Автоматизация процесса получения диоксида титана

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация

1. Введение ........................................

2. Технология производства:

2.1 Описание технологического процесса ............

2.2 Технико-экономическое обоснование проектируемой

схемы автоматизации ...............................

2.2.1 Обоснование выбора параметров,подлежащих

контролю и регулированию ...........................

3. Построение математической модели и оптимизация

технологического процесса:

3.1 Выбор критериев оптимальности ................

3.2 Формализация технологического процесса .......

3.3 Блок схема алгоритма решения .......

3.4 Постановка задачи оптимального управления ....

3.5 Выбор метода поиска экстремума ...............

3.6 Описание и блок-схема алгоритма пробных шагов .

4. Описание нестандартных средств автоматизации ....

5. Экспериментальная часть:

5.1 Планирование и подготовка эксперимента .......

5.2 Проведение эксперимента ......................

6. Расчетная часть:

6.1 Аппроксимация переходных процессов ...........

6.2 Проверка аппроксимации переходных процессов ..

6.3 Расчет оптимальных настроек регулятора для

одноконтурной АСР ..................................

6.4 Расчет оптимальных настроек регулятора для

каскадной АСР ......................................

6.5 Расчет настроек регулятора комбинированной АСР .

6.6 Моделирование переходных процессов ...........

6.7 Анализ качества переходных процессов в

различных АСР ......................................

6.8 Реализация АСР ...............................

7. Описание монтажа средств автоматизации:

7.1 Общие сведения к монтажу первичных

преобразователей ...................................

7.2 Монтаж преобразователей ......................

7.3 Монтаж исполнительных механизмов .............

7.4 Порядок установки и монтажа Ремиконта Р-130 ...

8. Охрана труда и техника безопасности:

8.1 Охрана труда в России ........................

8.2 Свойства используемых и получаемых веществ ...

8.3 Классификация производства ...................

8.4 Санитарно-технические мероприятия ............

8.5 Мероприятия по технике безопасности ..........

8.6 Противопожарные мероприятия ..................

8.7 Расчет молниезащиты цеха .....................

9. Расчет технико-экономических показателей

производства .......................................

9.1 Выбор и обоснование дефективной стадии и цель

автоматизации на уровне стадии .....................

9.2 Оценка фактических и желаемых результатов ....

9.3 Расчет производственной мощности .............

9.4 Расчет инвестиции на автоматизацию ...........

9.5 Расчет изменения текущих затрат ..............

9.6 Определение срока окупаемости ................

10. Список используемой литературы .................

ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Охрана туда в России:

Забота о создании безопасных и здоровых условий труда всегда находилась и находится в центре внимания и правительства и профсоюзов.

В статье 42 Конституции Российской Федерации закреплено неотъемлемое право российских граждан на охрану здоровья, а в статье 21 записано: “Государство заботится об улучшении условий и охране труда, его научной организации, о сокращении, а в дальнейшем вытеснении тяжелого физического труда на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов во всех отраслях народного хозяйства.”

Охрана труда рассматривается как одно из важнейших социально-экономических, санитарно-гигиенических и экономических предприятий, направленных на обеспечение безопасных и здоровых условий труда.

Возможность создания безопасных и здоровых условий труда заложена в широком использовании достижений науки и техники. Кроме того, разработаны и введены в действие многочисленные правила техники безопасности, санитарии, нормы и правила, соблюдение которых обеспечивают безопасность труда. Ответственность за состояние охраны труда несёт администрация предприятий, организаций, учреждений.

В обеспечении здоровых и безопасных условий труда непосредственное участие принимают сами трудящиеся и профсоюзы. Администрация предприятий обязана обеспечивать надлежащее техническое оснащение всех рабочих мест и создавать на них условия работы, соответствующие правилам охраны труда, технике безопасности, санитарным нормам.

Новые возможности для улучшения условий и охраны труда на производстве представляет Закон Российской Федерации о трудовых коллективах и повышении их роли в управлении предприятиями, учреждениями, организациями. В нём четко определены полномочия трудовых коллективов в решении этих вопросов.

В соответствии со ст.105 Основ и ст. 249 КЗоТ Должностные лица, виновные в нарушении законодательства о труде и правил охраны труда, в невыполнении обязательств, включённых в коллективный договор и соглашения по охране труда, или в воспрепядствии деятельности профессиональных союзов, несут ответственность в порядке, установленным Российским законодательством. Должностные лица за указанные нарушения привлекаются к дисциплинарной, административной, уголовной ответственности (ст.249 КЗоТ).

