor specializate și sunt destinate asigurării legăturii între UCP și lumea exterioară sau măririi capacității de memorare a CP.
Din prima categorie fac parte consola operatorului de proces (COP) și imprimanta rapidă, în timp ce pentru a doua sunt reprezentative unitățile de disc și banda magnetică ce constituie memorie externă a sistemului.
COP-> este un periferic specializat prin intermediul căreia se realizează comunicația între operator și procesul condus. Această comunicație se desfășoară în ambele sensuri, asigură informarea operatorului asupra stării momentane și a tendințelor de evoluție a procesului permițând în același timp introducerea de comenzi către acesta.
Sistemul de interfață proces calculator este destinat adaptării semnalului din formă specifică procesului în cea accesibilă calculatorului. Este de regulă divizat în două subsisteme:
subsistemul intrărilor;
subsistemul ieșirilor;
Ambele subsisteme au secțiuni corespunzătoare transmiterii informației sub formă analogică respectiv numerică.
Cerințe pentru un PC industrial de proces
Siguranța în funcționare-> este legată de conceptul de calitate.
În conformitate cu standardul ISO 8402/86 calitatea reprezintă totalitatea proprietăților și caracteristicilor unui produs care îi conferă acestuia aptitudini de a satisface anumite cerințe exprimate explicit sau implicit.
Surse ale calității: siguranța în funcționare care se concretizează în :
Fiabilitate
Cantitativ fiabilitatea se definește ca probabilitatea ca un sistem să-și îndeplinească corect sarcinile pe o durată specificată.
Calitativ fiabilitatea reprezintă aptitudinea unui sistem de a funcționa un anumit interval de timp în condiții specificate.
Indicator al fiabilității: probabilitatea de bună funcționare.
R(t)=Prob(t>T)-> funcția de bună funcționare.
În timp R(t) scade.
F(t)=Prob(t<T)-> funcția de defectare.
F(t) reprezintă probabilitatea ca un echipament să se defecteze în timpul perioadei de funcționare.
Evoluția în timp a funcțiilor R(t) și F(t) este prezentată în figura de mai jos.
R(t)+F(t)=1.
Un alt indicator al fiabilității: rata căderilor = Z(t).
;
f(t) = frecvența relativă căderilor.
Un alt indicator al fiabilității este timpul mediu între două defecțiuni: MTBF (Mean Time Between Failure)
b) Mentenabilitatea
Principalul indicator al mentenabilității este MTR (Mean Time Reparation).
Mentenabilitatea este asigurată de suportul de mentenanță concretizat în activitatea de service.
Ansamblul conceptelor de fiabilitate și mentenabilitate este reflectat de conceptul de disponibilitate.
Disponibilitatea reprezintă aptitudinea unui sistem de a-și îndeplini funcțiile specificate pe o durată cel puțin egală cu durata de serviciu.
Cel mai important indicator al disponibilității este coeficientul de disponibilitate: KD care reprezintă proporția din durata normală de serviciu în care sistemul este activ.
Echipamentul de conducere trebuie ales pe baza unei funcții de optim, iar funcția de performanță se obține însemnând cheltuielile de investiție (Ci) cu cele de mentenanță (CM).
CD=Ci+CM.
CD= cheltuieli cu deținerea echipamentului.
Dependența între Ci, CM, CD și R(t) este prezentată în figura de mai jos:
Cu cât probabilitate de bună funcționare e mai mare cheltuielile de investiție cresc.Funcția CD are un singur punct de optim. Prin urmare se alege echipamentul cu CD mic și pentru acest CD rezultă R optim.
TRADUCTOARE PROPUSE
4.4.1.TRADUCTOR DE NIVEL CU IMERSOR
Traductorul de nivel cu imersor AT SOELT 370 este un aparat care se utilizează în sistemul de automatizare pentru măsurarea și reglarea automată a unor procese din instalațiile industriale care folosesc diferite lichide în recipiente fie deschise, fie închise sub presiune.
Acest traductor poate converti în semnale proporționale de curent continuu 3 feluri de mărimi:
– nivele de lichide;
– nivele de interfață a două lichide nemiscibile cu densitate diferită;
– densități de lichide;
Traductorul sesizează variațiile de nivel sau densitate pe care le transformă în semnale electrice proporționale și le transmite unui regulator care determină aplicarea unui semnal de reglare asupra elementului de execuție. Schema funcțională a traductorului de nivel este prezentată în figura 4.4.1.
Caracteristici tehnice :
Modul de prindere în instalație:
– cu filet G2” conic la ambele capete;
– cu flanșe la ambele capete;
– cu flanșe laterale;
– fără carcasă de protecție a imersorului, cu prindere pe o flanșă laterală a
rezervorului;
– fără carcasă de protecție a imersorului cu prindere pe o flanșă de pe tavanul
rezervorului;
Temperatura lichidului de lucru:
– până la 100°C (fără manșon de răcire);
– 100-150°C (cu manșon de răcire).
Tipuri de protecție:
– etanș, clasa de protecție IP43, STAS5325-62;
– antiexploziv, clasa de protecție Exa III G4.
Domenii de măsură standard:
0400 mm; 600 mm; 800 mm;1200 mm; 1500 mm; 2000 mm.
Clasa de precizie:
– pentru domenii standard 0,5%;
– pentru domenii speciale >40% din cel standard: 0,5%;
– pentru domenii speciale 40% din cel standard: 1%;
Alimentarea cu putere:22010%V; 50/60 Hz;
Consumul de putere: 7,5VA;
Greutate: variabilă în funcție de domeniul de măsură.
