Файл: Технологические измерения и приборы.docx

В качестве модуля ввода аналоговых сигналов был выбран модуль МВ210-101 (рис.2.8)



Рисунок 2.8 – Модуль ввода аналоговых сигналов МВ210-101
Особенности:

• 
  Универсальные аналоговые входы для подключения термометров сопротивления, термопар, датчиков резистивного типа и унифицированных сигналов тока и напряжения
  
• 
  Индивидуальная конфигурация для каждого входа
  
• 
  Сдвоенный 2-портовый Ethernet-коммутатор
  
• 
  Поддержка технологии Ethernet Bypass позволяет передавать данные из одного порта в другой и не терять связь с остальными модулями при возникновении нештатной ситуации
  
• 
  Широкий диапазон рабочих температур: -40…+55 °С
  
• 
  Непрерывный профиль измерений во внутреннюю flash память (архив)
  
• 
  Поддержка облачного сервиса OwenCloud
  

В качестве модуля вывода аналоговых сигналов был выбран модуль МВ210-502 (рис.2.9)



Рисунок 2.9 – Модуль вывода аналоговых сигналов MУ210-502

• 
  6 аналоговых выходов унифицированных сигналов 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В с программным переключением.
  
• 
  Сдвоенный 2-портовый Ethernet-коммутатор.
  
• 
  Поддержка технологии Ethernet Bypass позволяет передавать данные из одного порта в другой и не терять связь с остальными модулями при отключенном питании модуля возникновении нештатной ситуации.
  
• 
  Широкий диапазон рабочих температур: -40…+55 °С.
  
• 
  Непрерывный профиль измерений во внутреннюю flash-память (архив).
  
• 
  Поддержка облачного сервиса OwenCloud.
  

2.4 Выбор и обоснование средств защиты и блокировки

При автоматизации технологических процессов большое внимание уделяется устройствам сигнализации, предназначенным для извещения обслуживающего персонала о состоянии контролируемых объектов. По характеру она может быть световой, звуковой и смешанной. По роду электрического тока: на постоянном и переменном токе.

Техническая сигнализация – оповещение о нарушении нормального хода технологических процессов может быть двух видов: предупредительной и аварийной.

Сигнализация устанавливается на наиболее ответственных параметрах технологического процесса, отклонение которых отрицательно влияет на технологический показатель.

- температура - в трубопроводе на выходе из ЦНД, ЦВД, ВХ-11/1 - для предупреждения технологического персонала о снижении и повышении температуры, что указывает на эффективность работы указанного оборудования;

---

Для оповещения обслуживающего персонала используется совместно звуковая и световая сигнализация на щите управления в операторной цеха.

Схема сигнализации следующая: пневматический сигнал от преобразователя поступает на электроконтактный манометр ЭКМ-1У), включающий световую и звуковую сигнализацию.
2.5 Спецификация на средства КИП и А

Спецификация на средства КИПиА отображена в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Спецификация на средства КИПиА

Номер поз.	Наименование и краткая характеристика прибора	Тип прибора	Кол.	Завод-изготовитель
1	2	3	4	5
PT 2-1 PT 3-2 PT 4-1 PT 8-1 PT 9-1 PT 11-1 PT 14-1 PT 18-1 PT 20-1 PT 22-1	Преобразователи избыточного давления APC-2000AL	APC-2000AL	10	Aplisens
LT 13-1 LT 14-1 LT 16-1	Бесконтактный Радарный Уровнемер для жидкостей и сыпучих материалов.	ULMRADAR-4x	3	АО Лимако
FGT 12-1 FGT 15-1 FGT 17-1 FGT 19-1 FGT 21-1	Электромагнитный расходомер	ЭМИС-МАГ 270	5	Эмис
TT 1-1 TT 5-1 TT 6-1 TT 7-1 TT 10-1	Термопреобразователь сопротивления	ТС-1288	5	ГК Теплоприбор
	Регулирующий клапан	Архимед серия AR21E
PG1… …PG8	Манометр	TM-510	8	«Росма»
	Программируемый контроллер в составе:	ПЛК210	1	ОВЕН
	Системный блок питания БП60К	БП60К	1	ОВЕН
	Центральный процессор ARM 800 MHz	ARM 800 MHz	1	ОВЕН
	Модуль вывода дискретных сигналов M210	M210	1	ОВЕН
	Модуль ввода аналоговых сигналов SM 1531	M210	3	ОВЕН
	Модуль вывода аналоговых сигналов M210	M210	1	ОВЕН
	Профильная шина		1	ОВЕН
	Основной интерфейс обмена Ethernet	Ethernet	4	ОВЕН
	Карта памяти RAM 256 Mb	RAM 256 Mb	1	ОВЕН