Свойства используемых и получаемых веществ:

В процессе фильтрации воды от примесей “Ca” и “Мg” в фильтрах используются следующие вещества, это:

- химически чистая серная кислота, содержащая около 98% H₂SO₄

- едкий натр NaOH, белое непрозрачное, очень гигроскопичное вещество.

ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны:

Реагенты подвозят к цеху в цистернах, а затем перекачивают насосами в соответствующие ёмкости. В связи с этим в цехе проводятся следующие мероприятия по технике безопасности.

Мероприятия по технике безопасности:

Концентрированная серная кислота, растворы едкого натра Хранятся в стальных емкостях, которые имеют чёткие надписи с названием реагента. Эти ёмкости сообщаются с атмосферой посредством воздушников и имеют указатели уровня и переливные трубы. Слив кислоты и щелочи из железнодорожных цистерн производится через верхнее разгрузочное устройство с помощью вакуумных насосов.

Также должны выполнятся и следующие требования к оборудованию, т.е. все горячие части оборудования, трубопроводы, прикосновение к которым может вызвать ожоги, должны иметь тепловую изоляцию. Трубопроводы агрессивных сред должны быть герметичны. Элементы оборудования, арматура и приборы, требующие периодического осмотра, необходимо располагать в местах, удобных для обслуживания. Все пусковые устройства и арматура пронумерована и имеют надписи в соответствии с технологической схемой.

Рабочий персонал, обслуживающий данное производство снабжается спецодеждой (костюм, ботинки, сапоги, рукавицы, защитная каска, мыло). Кроме того на рабочем месте должны присутствовать индивидуальные средства защиты, это защитный фартук, противогаз марки В, БКФ.

При попадании кислоты на одежду её необходимо смыть обильной струёй воды, нейтрализовать 2-3% раствором соды и снова промыть. При попадании щелочи на одежду или на тело следует промыть водой, нейтрализовать 1% раствором уксусной кислоты и снова промыть водой.

Предложенный в данном дипломном проекте процесс нейтрализации кислых стоков обслуживается электрослесарями цеха АСУ. Они следят за ходом автоматизации данного технологического процесса, а также ими осуществляется наладка и ремонт оборудования, технологических защит, сигнализации и контрольно-измерительных приборов. Поэтому следует обращать внимание на правила техники безопасности при работе под напряжением до 1000V в щитовых установках КиП.

Для обеспечения электробезопасности применяют следующие технические способы и средства: защитное заземление, зануление, защитное отключение, изоляция токоведущих частей, оградительные устройства, блокировка, знаки безопасности, предупредительные плакаты, элекрозащитные средства.

При работе в действующих электроустановках пользуются основными и дополнительными защитными средствами. Основными являются изолирующие защитные средства, способные надежно выдерживать рабочее напряжение электроустановки. Это оперативные штанги, токоизмерительные клещи, диэлектрические перчатки, инструмент с изолирующими ручками и указатели напряжения.

Дополнительными являются изолирующие защитные средства, не рассчитанные на напряжение электроустановки и самостоятельно не обеспечивающие безопасность персонала. Поэтому эти средства применяют вместе с основными в виде дополнительной меры защиты. К ним относятся диэлектрические галоши, коврики, а также изолирующие подставки.

Все приборы, аппараты и приспособления, применяемые в качестве защитных средств, должны быть только заводского исполнения, выполненные и испытанные в соответствии с действующими нормативно-техническими документами.

Для обеспечения безопасности работ в действующих электроустановках выполняют целый комплекс организационных мероприятий:

- организуют инструктаж и обучение безопасным методам труда, проверку знаний правил техники безопасности и инструкций; допуск к проведению работ оформляется заполнением соответствующего наряда; работы должны проводится под контролем ответственного лица.

Технические мероприятия должны предусматривать:

- отключение установки от источника напряжения, снятие предохранителей и другие мероприятия, обеспечивающие невозможность ошибочной подачи напряжения к месту работы;

- установку знаков безопасности и ограждение остающихся под напряжением токоведущих частей, рабочих мест и др.

Запрещается наступать на оборванные, свешивающиеся или лежащие на земле, полу провода. При опасности возникновения несчастного случая необходимо принять меры по его предупреждению:

- остановить механизм, снять напряжение, оградить опасную зону, вывесить предупредительные плакаты. При возникновении несчастного случая следует немедленно приступить к оказанию пострадавшему первой врачебной помощи, сообщить о несчастном случае руководству и вызвать скорую медицинскую помощь.