Descriere constructivă :
Traductorul de nivel cu imersor AT50ELT370 este format din două părți principale:
– detectorul de nivel compus dintr-un imersor cilindric atârnat de o pârghie care acționează un ax prin intermediul căruia se transmite mișcarea imersorului la adaptorul electronic;
– adaptorul electronic ce cuprinde un modulator magnetic care primește mișcarea de la axul detectorului, transformând-o cu ajutorul unor blocuri electronice în curent continuu proporțional cu raportul dintre nivelul lichidului în acel moment și limita maximă a domeniului de măsură.
Fig. 4.4.1. Schema funcțională a traductorului de nivel cu imersor
1 – imersor;
2 – carcasă imersor;
3 – corp de legătură;
4 – cârlig;
5 – pârghie;
6 – carcasă tub de torsiune;
7 – articulație elastică;
8 – cilindru de torsiune;
9 – ax;
10 – adaptor deplasare – curent.
4.4.2. TRADUCTOR DE DEBIT CU ȘTRANGULARE CONSTANTĂ
La baza concepției acestor traductoare stă dependența dintre căderea de presiune pe care o suferă un fluid ce traversează o secțiune ștrangulată și viteza sa. Căderea de presiune, sesizată de un traductor corespunzător, constituie o măsură a debitului de fluid care circulă prin ștrangularea respectivă.
În figura 4.4.2. sunt prezentate câteva din cele mai uzuale dispozitive de strangulare: diafragmă simplă, duză, stăvilar, tub Venturi.
Traductoarele de acest fel dau rezultate bune în măsurarea debitului fluidelor monofazice omogene, care curg în regim turbulent stabilizat. Pentru buna funcționare trebuie ca, înainte și după traductor, conducta să aibă un sector rectiliniu fără obstacole sau deviații, care să fie de 10-20 ori mai lung decât diametrul conductei sau să se monteze un redresor care să liniarizeze liniile de curent.
Corespondența dintre căderea de presiune și debit se stabilește pa baza aplicării legii lui Bernoulli și a legii continuității la o secțiune 1 înainte de ștrangulare și la o secțiune 2 după ștrangulare, unde vâna de fluid are secțiunea minimă (figura 4.4.3.). Neglijând pierderile prin frecare și curenții turbionari din jurul diafragmei, avem:
unde p’1, w1, ρ1 și S1 sunt presiunea, viteza medie de curgere, densitatea și secțiunea de trecere înainte de diafragmă, iar p’2, w2, ρ2 și S2 – aceleași mărimi, dar după diafragmă în secțiunea 2; (MD – manometru diferențial).
Caracteristici tehnice :
4.4.3. TRADUCTOR DE PRESIUNE CU TUB BOURDON
Traductorul de presiune AT10 ELT370 este un aparat care se utilizează pentru măsurarea și reglarea automată a unor procese din instalațiile industriale care folosesc diferite fluide sub presiune.
Traductorul sesizează variațiile de presiune pe care le transformă în semnale electrice proporționale și le transmite unuia sau mai multor elemente (regulator, înregistrator) legate în serie care determină aplicarea unui semnal de reglare asupra elementului de execuție.
Caracteristici tehnice :
Tensiunea de alimentare:220V10%V; 50/60 Hz;
Consumul de putere: 7,5 VA;
Precizia în codiții de nominale de lucru:
– tensiunea de alimentare: 220V+2%;
– frecvența de alimentare: 502Hz;
– temperatura mediului: (2010) °C;
Pentru domenii de măsură standard >4kgf/cm2: 0,5%;
Pentru domenii de măsură standard 4kgf/cm2: 1%;
Pentru domenii de măsură speciale 40% din domeniul
standard: 1%;
Greutate: cca. 9,2 Kg.
Descriere constructivă:
Traductorul de presiune AT10 ELT370 este compus din două părți principale:
detectorul de presiune care transformă presiunea aplicată într-o deplasare unghiulară proporțională cu aceasta;
adaptorul care transformă deplasarea unghiulară de 08 a detectorului într-un curent continuu având valoare proporțională cu deplasarea.
ADAPTOR DE DEPLASARE UNGHIULARĂ-CURENT TIP ELT370
Adaptorul de deplasare unghiulară-curent tip ELT370 primește la intrare ca mărime intermediară o deplasare unghiulară de max. 8° și o transformă în semnal de curent continuu unificat : 210mA; 05mA; 15mA; 010mA; 420mA.
Caracteristici tehnice:
Alimentare:
– tensiune:220V10%;
– frecvență:50Hz2Hz sau 60Hz2Hz;
Putere electrică absorbită:7,5VA;
Semnal de intrare:
– deplasare unghiulară :max. 8°;
– cuplu necesar:min 2kgf/cm;
Semnal de ieșire:
210mA; 010mA; 11mA; 05mA; 010mA; 420mA.
Precizie: 0,5% (1%) împreună cu detectorul;
Condiții climatice:
– temperatura:10°C60°C;
– umiditate relativă a aerului:65%20%;
Adaptor ELT370 se folosește cu următoarele tipuri de detectoare:
– AT 10 detector de presiune cu tub Bourdon;
– AT 20 detector de presiune cu capsulă;
– AT 30 detector de presiune diferențială cu burduf;
– AT 40 detector de presiune absolută cu capsulă;
– AT 50 detector de nivel cu imersor.
INTERFEȚE DE INTRARE ȘI IEȘIRE
Interfața AX5411 este o interfață multifuncțională care conține toate cele patru subsisteme (SADA, SADN, SDCA, SDCN) și care poate fi montată într-un slot disponibil al unu sistem IBM PC AT sau compatibil.