---

2.6 Подбор и расчет датчиков

Для расчета я подобрала электромагнитный расходомер в процессе осушки попутного нефтяного газа в приразломном компрессорном цехе, для этого необходимо исследовать следующие параметры:

1. 
   Диапазон измерений: для точного контроля процесса необходимо выбрать расходомер с достаточным диапазоном измерений. Например, для процесса осушки попутного нефтяного газа расход может составлять от 0,1 до 100 т/ч.
   
2. 
   Точность: для обеспечения точного контроля процесса осушки попутного нефтяного газа необходимо выбрать расходомер высокой точности. Рекомендуется использовать расходомеры с точностью не менее 0,1%.
   
3. 
   Рабочая температура: в процессе осушки попутного нефтяного газа может достигать высоких значений. Для обеспечения надежной работы необходимо выбрать расходомер, который способен работать при высоких температурах.
   
4. 
   Рабочее давление: в процессе осушки попутного нефтяного газа давление может достигать высоких значений. Для обеспечения надежной работы, необходимо выбрать датчик давления, который способен работать при таких условиях.
   
5. 
   Материалы конструкции: для обеспечения надежной работы необходимо выбрать расходомер, который изготовлен из материалов, устойчивых к агрессивным средам . Например, для процесса осушки попутного нефтяного газа может потребоваться расходомер, изготовленный из нержавеющей стали.
   
6. 
   Надежность: для обеспечения непрерывной работы процесса осушки попутного нефтяного газа необходимо выбрать расходомер с высокой надежностью. Рекомендуется выбирать расходомеры от проверенных производителей, имеющие хорошую репутацию на рынке.
   
7. 
   Совместимость с другими системами: для обеспечения эффективного контроля управления процессом осушки необходимо выбрать расходомер, который совместим с другими системами контроля управления, используемыми в процессе. Например, расходомер может быть интегрирован в систему автоматического управления процессом.
   
8. 
   Стоимость: при выборе расходомера необходимо учитывать его стоимость, которая должна соответствовать бюджету проекта. Рекомендуется выбирать расходомеры с оптимальным соотношением цены и качества.
   

Исходя из вышеперечисленных параметров, можно выбирать электромагнитный расходомер, который соответствует требованиям процесса осушки попутного нефтяного газа. Это может быть расходомер ЭМИС-МАГ-270.

---

Для расчета вещества и энергии необходимо знать следующие параметры:

1. 
   Массовый расход, полученный с помощью электромагнитного массового расходомера ЭМИС-МАГ-270.
   
2. 
   Теплоту попутного нефтяного газа.
   
3. 
   КПД реактора.
   

1) Расход вещества можно рассчитать по формуле:
Qv = Q * (M1/M2)
где Qv - объемный расход, м³/с;
Q - массовый расход, кг/с;
M1 - молярная масса изоамиленов, кг/моль;
M2 - плотность изоамиленов при рабочей температуре и давлении, кг/м³.

Для измерения массового расхода пентана с плотностью 626 кг/м³ и максимальным расходом 5 кг/с при температуре 65°C используется электромагнитный массовый расходомера ЭМИС-МАГ-270 с коэффициентом K = 1,5 и частотой колебаний трубок 100 Гц. Давление в расходомере составляет 150 кПа. Молярная масса изоамиленов равна 72,15 кг/моль.