Следует соблюдать правила личной гигиены:

- не хранить одежду на рабочем месте

- не одеваться и не раздеваться на рабочем месте

- не принимать пищу на рабочем месте.

Противопожарные мероприятия:

Все помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на 5 категорий: А, Б, В, Г, Д. Помещение химводоочистки относится к категории “Д”, т.е. это помещение в котором обращаются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

Всякий пожар легче всего ликвидировать в его начальной стадии, приняв меры к локализации очага, чтобы предотвратить увеличение площади горения. Успех быстрой локализации и ликвидации пожара в его начальной стадии зависит от использования соответствующих огнетушащих средств, наличие средств пожарной связи и сигнализации для вызова пожарной помощи. Кроме того каждый работающий должен уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения и приводить в действие автоматические и ручные огнетушащие установки.

В целях ликвидации очагов пожара в цехе используются следующие средства пожаротушения:

- внутренний пожарный кран. Он снабжается рукавом, диаметр которого 50мм, длина 20м. В помещении имеется два пожарных крана

- огнетушители химические пенные типа ОХП-10

- в щитовой КИП используются порошковые огнетушптели типа ОПУ-2 (2шт.) и песок.

С целью своевременного оповещения о возникновении пожара действует система пожарной связи и оповещения. В данном случае это телефонная связь. На телефонном аппарате закреплена табличка с указанием номера телефона для вызова пожарной охраны.

Расчет молниезащиты цеха:

Молниезащита - это комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от ударов молнии.

Выбор защиты зависит от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.

Здания защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами. Молниеотводы состоят из молниеприемников и заземлителей. Они могут быть отдельностоящими или устанавливаться непосредственно на здании или сооружении. По типу молниеприемника их подразделяют на стержневые, тросовые и комбинированные. В зависимости от числа действующих на одном сооружении молниеотводов, их подразделяют на одиночные, двойные и многократные. В данном разделе рассчитан одиночный стержневой молниеотвод, имеющий зону защиты в виде конуса.

h h₀

h_x R_x

R₀

Наибольшая высота h молниеотвода не должна превышать 150м. Соотношение размеров зоны защиты типа “Б” следующее:

- h₀ = 0.92h

- R₀ = 1.5h

- R_x = 1.5(h - (h_x/0.92))

При известной высоте защищаемого объекта - h_x (она равна 10 метрам) рассчитывается радиус зоны защиты на этой высоте R_x по закону подобия треугольников:

подставляя в данное выражения соответствующие значения получим:

получается, что R_x = 16м. Тогда полная высота молниеприемника для зоны “Б” будет равна:

h = (R_x + 1.63h_x)/1.5 = (16 + 1.63*10)/15 = 21.5(м)

Т.к. полная длина здания равна 70 метрам, то следовательно на крыше здания будут располагаться два молниеотвода.

Классификация производства

Производство цеха ХВО-2 не связано с применением оборудования, работающего под давлением, и применением взрывоопасных веществ. в производстве применяются серная кислота и едкий натр. При работе с ними необходимо тщательно предохранять кожу лица, рук, т.к. главным образом эти вещества наносят ожоги.

Степень огнестойкости корпуса цеха 3 класса.

Промплощадка ТЭЦ-2 размещается с ветреной стороны по отношению к селитебной части города. Город находится на расстоянии 4 км. от предприятия, хотя по санитарным нормам СН 245-71 min санитарно-защитная зона должна быть на расстоянии 1000м. от селитебной части города. Санитарно-защитную зону или ее части нельзя использовать для расширения территории предприятия. Для ограничения распространения пожара по территории предприятия необходимо соблюдать определенные расстояния между зданиями. За основу принята степень огнестойкости зданий и категория производства по взрывопожарной и пожарной опасности. Для здания 3-ей степени огнестойкости расстояние необходимо соблюдать до 12, 15, 18 метров. Минимальное расстояние от зданий и сооружений до открытых складов, а также между самими складами принимается в пределах 6-42 метров.

Санитарно-технические мероприятия

Т.к. в процессе работы цеха никаких выбросов вредных веществ не происходит, поэтому используется естественная вентиляция. Воздух перемещается под влиянием естественных факторов: теплового напора или действия ветра.