În continuare se prezintă principalele specificații ale echipamentului:
Subsistemul de achiziție a datelor analogice (SADA)
Număr de intrări: 16 simple (AI0…AI15);
Rezoluție CAN: 12 bit;
Frecvența de achiziție: max. 60kHz;
Timpul de conversie: A/D: max 15 microsec;
Timpul de achiziție: max 5 microsec / canal;
Domenii de intare: +/-10V;+/-5V; ;+/-2,5V; ;+/-1,25V; ;+/-0,625V; ;+/-3125V; (selectabile software);
Impedanța de intrare:>10MΩ, 50Pf;
Neliniaritate:+/-1LSB;
Eroare inerentă: +/-1LSB.
Subsistemul de generare a comenzilor analogice (SDCA)
Număr de ieșiri: 2 (D00, D01);
Rezoluția: 12 bit;
Frecvență: max 33kHz;
Domenii de ieșire: 0…5V, 0…10V selectate software;
Curent de ieșire: 5mA max.
Subsistemul intrărilor/ieșirilor numerice (SADN/SDCN)
Intrări numerice: 24 dntre care disponibile 8 (DI0…DI7);
Ieșiri numerice: 24 dintre care disponibile 8 (DO0…DO7);
Nivele intrare/ieșire: compatibile TTL;
Conector intare/ieșire: 50 pini;
Caracteristici de interfață cu calculatorul:
Magistrala: compatibilă IBM PC AT;
Biți adresă utilizați: A9…A0;
Adresă de bază (IOPORT): 0300 hexa;
Locații necesare: 16 (octeți);
Nivele de întrerupere: 2,3,4,5,6,7 (controlabile soft);
Sursa de întreruperi FINISH bit conversie A/D;
Opțiuni DMA: DMA 1 sau DMA 3 selectabile hard.
În figura 4.5.1. se prezintă asignarea pinilor în conectorul interfeței AX5411 și semnificația semnalelor din conector.
AI0 1 2 AI8
AI1 3 4 AI9
AI2 5 6 AI10
AI3 7 8 AI11
AI4 9 10 AI12
AI5 11 12 AI13
AI6 13 14 AI14
AI7 15 16 AI15
AGND 17 18 AGND
+12V 19 20 12V
21 22
DA0 23 24 DA1
AGND 25 26 AGND
D00 27 28 DI0
D01 29 30 DI1
D02 31 32 DI2
D03 33 34 DI3
DGND 35 36 DGDN
D04 37 38 DI4
D05 39 40 DI5
D06 41 42 DI6
D07 43 44 DI7
+5VP 45 46 +12V
EXTRG 47 48
DGND 49 50 DGND
Fig. 4.5.1. Asignarea și semnificațiile semnalelor din conectorul
Interfeței AX5411
Pentru extinderea numărului de intrări ale interfeței AX5411 se va folosi multiplexorul AX752.
Descriere generală:
AX752 este un multiplexor folosit pentru a selecta canalele de intrare ale interfețelor din familia AXIOM cum ar fi :AX5210; AX5411; AX5412.
Multiplexorul AX752 are 16 canale de intrare care pot fi selectate printr-o linie de 4 biți. Având în vedere acest lucru după conectarea a 8 multiplexoare AX752 la o interfață se poate măsura până la 128 de canale.
Aplicații:
– pentru extinderea numărului de canale a interfețelor din familia AXIOM;
– amplificarea semnalelor;
– multiplexor.
Specificații:
– impedanța de intrare: > 1GΩ;
– frecvență de …: 7,69 Hz.
Puterea necesară:
– +5V : 50 mA max;
– +15V : 9 mA max;
– -15V : 9 mA max.
Descrierea fizică și condiții de mediu:
– dimensiuni: 220 x 132 x 15mm;
– greutate :345g;
– domeniul temperaturii de operare: 0 ÷ 600C;
– umiditate relativă 0 ÷ 90% fără condens.
Interfața AX5212
Caracteristici:
conectarea directă într-un calculator IBM PC/XT/AT sau compatibil;
opt canale de ieșire cu rezoluția 12 biți;
domenii de ieșiri: 0 ÷ 5V; 0 ÷ 10V; -2,5 ÷ 2,5V; -5 ÷ 5V; 4 ÷ 20 mA;
Descriere generală:
AX5212 este un dispozitiv din familia interfețelor AXIOM care poate fi conectat într-un calculator IBM PC/XT/AT sau compatibil. Această interfață are 8 canale de ieșire în curent sau tensiune. Fiecare canal poate fi selectat din unul din domeniile următoare: 0 ÷ 5V; 0 ÷ 10V; -2,5 ÷ 2,5V; -5 ÷ 5V; 4 ÷ 20 mA și este protejat la scurtcircuit prin punere la masă. Aplicațiile tipice pentru interfața AX5212 poate fi de asemenea folosită pentru reglarea proceselor din laborator cum ar fi: debitul de fluid, temperatura, puterea consumată, viteza motoarelor.
Specificații
Ieșiri analogice:
numărul canalelor: 8
domenii de ieșire: 0 ÷ 5V; 0 ÷ 10V; -2,5 ÷ 2,5V; -5 ÷ 5V; 4 ÷ 20 mA;
curentul de ieșire pentru domeniile în tensiune: max ± 5 mA;
impedanța sursei: max 0,1Ω; (uzual 0,02Ω);
Acuratețe:
rezoluție: 12 biți;
neliniaritate: ± 1 LSB;
eroare inerentă: ± 1/2 LSB;
3. Performanțe dinamice:
frecvența pentru un singur canal: 33 KHz;
4. Puterea necesară:
+12V : 8mA;
-12V : 60mA;
-5V : 1,8A.
5. Descriere fizică și condiții de mediu:
dimensiune: 334 x 99 mm;
greutate: 580g;
conector: 50 pini;
domeniul temperaturii de operare: 0 ÷ 600C;
umiditate relativă 0 ÷ 90% fără condens.
