Автоматизация абсорбции газа

Российский  государственный  университет 

нефти и газа имени И.М. Губкина 
 

Кафедра АТП 
 
 
 

Курсовой  проект

по дисциплине 

"Технические  средства автоматики"

Тема: "Автоматизация  абсорбции газа

       Регулирующий  параметр: расход.

       Средства: пневматические. 
 
 
 

                                              Выполнил:

                                              студент группы АТ-00-1

                                              Тремаскин М.И.

                                              Проверил: доц.  Тумайкин А.С. 
 

Москва 2003 
Содержание

1. Краткое описание технологического процесса АБсорбции  газа. ………………………………………………………..3

2. Выбор технических средств автоматизации……………6

2.1 Датчик расхода  газа (ротаметр с пневматической ……………………..6

дистанционной передачей).

2.2 Вторичный прибор ПВ10.1Э……………………………………………….8

2.3 Пневматический регулятор ПР3.31………………………………………9

2.4 Исполнительное устройство (25ч37нж)…………………………………11

3. Литература……………………………………………………………….13 
 

 

1. Краткое описание технологического процесса АБсорбции газа.

      Абсорбция – процесс разделения газовых смесей путем избирательного поглощения одного из компонентов.

      Абсорбционные установки применяются для осушки природного газа до точки росы. В  качестве абсорбента используют в основном растворы диэтиленгликоля (ДЭГ) и триэтиленгликоля (ТЭГ). Степень осушки газа на  абсорбционных установках определяется главным образом концентрацией подаваемого в абсорбер раствора, а концентрация раствора, в свою очередь, зависит от используемого на установке метода регенерации отработанного абсорбента.

      В качестве объекта управления процессом  абсорбции примем абсорбционную  установку, состоящую из абсорбционной  колонны, их холодильников- на линии  абсорбента и линии газовой смеси. Показателем эффективности процесса является концентрация извлекаемого компонента в обедненной смеси, а целью управления- достижение определенного значения этой концентрации. Концентрация определяется разностью количеств извлекаемого компонента, поступающего в колонну с газовой смесью и поглощаемого из нее абсорбентом. Количество компонента, поступающего в колонну однозначно определяется расходом  газовой смеси Fс и начальной концентрацией в ней извлекаемого компонента. Количество компонента, которое переходит из газовой фракции в жидкую, в основном зависит от движущих сил на входе в аппарат D1 и на выходе из него D2, то есть от положения рабочей /АВ/ и равновесной /ОС/ линии процесса (см. Рис 1.1). Положение равновесной линии определяется температурой и давлением процесса, а положение рабочей линии-начальной и конечной концентрациями компонента в обеих фазах.

      Изменение расхода газовой смеси может  быть сильным внешним возмущением, поэтому расход газа следует стабилизировать. Изменять же его с целью регулирования показателя эффективности нецелесообразно, поскольку при этом производительность аппарата может оказаться гораздо ниже расчетной, и экономичность процесса снизится.

      Концентрации Xн и Yн определяются режимами других технологических процессов, с их изменениями в объект будут вноситься внешние возмущающие воздействия. Соотношение расходов газовой смеси и абсорбента можно поддерживать путем стабилизации обоих расходов. Это соотношение можно также использовать для регулирования процесса, причем изменять надо расход абсорбента.

      Температура в абсорбере зависит от многих параметров: температуры, теплоемкости и расхода газовой и жидкой фаз, интенсивности массообмена  между фазами (процесс абсорбции  экзотермичен), потерь тепла в окружающую среду. Часть этих параметров обычно подвержена значительным колебаниям во времени, это относится, например, к интенсивности массообмена, которая для достижения цели управления должна быть переменной при изменяющихся концентрациях Xн и Yн. Такие возмущения приводят к нарушению теплового баланса, и следовательно, к изменению температуры в аппарате. Чтобы этого не происходило, температуру следовало бы регулировать, однако, как указвалось выше, рассмотренный абсорбер является аппаратом насадочного типа, то есть без внутреннего охлаждения, поэтому достаточно ограничиться стабилизацией температур абсорбента и газовой смеси на входе в аппарат путем изменения расходов хладоносителей.

      Давление  в массообменнике целесообразно  стабилизировать путем изменения  расхода обедненной смеси.

      Итак, стабилизировать все параметры, влияющие на показатель эффективности, практически нельзя. Поэтому в качестве регулируемой величины следует взять концентрацию  Yк, а регулирующие воздействия реализовывать изменением соотношения расходов абсорбента и газовой смеси.

