Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области
«Новосибирский технический колледж им. А. И. Покрышкина»
Дипломный проект
Проектирование автоматизированной мехатронной системы
управления процессом атмосферной перегонки нефти
Черепанов Алексей Станиславович
Руководитель дипломного проекта
Романченко Анатолий Михайлович
Консультанты:
по основной части
Романченко Анатолий Михайлович
Новосибирск
2023
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области
«Новосибирский технический колледж им. А. И. Покрышкина»
З А Д А Н И Е
на выполнение дипломного проекта
Студент:
Черепанов Алексей Станиславович
(фамилия, имя, отчество)
Группа:
МР-431
1. Тема:
Проектирование автоматизированной мехатронной системы
управления процессом атмосферной перегонки нефти
3. Содержание дипломного проекта:
§ Введение
§ Основная часть
ѕ Теоретическая часть
ѕ Практическая часть
§ Экономическая часть
§ Заключение
§ Список использованных источников
4. Приложение (чертежи, схемы и т.д.)
5. Срок предоставления студентом законченного дипломного проекта
Руководитель:
Романченко Анатолий Михайлович
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Атмосферная перегонка нефти является одним из ключевых процессов в нефтеперерабатывающей промышленности, позволяющим разделить сырую нефть на фракции различной температуры и улучшить их качество для последующего использования. В современном мире, где энергетические ресурсы играют важнейшую роль, эффективность и автоматизация процесса атмосферной перегонки становятся неотъемлемыми составляющими для обеспечения стабильной и эффективной работы предприятий нефтеперерабатывающей отрасли.
Целью данного дипломного проекта является разработка и реализация автоматизированной мехатронной системы управления процессом атмосферной перегонки нефти, направленной на повышение эффективности, точности и надежности данного процесса. Для достижения этой цели требуется интегрировать современные технологии автоматизации и мехатроники, а также применить методы анализа и оптимизации процесса атмосферной перегонки нефти.
В рамках дипломного проекта будет проведен анализ существующих систем управления атмосферной перегонкой нефти, идентифицированы и оценены их преимущества и недостатки. На основе полученных данных будут разработаны требования к автоматизированной мехатронной системе управления, учитывающие особенности процесса и требования предприятий нефтеперерабатывающей отрасли.
Для реализации проекта планируется использовать современные методы и технологии в области автоматизации и мехатроники, включая применение программного обеспечения для моделирования и оптимизации процесса атмосферной перегонки. Будут разработаны алгоритмы управления и создана прототипная мехатронная система, которая будет протестирована и оценена на соответствие поставленным требованиям. Ожидается, что внедрение автоматизированной мехатронной системы управления процессом атмосферной перегонки нефти приведет к следующим результатам:
1. Повышение эффективности: Автоматизация процесса атмосферной перегонки нефти позволит снизить человеческий фактор и улучшить точность управления. Это приведет к увеличению производительности и снижению энергозатрат, что в свою очередь снизит операционные расходы предприятия. программное обеспечение автоматизированный нефтегазовый
2. Обеспечение точности и надежности: Мехатронная система управления, основанная на современных методах и технологиях, обеспечит высокую точность контроля параметров перегонки нефти. Это поможет предотвратить возникновение ошибок и неправильных действий в процессе, а также снизить риск аварийных ситуаций.
3. Оптимизация процесса: Применение программного обеспечения для моделирования и оптимизации позволит провести анализ процесса атмосферной перегонки нефти и оптимизировать его работу. Благодаря этому можно достичь оптимального распределения ресурсов, улучшить качество получаемых фракций и снизить потери продукции.
4. Улучшение безопасности: Автоматизация процесса позволит снизить воздействие человеческого фактора на работу системы и снизить риск возникновения аварий и несчастных случаев. Это способствует повышению уровня безопасности на предприятии и снижению потенциальных угроз окружающей среде.
В завершении дипломного проекта ожидается получение полноценного прототипа автоматизированной мехатронной системы управления процессом атмосферной перегонки нефти, который будет протестирован и оценен на соответствие требованиям и эффективность его работы. Результаты и выводы проекта будут полезны для предприятий нефтеперерабатывающей отрасли, стремящихся к улучшению своих производственных процессов и повышению конкурентоспособности.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Анализ вопроса и постановка задачи
2.1.1 Состав установки и описание основных технологических узлов
Установка предназначена для фракционирования нефти, с целью получения светлых нефтепродуктов. Состав установки:
§ Колонна отбензиневания
§ Емкость орошения
§ 4 воздушных конденсатора холодильника
§ Теплообменник
§ 5 насосов
Рассмотрим технологический процесс атмосферной перегонки нефти:
Потоки нефти нагретой обессоленной и обезвоженной нефти поступаю в ректификационную колонну. Здесь происходит процесс ректификации - это тепло - и - массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости. В колонне через каждую тарелку противотоком проходят 2 потока:
1. жидкость - флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;
2. пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку;
Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в равновесие стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость. Концентрация компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего - повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно меняется. Часть ректификационной колонный, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода - отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.