ALEGEREA ROBINETELOR DE REGLARE
Pentru alegerea robinetelor de reglare se procedează astfel:
se calculează pierderile de presiune pe conducta ΔPc100 pentru debitul maxim Q100 ;
se estimează pierderile interne ale sursei ΔPs100 pentru debitul maxim Q100. În acest scop se va apela la curba caracteristică a sursei de presiune;
se alege caracteristica statică de lucru , care, de regulă, trebuie să fie cât mai liniară. În acest scop se va apela la graficele din figurile 4.6.1 și 4.6.2.
Fig.4.6.1.Caracteristici statice Fig.4.6.2. Caracteristici statice
de lucru ale robinetelor de lucru ale robinetelor
de reglare liniare cu de reglare logaritmice cu
Kvs/Kvo = 50/1 Kvs/Kvo = 50/1
Odată aleasă caracteristica statică de lucru avem la dispoziție valoarea raportului:
DPs= pierderi de presiune pe întregul sistem hidraulic
Pe baza valorii acestui raport și a valorii pierderii de presiune DPL100= DPc100+ DPsi100 determinate la punctele 1 și 2; se calculează pierderea de presiune pe robinet DPr100.
4) cu pierderea de presiune pe robinet DPr100, debitul maxim și proprietățile fluidelor se determină dimensiunile robinetului. În acest scop se pot utiliza relații de calcul stabilite pentru gaze și vapori de apă.
a) Relații de calcul pentru gaze;
DPr : kV :=;
DPr< : kV :=;
b) Relații de calcul pentru abur saturat:
DPr : 1->Pd100 bar : kV :=;
2 ->Pd>100 bar : kV :=
DPr< : 1->Pd100 bar : kV :=;
2 ->Pd>100 bar : kV :=
QN = debit de gaze la 760mm Hg și 0°C, în m3/h;
rN = densitatea gazelor la 760mm Hg și 0°C, în Kg/m3;
Ti = temperatura absolută înainte de robinet, în K;
Pi = presiunea înainte de robinet, în bar;
Pd = presiunea după robinet, în bar;
DPr = căderea de presiune pe robinet, în bar;
Qm = debit masic, în Kg/h;
Vd’= volumul specific al aburului saturat la Pi, în m3 /Kg;
Vd = volumul specific al aburului saturat la Pd și Ti, în m3 /Kg.
Cu aceste relații se alege Kv max. din motive de siguranță, pentru alegerea lui Kvs, se multiplică Kv max cu un coeficient de siguranță care are valoarea 1.3, 1.4.
CONVERTORUL ELECTRO-PNEUMATIC
Pentru convertirea unui semnal electric unificat , într-un semnal unificat de presiune de 0.2 ÷ 1 bar , se folosesc convertoarele electro-pneumatice (exemplu : ELA 104 ,ELA 114, ELA 1042, ELA 1142).
Convertorul electro-pneumatic are în componență următoarele elemente principale:
Adaptor curent – deplasare;
Adaptor deplasare – presiune;
Amplificator pneumatic;
Elemente de reacție negativă.
Caracteristici tehnice ale convertorului electro-pneumatic ELA 114:
Intrare : 2 ÷ 10 mA /4 ÷ 20 mA;
Presiune alimentare : 1.4 Kgf/cm;
Capitolul 5
PROGRAM PENTRU MONITORIZAREA ȘI
CONDUCEREA A UNEI COLOANE PENTRU
OBȚINEREA FRACȚIEI XILENICE
CARACTERISTICI ALE PROGRAMULUI DE
MONITORIZARE ȘI CONDUCERE A COLOANEI
IMPLEMENTAREA ALGORITMILOR DE REGLARE
1.Reglarea nivelului
Procesul de reglare a nivelului, din coloana de fracționare N202 și din coloana de stripare a fracției xilenice N204, a fost simulat.
Schema bloc a sistemului de reglare al nivelului este prezentată în figura 5.1.
q1
i e u q2 l
r
Figura 5.1. Schema bloc a sistemului de reglare a nivelului
Semnificația elementelor componente:
C – regulator (PID);
EE – robinet de reglare;
T – traductor de nivel;
P – proces;
i – mărime de referință;
e – eroare;
r – mărime de reacție;
u – comanda regulatorului;
q1– mărime de execuție;
l – nivelul din coloană
q2 –
Pentru procesul de acumulare a lichidului în coloană s-a considerat următorul model matematic:
A = aria coloanei;
T = perioada de eșantionare;
l k = nivelul din separator la nivelul k;
l k-1 = nivelul din separator la nivelul k-1;
Traductorul (element de întârziere de ordinul 1) are următorul model matematic:
aT ŕ + r = bT ℓ (2);
aT = constanta de timp a traductorului;
aT = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bT = factorul de transfer al traductorului;
bT = (rmax – rmin)/ (ℓmax – ℓmin);
Prin discretizarea relației (2) se obține:
(aT/Te)(rk-rk-1)+rk = bTℓk ;
=> rk[(aT/Te)+1] = bTℓk + (aT/Te)rk-1 ;
=> rk =(bTℓk + (aT/Te)rk-1)/ (aT/Te +1);
Te – perioada de eșantionare;
rk – reacția traductorului la momentul k;
rk-1 – reacția traductorului la momentul k-1;
Eroarea s-a calculat astfel:
ek = ik-rk;
ek – eroarea la momentul k;
ik – referința la momentul k;
Pentru reglarea nivelului s-a folosit un regulator soft PID:
(3)
unde: u – valoarea curentă a comenzii;
u0 – valoarea comenzii în absența abaterii;
kp – factorul de proporționalitate;
Ti – constanta de integrare;
Td – constanta de derivare.
