Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация технических процессов в химической промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

17 / Л Г

d-w техникумов

В .А. ГОЛУБЯТНИКОВ

В. В. ШУВАЛОВ

Автоматизация

производственных

процессов

в химической

промышленности

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ

И ДОПО'ЛНЕННОЕ

Допущено Министерством химической

промышленности в качестве учебника

для учащихся средних специальных

учебных заведений по специальности

№ 0626 «Эксплуатация

автоматических

устройств химических производствя

6П7.1

Г 62

УДК 66.012-52(075.8)

Голубятников В. А., Шувалов В. В.

Автоматизация производственных процессов в хи-

мической промышленности: Учебн. для техникумов. —

2-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1985. — 352 с.,,

ил.

Во втором издании (первое вышло в 1972 г.) приведены основные

принципы построения АСУ ТП, расширены сведения по оформлению про-

ектной документации. Описаны системы автоматизации отдельных про-

изводств и автоматизированные системы управления предприятиями хи-

мической и смежных с ней отраслей промышленности.

Для учащихся техникумов, спецйализирующихся в области автома-

тизации процессов химической и смежных отраслей промышленности. По-

лезна студентам высших учебных заведений и инженерно-техническим-

работникам, занимающимся проектированием и эксплуатацией систем ав-

томатизации для химических производств.

352 е., 172 рис., 12 табл., 18 литературных ссылок.

Рецензент — В. А. Лихачев (Невинномысский химико-механи-

ческий техникум)

2801010000-047

050(01)-85

47,85

Издательство «Химия», 1985 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение .

Глава 1. Основные понятия управления процессами

1. Объект управления ....

2. Управляющая система .

3. Система управления ....

4. Надежность управляющих систем

5. Разработка управляющих систем

6. Операторские и диспетчерские пункты

Глава 2. Проектирование систем автоматического управления техноло

гическими процессами

1. Исходные данные для разработки проектов систем автоматиче

ского управления

2. Содержание проекта автоматизации технологических процес

сов

3. Структурные схемы

4. Функциональные схемы

5. Принципиальные электрические схемы

6. Принципиальные пневматические и гидравлические схемы

7. Схемы внешних электрических и трубных проводок .

8. Планы расположения средств автоматизации и соединительных

проводок

Глава 3. Типовые схемы контроля, регулирования, сигнализации, бло

кировки и защиты ....

1. Схемы контроля и регулирования

2. Схемы сигнализации ....

3. Схемы блокировки ....

4. Схемы защиты

Глава 4. Автоматизация технологических процессов

1. Автоматизация гидромеханических процессов

Перемещение жидкостей и газов .

Смешение жидкостей

Отстаивание жидких систем ....

Центрифугирование жидких систем .

Фильтрование жидких систем ....

Фильтрование газовых систем ....

Мокрая очистка газов

Электрическая очистка газов ....

2. Автоматизация тепловых процессов .

Нагревание и охлаждение жидкостей . ,

Искусственное охлаждение . ,

Выпаривание

Кристаллизация

3. Автоматизация масоообменных процессов ,

Ректификация

Абсорбция

Адсорбция ,

Сушка

4. Автоматизация механических процессов .

