Проектирование автоматизированой системы головной нефтеперекачиваю-щей станции

 

Принцип действия выбранного расходомера основан  на измерении расхода среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давления. Первичным преобразователяем расхода в расходомере Rosemount 3095MFC является диафрагма Rosemount серии 405. Диафрагма Rosemount серии 405 представляет собой жесткую неразборную конструкцию, состоящую из собственно диска измерительной диафрагмы с угловым отбором давления, кольцевых камер, удлинителя, а также монтируемого на удлинителе вентильного блока (для интегрального монтажа датчика) либо переходников (для подсоединения датчика импульсными линиями).

Элементы расходомерного узла на базе расходомера Rosemount 3095MFC показаны на рис. 6 [12].

Рис. 6 Элементы расходомерного узла на базе расходомера Rosemount 3095MFC

 

Диафрагма устанавливается  между фланцами, а центрирующее кольцо обеспечивает оптимальную точность установки (рис. 6 и рис. 7) [12].

Рис. 7 Установка расходомера Rosemount 3095MFC

Диафрагмы Rosemount серии 405 имеют исполнения 405С и 405Р.

Диафрагма 405Р  имеет одно круглое отверстие  и изготавливается для Dy от 15 мм до 200 мм. Диафрагма 405С (стабилизирующая) изготавливается для Dy от 50 мм до 200 мм. Четыре отверстия диафрагмы 405С  осредняют скорость потока, обеспечивая высокую повторяемость создаваемого перепада давления и, как следствие, высокую точность измерений расхода. Необходимая длина прямолинейного участка трубопровода 2 Dy до и 2 Dy после места установки диафрагмы [12].

Расчет сужающей диафрагмы был произведен в программном пакете Флоуметрика. Результаты расчета представлены в Приложении 1. Результаты расчета диафрагмы показывают, что данный расходомер может быть использован для измерения абсолютного значения давления в трубопроводе, который имеет условный диаметр равный 200 мм. Таким образом, для данного расходомера будет использована диафрагма Rosemount 405С для условного диаметра 200 мм. 

Монтаж расходомера  на трубопровод для измерения  давления жидкости как в горизонтальном так и в вертикальном положении.

При установке  на горизонтальном трубопроводе монтаж следует проводить согласно рис. 8 [12].

Рис. 8 Установки расходомера на горизонтальный трубопровод

 

При установке на вертикальном трубопроводе монтаж следует проводить согласно рис. 9 [12].

Рис. 9 Установки расходомера на вертикальный трубопровод

 

В рамках данного курсового  проекта выбранный расходомер будем  подключать к контроллеру через аналоговый вход, т.е. на контроллер будет подаваться унифицированный токовый сигнал 4…20 мА.

Выбранный расходомер обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра (абсолютного давления) в унифицированный токовый выходной сигнал 4…20 мА. Преобразователь обеспечивает его работу со вторичной регистрирующей, показывающей аппаратурой, работающей от стандартного входного сигнала 4…20 мА постоянного тока. Индикация по месту не предусматривается. Выходной сигнал 4…20 мА соответствует одному из измеряемых параметров: перепаду давления, абсолютному давлению, температуре измеряемой среды, мгновенному массовому расходу жидкости, пара, газа, объемному расходу газа, приведенному к стандартным условиям.

Условиями эксплуатации расходомера Rosemount серии 3095MFC являются [12]:

1) Температура  окружающего воздуха: от -20 до +80°С;

2) Относительная  влажность воздуха до 100% при 35°С без

конденсации влаги;

3) Степень защиты от воздействия пыли и влаги IP 66.

Выбранный расходомер имеет следующие виды взрывозащиты [12]:

– «взрывонепроницаемая оболочка» с маркировкой по взрывозащите 1ЕxdIIСT5/Т6;

– «искробезопасная электрическая цепь» с маркировкой по взрывозащите 0ExiaIICT4/Т5.

Из вышесказанных характеристик  следует, что выбранный расходомер удовлетворяет требованиям технического задания.

Информация о  стоимости расходомера Rosemount серии 3095MFC на базе диафрагмы Rosemount серии 405 предоставляется только в случае его заказа.

Данный расходомер широко применяется в химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

 

2.6.2.2 Выбор уровнемера

В процессе заполнения и опорожнения резервуара с нефтью (РВС-1) необходимо осуществлять контроль за уровнем нефти в нем. Характеристики хранимой в резервуаре нефти приведены в таблице №6. Высота резервуара  с нефтью (РВС-1) равна 8000 мм.

В качестве уровнемера будем использовать радарный уровнемер Rosemount серии 5600 (рис. 10). Радарный уровнемер серии 5600 – это сложный интеллектуальный прибор нового поколения, предназначенный для бесконтактных измерений уровня различных продуктов в резервуарах и емкостях любого типа и размеров. Используется для измерений уровня сырой нефти, нефтепродуктов и других материалов и продуктов: жидких, пастообразных, сыпучих. Технические характеристики расходомера Rosemount серии 5600 приведены в таблице №8 [12].