Din analiza relației (3) rezultă proporționalitatea comenzii cu abaterea, integrala și derivata acesteia.Discretizând relația (3) folosind metoda dreptunghiurilor se obține:
;
unde : T = perioada de eșantionare
Această formă a comenzii este cea absolută sau poziționată, care prezintă ca principal dezavantaj necesitatea evaluării permanente a sumei asociate integralei cu posibilități de propagare a erorii. Din acest motiv se recomandă utilizarea formei incrementale.
Forma incrementală a comenzii, spre deosebire de cea pozițională, nu presupune evaluarea comenzii absolute la fiecare pas, ci a incrementului față de valoarea precedentă:
uk = comanda la momentul k;
uk-1 = comanda la momentul k-1;
Pentru elementul de execuție s-a considerat următorul model matematic:
aEEq1 + q1= bEEu (4);
aEE = constanta de timp a elementului de execuție;
aEE = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bEE = factorul de transfer al elementului de execuție;
bEE = (q1max – q1min)/ (umax – umin);
Prin discretizarea relației (4) se obține:
(aEE/Te)(q1k-q1k-1)+q1k = bEEuk ;
=> q1k[(aEE/Te)+1] = bEEuk + (aEE/Te)q1k-1 ;
=> q1k =(bEEuk + (aEE/Te)q1k-1)/ (aEE/Te +1);
2.Reglarea presiunii
Procesul de reglare a presiunii a fost simulat. Schema bloc a sistemului de reglare a presiunii este prezentată în figura 5.2.
q1
i e u m Y
r
Figura 5.2. Schema bloc a sistemului de reglare a presiunii
Semnificația elementelor componente:
C – regulator (PID);
EE – robinet de reglare;
T – traductor de presiune;
P – proces;
i – mărime de referință;
e – eroare;
r – mărime de reacție;
u – comanda regulatorului;
m – mărime de execuție;
y – presiunea;
q1 –
Pentru proces s-a considerat următorul model matematic:
aP y + y = bPm (5)
aP = constanta de timp a procesului;
aP = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bP = factorul de transfer al procesului;
bP = (ymax – ymin)/ (mmax – mmin);
Prin discretizarea relației (5) se obține:
(aP/Te)(yk-yk-1)+yk = bPuk ;
=> yk[(aP/Te)+1] = bPuk + (aP/Te)yk-1 ;
=> yk =(bPuk + (aP/Te)yk-1)/ (aP/Te +1);
Pentru traductorul de presiune s-a considerat următorul model matematic:
aT ŕ + r = bTy (6)
aT = constanta de timp a traductorului;
aT = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bT = factorul de transfer al traductorului;
bT = (rmax – rmin)/ (ymax – ymin);
Prin discretizarea relației (6) se obține:
(aT/Te)(rk-rk-1)+rk = bTyk ;
=> rk[(aT/Te)+1] = bTyk + (aT/Te)rk-1 ;
=> rk =(bTyk + (aT/Te)rk-1)/ (aT/Te +1);
Te – perioada de eșantionare;
rk – reacția traductorului la momentul k;
rk-1 – reacția traductorului la momentul k-1;
Eroarea s-a calculat astfel:
ek = ik-rk;
ek – eroarea la momentul k;
ik – referința la momentul k;
Pentru regulator s-a folosit algoritmul soft PID:
(7)
unde: u – valoarea curentă a comenzii;
u0 – valoarea comenzii în absența abaterii;
kp – factorul de proporționalitate;
Ti – constanta de integrare;
Td – constanta de derivare.
Din analiza relației (7) rezultă proporționalitatea comenzii cu abaterea, integrala și derivata acesteia.Discretizând relația (7) folosind metoda dreptunghiurilor se obține:
;
unde : T = perioada de eșantionare
Această formă a comenzii este cea absolută sau poziționată, care prezintă ca principal dezavantaj necesitatea evaluării permanente a sumei asociate integralei cu posibilități de propagare a erorii. Din acest motiv se recomandă utilizarea formei incrementale.
Forma incrementală a comenzii, spre deosebire de cea pozițională, nu presupune evaluarea comenzii absolute la fiecare pas, ci a incrementului față de valoarea precedentă:
uk = comanda la momentul k;
uk-1 = comanda la momentul k-1;
Pentru elementul de execuție s-a considerat următorul model matematic:
aEEm + m = bEEu (8);
aEE = constanta de timp a elementului de execuție;
aEE = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bEE = factorul de transfer al elementului de execuție;
bEE = (mmax – mmin)/ (umax – umin);
Prin discretizarea relației (8) se obține:
(aEE/Te)(mk-mk-1)+mk = bEEuk ;
=> mk[(aEE/Te)+1] = bEEuk + (aEE/Te)mk-1 ;
=> mk =(bEEuk + (aEE/Te)mk-1)/ (aEE/Te +1);
3.Reglarea debitului
Procesul de reglare a debitului a fost simulat. Schema bloc a sistemului de reglare a debitului este prezentată în figura 5.3.