Перемещение твердых материалов . . ,

Дозирование твердых материалов ...» 208

Измельчение твердых материалов 214

Глава 5. Автоматизация химических производств 218

1. Автоматизация производств неорганических веществ . . . 218

Производство серной кислоты . . . 218

Производство суперфосфата . . 222

Производство аммиака 224

Производство аммиачной селитры . 226

2. Автоматизация производств органических веществ .... 229

Производство ацетилена ..... 229

Производство бутадиена-1,3 из я-бутана 232

Производство стирола из этилбензола 237

3. Автоматизация производств полимеров и эластомеров . , , 239

Производство полиэтилена высокого давления .... 239

Производство полипропилена 241

Производство бутадиен-стирольного латекса 243

4. Автоматизация производств химических волокон .... 248

Производство вискозного волокна 248

Производство полиамидного волокна (капрона) .... 255

5. Автоматизация производств резиновых изделий . . 258

Производство автомобильных шин . 258

Производство резиновых технических изделий (РТИ) . . . 274

6. Автоматизация процессов переработки пластмасс .... 278

7. Автоматизация общезаводских систем химических предприятий 282

Системы водоснабжения 282

Системы теплоснабжения 284

Системы вентиляции 285

Системы кондиционирования 288

8. Автоматизация очистных систем предприятия 292

Системы очистки газовых выбросов 292

Системы очистки сточных вод 297

Глава 6. Автоматизированные системы управления (АСУ) .... 301

1. Принципы построения АСУ 303 1

2. Автоматизированные системы управления технологическими

процессами (АСУТП) 305

Назначение и состав АСУТП 305

Основные функции АСУТП 307

Режимы работы АСУТП 309

Агрегатные комплексы технических средств АСУТП . . . 310

АСУТП широкого назначения 315

Специализированные АСУТП 318

Применение промышленных роботов ....... 323

3. Автоматизированные системы управления предприятиями

(АСУП) 325

Предприятие (производственное объединение) как объект уп-

равления 325

Автоматизация управления предприятием (производственным

объединением) , 328

Функциональная часть АСУП 330

Обеспечивающая часть АСУП 334

Техническое обеспечение АСУП 337

Литература , . 343

Предметный указатель , . , 345

ВВЕДЕНИЕ

В химической промышленности комплексной механизации и ав-

томатизации уделяется большое внимание. Это объясняется

сложностью и высокой скоростью протекания технологических

процессов, а также чувствительностью их к нарушению режима,

вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью пере-

рабатываемых веществ и т. д.

По мере осуществления механизации производства сокраща-

ется тяжелый физический труд, уменьшается численность рабо-

чих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается

производительность труда и т. д.

Под механизацией понимают мероприятия по внедрению ме-

ханизмов и машин, направленные, как правило, на облегчение

физического труда*. Например, для загрузки катализатора в ре-

торты используют подъемные механизмы — тельферы, для про-

ведения землеройных работ применяют машины — экскаваторы.

В механизированном технологическом процессе человек продол-

жает принимать непосредственное участие, но его физическая

работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов и

т. п. Здесь на человека возложены функции управления механиз-

мами и машинами.

С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, слож-

ности и масштабов производства, с повышением давлений, тем-

ператур и скоростей химических реакций ,ручной труд даже в

механизированном производстве подчас просто немыслим. На-

пример, в производстве полиэтилена давление достигает

300 МПа, в производстве карбида кальция температура в элек-

трических печах равна 3000 °С; процесс обжига серного колче-

дана в кипящем слое продолжается несколько секунд. В таких

условиях даже опытный рабочий часто не в состоянии своевре-

менно воздействовать на процесс в случае отклонения его от

нормы, а это может привести к авариям, пожарам, взрывам,

порче большого количества сырья и полуфабрикатов.

Ограниченные возможности человеческого организма (утом-

ляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окру-

жающей обстановки и на большое количество одновременно по-

ступающей информации, субъективность в оценке сложившейся

ситуации и т. д.) являются препятствием для дальнейшей интен-

* В настоящее время большое внимание уделяется также механизации

инженерно-технического и управленческого труда. Для этих целей использу-

ют разнообразные технические средства (оргтехника) — от готовален и при-

способлений для заточки карандашей до электронных вычислительных ма-

шин. Более подробно об этом см. в шестой главе «Автоматизированные си-

стемы управления».

сификации производства. Наступает новый этап машинного про-

изводства — автоматизация, когда человек освобождается от не-

посредственного участия в производстве, а функции управления

технологическими процессами, механизмами, машинами переда-

ются автоматическим устройствам.

