Магистерский диплом (ВКР) на тему Автоматизация контроля и испытаний датчика давления или расхода

Содержание:

Введение. 3

1.
Теоретическая часть. 6

1.1 Общие
данные о датчиках давления. 6

1.2
Принцип работы датчиков давления. 8

1.3 Выбор
датчика давления для автоматизации. 26

2.
Практическая часть. 32

2.1
Существующие методы обработки результатов датчика давления. 32

2.2 Выбор
методики обработки результатов измерений датчика давления. 36

2.3
Разработка структурной схемы автоматизации контроля и испытаний датчика
давления. 57

2.4 Оценка
результатов измерений. 60

3.
Экономическая эффективность. 63

Заключение. 69

Список
литературы. 70

Введение:

Актуальность работы: Датчики в нефтяной промышленности используются для
точного учета сырья на всех уровнях переработки и хранения, а также при
прохождении технологических процессов. Они устанавливаются в узлах учета, в
распределительных и измерительных станциях. Это могут быть датчики температуры,
давления, уровня среды.

К ним
предъявляются одинаково жесткие требования по защищенности, взрывобезопасности
и коррозионной устойчивости, поскольку предполагается их эксплуатация в
нагруженных неблагоприятных условиях. Существуют датчики разной
функциональности и в разных вариантах исполнения. Они могут различаться по типу
чувствительного элемента и по способу присоединения.

Так, среди
устройств, призванных контролировать давление в системе, особенно популярны те,
что работают с емкостными и кремниевыми пъезорезистивными элементами. Они
обладают высокой устойчивостью к перегрузкам и отличаются долговременной
стабильностью.

Востребованы
и модели, обеспечивающие измерение уровня в емкости и работающие в составе
комплексных систем учета. Их главный критерий качества – высокая точность.
Также ключевыми требованиями к этому виду аппаратуры стоит назвать наличие
взрывонепроницаемой оболочки и искробезопасной электрической цепи.

Нефтеперерабатывающая и
нефтехимическая промышленность предполагает использование датчиков трех типов:
уровня, температуры и давления. Так, измеряющие температуру устройства
позволяют стабилизировать технологический процесс, контролировать параметры,
важные для его эффективности и безопасности.

Также индикаторы и датчики
устанавливаются в установках:

— гидрокрекинга, где проходит
переработка дистиллятов и повышается качество дизельного топлива;

— каталитического крекинга, где
колебания температурных параметров недопустимы;

— риформинга прямогонного бензина,
где происходит повышение октанового числа.

Кроме того, они обеспечивают
экономичную работу химического реакционного оборудования, своевременно проводят
анализ критически важных параметров техпроцесса, что, в свою очередь,
гарантирует их высокую эффективность и низкую себестоимость продукции.

В нефтехимической промышленности под
контролем датчиков также работают ректификационные колонны, что позволяет
оптимизировать расход энергии и гарантировать стабильное качество продукта.

Датчики используются как
оборудование для автоматизации технологических процессов. Устройства оснащаются
корпусом из нержавеющей стали, что обеспечивает их стойкость к воздействию
агрессивных химических сред.

Многие модели работают как
индуктивные бесконтактные и могут устанавливаться непосредственно в емкость, на
трубопровод или для контроля элементов предохранительной или запорной арматуры.

У каждой модели есть свой
температурный диапазон и допустимое рабочее давление. Что касается датчиков
уровня, то они в обязательном порядке учитывают специфические характеристики
жидкостей — их повышенную вязкость, плотность и взрывоопасность. Для контроля
уровня в емкости обычно используют модели поплавкового типа.

Если датчикам присваивается
категория «взрывобезопасное» или «особовзрывобезопасное» оборудование, то они
сертифицируются и получают разрешение Гостехнадзора.

В компании «Транснефть-Сибирь», г
Ноябрьск, активно применяются датчики давления на нефтяных трубопроводах,
поэтому в данной работе будет разработана автоматизация контроля и
испытаний датчика давления типа EJX120A YOKOGAWA.

Цель работы:

Разработать автоматизацию
контроля и испытаний датчика давления.

Задачи работы:

— дать общие сведения о
датчиках давления;

— описать принцип работы
датчиков давления;

— произвести выбор датчика
давления для автоматизации; — рассмотреть существующие методы
контроля и испытаний датчиков давления;

— рассмотреть существующие
методы исследования автоматизации контроля и испытания датчика давления;

— произвести выбор методики
контроля и испытаний датчика давления;

— разработать структурную
схему автоматизации контроля и испытаний датчика давления;

— произвести оценку
результатов измерений;

— оценить экономическую
эффективность.