q1
d
i e u m
r
Figura 5.3. Schema bloc a sistemului de reglare a debitului
Semnificația elementelor componente:
C – regulator (PID);
EE – robinet de reglare;
T – traductor de debit;
P – proces;
i – mărime de referință;
e – eroare;
r – mărime de reacție;
u – comanda regulatorului;
m – mărime de execuție;
d – debit;
q1 –
Pentru proces s-a considerat următorul model matematic:
aP d + d = bPm (9)
aP = constanta de timp a procesului;
aP = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bP = factorul de transfer al procesului;
bP = (dmax – dmin)/ (mmax – mmin);
Prin discretizarea relației (9) se obține:
(aP/Te)(dk-dk-1)+dk = bPmk ;
=> dk[(aP/Te)+1] = bPmk + (aP/Te)dk-1 ;
=> dk =(bPmk + (aP/Te)dk-1)/ (aP/Te +1);
Pentru traductorul de debit s-a considerat următorul model matematic:
aT ŕ + r = bTd (10)
aT = constanta de timp a traductorului;
aT = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bT = factorul de transfer al traductorului;
bT = (rmax – rmin)/ (dmax – dmin);
Prin discretizarea relației (10) se obține:
(aT/Te)(rk-rk-1)+rk = bTdk ;
=> rk[(aT/Te)+1] = bTdk + (aT/Te)rk-1 ;
=> rk =(bTdk + (aT/Te)rk-1)/ (aT/Te +1);
Te – perioada de eșantionare;
rk – reacția traductorului la momentul k;
rk-1 – reacția traductorului la momentul k-1;
Eroarea s-a calculat astfel:
ek = ik-rk;
ek – eroarea la momentul k;
ik – referința la momentul k;
Pentru regulator s-a folosit algoritmul soft PID:
(11)
unde: u – valoarea curentă a comenzii;
u0 – valoarea comenzii în absența abaterii;
kp – factorul de proporționalitate;
Ti – constanta de integrare;
Td – constanta de derivare.
Din analiza relației (11) rezultă proporționalitatea comenzii cu abaterea, integrala și derivata acesteia.Discretizând relația (11) folosind metoda dreptunghiurilor se obține:
;
unde : T = perioada de eșantionare
Această formă a comenzii este cea absolută sau poziționată, care prezintă ca principal dezavantaj necesitatea evaluării permanente a sumei asociate integralei cu posibilități de propagare a erorii. Din acest motiv se recomandă utilizarea formei incrementale.
Forma incrementală a comenzii, spre deosebire de cea pozițională, nu presupune evaluarea comenzii absolute la fiecare pas, ci a incrementului față de valoarea precedentă:
uk = comanda la momentul k;
uk-1 = comanda la momentul k-1;
Pentru elementul de execuție s-a considerat următorul model matematic:
aEEm + m = bEEu (12);
aEE = constanta de timp a elementului de execuție;
aEE = (1/3)Ttr;
Ttr = durata regimului tranzitoriu;
bEE = factorul de transfer al elementului de execuție;
bEE = (mmax – mmin)/ (umax – umin);
(aEE/Te)(mk-mk-1)+mk = bEEuk ;
=> mk[(aEE/Te)+1] = bEEuk + (aEE/Te)mk-1 ;
=> mk =(bEEuk + (aEE/Te)mk-1)/ (aEE/Te +1);
FIȘIERE DE DATE
Fișierele de date constituie o bază de date de proces care va conține toate mărimile achiziționate și comenzile calculate și generate din momentul pornirii programului și până la încetarea execuției acestuia.
În momentul pornirii programului se creează pe hard disk (pe lângă fișierele de alarmă și cel al jurnalului operatorului) patru fișiere de date corespunzătoare celor patru parametrii reglați, fișiere care se numesc: nivel1.txt,debit.txt,pres.txt,nivel2.txt.
Fișierul de date nivel1.txt corespunzător reglării nivelului coloanei N202 va conține următoarele date:
Fișierul de date debit.txt corespunzător reglării debitului de alimentare al coloanei N202 va conține următoarele date:
Fișierul de date pres.txt corespunzător reglării presiunii va conține următoarele date:
Fișierul de date nivel2.txt corespunzător reglării nivelului striper-ului fracției xilenice N204 va conține următoarele date:
JURNALUL ALARMELOR ȘI JURNALUL
INTERVENȚIILOR OPERATORULUI
Pe lângă cele patru fișiere de date, în momentul pornirii programului, pe hard disk vor fi create încă două fișiere cu următoarele funcții:
Jinterv.txt = fișier corespunzător intervențiilor operatorului;
Alarm.txt = fișierul alarmelor apărute în timpul funcționării procesului.
Fișierul jinterv.txt cuprinde pe lângă intervențiile operatorului (modificări ale referințelor, ale parametrilor de acordare cu regulatoarele, comutări AUTOMAT->MANUAL,comutări MANUAL -> AUTOMAT) și ora la care sistemul a fost pus în funcțiune (ora de la START SISTEM), ora la care a fost oprit sistemul.
Exemplu de jurnal al intervențiilor operatorului:
Fișierul alarm.txt cuprinde toate alarmele apărute în timpul funcționării procesului , alarme referitoare la:
Depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale nivelului;
Depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale presiuni;
Depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale debitului ;
Exemplu de jurnal al alarmelor:
INSTRUCȚIUNI PRIVIND UTILIZAREA PROGRAMULUI DE MONITORIZARE ȘI CONDUCERE A COLOANEI PENTRU OBȚINEREA FRACȚIEI XILENICE
Pentru dezvoltarea aplicației s-a utilizat mediul de programare vizual, orientat obiect, C++ Builder oferit de firma Borland, versiunea 5.0. Pentru rularea programului se deschide fișierul project2.exe, stocat pe discheta STAT2002 . Pe ecran va apărea o fereastră care cuprinde informații referitoare la specializare, tema proiectului, numele cadrului didactic conducător, numele autorului În paretea inferioară, în dreapta ecranului, apar două butoane:
Start – permite intrarea în fereastra ce conține structura propusă a coloanei de obținere a fracției xilenice;
Ieșire – determină întreruperea execuției programului și revenirea în mediul integrat Borland C++ Builder.
În ecranul principal meniul are următoarea structură prezentată în figura de mai jos:
„START” – va declanșa rularea efectivă a aplicației. După accesarea acestei opțiuni, câmpul se va transforma în „STOP”. Acest nou câmp va permite oprirea simulării.
