Разработка фрагмента информационной системы управления

 

1. Аналитический раздел

1. Общая характеристика предметной области

 

Цех № 10 на ОАО «Невинномысский Азот» предназначен для регенерации метанола и винилацетата в производстве поливинилового спирта (ПВС) и метилацетата.

Техническое наименование производимой продукции – метилацетат.

Основные показатели цеха:

• год ввода в эксплуатацию – 1980;
• проектная и достигнутая мощность цеха –  10000 тыс.т/год;
• количество часов работы в году – 8000.

Процесс получения  и выделения метилацетата ведется  в одной колонне поз.580 (число тарелок 57 шт.). Колонна условно состоит из четырех секций, разделенных местами ввода уксусной кислоты (тарелки 47, 49, 51), серной кислоты (тарелки 33, 39) и метанола (тарелки 17,19, 21).

Нижняя первая секция – от куба до 17, 19, 21 тарелки  служит для отгона метанола от реакционной воды. В этой секции также завершается конверсия уксусной кислоты в метилацетат.

Вторая секция – от места ввода метанола до места ввода катализатора – серной кислоты (33, 39 тарелки) является реакционной. В этой секции стекающая вниз уксусная кислота в жидкой фазе в присутствии катализатора реагирует с метанолом, который поднимается вверх в виде паров. При этом в верхней части реакционной секции реакция осуществляется при значительном избытке уксусной кислоты, а в нижней части – при значительном избытке метанола, что позволяет достичь практически 100% конверсии по каждому реагенту.

Третья секция – от места ввода серной кислоты  до места ввода уксусной кислоты (47, 49, 51 тарелки) служит для экстракции воды уксусной кислотой. В этой секции осуществляется процесс экстрактивной ректификации. Метилацетат образует азеотроп с водой (3,1% мас. воды, температура кипения 55,6 ⁰С).

Уксусная кислота  экстрагирует воду, разрушая при этом азеотроп. В результате с верха  колонны выходит метилацетат, практически не содержащий воду.

Четвертая секция – от места ввода уксусной кислоты  до верха (с 47 по 57 тарелки) служит для  очистки метилацетата от уксусной кислоты.

Технический метанол  из емкости поз.18 корп.854-855 принимается  в приемник поз.621, откуда насосом поз.622/1-2 через подогреватель поз.623 обогреваемый конденсатом из коллектора обогрева шкафов КИПиА, с температурой до 65 ⁰С подается на одну из тарелок (17, 19, 21) колонны поз.580. При давлении в трубопроводе метанола после подогревателя поз.623 0,5 МПа (5 кгс/см²) закрывается отсечной клапан, смонтированный на линии подачи конденсата в подогреватель поз.623.

Уксусная кислота  принимается из емкости поз.28, 32 корп.854-855 в приемник поз.668, оборудованный "решофером", куда подается конденсат из коллектора обогрева шкафов КИПиА.

Из приемника  поз.668 насосом поз.669/1-2 уксусная кислота  через подогреватель поз.650, обогреваемый паром Р = 0,5 МПа (5 кгс/см²), с температурой до 80 ⁰С подается на одну из тарелок (47, 49, 51) колонны поз.580. При давлении в трубопроводе уксусной кислоты после подогревателя поз.650 0,39 МПа (3,9 кгс/см²) закрывается отсечной клапан, смонтированный на линии подачи пара в подогреватель поз.650.

Серная кислота  из цеха № 15 группы цехов по производству карбамида, СМУ, ФК и ФС периодически принимается в приемник поз.733, обогреваемый конденсатом из коллектора обогрева шкафов КИП, подаваемым в рубашку. Из приемника поз.733 серная кислота насосом поз.732/1-4 через фильтр поз.733а подается в напорный бак поз.737, откуда часть серной кислоты самотеком через фильтр поз.737а/1-2 с температурой до 100 ⁰С подается на 33 или 39 тарелку колонны поз.580, а часть по линии перелива поступает в приемник поз.733.

Температурный режим в колонне поз.580 поддерживается за счет выносного кипятильника поз.583, обогреваемого паром Р = 0,5 МПа (5 кгс/см²).

Пары метилацетата с верха колонны поз.580 с температурой 50÷60 ⁰С поступают в межтрубное пространство дефлегматора поз.584, охлаждаемого оборотной водой, где конденсируются. Не сконденсировавшиеся в дефлегматоре поз.584 пары поступают в обратный холодильник поз.586, охлаждаемый рассолом. Конденсат из дефлегматора поз.584 и обратного холодильника поз.586 сливается в приемник поз.585, откуда насосом поз.587/1-2 подается на орошение колонны поз.580 в виде флегмы и, в зависимости от анализа, через холодильник поз.588, охлаждаемый оборотной водой:

- в приемник  товарного метилацетата поз.648/1-3;

- в приемник  несоответствующего требованиям  ТУ метилацетата поз.560.