      В нижней части колонны должно находиться некоторое количество жидкости, обеспечивающее гидравлический затвор, что исключает  поступление газовой смеси из аппарата в линию насыщенного  абсорбента и позволяет регулировать давление в абсорбере. Постоянное количество этой жидкости поддерживается регулированием уровня в аппарате путем изменения расхода насыщенного абсорбента.

      Контролю  подлежат: расходы теплоносителей и  абсорбента, расход обедненной смеси, перепад давления по высоте колонны, интеграл температур по высоте колонны, все регулируемые параметры.

      Сигнализации  подлежат: отклонения давления в аппарате и изменения концентрации извлекаемого компонента в газе.

      Схемой  автоматизации должно быть предусмотрено  устройство защиты, исключающее значительное повышение давления в аппарате.

      

 

       2. Выбор технических средств автоматизации.

2.1 Датчик расхода  газа (ротаметр с пневматической

дистанционной передачей).

      Ротаметр  с пневматической дистанционной  передачей и местной шкалой показаний состоит из двух частей – ротаметрической и пневматической. Ротаметрическая часть состоит из прямоточной трубы, в которой находятся мерительный конус и перемещающийся под воздействием измеряемого потока поплавок с хвостовиком, направленным вверх и имеющим дополнительное центрирующее устройство. К корпусу ротаметрической части крепят пневмоголовку, обеспечивающую местные показания и преобразование высоты положения поплавка в пневматический сигнал, который поступает ко вторичному прибору.

      Преобразование  высоты положения поплавка в пневматический сигнал осуществляется с помощью магнитопневматического преобразователя. При перемещении сдвоенных магнитов 5, встроенных в хвостовик поплавка, изменяется положение находящегося в пневмоголовке следящего магнита 4 и жестко связанной  с ним заслонки сопла 3. Изменение зазора между соплом и заслонкой вызывает изменение давления в пневмоусилителе 2. Усиленный по мощности сигнал поступает на выход прибора и в стакан 7. Вследствие этого сильфон 8 сжимается или разжимается, перемещая шток 6 с закрепленным на его конце соплом 3. Перемещение будет происходить до тех пор пока следящий магнит с заслонкой не займет первоначальное положение относительно сдвоенных магнитов. Перемещение штока 6 с помощью кинематической передачи преобразуется во вращательное движение стрелки, местная шкала 100%. Выходное давление и давление питания контролируется по манометрам 1.

      При перемещении поплавка из нижнего  положения, соответствующего отсутствию расхода, в верхнее положение, соответствующее  верхнему пределу измерения, давление на выходе прибора изменяется от 20 до 100 кПа. Давление питания = 140 кПа. 
 

 
 2.2 Вторичный прибор ПВ10.1Э

      Класс точности- 1.

      Предназначен  для записи и показания регулируемого параметра, показания значения задания и давления на исполнительном механизме, переключение системы регулирования на ручное, дистанционное, автоматическое, автоматическое программное управление, формирование задающего и управляющего воздействий.

      Расход воздуха- 7л/мин

      Габариты 160*200*438мм

      Масса- 10кг.

      Изготовлен- г.Москва «Тизприбор»

      В прибор встроены лентопротяжный механизм с электро- приводом, три измерительных  механизма и станция управления. Запись значения параметров осуществляется на одной диаграмме. Скорость движения диаграммы 20, 40 или 60 мм/час. Длина шкалы приборов и ширина поля записи диаграммы 100мм. Питание синхронного двигателя переменным током напряжения 220В, частотой 50Гц. Потребляемая мощность 4В*А.

Принцип работы:

      Входящий  сигнал в виде давления сжатого воздуха поступает в сильфон. Усилие, развиваемое сильфоном, передаётся на рычаг, который, поворачиваясь вокруг упругой опоры, перекрывает сопло пропорционально величине входящего сигнала. При этом изменяется давление в цилиндре, что вызывает деформацию диафрагмы. Деформация диафрагмы превращается во вращательное движение рычага, к концу которого жёстко закреплена нить со стрелкой. Рычаг будет перемещаться, тем самым меняя натяжение пружины обратной связи до тех пор, пока создаваемый натяжением пружины момент не уравновесит момент, созданный сильфоном. Новому состоянию равновесия соответствует новое положение стрелки прибора. В приборе имеется три измерительных устройства и соответственно три шкалы. По левой шкале определяется величина давления, поступающего от датчика; стрелка правой шкалы показывает давление на исполнительном механизме; средняя шкала служит для контроля величины давления задания.