Заключение:

В проделанной работе были решены следующие задачи:

Приведены общие данные о датчиках давления. Было
установлено, что существуют различные типы датчиков давления, которые сегодня доступны на рынке для использования
в промышленности. Каждый из них имеет преимущества в определенных ситуациях.

Рассмотрен принцип работы датчика
давления. Большинство датчиков давления жидкости имеют упругую структуру, где
жидкость заключена в небольшой отсек по меньшей мере с одной упругой стенкой.

Был выбран датчик давления для
автоматизации для компании «Транснефть-Сибирь», г Ноябрьск. Выбор был сделан в
пользу датчика давления типа EJX120A
YOKOGAWA. Высокоэффективный датчик для узкого диапазона
перепадов дав­ления EJX120A имеет монокристаллический кремниевый резо­нансный
чувствительный элемент и может быть использован для измерения расхода жидкости,
газа или пара, а также для из­мерения уровня жидкости, плотности и давления.
Его выходной сигнал 4-20 мА постоянного тока соответствует величине из­меренного
перепада давления.

Рассмотрены существующие методы
обработки результатов измерений датчиков давления. В качестве примера была
рассмотрена методика измерений датчиков давления типа APZ, ALZ, AMZ, ASZ,
производства ООО «Пьезус», г. Москва.

Был произведен выбор методика
обработки результатов измерений датчика давления EJX120A YOKOGAWA, применяемого
в компании «Транснефть-Сибирь», г Ноябрьск.

Разработаны схема испытания датчика
давления типа EJX120A YOKOGAWA и схемы подключения.

В разделе оценки результатов
измерений представлена таблица для обработки результатов измерений, а также
погрешности датчика давления EJX120A YOKOGAWA.

Фрагмент текста работы:

Теоретическая часть

1.1 Общие данные о датчиках давления

Давление необходимо учитывать при
проектировании многих физических процессов. Давление определяется как сила
действующая на единицу площади и измеряется в английских единицах — пси
или в СИ единицах — Па.
Существуют три типа измеряемого давления:

— абсолютное давление —
атмосферное давление плюс избыточное давление;

— избыточное
давление — абсолютное давление минус атмосферное
давление;

— дифференциальное
давление — разность давлений между двумя точками.

Существуют различные типы датчиков давления, которые сегодня
доступны на рынке для использования в промышленности. Каждый из них имеет
преимущества в определенных ситуациях [1].

Для правильной и эффективной работы
системы регулирования давления важно, чтобы используемый датчик давления мог
давать точные показания по мере необходимости и в течение длительного периода
времени без необходимости ремонта или замены в условиях эксплуатации.
Существует несколько факторов, влияющих на пригодность конкретного датчика
давления для конкретного процесса. Основными
из них являются:

— характеристики используемых веществ
в среде которых будет использоваться устройство;

— условия окружающей среды;

— диапазон давлений;

— уровень точности и
чувствительности, требуемые в процессе измерения.

Чувствительный элемент (упругий
элемент) будет подвергаться воздействию веществ, используемых в процессе,
поэтому материалы датчика, которые могут реагировать с данными веществами или
подвергаться воздействию агрессивных сред — непригодны для использования.
Мембраны (диафрагмы) оптимальны даже для очень суровых условий эксплуатации.

Окружающая среда (в технологическом
процессе – это среда, создаваемая веществом, вибрация, температура и т.д.), в
которой осуществляется технологический процесс, также должна учитываться при
выборе датчика давления. В агрессивных средах, при сильных вибрациях в
трубопроводе, или при экстремальных температурах, датчики должны иметь
дополнительный уровень защиты. Герметичные, прочные корпуса, заполненные
глицерином или силиконом — часто используются для защиты внутренних компонентов
датчика (кроме чувствительного элемента) от очень жестких, агрессивных сред и
колебаний.

Большинство процессов работают в
определенном диапазоне давлений. Поскольку некоторые датчики давления работают
оптимально в определенных диапазонах давления, существует необходимость выбрать
устройства, способные работать в диапазоне, установленном процессом.

Различные процессы требуют разного
уровня точности. В общем, чем точнее датчик, тем он дороже, поэтому будет
экономически выгодно выбирать датчики, способные наилучшим образом
соответствовать требуемой точности. Существует также компромисс между точностью
и способностью быстро обнаруживать изменения давления.

Поэтому в процессах, в которых
давление сильно меняется в течение коротких периодов времени, нецелесообразно
использовать датчики, которые занимают больше времени, чтобы дать точные
показания давления, хотя они могли бы дать более точные значения.