Рисунок 1 – Технологическая схема процесса абсорбции сероуглерода
поз. 1 – сборник сероуглерода-сырца (фазоразделитель);
поз. 2 – абсорбционная колонна;
поз. 3 – сборник (ёмкость) жидких нефтепродуктов – керосина;
поз. 4 – брызгоотделитель (каплеотбойник);
поз. 5 – промежуточный холодильник, охлаждаемый оборотной водой;
поз. 6 – регулирующий клапан с электроприводом М;
поз. 7 – насос Н-1;
поз. 8 – электродвигатель насоса.
Работа технологической схемы процесса абсорбции сероуглерода (рис.1) подробно описана в [3]. Выполненный в [3] анализ особенностей функционирования процесса абсорбции сероуглерода (рис.1), а также характеристик и параметров используемого технологического оборудования, позволили получить схему информационных переменных основного технологического элемента процесса абсорбции сероуглерода – абсорбционной колонны (рис.2).
Рисунок 2 – Схема информационных переменных абсорбционной колонны
Основными управляемыми переменными абсорбционной колонны сероуглерода являются (рис.2): концентрация сероуглерода в насыщенном сероуглеродом абсорбенте ССН; давление в верхней части абсорбционной колонны РАК; уровень насыщенного сероуглеродом абсорбента в колонне hНА. Управляющие воздействия абсорбционной колонны сероуглерода (рис.2): расход абсорбента (керосина) GА – позволяет необходимым образом воздействовать на концентрацию сероуглерода в насыщенном сероуглеродом абсорбенте ССН; расход технологических газов из абсорбционной колонны GТГ – позволяет необходимым образом воздействовать на давление в верхней части абсорбционной колонны РАК; расход насыщенного сероуглеродом абсорбента GНА – позволяет необходимым образом воздействовать на уровень насыщенного сероуглеродом абсорбента в нижней части абсорбера hНА. Основные возмущающие воздействия, которые оказывают влияние на приведенные выше управляемые переменные (рис.3): расход реакционных газов GРГ и концентрация сероуглерода в реакционных газах ССР.
Выполненный анализ существующих систем автоматизации абсорбционной колонны сероуглерода выявил следующие существенные их недостатки: низкая эффективность одноконтурной САУ давлением и одноконтурной САУ уровнем в абсорбционной колонне; невозможность реализации обратной связи при управлении основной управляемой переменой – концентрацией сероуглерода в насыщенном абсорбенте из-за отсутствия необходимого датчика. Для устранения этих недостатков предложена концепция построения САУ абсорбционной колонной сероуглерода, схема реализации которой приведена на рисунке 3.
САУ концентрацией сероуглерода в насыщенном абсорбенте предлагается реализовать в виде следящей системы управления, которая изменяет расход абсорбента GА в абсорбционную колонну в соответствии (пропорционально) с расходом реакционных газов GРГ, подаваемых в колонну (рис.3). Для повышения точности управления САУ реализуется с использование комбинированного принципа управления с основным регулятором концентрации РК и компенсационным устройством по задающему воздействию (расходу реакционных газов) КУ1 (рис.3). Контроль управляемой переменной – расхода адсорбента и задающего воздействия – расхода реакционных газов осуществляется соответствующими датчиками: датчиком расхода абсорбента ДРА и датчиком расхода реакционных газов ДРР. Необходимое, в процессе управления, изменение расхода абсорбента осуществляется регулирующим органом – регулирующим клапаном абсорбента РК1, который приводится в движение исполнительным механизмом ИМ1 (электропривод регулирующего клапана).
САУ давлением в абсорбционной колонне сероуглерода для повышения точности управления реализуется с использованием принципа комбинированного управления, с основным регулятором давления РД и компенсационным устройством по основному возмущающему воздействию (расходу реакционных газов) КУ2 (рис.3). Контроль управляемой переменной – давления в абсорбционной колонне осуществляется датчиком давления ДД. Необходимое, в процессе управления, изменение расхода технологических газов GТГ осуществляется регулирующим органом – регулирующим клапаном реакционных газов РК2, который приводится в движение исполнительным механизмом ИМ2 (электропривод регулирующего клапана).
