Автоматизированная система управления процессом атмосферной перегонки нефти

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5
1.1. Состав установки и описание основных технологических узлов 5
1.2. Примеры автоматизации процессов в нефтегазовой промышленности 6
1.3. Выводы по результатам обзора и составление технического задания 11
2 РАЗРБОТКА СХЕМ АСУ ТП 13
2.1 Разработка схемы автоматизации 13
2.2.1 Выбор измерительных средств и исполнительных механизмов 16
2.2 Разработка структурной схемы 23
2.3 Разработка схемы электрической принципиальной 32
2.4 Ротка схемы соединений и подключений 34
3. Моделирование системы управления 38
3.1 Исследование и настройка контура регулирования 38
3.2 Разработка алгоритма 48
3.3 Программное обеспечение STEP7Lite. 51
3.4 Графический интерфейс оператора 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 76
ПРИЛОЖЕНИЕ В 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 82
ПРИЛОЖЕНИЕ З 83

Весь текст будет доступен после покупки

Автоматизация производственных процессов представляет собой ключевое направление научно-технического прогресса, напрямую влияющее на технологическую независимость и конкурентоспособность государства.
Внедрение автоматизированной системы управления (АСУ) на установке атмосферной перегонки нефти обеспечит не только безаварийную эксплуатацию, но и переход технологии на качественно новый уровень. Это предполагает увеличение глубины переработки сырья, снижение энергозатрат, сокращение производственных потерь и брака, а также стабильное соответствие продукции международным стандартам качества.
Объектом исследования выступает технологический процесс атмосферной перегонки нефти на установке первичной переработки, включающий ректификационную колонну, теплообменники, резервуары, насосные агрегаты, трубопроводную арматуру и систему подачи орошения.
Предметом исследования является система автоматического управления (АСУ ТП) процессом атмосферной перегонки нефти, охватывающая её структуру, алгоритмы функционирования, математические модели, а также аппаратные и программные компоненты.
Целью работы является разработка автоматизированной системы управления процессом атмосферной перегонки нефти с повышением глубины переработки, стабильности качества продукции и уровня промышленной безопасности.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
1. Провести анализ технологического процесса, состава установки и современных подходов к автоматизации в нефтегазовой отрасли.
2. Разработать комплект функциональных и структурных схем АСУ ТП.
3. Обосновать и выполнить выбор технических средств автоматизации.
4. Смоделировать, исследовать и настроить основные контуры регулирования (например, контур давления с температурной коррекцией) для обеспечения требуемых динамических характеристик.
5. Разработать программное обеспечение для программируемого логического контроллера (ПЛК) Siemens SIMATIC S7-300 в среде STEP 7 Lite.
6. Спроектировать и реализовать операторский графический интерфейс (HMI) в SCADA-системе для визуализации, управления и архивирования технологических данных.
Методы исследования включают:
– теоретические: анализ научно-технической литературы и технической документации, системный анализ технологического процесса, математическое моделирование динамических звеньев и систем;
– экспериментальные: компьютерное моделирование и имитация работы системы управления в среде MATLAB/Simulink, методы настройки ПИД-регуляторов на основе частотных характеристик;
– проектные: методы функционального и структурного проектирования АСУ ТП, разработки алгоритмического и программного обеспечения.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложенный проект внедрения АСУ ТП позволяет:
– повысить технологическую и экологическую безопасность за счёт автоматического поддержания параметров в допустимых пределах и своевременного оповещения оператора о возможных аварийных ситуациях;
– увеличить экономическую эффективность производства благодаря оптимизации технологических режимов, снижению энергопотребления, уменьшению потерь сырья и росту выхода целевых фракций;
– ускорить цифровизацию производства посредством применения современных, надёжных и совместимых технических и программных решений (Siemens SIMATIC, SCADA-система), что создаёт основу для интеграции в концепцию «Индустрия 4.0».