 

 

 

 

Таблица №8

Техническая характеристика	Значение
Измеряемые среды	– нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, водные растворы, алкогольные напитки; – суспензии, глина, извести, руды и бумажная пульпа; – гранулированные материалы  от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и пр.
Диапазон измерений	от 0 до 50 м
Разрешающая способность	1 мм
Частота	10 ГГц
Рабочий диапазон давлений, МПа	от  -0,1 до 5,5 МПа
Рабочий диапазон температур окружающей среды	от -40 до +70 °С
Рабочий диапазон температур процесса	от -40 до +400 °С
Выходные сигналы	4…20 мА/HART/ Fieldbus
Расстояние передачи данных	до 2,5 км
Физические интерфейсы связи с  компьютерной средой	Hart, FOUNDATION Fieldbus
Протоколы связи с компьютерной средой	HART, Fieldbus
Погрешность измерений уровня	± 5 мм
Источник питания	24В постоянного или 240 В переменного  тока, 50/60 Гц
Потребляемая мощность	5 Вт
Взрывозащищенное исполнение	есть
Гарантийный срок эксплуатации	1 год
Межповерочный интервал	1 год
Внесен в Госреестр  средств измерений под №25548L08, сертификат №32795

 

Уровнемер 5600 состоит  из блока электроники и блока  подсоединения к резервуару, включая антенну.

Блок электроники может быть легко заменен без нарушения герметичности резервуара. В уровнемере серии 5600 установлен микропрограммный модуль, в котором учтен весь накопленный опыт работы тысяч радарных уровнемеров, применяемых в различных отраслях современной промышленности по отслеживанию ложных эхо/сигналов и истинного сигнала от поверхности среды. Для мониторинга и управления непосредственно на месте установки уровнемер оборудован встроенным дисплеем с четырьмя кнопками управления, которые позволяют выполнять базовые функции конфигурирования. Кроме того, уровнемер серии 5600 обеспечивает возможность установки выносного индикатора и подключения до шести внешних датчиков температуры. Выносная дисплейная панель позволяет выполнять те же функции, что и пакет программного обеспечения "Rosemount Radar Master". Четыре кнопки управления обеспечивают доступ к процедурам конфигурирования и обслуживания уровнемера [12].

Рис. 10 Конструкция уровнемера Rosemount серии 5600

 

Способы монтажа  уровнемера показаны на рис. 11 [12].

 
Рис. 11 Способы монтажа уровнемера Rosemount серии 5600

 

Место монтажа уровнемера должно удовлетворять требованиям свободного распространения микроволнового излучения и обеспечивать доступ к уровнемеру в случае проведения обслуживания. Стенки резервуара должны находиться на определенном расстоянии, чтобы не вызывать возникновения шумов в спектре отраженного сигнала. Для более эффективной работы уровнемера и обеспечения максимально точных измерений антенна должна выступать из патрубка не менее чем на 10 мм.

В зависимости от условий  применения и специфических требований технологического процесса уровнемер может быть оборудован антеннами различных типов. Антенна – одна из самых важных частей уровнемера, при этом она является единственным элементом, контактирующим с атмосферой резервуара (рис. 12) [12].

Рис. 12 Типы антенн

 

Принцип измерений, реализованный в уровнемерах серии 5600, основан на методе линейной частотной модуляции, который в настоящее время широко применяется в высокоточных радиолокационных уровнемерах, предназначенных для работы в системах коммерческого учета. Излученный антенной радарный сигнал отражается от поверхности продукта и, через определенное время, зависящее от скорости распространения и расстояния до поверхности продукта, вновь попадает в антенну. В блоке электроники уровнемера происходит преобразование излученного и принятого сигнала. В результате, на выходе образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигнала. По разности частот определяется расстояние до продукта, а затем вычисляется уровень наполнения резервуара. Используемая радарная технология позволяет применить к обработке сигнала средства спектрального анализа, обеспечивающие высокоэффективное подавление ложных отражений, а также помех, связанных с волнением поверхности измеряемого продукта и загрязнениями антенны уровнемера. Таким образом, можно с высокой точностью вычислить расстояние до продукта и уровень продукта в резервуаре [12].

В уровнемере используется рабочая частота 10 ГГц, способствующая уменьшению чувствительности к воздействию  пара, пены, загрязнению антенны, а угол излучения постоянно остается небольшим, что позволяет свести к минимуму вероятность возникновения ложных отражений от стенок и прочих источников помех, находящихся внутри резервуара. Это позволяет минимизировать требования к установке прибора на резервуаре.

В рамках данного курсового  проекта выбранный уровнемер  будем подключать к контроллеру через аналоговый вход, т.е. на контроллер будет подаваться унифицированный токовый сигнал 4…20 мА.