2.3 Пневматический регулятор ПР3.31

      ПР3.31- устройство регулирующее, пневматическое, пропорционально- интегральное, непрямого действия. Для регулятора ПР3.31 нелинейность статических характеристик не превышает +-1% для предела пропорциональности 100% и +-3% для всех значений предела пропорциональности на отметках шкал от 2 до 3000% (кроме 100). Расход воздуха составляет от 4 до 6 л/мин. Изготовлен «Тизприбор». Его назначение- непрерывное регулирующее воздействие на исполнительный механизм или другой механизм системы регулирования. Предел времени интегрирования 0,05-10мин. Габаритные размеры 121*205*112мм. Масса 2.4кг. В регуляторе ПР3.31 используется принцип компенсации сил, при котором все механические перемещения чувствительных элементов близки к 0. Разность давления сжатого воздуха, поступающих от задатчика и от измерительного прибора действует на мембраны элемента сравнения. Силы, развиваемые действием разности этих сигналов, Уравновешиваются силами, определяемыми давлением воздуха на мембраны обратных связей. При наличии рассогласования между сигналами каждое из звеньев регулятора вносит составляющую в общее регулирующее воздействие. Пропорциональная составляющая вводится путём воздействия на отрицательную обратную связь, интегральная- путём воздействия на положительную обратную связь.  K- коэффициент усиления. Ti- время интегрирования. E-рассогласование. T0=0 сл-но это ПИ- алгоритм. И- составляющая служит для исключения статической ошибки П- регулирования. Все регуляторы реализуют аналоговые алгоритмы. ПР3.31-регулятор непрерывного действия.

      K, Ti- настройки     

      В состав регулятора входят:

      1)Пяти-мембранный  элемент сравнения, реализующий  функцию алгебраического сумматора  на 3 входа.

      2)Пневматическая  камера – инерционный элемент,  состоящий из дросселя с проводимостью b1 и емкостью V.

      3)Маломощный  повторитель давления.

      4)Пневматические делители давления на сопротивлениях (пневматические камеры) - b2,a и b3,a.

      5)Трех  мембранный элемент  сравнения  на 2 входа.

      6)Усилитель  мощности – мощный повторитель  давления .

      7)Выключающее  реле.

      Линейность  статических характеристик достигается за счет введения двух сумматоров в прямой канал и в линию обратной связи операционного усилителя.

      Рассмотрим  краткое описание работы регулятора. К камерам элемента сравнения  подводятся сигналы Рп(соответствующее  текущему значению параметра) и Рзд(сигнал от задатчика). На элементе сравнения формируется сумма давлений. Выход элемента сравнения  соединен со входом операционного усилителя, охваченного глубокой отрицательной обратной связью. Выходное давление с элемента сравнения  через повторитель-усилитель мощности поступает на выключающее реле.

 

       2.4 Исполнительное  устройство (25ч37нж)

    Исполнительное  устройство предназначено для реализации сигнала управления, вырабатываемо  регулирующим устройством автоматического  регулятора. Boздействие на процесс  осуществляется изменением расхода преходящей через исполнительное устройство среды таким образом, чтобы это воздействие вызвало изменение регулируемого параметра в нужном направлении.

    Схема типичного исполнительного устройства, применяемого в нефтяной и газовой промышленности, изображена на рис.3. Оно состоит из двух основных частей — исполнительного механизма I и регулирующего органа II.

    Перестановочное усилие в одном направление создается  давлением сжатого воздуха на эластичную мембрану 1 в рабочей  полости исполнительного механизма, а в противоположном — за счет усилия упругости пружины –3. Опорный диск 2, к которому жестко прикреплен шток 4, лежит на верхнем торце пружины. Нижним торцом пружина опирается на шайбу 5, которая поджата резьбовой втулкой 6. Последняя может перемещаться по резьбе в кронштейне 9. Шток исполнительного механизма соединен со штоком 12 регулирующего органа при помощи соединительной гайки 7, снабженной указателем. К кронштейну прикреплена шкала 8 исполнительного устройства. В корпус 13 регулирующего органа ввинчены два седла 15, образующие вместе с затвором 14 проходное сечение для регулируемой среды. Уплотнение штока 12 регулирующего органа осуществляется при помощи сальника 11, выполненного из шевронных фторопластовых колец, опирающихся на пружину. В процессе эксплуатации сальник может быть подтянут гайками 10. Конструкция и размеры сальниковой камеры позволяют заменить набивку из фторопластовых колеи асбестовой. При этом вместо пружины в сальниковой камере устанавливается промежуточный фонарь, а в резьбовое отверстие сальниковой камеры вместо пробки помещают лубрикатор для подачи смазки. Под действием давления сжатого воздуха мембрана 1, преодолевая противодействие пружины 3 перемещает шток 4 исполнительного механизма, шток 12 регулирующего органа и затвор 14. Последний, перемещаясь относительно неподвижных седел 15, изменяет проходное сечение регулирующего органа следовательно, и расход проходящей через него среды.