Разработка измерительных каналов АСУТП

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего  профессионального  образования

«Пермский национальный исследовательский  политехнический университет»

Химико-технологический  факультет

Кафедра автоматизации технологических  процессов и производств

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по  дисциплине «Технические измерения и приборы»

ТЕМА: «РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ  КАНАЛОВ АСУТП»

 

 

 

Выполнил: студент гр. АТП-09

Зайцев К.А.

Проверил: Хубеев М.К.

 

 

 

 

 

Пермь 2013

Содержание

 

ЗАДАНИЕ на выполнение курсовой работы……………………………………………..2

Анализ объекта  автоматизации и опасных факторов…………………….3

Выбор и обоснование  методов измерения 

технологических параметров…………………………………………………7

Разработка блок-схем измерительных каналов……………………………11

Описание способа  и места установки………………………………………..17

Расчет максимальной длины линии связи между измерительным  прибором и барьером искробезопасности…………………………………20

 

Метрологический расчет измерительных каналов………………………..23

Заключение……………………………………………………………………...24

Список литературы……………………………………………………………25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  ЗАДАНИЕ на выполнение курсовой работы

по дисциплине «Технические измерения и приборы» на тему:

«Разработка измерительных каналов АСУ ТП котлоагрегата »

Содержание работы:

1. Анализ объекта автоматизации  и опасных факторов;
2. Выбор и обоснование методов измерения технологических параметров;
3. Разработка блок-схем измерительных каналов, выбор технических средств (в основу положить заданный перечень фирм), описание их технических характеристик и оформление опросных листов;
4. Описание способа, места установки (при необходимости схемы обвязки) и особенностей монтажа элементов измерительных каналов (чувствительных элементов, измерительных преобразователей, импульсных линий; вспомогательных устройств и т.д.);
5. Расчет максимальной длины линии связи между измерительным прибором и барьером искробезопасности;
6. Метрологический расчет измерительных каналов (с учетом систематических погрешностей и влияющих воздействий);
7. Графическая часть (формат А-4):
• план расположения оборудования и внешних проводок;
• чертеж закладных конструкций (отборных устройств) – 2 листа;
• спецификация оборудования, изделий и материалов;
8. Приложение, в котором необходимо привести копии документов, на основании которых выполнен выбор технических средств.

         Примечания:

• рассмотреть измерительный канал до выхода барьера искробезопасности;
• исходные данные представлены в таблице;
• в таблице знаком *  обозначен канал сигнализации;

 

Студент	Измеряемые параметры	Описание объекта измерения
Зайцев Константин Алексеевич	Давление*, Расход природного газа	Объект – паровой котел. Характеристика котла БКЗ-50-39ГМ: Паропроизводительность - 20 т/ч (максимально устойчивая); давление в барабане - 43 кгс/см2; температура перегретого пара - 380 0С; расход воды - 19.5 т/ч;35 т/ч (максимальный); расход газа- 1770 нм3/ч; Фирмы bd sensors rus и Метран

 

Хубеев М.К. 28.02.2013

 

 

1. Анализ объекта автоматизации и опасных факторов

 

1. Общая характеристика производства

Открытое акционерное  общество «Минеральные удобрения» было создано на базе завода минеральных  удобрений, до 1991 года входившего в  состав объединения «Пермнефтеоргсинтез».

В настоящее время на предприятии  существуют два основных производства: производство аммиака производительностью 1360 т/сут и производство карбамида (мочевины) производительностью 1540 т/сут. Оба этих производства являются многотоннажными (аммиак – 400 тыс.т/год, карбамид – 480 тыс.т/год), многостадийными.. Основные аппараты обладают большой единичной мощностью, поэтому каждое производство реализовано на одной технологической линии. Технологические процессы характеризуются непрерывностью, высокой степенью взрыво- и пожароопасности, наличием высоких температур (до 1500 ^ОС в печи риформинга цеха производства аммиака) и давлений (до 350 кгс/см² в колонне синтеза карбамида), агрессивными средами (аммиак, плав карбамида, серная кислота, едкий натр).

1.2 Принципиальная  технологическая схема котлоагрегата

Принципиальная технологическая  схема барабанного парогенератора показана на рис. 1.1.

Процесс парообразования  происходит в подъемных трубах циркуляционного  контура 2, снабжающихся водой из опускных труб 3 и экранирующих камерную топку 1, в которой сжигается топливо Q_Т. Для поддержания процесса горения с определенным коэффициентом избытка в топку подается с помощью вентилятора ДВ воздух q_b, предварительно нагретый в воздухоподогревателе 9.

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема барабанного парогенератора.

Образовавшиеся в результате процесса горения продукты сгорания (дымовые газы) Q_Г отсасываются из топки дымососом ДС, проходят через поверхности нагрева водяного экономайзера 8 и воздухонагревателя 9 и удаляются в атмосферу через дымовую трубу. Насыщенный пар из барабана 4 перегревается до требуемой температуры в пароперегревателе 5, 6 за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами.

 

 

 

 

 

 

1. Описание технологического процесса и технологической схемы объекта.

