АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

AUTOMATION OF THE GAS MIXTURE PREPARATION PROCESS CONTROL SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF HIGH-PRESSURE POLYETHYLENE

Beksultan Satangulov

student, Department of Automation Systems and Process Control, Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

Valery Kuzmin

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Assoc. Kazan National Research Technological University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

Целью работы является разработка автоматизированной системы управления процесса подготовки газовой смеси производства полиэтилена высокого давления (ПВД).

В ходе работы было проведено: изучение технологического процесса подготовки газовой смеси производства ПВД; разработка функциональной схемы автоматизации, структурная схема системы управления. Для осуществления функций контроля, регулирования и управления, был проведен выбор технических средств автоматизации и контроллерного оборудования. Кроме того, примерная экономическая реализация проекта.

ABSTRACT

The aim of the work is to develop an automated control system for the process of preparing a gas mixture for the production of high-pressure polyethylene (LDPE).

In the course of the work, the following was carried out: the study of the technological process of preparing a gas mixture for the production of LDPE; the development of a functional automation scheme, a block diagram of the control system. To perform the functions of control, regulation and management, a selection of automation equipment and controller equipment was carried out. In addition, the approximate economic implementation of the project.

Ключевые слова: полэтилен.

Keywords: polyethylene.

Рисунок 1. Технологическая схема процесса ПВД

1 – смеситель НД, 2 – шестиступенчатый компрессор, 3 – холодильники , 4 – сепаратор , 5 – холодильник типа труба в трубе, 6 – смеситель ВД, 7 – двухступенчатый компрессор, 8 – холодильник типа труба в трубе, 9 – сепаратор, 10 – фильтр.

Технологический процесс подготовки газовой смеси производства ПВД схематично представленной на рисунке 1, включает две стадии: смешение этилена с кислородом и возвратным газом и сжатия газовой смеси. Свежий этилен из газгольдера поступает в смеситель 1, в котором смешивается с кислородом и возвратным этиленом низкого давления (НД). Далее этилен сжимается до 25 МПа (250 кгс/см²) в шести ступенчатом компрессоре 2. После каждой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильниках 3 и 5, отделяется от смазки в сепараторах 4, а затем поступает в смеситель 6, где смешивается с возвратным этиленом ВД. Из смесителя этилен ВД подается в двухступенчатый компрессор 7, в котором сжимается до 150 МПа (1500 кгс/см²). После первой ступени сжатия этилен охлаждается в холодильнике 8, очищается от смазки в сепараторе 9, а после при температуре 70ºС (без охлаждения) через фильтр 10 и огнепреградитель 11 поступает в трубчатый реактор 12 для полимеризаций.

Основными технологическими параметрами, подлежащими контролю, регулированию, защите, сигнализации и блокировке являются:

• Давление в смесителях НД 25 МПа и ВД 150 МПа;
• Температура газовой смеси от 10 – 45 °C;
• Расход подачи газовой смеси от 0,5 – 20 т/ч;
• Уровни в сепараторах;
• Антипампаж в компрессорах 26 МПа и 151 МПа.

Рисунок 2. Структурная схема АСУТП

Для автоматизации данного технологического процесса предлагается АСУТП схематично представленная на рисунке №2. В качестве централизованных звеньев системы управления предлагается использовать контроллеры от фирмы Siemens модели Simatic S7-400H и Simatic S7-400FH.

1-ое из них предназначена для выполнения функции РСУ, а 2-ая для выполнения функции ПАЗ.

Достоинства:

SIMATIC S7-400H

• Программируемые контроллеры с резервированной структурой, обеспечивающие высокую надежность функционирования системы управления.
• Резервирование всех основных функций на уровне операционной системы центральных процессоров.
• Высокий коэффициент готовности, обеспечиваемый применением переключаемых конфигураций системы ввода-вывода.
• Возможность использования стандартных конфигураций систем ввода-вывода.
• Горячее резервирование: автоматическое безударное переключение на резервный блок в случае отказа ведущего бока.
• Конфигурации на основе двух стандартных или одной специализированной монтажной стойки.
• Использование резервированных сетей PROFIBUS DP для повышения надежности функционирования системы распределенного ввода-вывода.

SIMATIC S7-400FH

• Построение систем автоматики безопасности и противоаварийной защиты (систем ПАЗ).
• Использование обычных или резервированных структур ввода-вывода, повышающих надежность функционирования системы управления.
• Снижение затрат на монтаж цепей ввода-вывода автоматики безопасности. Применение высоко надежной связи через PROFIBUS DP или PROFINET IO с использованием профиля PROFISafe.
• Использование базовых компонентов S7-400H, станций распределенного ввода-вывода ET 200M с F-модулями, а также станций ET 200S PROFIsafe, ET 200pro PROFIsafe, ET 200eco PROFIsafe.
• Возможность применения смешанных структур ввода-вывода, включающих в свой состав стандартные модули, F-модули и модули PROFIsafe.

В качестве технологических средств контроля полевого уровня в систему включены датчики от фирм:

• Yokogawa (давление и расход);
• УРАЛТЕПЛОРЕСУРС (температура);
• FineTek (уровень).

В качестве исполнительных устройств регулирования используются:

• ЗАО «ДС схема Контролз» (запорно-регулирующая арматура);
• Fisher ( антипампажный клапан).

со встроенными электропневматическими исполнительными механизмами:

Информационная взаимодействие между средствами полевого уровня и контроллером предлагается осуществлять с КВВНГ(A) – LS 4-1,0.

На верхнем уровне в предлагаемой системе задействованы компьютеры от фирмы 5S Group модели RMatic – R 411 с операционной системой Windows.

Взаимодействие между контролерами и верхнего уровня предлагается осуществлять c Industrial Ethernet.

На реализацию данной системы понадобится около 1 479 150 000 млрд. руб., которые окупятся за 11 лет.

Список литературы:

1. [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.siemens-pro.ru/components/s7-400.htm (дата обращения 14.05.2021)