Проектирование автоматизированой системы головной нефтеперекачиваю-щей станции

 

Из таблицы №9 видно, что выбранный датчик-сигнализатор уровня удовлетворяет требованиям технического задания.

Сигнализатор уровня жидкостей серии 2120 состоит из корпуса, соединения с резервуаром и чувствительного элемента вибрационной вилки (рис. 13). Соединение с резервуаром и вилка – это единственные части, контактирующие с технологической средой. Рабочая частота вилки ~1300 Гц выбрана для того, чтобы избежать возможных помех в работе сигнализатора и ложного переключения при возможном возникновении вибраций (резонанса частот) от производственного оборудования. Для повышения жесткости и надежности конструкции для стандартного исполнения выбрана короткая длина вилки, чтобы погружаемая в трубопровод или резервуар часть сигнализатора была минимальной [12].

Рис. 13 Конструкция сигнализатора уровня Rosemount серии 2120

 

Сигнализатор 2120 разработан с использованием принципа камертона. Пьезоэлектрический кристалл при подаче на него напряжения создает колебания чувствительной вибрационной вилки с частотой ~1300 Гц. Изменения этой частоты отслеживаются электроникой в непрерывном режиме. При погружении вилки в жидкость (состояние «мокрый контакт») частота колебаний вилки уменьшается, что приводит к переключению контактов сигнализатора. Аналогично при снижении уровня жидкости вилка переходит в состояние «сухой контакт», при этом частота колебаний вилки увеличивается, что приводит к обратному переключению контактов. Сигнал об изменении состояния контактов подается в систему управления или на исполнительные механизмы (насосы, клапаны и т.п.) [12].

Сигнализатор  имеет тактовый светодиод, расположенный под линзой на крышке корпуса, доступный для визуального наблюдения в любое время и с любого угла просмотра. Светодиод мигает, когда сигнализатор находится в выключенном состоянии и постоянно светится, если сигнализатор включен. Постоянное свечение светодиода отражает корректную работу сигнализатора, а различные скорости мигания отображают некорректную работу или состояние технологического процесса.

Для большинства  видов жидкостей, включая суспензии и аэрированные жидкости, характеристики потока, турбулентность, пузырьки, пена, вибрация, содержание твердых веществ или другие свойства жидкости практически не влияют на работу сигнализатора. Сигнализатор серии 2120 предназначен для применений в безопасных или опасных зонах. Он может монтироваться в любом положении на резервуаре или на трубе (рис. 14) [12]. Сигнализатор 2120 имеет широкий выбор резьбовых, фланцевых или гигиенических соединений для монтажа.

Рис. 14 Способы монтажа  сигнализатора уровня Rosemount серии 2120

 

Выбранный сигнализатор обладает нечувствительностью к полярности, имеет защиту от включения при перегрузке, короткого замыкания и без нагрузки, имеет защиту от скачков согласно IEC61326 [12].

Информация о  стоимости сигнализатора уровня Rosemount серии 2120 предоставляется только в случае его заказа.

Выбранный сигнализатор уровня хорошо себя зарекомендовал в  различных областях промышленности. А именно он использовался в качестве защиты от переполнения жидкости, сигнализации верхнего и нижнего уровня жидкости, защиты насосов от работы в сухую.

 

2.6.2.4 Нормирование  погрешности канала измерения

Нормирование погрешности  канала измерения выполняется в  соответствии с РМГ 62-2003 «Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. Оценивание погрешности измерений при ограниченной исходной информации ВНИИМС Госстандарта».

В качестве канала измерения  выберем канал измерения расхода. Требование к погрешности канала измерения не более 1 %. Разрядность АЦП составляет 12 разрядов.

Расчет допустимой погрешности  измерения расходомера производится по формуле

,

где  % – требуемая суммарная погрешность измерения канала измерений при доверительной вероятности 0,95;

 – погрешность передачи  по каналу измерений; 

– погрешность, вносимая АЦП;

, , – дополнительные погрешности, вносимые соответственно окружающей температурой, температурой измеряемой среды, электропроводностью измеряемой среды.