Характеристика котла  БКЗ-50-39ГМ:

• Паропроизводительность – 20 т/ч (максимально устойчивая);
• давление в барабане – 43 кгс/см²;
• температура перегретого пара – 380 ⁰С;
• расход воды – 19.5 т/ч;

3. 35 т/ч (максимальный);

• расход газа- 1770 нм³/ч;

Котёл состоит из верхнего и нижнего барабанов, соединенных  опускными и подъемными трубами. Радиантная зона топки котла защищена экранными трубами. Пароперегреватель имеет две выносные коллекторные камеры: входную и выходную. Змеевики пароперегревателя расположены в конвекционной зоне топки котла. Для более полного использования тепла уходящих газов установлен экономайзер, в котором питательная вода дополнительно подогревается. Тракт дымовых газов заканчивается дымовой трубой. Воздух для сжигания топливного газа подаётся принудительно вентилятором 106-UJA с электроприводом.

 

 

4.  Опасные факторы

Так как в работе котлоагрегата участвует природный газ, а также процесс образования пара происходит под высоким давлением и температурой, то существует опасность взрыва и последующих жертв на производстве. Данный процесс требует постоянного контроля, чтобы давление не стало избыточным и температура не превысила предельную.

 

 

2. Выбор и обоснование методов измерения технологических параметров

2.1 Основные задачи регулирования котлоагрегатом

Котельным агрегатом называется комплекс устройств для производства пара заданного количества и качества или для подогрева до требуемой  температуры жидкости. Котельный  агрегат состоит из топочного  устройства для сжигания топлива, конвективных и радиационных поверхностей нагрева  рабочего тела, тягодутьевых устройств  для подачи воздуха в топку  и удаления из нее дымовых газов, котельно-вспомогоательного оборудования и средств контроля и управления технологического процесса. Котлоагрегаты для производства пара принято называть парогенераторами.

Одной из основных задач, возникающих  при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства  между производимой и потребляемой энергией с учетом потерь. Следовательно, задачи регулирования технологического процесса котлоагрегата сводятся в основном к необходимости поддержания материального и энергетического баланса в нем. Таким образом, при наличии материального и энергетического баланса котлоагрегат будет работать в постоянном (стационарном) режиме. Стационарный режим характеризуется постоянством во времени давления, температур, уровней, расходов и других показателей работы котлоагрегата.

В барабанных котлоагрегатах необходимо поддерживать на заданном значении как минимум пять регулируемых параметров: давление пара в котле, уровень воды в барабане, температуру перегретого пара за котлом, к.п.д. котлоагрегата и разрежение в топочной камере.

Поддержание на заданном значении давление пара в котле является показателем  энергетического баланса, а поддержание  уровня в барабане является показателем  материального баланса котлоагрегата.

Постоянство разрежения в  топочной камере характеризует материальный баланс топки, т.е. баланс между количеством  дымовых газов, эвакуируемых из топки, и количеством газов, образующихся при сгорании топлива в подводимом воздухе.

Непосредственное измерение  к.п.д. котлоагрегата – задача технически сложная и поэтому в практике применяют различные косвенные показатели, характеризующие экономичность технологического процесса. К таким косвенным показателям относятся: содержание кислорода или углекислого газа в дымовых газах, отношение расходов топлива и воздуха или отношение расходов пара и воздуха и др.

Регулируемые параметры  – давление пара, к.п.д. котлоагрегата и разрежение в топке – тесно связаны между собой. Регулирование этих параметров производится воздействием соответственно на подачу топлива, воздуха и на эвакуацию продуктов сгорания.

Регулирование уровня воды в барабане котлоагрегата решается самостоятельно путём воздействия на подачу питательной воды. Регулирование температуры перегретого пара также обычно решается самостоятельно, путем воздействия на устройства регулирования температуры пара.

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Выбор методов  измерения технологических параметров

1) Давление 

Для измерения давления выбран пьезорезистивный метод

Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

 

2) Расход природного газа

Для измерения расхода  топливного газа выбран метод переменного  перепада давлений. Метод основан  на зависимости от расхода перепада давления, образующегося на сужающем устройстве в результате частичного перехода потенциальной энергии  в кинетическую.

Метод переменного перепада давления довольно хорошо изучен, имеется  богатая экспериментальная база коэффициентов расхода для различных  значений относительного диаметра и  чисел Рейнольдса. Данный метод дает неплохие результаты относительно погрешности измерения расхода.

Достоинствами применения расходомеров переменного перепада давления являются:

1. Универсальность применения. Они пригодны для измерения расхода, практически любых однофазных, а в известной мере и двухфазных, сред при самых различных давлениях и температурах.
2. Удобство массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода – сужающее устройство. Все остальные части, в том числе дифманометр и вторичный прибор, могут изготавливаться серийно; их устройство не зависит ни от вида, ни от параметров измеряемой среды.
3. Отсутствие необходимости в образцовых установках для градуировки. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств может быть определена расчётным путём.

Для измерения давления в  линии подачи топливного газа к печам  выбран метод, основанный на изменении  электрического сопротивления проводника под действием внешнего избыточного  давления. Преимуществом данного  метода является малая инерционность, малая погрешность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• 3. Разработка блок-схем измерительных каналов

PIC

701

 

БИЗ

Stahl

перепад

давления

4-20 mA

4-20 mA

В систему  Delta-V

2. Рис 2. Блок-схема измерительного канала расхода газа

PA

706

 

БИЗ

Stahl

давление

4-20 mA