Pentru părăsirea programului în execuție se apasă „IEȘIRE” din meniu sau pe butonul cu același nume situat în partea inferioară a ecranului.Acest câmp este disponibil, în meniu, doar dacă simularea este oprită.
Submeniul „REGULATOARE” cuprinde următoarele câmpuri:
LC205 – reprezintă regulatorul care reglează nivelul coloanei N202;
LC208 – reprezintă regulatorul care reglează nivelul striper-ului N204;
FC202 – reprezintă regulatorul care reglează debitul de alimentare al coloane N202;
PC204 – reprezintă regulatorul care reglează presiunea pe refularea pompei J204;
Submeniul „JURNALE” cuprinde următoarele câmpuri:
„JURNAL ALARME” – va afișa conținutul fișierului „alarm.txt”. Stochează toate alarmele apărute în timpul funcționării procesului referitoare la:
– depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale nivelului;
– depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale presiuni;
– depășiri ale limitelor inferioare și superioare ale debitului ;
„INTERVENȚII OPERATOR” – va afișa conținutul fișierului „jinterv.txt”.
Stochează pe lângă intervențiile operatorului (modificări ale referințelor, ale parametrilor de acordare cu regulatoarele, comutări AUTOMAT-> MANUAL, comutări MANUAL -> AUTOMAT) și ora la care sistemul a fost pus, respectiv scos din funcțiune.
„JURNAL NOU”- toate fișierele: bazele de date, jurnalul de alarme și cel de intervenții operator vor fii reinițializate.
Submeniul „BAZA DE DATE” cuprinde următoarele câmpuri:
NIVEL205 – va afișa conținutul fișierului „niv1.txt”;
NIVEL208 – va afișa conținutul fișierului „niv2.txt”;
DEBIT202 – va afișa conținutul fișierului „deb.txt”;
PRESIUNE204 – va afișa conținutul fișierului „pres.txt”.
Ecranul regulatorului:
Forma prezintă indicări grafice și numerice pentru referință, comandă și reacție. De asemenea, există posibilitatea de a vizualiza și modifica parametrii regulatorului BP (banda de proporționalitate), Ti (timpul de integrare) și Td (timpul de derivare). În partea stângă graficului există două butoane pentru comutare Automat-> Manual și Manual -> Automat.La dispoziția operatorului se află : un buton pentru revenirea la forma principală și unul pentru părăsirea programului în aplicație.Tot în ecranul regulatorului există un sistem de avertizare optică a depășirii valorilor normale de funcționare. Dacă un parametru depășește o valoare critică, stabilită în program, becul va începe să pâlpâie până când operatorul va face un click cu mouse-ul pe el. Becul va rămâne în continuare roșu până când mărimea din proces care a declanșat alarmarea a reintrat în parametrii normali de funcționare.
Borland C++ Builder este un mediu de programare vizual pentru dezvoltarea rapidă de aplicații cu scop general și aplicații client/server pentru Windows 9x și Windows NT. Folosind C++ Builder se pot creea aplicații Windows eficiente scriind un minim de cod; prin simpla „tragere” a componentelor din Componente Palette pe Form Designer și apoi setarea proprietăților din Object Inspector.Handler-ele de evenimente sunt create automat, iar codul lor este complet accesibil. Dezvoltarea rapidă a aplicațiilor înseamnă suport pentru proprietățile, metodele și evenimentele obiectelor (PME). Proprietățile permit setarea ușoară a caracteristicilor componentelor.Metodele execută acțiuni asupra obiectelor. Evenimentele permit ca aplicația să răspundă la mesaje Windows sau la schimbări de stare a obiectelor.
Mediul C++ Builder oferă un ghid practic care conține peste 3000 de pagini de documentație despre baze de date și tehnici de programare. O aplicație Windows este în primul rând acea interfață prietenoasă cu utilizatorul, constând din una sau mai multe ferestre (forme) pe care sunt dispuse controale (componente).
Întreaga parte vizibilă a unei aplicații este construită pe un obiect special numit formă. O aplicație poate avea mai multe forme. Pe formă se pot așeza și aranja componente vizuale și non-vizuale care alcătuiesc interfața cu utilizatorul. Fiecărei forme îi sunt asociate două fișiere cu extensiile .cpp respectiv .h. Ca orice limbaj de programare C++ Builder dispune de o fereastră unde programatorul poate scrie codul aplicației.
Pentru realizarea aplicației am folosit următoarele compnente:TForm, TButton, TBitBtn, TEdit, TLabel, TUpDown, TTimer, TChart, TPanel, TMainMenu, TMemo, Timage; care vor fi prezentate pe scurt în continuare.
TForm este componenta care reprezintă fereastra unei aplicații.
TButton este un buton simplu, fiind utilizat de obicei pentru inițierea unei acțiuni.
TBitBtn este un buton pe suprafața căruia se poate pune o imagine.
TEdit este un control care permite afișarea de text către utilizator sau permite preluarea textului pe care utilizatorul îl tastează.
TLabel este un control, fără fereastră ,folosit pentru a afișa un text pe o formă. Acest text poate fi folosit pentru a eticheta alte componente.
TUpDown este un control ce conține două săgeți folosite pentru a incrementa , sau decrementa o valoare numerică. Acest control a fost asociat unei cutii de editare, pentru ca valoarea numerică (care poate fi incrementată sau decrementată) să poată fi vizualizată.
TTimer implementează lucrul cu timere. Un timer este o rutină care măsoară repetat scurgerea unui interval de timp. După scurgerea acestui interval – a cărui valoare este indicată de către propietatea Interval – sistemul este notificat prin apelarea evenimentului OnTimer. Datorită faptului că timerul depinde de cât de repede sunt prelucrate mesajele din coada de mesaje, intervalul scurs va fi aproximativ.