Погрешность, вносимая десятиразрядным  АЦП, рассчитывается следующим образом:

%. 

Погрешность передачи по каналу измерений устанавливается рекомендациями [4]:

При расчете учитываются  также дополнительные погрешности, вызванные влиянием:

– температуры окружающего  воздуха;

– температуры измеряемой среды;

– электропроводностью  измеряемой среды.

Дополнительная погрешность, вызванная температурой окружающего воздуха, устанавливается согласно рекомендации [4]:

.

Дополнительная погрешность, вызванная температурой измеряемой среды, устанавливается согласно рекомендации [4]:

.

Дополнительная погрешность, вызванная электропроводностью измеряемой среды, устанавливается согласно рекомендации [4]:

Следовательно, допускаемая  основная погрешность расходомера должна не превышать

.

В итоге видно, что основная погрешность выбранного расходомера не превышает допустимой расчетной погрешности. Следовательно, прибор пригоден для использования.

 

2.6.3 Выбор  исполнительных механизмов

Исполнительным устройством  называется устройство в системе  управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа.

Регулирующее воздействие  от исполнительного устройства должно изменять процесс в требуемом направлении для достижения поставленной задачи – стабилизации регулируемой величины.

В процессе перекачки  нефти  необходимо регулировать давление на выходе ПНС таким образом, чтобы оно было не выше заданного исходя из условий прочности трубопровода и не ниже заданного давления на входе в МНС с учетом потери давления при прохождении через УУН исходя из условий кавитации насоса. В качестве исполнительного механизма для регулирования давления нефти будем использовать клапан с электроприводом (рис. 15).

Рис. 15 Клапан с электроприводом

 

Выбор клапана с электроприводом осуществляется по алгоритму, приведенному на рис. 16 [1].

 

Рис. 16 Алгоритм выбора (расчета) исполнительного  устройства

 

В качестве способа регулирования  давления будем использовать метод дросселирования (рис. 17) [3].

Рис. 17 Управление давлением посредством  дросселирования:

PE-PT-PC-PY – контур регулирования давления (P)

 

 

Для быстрого и плавного изменения величины давления в настоящее  время наибольшее распространение получил метод дросселирования потока. Дросселирующим устройством может служить задвижка (кран, вентиль) или специальная шайба. Применяются также дроссельные втулки.

Для дросселирования  используют задвижку только на напорном трубопроводе насоса, но не на всасывающем. Дросселирование всасывающей задвижкой увеличит сопротивление линии всасывания и может вывести насос на режим кавитации.

Регулирование подачи задвижкой  удобно тем, что с ее помощью можно  быстро изменить режим работы насоса в зависимости от обстоятельств, т. е. если насос работает в переменном режиме. В то же время, если требуется какая-то определенная подача, то после остановки насос необходимо снова регулировать, выводя его на заданный режим работы. В этом случае следует применять дроссельную шайбу, которая обеспечит постоянный перепад давления (при постоянном расходе).

Выбран конструкционный тип клапана – клеточно-плунжерный регулирующе-отсечной типа КМР.

Пропускную способность  клапана Kv (м³/час)  рассчитывают по формуле [3]:

,

где  – потеря давления на клапане (ее принимают равной 1 кгс/см²);

 – изменение давления в  трубопроводе до и после клапана;

 – плотность среды (кг/м³);

=1000 кг/м³ – плотность воды (в соответствии с определением значения Кv).

Исходными данными для  расчета пропускной способности  являются следующие:

 – потеря давления на  клапане принята равной 1 кгс/см²;

 – изменение давления в трубопроводе 0,5 кгс/см²;

 – плотность нефти 838 кг/м³;

Q_max– максимальное значение расхода 480 м³/ч.

Расчетная пропускная способность  клапана должна быть не менее 621 м³/ч.

В соответствии с таблицей зависимости диаметра трубопровода от расхода жидкости получен присоединительный размер клапана к трубопроводу – = 200 мм.

Выбран стандарт присоединения  клапана к процессу – европейский стандарт DIN.