Уровнемеры серии 5600 предусматривают возможность работы как в автономном режиме, так и в составе самых разнообразных АСУ ТП. В процессе работы уровнемера информация об уровне наполнения резервуара передается в виде аналогового сигнала 4…20 мА с наложенным цифровым сигналом HART или по протоколу полевой шины Foundation Fieldbus. Аналоговые выходы могут быть пассивными – для подсоединения к активной цепи, либо активными, обеспечивающими токовый сигнал 4…20 мА. В автономных системах измерения или в качестве дополнения к персональному компьютеру радарный уровнемер модели 5600 может быть оснащен простой в использовании дисплейной панелью модели 2210.

Степень защиты от воздействия пыли и влаги IP 66.

Выбранный расходомер имеет следующие виды взрывозащиты [12]:

– «взрывонепроницаемая оболочка» с маркировкой по взрывозащите 2Exde[ia] [ib]IICT6;

– «искробезопасная электрическая цепь» с маркировкой по взрывозащите 0ExiaIICT4/Т5.

Из вышесказанных характеристик  следует, что выбранный уровнемер  удовлетворяет требованиям технического задания.

Средняя стоимость  уровнемера Rosemount серии 5600 равна 90000 рублей.

Уровнемеры серии 5600 позволяют  осуществлять успешные измерения как  в простых, так и сложных условиях технологического процесса. Благодаря высокой чувствительности радарные уровнемеры серии 5600 применяются для измерений уровня продуктов с малой диэлектрической проницаемостью, работают в широком диапазоне значений температур и давлений, обладают высокой гибкостью измерений благодаря широкому выбору сменных антенн и материалов, просты в обслуживании и управлении, что в совокупности снижает затраты на обслуживание и обладание ими в целом.

 

2.6.2.3 Выбор  датчика-сигнализатора уровня

При больших скоростях  наполнения на резервуаре дополнительно  устанавливается сигнализатор предельного уровня, подающий сигнал при заполнении резервуара. Этот сигнал может использоваться для автоматического отключения насосов, а также для открытия и закрытия задвижек на трубопроводных коммуникациях. Кроме аварийного сигнала схемой автоматизации резервуара предусматривается подача предупредительных сигналов о достижении нижнего и верхнего уровней от датчиков-сигнализаторов уровня. Характеристики хранимой в резервуаре нефти приведены в таблице №6. Высота резервуара  с нефтью (РВС-1) равна 8000 мм.

В качестве датчика-сигнализатора  уровня будем использовать сигнализатор Rosemount серии 2120. Сигнализатор уровня Rosemount 2120 предназначен для контроля уровня большинства видов жидкостей, в т.ч. суспензий, эмульсий и других растворов на водной основе. Достоинства:

– на работу сигнализатора практически не влияют: турбулентность процесса, пузырьки, пена, вибрация, содержание твердых веществ, свойства жидкости и ее состав;

– простая установка;

– различные  типы присоединений;

– защита от короткого  замыкания и нечувствительность к изменению полярности напряжения питания;

– отсутствие движущихся частей, что практически не требует обслуживания;

– функция самопроверки и тактовый светодиод для мониторинга состояния и визуального отображения информации о состоянии;

– регулируемая задержка переключения для применений в процессах с турбулентными и брызгающими средами;

– магнитная  контрольная точка для тестирования;

– нет необходимости  в калибровке;

– малые размеры  и масса.

Технические характеристики сигнализатора уровня Rosemount серии 2120 приведены в таблице №9 [12].

Таблица №9

Техническая характеристика	Значение
Измеряемые среды	практически все жидкости с плотностью не ниже 600 кг/м3 и вязкостью от 0,2 до 10000 сП
Температура процесса	от -40 до +150 °С
Температура окружающей среды	от -40 до +80 °С
Давление процесса	от -0,1 до 10 МПа (до 3 МПа –  при использовании гигиенических соединений)
Фланцевые соединения	Фланец: от DN40 до DN200 либо от 1,5 дюйма  до 8 дюймов по ANSI
Выходные сигналы	дискретные
Режим работы	«сухой» или «мокрый» контакт
Длина вибрационной вилки	Короткая вилка для установки  с минимальной погружаемой частью минимум 50 мм (2 дюйма). Удлининение вилки до 3 м (118 дюймов).
Расстояние передачи данных	до 2,5 км
Конструкционные материалы	Нержавеющая сталь марки 316L (1.4404), Hastelloy C или Halar (ECTFE) / PFA
Гистерезис (вода)	±1мм (±0,039 дюйма)
Напряжение питания	от 20 до 264 В переменного тока 50/60 Гц или от 20 до 60 В постоянного  тока
Взрывозащищенное исполнение	есть
Степень защиты от пыли и воды	IP66, IP67 по ГОСТ 14254