TChart este o componentă care are rolul de afișa grafic anumiți parametri pe suprafata ei.
TImage pemite afișarea unei imagini pe ecran. Această imagine este valoarea propietății picture. Poate fi icon, bitmap, metafile sau orice alt obiect grafic definit de utilizator.
TMainMenu conține o bară de meniu împreună cu meniurile dropdown. Unitatea de bază la un meniu este itemul.
TMemo este o cutie de editare multilinie. Ea îi dă posibilitatea utilizatorului să introducă mai multe linii de text.
Capitolul 6
CONCLUZII TEHNICO – ECONOMICE
Prin implementarea sistemului de monitorizare și conducere al coloanei se urmărește, în primul rând, obținerea unor efecte de durată, în condițiile asigurării securității personalului operativ și protecției mediului înconjurător.
Un aspect deosebit de important pe baza căruia se justifică introducerea acestui sistem, atât pentru coloana studiată cât și pentru întreaga instalație de reformare catalitică, este aspectul economic. Cu ajutorul acestui sistem va crește eficiența muncii operatorilor și siguranța în funcționare a instalației. Eficiența sistemului se determină prin compararea efectelor economice rezultate din introducerea și exploatarea sistemului cu costurile necesitate de realizarea sistemului și, se poate exprima și ca durata de recuperare a cheltuielilor de realizare și exploatare a sistemului în ani.
Efectele economice datorate introducerii sistemului de monitorizare și conducere se clasifică în efecte directe și indirecte.
Dintre efectele economice directe (efecte ce pot fi măsurate ), menționăm următoarele:
Păstrarea în limite strânse a unor parametrii (nivel, debit, presiune) pentru reducerea, atât a consumului cât și a costurilor de materie primă ;
Creșterea siguranței în funcționare a instalației;
Creșterea productivității utilajelor datorită creșterii indicelui lor de utilizare prin reducerea numărului și duratei întreruperilor accidentale;
Creșterea randamentului de operare a instalației, prin optimizarea regimurilor de lucru;
Implementând sistemul propus se vor elimina timpii în care factorul uman (operatorul ) se află în imposibilitatea de a lua deciziile ce se impun pentru buna funcționare a instalației.
Adăugând acestor efecte și certitudinea că factorul uman are scăpări (în funcție de starea psihică, odihnă, sănătate, etc.), la care se pot adăuga și timpii reglementați de legislație pentru odihnă și necesități, rezultă că supravegherea instalației are o doză relativ mare de incertitudine.
Dintre efectele economice indirecte, mai importante, sunt cele tehnico-organizatorice:
Creșterea eficienței activității umane.Prin introducerea sistemului de conducere și monitorizare, operatorul tehnolog este eliberat de activitatea obositoare de a urmării indicațiile unui număr relativ mare de aparate indicatoare, dispersate pe o suprafață destul de mare;
Jurnalul alarmelor și cel al intervențiilor operatorului sunt foarte importante pentru o posibilă investigare în cazul apariției unor probleme;
Prin consultarea jurnalului de alarme, a jurnalului intervențiilor operatorului și a bazei de date, se pot afla informații asupra funcționării procesului;
Informarea factorilor umani de decizie, prin elaborarea periodică (la cerere) sau în caz de avarie a unor rapoarte tipărite la imprimantă, a rezultatelor măsurătorilor, comenzilor generate, starea echipamentelor (avarii);
Posibilitatea unei mai profunde cunoașteri a procesului prin culegerea și prelucrarea unor informații precise asupra valorilor presiunii, debitului , nivelelor;
Prin implementarea sistemului de monitorizare și conducere a instalației, se realizează:
Reglarea debitului , nivelelor și presiunii prin măsurarea cu precizie a acestor parametrii, prelucrarea datelor achiziționate și generarea de comenzi către proces;
Furnizarea de informații corecte și la momentul potrivit către operatorii tehnologici, ceea ce asigură compensarea rapidă și chiar productivă a perturbațiilor;
Eficiența economică reală a sistemului pentru monitorizarea și conducerea a instalației, poate fi determinată după implementarea acestuia în cadrul procesului și urmărirea funcționării pe o perioadă mai îndelungată, în condițiile exploatării sale.
Costul implementării sistemului:
Traductor de nivel (x2) =1000$;
Traductor de presiune = 1000$;
Traductor de debit = 1000$;
Convertor electro – pneumatic = 600$;
Robinet de reglare = 3000$;
Calculator de proces = 2000$
Costul total al implementării este de 9600$.
BIBLIOGRAFIE :
„Aparate de măsurat și automatizări în petrol și petrochimie”: Stelian Dumitrescu , Vasile Marinoiu, Vasile Cîrtoaje, Nicolae Paraschiv , E.D.P. București – 1983.
„Ingineria aplicațiilor în timp real” – note de curs, UPG Ploiești,1997.
„Elemente de execuție” : Vasile Marinoiu
„Robinete de reglare” : Vasile Marinoiu, I. Poșchină, București, Ed.
Tehnică, 1980.
5. „Automatizarea proceselor chimice”- volumele 1,2: Vasile Marinoiu, Nicolae Paraschiv, Ed. Tehnică, Buc.,1992
6. Cartea tehnică a regulatorului direct de presiune;
7. Cartea tehnică a traductorului de nivel cu imersor.
8. Cartea tehnică a traductorului de presiune cu tub Bourdon.
9. Cartea tehnică a traductorului de temperatură.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Procesul Tehnologic de Obtinere a Fractiei Xilenice (ID: 161538)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.