Рисунок 3 – Схема концепции построения САУ абсорбционной колонной
САУ уровнем насыщенного абсорбента в абсорбционной колонне сероуглерода для повышения точности управления реализуется с использованием принципа комбинированного управления, с основным регулятором уровня РУ и компенсационным устройством по основному возмущающему воздействию (расходу абсорбента) КУ3 (рис.3). Контроль управляемой переменной – уровня в абсорбционной колонне осуществляется датчиком уровня ДУ. Необходимое, в процессе управления, изменение расхода насыщенного сероуглеродом абсорбента GНА осуществляется регулирующим органом – наосом насыщенного абсорбента Н, который приводится в движение исполнительным механизмом – электродвигателем ЭД с преобразователем частоты ПЧ.
Для более полного описания функционирования САУ абсорбционной колонной сероуглерода, получена структурная схема комплекса технических средств, которая приведена на рисунке 4.
Исходя из структурной схемы комплекса технических средств (рис.4) в разработанной САУ абсорбционной колонной существует три уровня иерархии:
- нижний уровень – уровень технологических датчиков и исполнительных механизмов, в который входят подключаемые к аналоговым входам программируемого логического контроллера (ПЛК) датчики – датчик расхода реакционных газов, датчик расхода абсорбента, датчик давления в абсорбционной колонне, датчик уровня насыщенного абсорбента, а также подключаемые к аналоговым выходам ПЛК исполнительные механизмы – электропривод регулирующего клапана абсорбента, электропривод регулирующего клапана технологических газов, преобразователь частоты насоса насыщенного абсорбента;
- средний уровень – уровень устройств управления, функции которого в разрабатываемой САУ выполняет программируемый логический контроллер;
- третий уровень – уровень человеко-машинного интерфейса, функции которого в разрабатываемой САУ реализует панель оператора.
Рисунок 4 – Структурная схема комплекса технических средств САУ
На основании полученных выше схем – схемы концепции построения САУ (рис.3) и схемы комплекса технических средств САУ (рис.4) разработана функциональная схема системы автоматического управления абсорбционной колонной сероуглерода, которая приведена на рисунке 5.
Подключение технологических датчиков – датчика расхода реакционных газов FЕ(1-1), датчика расхода абсорбента FЕ(1-2), датчика давления в абсорбционной колонне РЕ(2-1) и датчика уровня насыщенного абсорбента LЕ(3-1) в систему автоматического управления осуществляется через аналоговые входы AI ПЛК (рис.5).
Подключение исполнительных механизмов – электропривода регулирующего клапана абсорбента FNC (1-3), электропривода регулирующего клапана технологических газов FNC (2-2), преобразователя частоты насоса насыщенного абсорбента FNC (3-2) в систему автоматического управления осуществляется через аналоговые выходы АО ПЛК (рис.5).
Функции управления и компенсации задающего воздействия (С) в САУ абсорбционной колонной сероуглерода реализуются программно в ПЛК, необходимые функции сигнализации (А), индикации (I) и регистрации (R) основных переменных – реализуются совместно программным обеспечением ПЛК, а также сенсорной панелью оператора, выполняющей функции человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) в САУ (рис.5).
Необходимые информационные функции системы автоматического управления абсорбционной колонной сероуглерода реализуются специализированным программным обеспечением ПЛК и панели оператора при использовании возможностей современных телекоммуникационных сетей.
Рисунок 5 – Функциональная схема САУ абсорбционной колонной сероуглерода
Таким образом, в работе предложена концепция построения системы автоматического управления абсорбционной колонной сероуглерода. На основании выполненного анализа существующих систем автоматизации и используемых в настоящее время принципов построения систем автоматического управления, было принято решение об использовании комбинированного принципа управления для всех управляемых переменных абсорбционной колонны сероуглерода, как наиболее подходящей для решения поставленной задачи автоматизации рассматриваемого объекта. Получена структурная схема комплекса технических средств и функциональная схема системы автоматического управления абсорбционной колонной сероуглерода.
Перечень ссылок
- Бесков, B.C. Общая химическая технология / B.C. Бесков – М.: Академкнига, 2006. – 452 с.
- Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. – М.: Изд-во АльянС, 2005. – 753 с.
- Берлов, В. О. Анализ абсорбционной колонны сероуглерода как объекта управления / В. О. Берлов, В. А. Попов, Р. В. Федюн // Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых : сборник научных трудов ХХIII международной научно-технической конференции аспирантов и студентов в г. Донецке 23-25 мая 2023 г. - Донецк : ДонНТУ, 2023. – С.80 – 84.