В соответствии с таблицей, приведенной на [8], подтверждено, что расчетная пропускная способность клапана соответствует условной пропускной способности клапана КМР.

Для регулировочной характеристики выбрана равнопроцентная пропускная характеристика клапана.

Регулирующий клеточно-плунжерный клапан типа КМР показан на рис. 18 [8].

Рис. 18 Регулирующий клеточно-плунжерный клапан типа КМР

 

Технические характеристики клапана приведены в таблице  №10 [13].

 

 

 

Таблица №10

Техническая характеристика	Значение
Условное давление Ру, МПа	1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0; 16,0
Условный проход, мм	10; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200
Пропускная характеристика	равнопроцентная, линейная;   расширенный диапазон регулирования
Диапазон температур регулируемой среды	-40/-60... + 225°С, -40/-60... + 450°С,   -40/... +500/550/600/650°С, -90/-200... + 225°С
Диапазон температур окружающей среды	-40/-50/-60… + 70°С,
Исходные положения плунжера клапана	НО – нормально открытое; НЗ – нормально закрытое
Присоединительные размеры	фланцев по ГОСТ 12815-80 (ответные фланцы с шипом исполнение №4 или другое по заказу) или по ANSI , под приварку
Материал корпуса	сталь 20, углеродистые низкотемпературные стали, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы;
Материал дроссельной пары	12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы;
Класс герметичности для регулирующих клапанов по ГОСТ 23866-87(по DIN)	По ГОСТ выше IV (по DIN – V)
Класс герметичности по ГОСТ 9544-93	В-С (А – по специальному заказу)

 

Выбран электропривод  КМР – Siemens типа “SIPOS 5 Flash” (рис. 19) [14].

Рис. 19 Электрический привод SIEMENS SIPOS 5 Flash

 Электрические исполнительные приводы SIPOS 5 Flash преимущественно используются на технологических установках для надежного и точного управления и регулирования арматуры (вентили, заслонки, клапана и краны). Допустимая погрешность регулирования – 5%. Расстояние до контроллера – 100 м. Тип сигнала управления  – унифицированный токовый, 4-20 мА. IP-защищенность электропривода – IP-67. Выбранный исполнительный привод SIPOS 5 Flash в настоящее время в основном эксплуатируется на электростанциях, в химической и нефтехимической индустрии, а также в водном хозяйстве [14].

Исполнительный привод SIPOS 5 Flash работает по следующему принципу. Независимо от сетевого питания (1 фаза или 3 фазы) через модуль делителя мощности в блоке электроники производится трехфазный ток для асинхронного двигателя. Частотный преобразователь и микроконтроллер обеспечивают установку различного числа оборотов и точных моментов отключения (без момента превышения). Длина фаз контролируется и автоматически исправляется таким образом, что направление вращения всегда является правильным. Компактная конструкция блока электроники с точным согласованием блока управления и делителя мощности обеспечивают мягкий запуск исполнительного привода, защищающий арматуру от износа. Благодаря встроенной в привод электронике пусковой ток не превышает номинальный ток, таким образом, в отличие от обычных исполнительных приводов, соединительные линии могут иметь меньшее поперечное сечение. В качестве редуктора используется прочная и проверенная комбинация червячные валы/червячное колесо, которая имеет самоторможение при числе оборотов до 80 об/мин на выходе. Рабочий ход исполнительного органа регистрируется через точный потенциометр и электронно обрабатывается. Регистрация момента вращения или отключение при достижении момента отключения осуществляется во встроенном блоке электроники. Также там осуществляется зависимое от хода отключение в конечных позициях арматуры. При пуске и при отключении напряжения исполнительный привод может перемещаться при помощи приводной ручки или маховика. Поступательные и поворотные движения реализуются при помощи привода вращения и соответствующих дополнительных компонентов.

Исполнительный привод SIPOS 5 Flash характеризуется высококачественной электроникой и надежной механикой [14]:

– класс защиты IP 67 (IP 68 по запросу);

– постоянный КПД на все  время службы;

– практически не требует  технического обслуживания (рекомендуется  проверка через 8 лет);

– износостойкий асинхронный  мотор;