Схемой предусмотрена  возможность подачи метилацетата из приемника поз.585 насосом поз.587/1-2 (в зависимости от анализа и при пуске колонны) в линию подачи метанола, до подогревателя поз.623, в колонну поз.580.

Несоответствующий требованиям ТУ метилацетат из приемника  поз.560 насосом поз.563/1-2 может подаваться в емкость поз.31 (корп.854) или в колонну поз.580 на 29 или 21 тарелку при пуске или при работе колонны – на переработку.

Для нейтрализации  серной кислоты и не прореагировавшей уксусной кислоты на 5-ю тарелку  или в кубовую часть колонны поз.580 подается раствор щелочи (20÷25%) из растворителя поз.458 или приемника поз.685 насосом поз.459/1-2 с температурой до 60 ⁰С.

При пуске колонны  поз.580 на 5-ю тарелку предусмотрена  подача обессоленной воды из коллектора.

Кубовая жидкость колонны поз.580 с температурой 100÷118 ⁰С через трубное пространство холодильника поз.581, охлаждаемого оборотной водой, поступает в приемник поз.590, оборудованный наружным змеевиком, откуда, в зависимости от анализа на рН, насосом поз.591/1-2 подается на дополнительную нейтрализацию 20÷25% раствором щелочи в нейтрализатор поз.670 или самотеком сливается в железобетонный резервуар Р-I и далее в оргзагрязненную канализацию.

Предусмотрена подача раствора щелочи в приемник поз.590, а также циркуляция кубовой  жидкости в приемнике поз.590 насосом поз.591/1-2.

Из нейтрализатора поз.670 кубовая жидкость самотеком  сливается в железобетонный резервуар  Р-I и далее в оргзагрязненную канализацию.

При давлении в  кубе колонны поз.580 0,065 МПа (0,65 кгс/см²) автоматически закрывается отсечной клапан на линии подачи пара в кипятильник поз.583 и обогрев колонны поз.580 прекращается.

Товарный метилацетат  из приемников поз.648/1-2 самотеком сливается  в приемник поз.750/2 или, по временной  схеме, через фильтр поз. 754 в железнодорожную  цистерну, подаваемую под эстакаду сливо-наливного фронта узла приема щелочи, либо насосом поз.519/1-2 из приемников поз.648/1-2, 750/2 подается в отделение ТБХ ПХТНП или, по тому же трубопроводу, в хранилища склада ЛВЖ цеха № 12.

Предусмотрена возможность подачи метилацетата на наполнение автоцистерны, подаваемой под сливо-наливную эстакаду цеха № 10 (корп-854), из приемников поз.750/2, 648/1-2 насосом поз.519/1-2 или, по временной схеме, из железнодорожной цистерны, установленной под эстакадой сливо-наливного фронта узла приема щелочи насосом поз.602/1-2.

Все трубопроводы уксусной кислоты, раствора щелочи, обессоленной воды оборудованы пароспутниками.

Отработанные  пробы сливаются в приемник поз.675.

С целью исключения оседания ацетата и сульфата натрия на тарелках кубовой части колонны и в трубках кипятильника поз.583 на 5-ю тарелку колонны предусмотрена подача конденсата из коллектора обогрева шкафов КИПиА.

2. Технологический процесс как информационный объект

В процессе производства метилацетата производится регистрация температуры и давления и контроль уровня, а также управление с помощью регулирующих органов по этим параметрам.

Измерение температуры  производится на следующих участках процесса:

• температура в ректификационной колонне;
• температура конденсата;
• температура флегмы;
• температура дистиллята;
• температура в приёмниках.

Сигнал с  датчиков температуры поступает  через преобразователь и контроллер в ЭВМ верхнего уровня, где производится отображение, регистрация величины, а также (в случае управления) выработка управляющего сигнала, поступающего через преобразователь на регулирующий орган. Регулирование может осуществляться и локально – контроллером.

Отображение и регистрация  при измерении давления производится аналогично отображению, регистрации  и регулированию при измерении температуры.

Отображение, регистрация  и регулирование при измерении  уровня производится аналогично отображению, регистрации и регулированию при измерении температуры и давления.