С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты - ректификат, а с нижней тарелки - жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части происходит отпарка из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится высококипящий продукт - кубовый остаток.
Таким образом, с верха колоны смесь углеводородных газов, паров бензина и водяного пара отводится в воздушные конденсаторы холодильники ХВК1-ХВК4. Здесь происходит конденсация паров, за счет воздушного охлаждения до 35oС. Далее конденсат попадает в емкость орошения. Здесь конденсат отстаивается и разделяется на бензин и воду. Вода сбрасывается из емкости и выводится с установки.
Бензин из емкости орошения поступает на прием насосов Н3/1-Н3/2. Часть бензина из емкости этими же насосами подается на верх колонны в качестве острого орошения. Другая часть бензина с балансовой температурой, через клапан, выводится с установки, в качестве готового продукта.
Углеводородный газ с верха емкости направляется в сепаратор топливного газа. В трубопровод на выходе из колонны, для предотвращения хлористоводородной и сероводородной коррозии оборудования, подаются растворы ингибитора коррозии типа «Геркулес 1017», в количестве 10г/т нефти и нейтрализатора.
Для исключения повышения давления в колонне и емкости выше максимально допустимого на них установлены клапаны ручного управления, для открытия сброса в факельный коллектор.
Отбензиненная нефть с низа колонны насосами H2/1-H2/2, после предварительного нагрева в теплообменнике, где смешивается с нефтью из ректификационной колонны получения продукта с более высокой температурой кипения, направляется для дальнейшей переработки.
Предусмотрена возможность аварийной откачки избытка нефти из колонны насосами H2/1-H2/2 обратно в сырьевой парк.
2.2 Примеры автоматизации процессов в нефтегазовой промышленности
2.2.1 АСУ ТП установки переработки высокосернистой нефти (УПВСН) Акташского товарного парка
Создание АСУ ТП УПВСН являлось ключевым этапом на пути достижения удвоенной производительности товарного парка нефти без увеличения численности обслуживающего персонала. Основные цели внедрения АСУ ТП на УПВСН Акташского товарного парка:
- получение в режиме реального времени информации о ходе технологических процессов;
- внедрение автоматизированных средств диагностирования и предупреждения возникновения аварийных ситуаций;
- контроль состояния исполнительных механизмов и вспомогательных агрегатов;
- замена ручного ведения документооборота автоматизированным;
- замена устаревших средств КИПиА на современные, повышающие надежность и точность измерений, обеспечивающие удобство в обслуживании, снижающие трудоемкость управления ТП.
При выборе технических средств для построения АСУ ТП, разработчиками учитывались следующие факторы: максимальное использование датчиков и приборов, функционирующих в составе аппаратуры установки; обеспечение простоты интеграции системы в ЛВС предприятия стандарта Ethernet. В результате, АСУ ТП УПВСН была построена на базе контроллеров сбора данных и управления ADAM-5000/TSP фирмы Advantech с промышленной шиной Ethernet (рисунок 2.1). Контроллеры укомплектованы модулями ввода серии ADAM-5000 следующих типов:
- ADAM-5017 - 8-канальный модуль аналогового ввода (8 шт.);
- ADAM-5051 - 16-канальный модуль дискретного ввода (8 шт.);
- ADAM-5080 - 4-канальный модуль ввода импульсных сигналов (1 шт.).
Рисунок 2.1 - структурная схема АСУ ТП УПВСН
Общее представление о задействованных в системе датчиках и контрольно-измерительных приборах дает таблица 2.1.
Таблица 2.1
АРМ операторов базируются на персональных ЭВМ стандартной комплектации под управлением Microsoft Windows 2000. В качестве SCADA-системы используется InTouch версии 7.1 из пакета Wanderware Factory Suite 2000.
Внедрение системы не только значительно облегчило работу операторов и другого обслуживающего персонала, но также позволило оперативно и качественно получать информацию о технологическом процессе, отслеживать состояние оборудования установки и контролировать значения регулируемых параметров. В системе заложены возможности наращивания и быстрой интеграции в корпоративную АСУ ТП всего предприятия.[6].
2.2.2 САУ газовоздушного тракта парового котла
Система автоматизации газовоздушного тракта парового котла является распределенной системой управления (DCS - Distributed Control System), для которых характерно: один большой технологический объект; распределенная архитектура системы; наличие большого количества аналоговых и дискретных сигналов; тип контроля - регулирование и управление.
Проектируемая система имеет иерархическую 3-х уровневую структуру.
Иерархия системы, следующая:
нижний уровень - уровень датчиков и исполнительных механизмов;
средний уровень - уровень микропроцессорного комплекса SLC-500;
верхний уровень - уровень оперативного управления.