Q = 1,5 * √(150000/626) * 100 = 2321 кг/с
M1 = 72,15 кг/моль
M2 = 626 кг/м³
Qv = 2321 * (72,15/626) = 267 м³/с
2) Расход энергии можно рассчитать по формуле:
Qe = Qv * Hr * η
где Qe - расход энергии, Дж/с;
Qv - объемный расход, м³/с;
Hr - теплота образования пентана, Дж/кг;
η - КПД реактора.
Hr = 353 кДж/кг
η = 0,85
Qe = 267 * 353 * 0,85 = 80113 Дж/с
3) Кинетические уравнения в процессе изомеризации пентана необходимо рассчитывать на основе данных о массовом расходе и плотности среды. Кинетические уравнения используются для определения скорости прохождения изоамиленов через датчик и оптимизации процесса дегидрирования.

Для расчета массового расхода датчика ЭМИС-МАГ-270 в процессе изомеризации пентана в изопрен необходимо знать следующие параметры:
1. Объемный расход реакционной смеси.
2. Плотность реакционной смеси.
3. Коэффициент сжимаемости газа.
4) Массовый расход (Qm) можно рассчитать по следующей формуле:
Qm = Qv * ρ * Z
где Qv - объемный расход, м³/ч;
ρ - плотность реакционной смеси, кг/м³;
Z - коэффициент сжимаемости газа.
Объемный расход реакционной смеси равен м³/ч.
Плотность реакционной смеси равна 626 кг/м³.
Коэффициент сжимаемости газа равен 0,95.
Qm = 267 * 0,9 * 0,95 = 227 кг/ч
Таким образом, массовый расход датчика ЭМИС-МАГ-270 в процессе изомеризации пентана составляет 227 кг/ч при заданных условиях объемного расхода, плотности и коэффициента сжимаемости газа. Это значение можно использовать для контроля и регулирования процесса дегидрирования с помощью системы автоматизации.
2.7 Расчет погрешности расходомера

---

Для расчета метрологических характеристик измерительного канала необходимо учитывать все элементы расходомера и их влияние на точность измерений.

Коэффициент линейности: 0.998 означает, что при изменении массового расхода на 1%, значение на выходе изменится на 0.998%.

Коэффициент нелинейности: 0.02 при максимальном значении массового расхода 500 кг/ч означает, что при максимальном значении массового расхода в 500 кг/ч, погрешность измерения может составлять до 0.02 * 500 = 10 кг/ч.

Погрешность измерения массового расхода: 1% при диапазоне измерения от 0 до 1000 кг/ч означает, что при любом значении массового расхода в диапазоне от 0 до 1000 кг/ч, погрешность измерения не превысит 1%.

Влияние температуры и давления: коэффициент коррекции для каждого значения температуры и давления позволяет учитывать влияние окружающих условий на точность измерений.

Для расчета точности измерений в конкретном процессе необходимо учитывать текущие значения массового расхода, температуры и давления. Допустим, в нашем процессе дегидрирования массовый расход составляет 300 кг/ч, температура 115°C, а давление 1 атм.

Сначала определим погрешность измерения массового расхода:

*100%

*100% = 0

Таким образом, погрешность измерения массового расхода в данном случае равна 0%.

Затем учтем влияние температуры и давления на точность измерений, используя коэффициенты коррекции:

Коэффициент коррекции для температуры (а) 115°C и давления 1 атм: 0.99

Используя этот коэффициент, мы можем скорректировать измеренное значение массового расхода:



- Скорректированное значение массового расхода

M – Массовый расход

а - Коэффициент коррекции для температуры

= 300 * 0.99 = 297 кг/ч

Таким образом, при учете влияния расхода и давления на точность измерений, скорректированное значение массового расхода составляет 297 кг/ч.

В итоге, мы можем сделать вывод, что в процессе изомеризации пентана с использованием расходомера ЭМИС-МАГ-270, мы можем получить высокую точность измерений с погрешностью не более 1% при массовом расходе до 1000 кг/ч и учетом влияния температуры и давления на точность измерений. Это позволяет эффективно контролировать и регулировать процесс дегидрирования с высокой точностью и надежностью.

---