Автоматизация технологического процесса восстановления метанола

ВВЕДЕНИЕ 3
1 АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 5
1.1 Общая характеристика объекта автоматизации 5
1.2 Исследование технологического процесса и формулировка научной задачи разработки АСУ 21
1.3 Пуск установки регенерации метанола 25
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ АСУ 28
2.1 Цели и основные задачи проектирования системы управления 28
2.2 Подготовка проектной документации 37
2.3 Анализ функционирования автоматизированной системы управления 42
3 КРИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ АСУ 54
3.1 Статистический анализ режимных параметров работы системы 54
3.2 Функциональный и технико-экономический анализ применённых программных средств 58
3.3 Характеристика программного и аппаратного обеспечения системы 59
3.4 Реализация программной и аппаратной компонентов проекта 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 74
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 76
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 78

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях растущих требований к ресурсосбережению, экологической безопасности и эффективности химико-технологических производств особое значение приобретает автоматизация процессов регенерации и утилизации технологических реагентов. Одним из таких процессов является восстановление (регенерация) метанола – важного растворителя и промежуточного продукта, широко используемого в нефтегазовой, химической и фармацевтической отраслях. В ходе эксплуатации метанол загрязняется различными примесями, что снижает его эффективность и требует периодической очистки. Нестабильность параметров регенерации (температуры, давления, расхода, состава смеси) может привести к снижению степени очистки, увеличению энергозатрат и даже аварийным ситуациям. Поэтому создание надёжной и эффективной автоматизированной системы управления (АСУ) для установки восстановления метанола становится актуальной инженерной задачей.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы «Автоматизация технологического процесса восстановления метанола» обусловлена необходимостью повышения качества регенерации, обеспечения стабильности технологического режима, снижения эксплуатационных затрат и соответствия современным требованиям промышленной автоматизации и цифровизации производств.
Целью данной работы является разработка и обоснование автоматизированной системы управления технологическим процессом восстановления метанола, обеспечивающей высокую эффективность очистки, безопасность эксплуатации и устойчивость функционирования установки.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
– провести анализ объекта автоматизации и существующего технологического процесса регенерации метанола;
– сформулировать научную и инженерную задачу проектирования АСУ;
– обосновать выбор методов и принципов построения системы управления;
– разработать проектную документацию на АСУ, включая функциональные и технические решения;
– выполнить анализ функционирования спроектированной системы;
– провести оценку эффективности управления, включая статистический анализ режимных параметров и технико-экономическую оценку применённых программных и аппаратных средств;
– реализовать программную и аппаратную компоненты проекта.
Предметом исследования выступает технологический процесс восстановления (регенерации) метанола, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая совокупность аппаратных, программных и алгоритмических решений.
В работе использовались следующие методы: системный анализ технологического объекта, методы теории автоматического управления, анализ нормативно-технической документации, методы проектирования АСУ, статистическая обработка данных, а также методы технико-экономической и функциональной оценки программно-технических решений.

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Общая характеристика объекта автоматизации
Согласно информации Министерства энергетики Российской Федерации, объём добытого газа в 2024 году составил 640,2 млрд м?, из которых на долю собственно природного газа пришлось 556,9 млрд м?. Примечательно, что подобный уровень добычи демонстрирует устойчивость на протяжении пятилетнего периода, колеблясь в пределах ±4,84 % от среднего значения. На всех технологических стадиях газовой цепочки – начиная с извлечения из продуктивного пласта, включая промысловую подготовку и заканчивая транспортировкой по магистральным трубопроводам к конечному потребителю – наиболее типичной проблемой выступает формирование клатратных соединений, известных как газовые гидраты [1].
Газовые гидраты (или клатратные гидраты природных газов) представляют собой кристаллические фазы, возникающие при взаимодействии воды и газа в условиях определённых температурно-барических параметров.
Природные газовые гидраты классифицируются как метастабильные минеральные образования, динамика формирования и деструкции которых определяется комплексом факторов: температурным режимом, давлением, химическим составом как газовой, так и водной фазы, а также физико-химическими характеристиками вмещающей пористой среды и другими условиями.
Формы проявления газогидратов отличаются значительным разнообразием. В современной классификации выделяют три базовых морфологических типа кристаллических структур.
Массивные кристаллы формируются посредством равномерной сорбции газовых и водных молекул по всей поверхности кристалла, который непрерывно увеличивается в размерах.
Вискерные кристаллы возникают в результате направленной туннельной сорбции молекул газа к основанию развивающегося кристаллического ядра.
Гель-кристаллы генерируются непосредственно в объёме водной фазы из газа, растворённого в ней, при достижении термодинамических условий, благоприятных для гидратообразования [2].
Структурной основой газогидратов служит кристаллическая решётка, построенная из молекул воды и образующая каркас с внутренними полостями. Исследования подтверждают, что данные полости чаще всего имеют форму 12-, 14-, 16- и 20-гранников, незначительно отклоняющихся от идеальной геометрии. Внутрь этих полостей внедряются молекулы газа, удерживаемые посредством слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий с водным каркасом. Обобщённая химическая формула газовых гидратов выражается как M·n·H?O, где М – молекула газа-гидратообразователя, а n – переменное количество молекул воды, приходящееся на одну молекулу газа; величина n варьируется в зависимости от природы гидратообразователя, а также от конкретных значений давления и температуры.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Бородулина М.А., Прахова М.Ю. Системы автоматизации в газовой промышленности: учебное пособие. – М.: Недра, 2022. – 328 с. – ISBN 978-5-247-02456-3.
2) Воронов А.В., Зотов Н.М. Автоматизация технологических процессов в химической промышленности: учебник для вузов. – СПб.: Лань, 2023. – 416 с. – ISBN 978-5-8114-7892-1.
3) Герасимов Б.И., Селиванов А.Н. Ректификационные процессы в нефтегазопереработке: монография. – М.: Техносфера, 2021. – 284 с. – ISBN 978-5-94836-678-4.
4) Долганов А.В., Кириллов Р.Е. Автоматизация ректификационных установок на базе программируемых контроллеров: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2022. – 142 с. – ISBN 978-5-4384-1256-7.
5) Коннов Д.В. Подход SCADA в АСУТП: монография. – Тамбов: Издательство Юконф, 2023. – 92 с. – ISBN 978-5-4480-0454-4.
6) Кузнецов О.А., Семёнов Д.А. Технологический расчёт ректификационной колонны для разделения бинарных смесей: учебное пособие. – М.: Инфра-Инженерия, 2022. – 184 с. – ISBN 978-5-9729-1458-6.
7) Михайлов В.В., Семёнов А.П. Промышленные системы автоматизации: от датчиков до АСУ ТП. – М.: ДМК Пресс, 2024. – 512 с. – ISBN 978-5-97060-987-5.
8) Прахова М.Ю., Лебедев А.А. Автоматизация объектов нефтегазодобывающей отрасли. – М.: Недра, 2023. – 356 с. – ISBN 978-5-247-02589-8.
9) Рачков М.Ю. Технические средства автоматизации: учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Академия, 2023. – 448 с. – ISBN 978-5-7695-4321-9.

Весь текст будет доступен после покупки