Бытовые помещения расположены в помещении цеха химводоочистки на 2,3 этажах. На 2-ом этаже расположена гардеробная для мужского персонала, на 3-м для женского. В каждойгардеробной имеется по одной уборной, с одним унитазом, имеется место для сушки волос. Предусмотрены шкафы для чистой и грязной одежды. В нижней и верхней частиотделений шкафа имеются отверстия для проветривания. Шкафы расставлены на расстоянии между лицевыми сторонами 1.4 метра. В каждой гардеробной имеются душевые. Душевые оборудованы кабинами с 2-х сторон. Они отделяются перегородками, высотой 2 метра.

1.ВВЕДЕНИЕ

Известно, что ввод в экслуатацию систем управления современными сложными технологическими процессами, как правило, занимают относительно много времени, требуя для своего выполнения специальных бригад квалифицированного пуско-наладочного персонала. И несмотря на это, как свидетельствует опыт, в большинстве случаев принятые в эксплуатацию системы управления оказываются настроенными далеко не оптимальным образом, что влечёт за собой соответствующие (обычно скрытые, поскольку они специально не регистрируются) экономические потери, а также сократить сроки ввода систем управления в действие.

В процессе эксплуатации водоподготовительной обессоливающей установки ХВО-2 (химводоочистка) возникает необходимость в сбросе сточных вод, образующихся в результате регенерационных циклов водород-катионитовых и анионитовых фильтров, достигающих по количеству до 50% от производительности ВПУ

(водоподготовительной установки). В результате регенераций Н-катионитовых фильтров раствором серной кислоты образуются кислые стоки с “рН” ниже 6.5, а при регенерации анионитовых фильтров раствором едкого натра образуются щелочные стоки (рН=8.5).

По природоохранным нормам сточные воды должны удовлетворять требованиям нейтральной Среды, т.е. соответствовать рН=6.5-8.5. Процесс нейтрализации сточных вод до заданных величин не простой, требующий значительных затрат. Для удовлетворения таких жестких требований на ХВО-2 выполнена схема узла нейтрализации сточных вод с автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП).

9.РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА.

C целью уменьшения затрат на сырье, из технологических параметров в качестве объектов автоматизации выбираем ведущие (рисунок 9.1)

Fc Fг.п.

Вг.п.

Wc Wc₁

рис.9.1 Выбор ведущих параметров.

где:

Fc-расход сырья (щелочи)

Wc-процентное содержание щелочи в растворе

Вг.п.-выход щелочных стоков

Fг.п.-расход щелочных стоков

Wc₁-процентное содержание щелочи в растворе

В ранее существующей схеме подачи щелочных стоков на регенерацию фильтров (затем вся отработанная щелочь идет на нейтрализацию) предусматривалось ручное открытие задвижки РЩ с мерников щелочи NaOН (рисунок 9.2). Степень открытия клапана щелочи оператором определяется

произвольно и зависит от его опыта и практических навыков ведения данного технологического процесса.

Вода

NaOH NaOH

эжектор конц.NaOH=3%

на

регенерацию

РЩ

QIR

РЕМИКОНТ Р-130

ПЭВМ

рис9.2.Схема подачи щелочных стоков на регенерацию.

Концентрация щелочи в мерниках составляет 40-50%. Согласно технологическому регламенту

процентное содержание щелочи в растворе на выходе стадии дозирования должна составлять 3-4%. Практика показала, что при ручном управлении удержать такую концентрацию водного раствора щелочи достаточно сложно. Открыв клапан на некоторой отметке, оператору необходимо время для анализа и его проведения. За это время возможен перерасход щелочи. Процесс быстротечен, всплески щелочи возможны за долю секунды.

Предлагается схема автоматического регулирования концентрации водного раствора щелочи, которая включает в себя:

1.-регулирующий клапан подачи щелочи РЩ;

2.-регулятор на базе Ремиконт Р-130;

3.-концентрометр для замера концентрации щелочи в водном растворе на выходе стадии дозирования;

4.-компьютер.

Вода подается на эжектор с постоянным расходом 30т/ч (технологический регламент). через задвижку. На выходе эдектора установлен концентрометр щелочи. С него сигнал поступает в ремиконт. Регулятор выдает сигнал на клапан РЩ. Оператор отслеживает ход процесса и имеет возможность вручную управлять исполнительным механизмом с клавиатуры. Т.е. процесс дозирования щелочи будет полностью автоматизирован.

9.1 Выбор и обоснование дефективной стадии и цель автоматизации на уровне стадии.

А Б В ход пр-сса

направл.

исследов.