Полученные  значения давления, температуры и  уровня отображаются, регистрируются и сигнализируются на ЦПУ, который представляет собой ЭВМ с установленной SCADA-системой. ЭВМ соединяется с датчиками нижнего уровня с помощью устройств сопряжения с объектами (УСО). При этом в качестве интерфейса передачи цифрового сигнала на ЭВМ верхнего уровня используется интерфейс RS-485.

1.3 Анализ уровня  автоматизации информационных процессов

В ОАО «Невинномысский Азот»  внедрена и находится в эксплуатации с 1985 года автоматизированная система оперативного диспетчерского управления и учета (АСОДУ).

Система предназначена  для сбора из подразделений ОАО  «Невинномысский Азот», обработки и передачи оперативной технологической и учетной информации пользователям. Информационными источниками являются технологические и вспомогательные цеха ОАО «Невинномысский Азот». Потребители информации — руководители подразделений, структурные подразделения заводоуправления, оперативный цеховой персонал.

АСОДУ построена на базе комплекса технических средств  телемеханики ТМ-310, разработанного в 1979 году. Он представляет собой совокупность контролируемых пунктов (КП, 18 шт.), установленных в цехах ОАО; пункта управления КП (ПУ) и системы технических средств на базе персональных компьютеров и серверов, объединенных в локальную сеть.

В настоящий момент система  производит сбор и обработку 1500 параметров о состоянии технологических и энергетических потоков в ОАО, которые, в свою очередь, обрабатываются и передаются 42 потребителям информации. Информация о состоянии параметров накапливается и хранится, начиная с момента внедрения персональных компьютеров в управление АСОДУ (с 1993 года) и предоставляется по требованию пользователей.

На основе информации, представляемой АСОДУ, ведется оперативный учет выработки и потребления энергоресурсов подразделениями ОАО, принимаются оперативные решения по управлению предприятием. Структурная схема ежедневной деятельности производственного учета приведена на рисунке 1.2, где СПУиА — это сектор планирования, учета и анализа в производственном отделе.

В настоящее  время перед системами оперативного управления предприятием ставятся задачи учета основных режимных показателей, пробега оборудования цехов, управления оперативным персоналом подразделений и цехов, планирования ремонтов и т.д. Эти задачи не могут выполняться по объективным причинам существующей АСОДУ. Создание на базе существующей АСОДУ новой системы АСОДУ-MES позволит сохранить существующую функциональность и выполнять все перечисленные задачи, которые заложены в техническом задании на проектируемую систему.

 

Рисунок 1.2 — Структурная схема ежедневной деятельности производственного учета

Архитектура системы  реализована на иерархическом многоуровневом принципе. Принимается 4-х уровневая  иерархическая архитектура АСОДУ-MES сбора и обработки и предоставления информации.

Level 1 — Уровень  датчиков и исполнительных механизмов.

На уровне датчиков и исполнительных механизмов используется имеющееся в настоящее время  оборудование. Так как условия  работы оборудования (вне помещений, в обогреваемых шкафах различного состояния и т.д.) связаны с температурными перепадами и другими осложнениями — то для обеспечения требуемой надежности необходимо обеспечить избыточность по датчикам и специальных методов контроля состояния по исполнительным механизмам.

Level 2 — Уровень АСУТП и КП.

В настоящее  время около половины цехов, оснащенных АСУТП, подключены к корпоративной  локальной вычислительной сети (КЛВС). Информация о хозрасчетных материальных потоках передается в базу данных на сервер АСОДУ с периодичностью 2 раза в минуту. В цехах, не оснащенных АСУТП, установлены контрольные пункты (КП) на базе устаревшего оборудования ТМ-310. Опрос КП осуществляется по выделенным медным линиям связи головным устройством ПУ ТМ-310 и после преобразования, информация также поступает в базу данных на сервер. Имеется несколько АСУ, также подключенный к АСОДУ: внутризаводские — КАСУО, КТС «Энергия», КТС «Телемеханика» (информация о межцеховых потоках пара и воды), внешние — КТС ГРЭС (информация о парах из ГРЭС) и КТС АГРС «Исток» (информация о природном газе от поставщика ЛПУМГ).

На уровне АСУТП  и КП обеспечение надежности осуществляется за счет применения схем резервирования или дублирования критичных узлов, подсистем или модулей.

Надежность  АСУТП определяется принятыми ранее  техническими решениями. Для целей АСОДУ-MES каналы передачи информации из АСУТП могут быть задублированы как аппаратно, так и программно.

Level 3 — Уровень  ИАСУ цеха, производства.