Весь текст будет доступен после покупки

. АНАЛИЗ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1. Состав установки и описание основных технологических узлов
Установка предназначена для фракционирования нефти с целью получения светлых нефтепродуктов. Её основные компоненты:
– колонна отбензинивания;
– ёмкость орошения;
– четыре воздушных конденсатора-холодильника;
– теплообменник;
– пять насосных агрегатов.
Технологический процесс атмосферной перегонки нефти заключается в следующем: обессоленная и обезвоженная нефть, предварительно нагретая, поступает в ректификационную колонну, где осуществляется разделение компонентов по температуре кипения. Этот процесс представляет собой тепло- и массообмен между паровой и жидкой фазами, движущимися противотоком. На каждой тарелке колонны встречаются два потока:
1. жидкость (флегма), стекающая сверху вниз;
2. пары, поднимающиеся снизу вверх.
Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в равновесии, но стремятся к нему. Жидкость, попадая в зону более высокой температуры, частично испаряется, обогащаясь лёгкими фракциями, в то время как пары, охлаждаясь, конденсируются, обогащаясь тяжёлыми компонентами. В результате состав паров и жидкости изменяется по высоте колонны. Верхняя часть колонны (над местом ввода сырья) называется концентрационной, нижняя — отгонной. В обеих зонах протекает один и тот же ректификационный процесс.
С верха колонны в паровой фазе отводится целевой продукт — ректификат, а с низа — жидкость, всё ещё содержащая лёгкие фракции. В отгонной части из этой жидкости дополнительно отпариваются лёгкие компоненты, а из нижней части колонны выводится кубовый остаток — высококипящий продукт.
Пары с верха колонны (смесь углеводородных газов, паров бензина и водяного пара) направляются в воздушные конденсаторы ХВК1–ХВК4, где охлаждаются до 35 °C и конденсируются. Полученный конденсат поступает в ёмкость орошения, где разделяется на бензин и воду. Вода сбрасывается и выводится с установки.
Бензин из ёмкости орошения подаётся насосами Н3/1–Н3/2: часть — на верх колонны в качестве острого орошения, другая часть — через регулирующий клапан — выводится как готовый продукт.
Углеводородный газ с верха ёмкости направляется в сепаратор топливного газа. Для защиты оборудования от коррозии, вызванной хлористым водородом и сероводородом, в трубопровод подаются ингибитор коррозии «Геркулес 1017» (10 г на тонну нефти) и нейтрализатор.
Для предотвращения превышения допустимого давления в колонне и ёмкости установлены предохранительные клапаны с ручным управлением, обеспечивающие сброс в факельную систему.
Отбензиненная нефть с низа колонны насосами H2/1–H2/2, пройдя предварительный нагрев в теплообменнике (где смешивается с потоком из колонны), направляется на дальнейшую переработку. Также предусмотрена возможность аварийной откачки избытка нефти из колонны обратно в сырьевой парк теми же насосами.

Весь текст будет доступен после покупки

1) TIA Portal: Step 7 Professional. Руководство по программированию. – 2024. – URL: https://support.industry.siemens.com (дата обращения: 01.06.2024).
2) Автоматизация технологических процессов и производств : учебник и практикум для вузов / В. А. Бредихин [и др.] ; под ред. В. А. Бредихина. – 2–е изд., перераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2022. – 356 с. – (Высшее образование).
3) Автоматизированные системы управления технологическими процессами: проектирование и эксплуатация : учебное пособие для вузов / А. Г. Осадчий [и др.] ; под общ. ред. А. Г. Осадчего. – Санкт–Петербург : Лань, 2022. – 252 с. : ил.
4) Актуальные каталоги и документация производителей (пример, годы указаны условно):
5) Гордеев, М. А. Автоматизация технологических процессов и производств : учебник для вузов / М. А. Гордеев, Ю. Л. Сурков. – Москва : Инфра–Инженерия, 2023. – 332 с. : ил.
6) ГОСТ 2.701–2022. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Правила выполнения электрических схем.
7) ГОСТ 21.208–2020. Система проектной документации для строительства (СПДС). Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.
8) ГОСТ Р 15.201–2021. Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Продукция производственно–технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство. (Актуализированная версия ГОСТ 15.001–88).
9) Каталог продукции VEGA: датчики уровня, давления и точки росы. – 2023. – URL: https://www.vega.com (дата обращения: 01.06.2024).
10) Каталог продукции Yokogawa: средства и системы автоматизации. – 2023. – URL: https://www.yokogawa.com (дата обращения: 01.06.2024).

Весь текст будет доступен после покупки