Выходным показателем стадии дозирования является процентное содержание NaOH в растворе (3-4%). При ручном управлении процентное содержание щелочи составляет 10-12%, это говорит о том что идет перерасход щелочи. Результативным показателем стадии дозирования, таким образом, являются результативными показателями производства. Достижение этой цели ест решение проблем регламентируемого процентного содержания NaOH в растворе.

9.2.Оценка фактических и желаемых результатов.

Результаты исследования представлены в виде таблицы 9.2.1., в которой сопоставим желаемый и фактический уровень показателей.

Таблица 9.2.1.

%

12

2

1 2 3 4 кварталы

9.3 Расчет производственной мощности.

Производим расчет производственной мощности по приготовлению водного раствора щелочи цеха химводоочистки на БТЭЦ-2. Производство приготовления является периодическим производством, т.к. весь приготовленный раствор используется по мере прохождения регенераций

фильтров. По журналу учета операторов количество регенераций в месяц равняется 25 и продолжительность одной регенерации составляет 2 часа.

где:

Е-количество аппаратов

Т-эффективный фонд рабочего времени

Q-производительность аппарата

t-время одного цикла

Т = Ткал.- Тппр.= 8760 - 528 = 8232(ч)

Ткал.= 8760(ч)

Тппр.= Т₁+Т₂ = 240 + 288 = 528(ч)

Т₁-остановка на капитальный ремонт

Т₂-техническое обслуживание

(т/год)

9.4 Расчет инвестиций на автоматизацию

Капитальные затраты на внедрение проектируемой САР составляют:

-затраты на приобретение САР

-затраты на транспортировку

-затраты на заготовительно складские расходы

-затраты на запчасти

-затраты на монтаж

Сметная стоимость САР определяется на основании спецификации по действующим прейскурантам.

Таблица 9.4.1.

Бывшие в употреблении приборы КИПиА сдаются на склад по остаточной стоимости Для дальнейшей эксплуатации на производстве. Тогда общая величина капитальных затрат, необходимых для внедрения предложенной системы составит:

Кавт.= Кприоб.+ Кмонт.+ Ктранс.+ Кзп.+Ксклад.-Кл.

= 82.4+8.24+4.12+3.3+0.824-25=73.88(млн.руб.)

9.5 Расчет изменения текущих затрат

Производя замену устаревшей системы контроля на новую происходит изменение затрат на сырье (щелочь). Из журнала учета операторов следует, что экономия щелочи на регенерацию в месяц составляет 1.3 тонны. Таким образом годовая экономия составляет:

Э_NaOH = 1.3*12 = 15.6(т)

Стоимость одной тонны щелочи равна 0.14 млн.руб. Следовательно годовой экономический эффект в стоимостном выражении составит:

Э = 0.14*15.6 = 2.18(млн/год)

Удорожающие факторы:

- эксплуатация и содержание оборудования составляет 6% от общей суммы капитальных вложений:

С₁= Кприоб.*6%/100% = 98.88*6/100 = 5.9328(млн.руб)

- амортизация оборудования:

Na = 15% - норма амортизации для приборов и средств автоматизации:

С₂= Кприоб.*15%/100% = 98.88*15/100 = 14.832(млн.руб)

Удешевляющий фактор:

- снижение себестоимости за счет экономии щелочи:

С₃= (Р₁-Р₂)*Ц*В

Р₁,Р₂-расход NaOH до и после автоматизации;

Ц - цена одной тонны щелочи;

В - годовой объем производства.

По журналу учета расход NaOH до автоматизации составлял Р₁=3.08т., а после Р₂=3.08-1.3=1.78т. Тогда:

С₃=(1000-534)*0.14*9549=622976.76(млн.руб.в год)

Базовые калькуляции до и после автоматизации сведем в таблицу 9.5.1.

Таблица 9.5.1.

Продолжение таблицы 9.5.1.

Определение себестоимости продукции после внедрения АСР:

1.-на весь выпуск продукции

Спр.= Сдо-Собщ.

Сдо-себестоимость до автоматизации

Спр.= 6578516.178-6001947 = 576568.7(млн.р.)

9.6 Определение срока окупаемости

Ток.= Кавт./Cобщ.= 73.88/576568.7 = 0.00013(года)

Годовой эффект рассчитываем по следующей формуле:

Э =Зупр.- Е*Кавт.=576568.7-0.2*73.88 =576553.93(млн.руб.)

Полученный годовой эффект и небольшой срок окупаемости показывает, что данный проект является целесообразным и может быть внедрен в производство.

Технико-экономические показатели проекта