Автоматизация приводит к улучшению основных показателей

эффективности производства: увеличению количества, улучше-

нию качества и снижению себестоимости выпускаемой продук-

ции, повышению производительности труда. Внедрение автома-

тических устройств обеспечивает высокое качество продукции,

сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энер-

гии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капи-

тальных затрат на строительство зданий (производство органи-

зуется под открытым небом), удлинение сроков межремонтного

пробега оборудования.

Проведение некоторых современных технологических процес-

сов возможно только при условии их полной автоматизации

(например, процессы, осуществляемые на атомных установках и

в паровых котлах высокого давления, .процессы дегидрирования

и др.). При ручном управлении такими процессами малейшее

замешательство человека и несвоевременное воздействие его на

процесс могут привести к серьезным последствиям.

Внедрение специальных автоматических устройств способст-

вует безаварийной работе оборудования, исключает случаи

травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха

и водоемов промышленными отходами.

Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химиче-

ской технологии предполагает не только автоматическое обеспе-

чение нормального хода этих процессов с использованием раз-

личных автоматических устройств (контроля, регулирования,

сигнализации и др.), но и автоматическое управление пуском и

остановом аппаратов для ремонтных работ и в критических си-

туациях.

В автоматизированном производстве человек переключается

на творческую работу — анализ результатов управления, состав-

ление заданий и программ для автоматических приборов, на-

ладку сложных автоматических устройств и т. д. Для обслужи-

вания агрегатов, оснащенных сложными системами автоматиза-

ции, требуются специалисты с высоким уровнем знаний. С по-

вышением квалификации и культурного уровня рабочих стирает-

ся грань между физическим и умственным трудом.

Задачи, которые решаются при автоматизации современных

химических производств, весьма сложны. От специалистов тре-

буются знания не только устройства различных приборов, но и

общих принципов составления систем автоматического управле-

ния. При подготовке кадров среднего звена по специальности

«Эксплуатация автоматических устройств химических произ-

водств» дисциплина «Автоматизация производственных процес-

сов в химическом производстве» является профилирующей наря-

ду с курсами «Автоматическое регулирование и регуляторы» и

«Технологические измерения и КИП».

Настоящая книга, предназначенная для учащихся химико-

технологических техникумов, состоит из шести глав. В первой

главе приведены определения, классификации и основные сведе-

ния об объектах управления, управляющих системах и системах

автоматического управления.

Во второй главе изложены общие вопросы проектирования

систем автоматического управления. В ней рассмотрены принци-

пы составления структурных, функциональных, принципиальных

схем, схем внешних соединений, а также планов расположения

средств автоматизации и соединительных проводок.

В третьей главе рассмотрены типовые схемы контроля, ре-

гулирования, сигнализации, защиты и блокировки.

Четвертая глава посвящена вопросам составления схем авто-

матизации технологических процессов — гидромеханических,

тепловых, массообменных, механических.

В пятой главе рассмотрена автоматизация различных хими-

ческих производств.

Шестая глава посвящена разработке автоматизированных

систем управления (АСУ).

Во втором издании книги расширен материал по проектиро-

ванию систем автоматизации; увеличено число рассматриваемых

типовых схем контроля, регулирования, сигнализации, защиты и

блокировки; приведены данные по классификации, принципам

построения и проблемам внедрения АСУ в химической промыш-

ленности. Большое внимание уделено АСУ технологическими

процессами (АСУТП): указаны состав, назначение, функции и

режимы работы АСУТП, рассмотрены специализированные

АСУ конкретными технологическими процессами. Кроме того,

расширен и систематизирован материал по АСУ предприятия-

ми, приведены характеристики технических средств АСУ и орг-

техники. При изображении функциональных схем автоматиза-

ции использован ОСТ 36-27—77 «Обозначения условные в схе-

мах автоматизации технологических процессов».

Введение, первые три главы, а также пятый и шестой разде-

лы четвертой главы написаны В. А. Голубятниковым; остальной

материал четвертой главы, а также пятая и шестая главы —

В. В. Шуваловым.

Авторы выражают глубокую благодарность всем, кто прини-

мал участие в выпуске настоящего учебника, и будут призна-

тельны читателям за советы по улучшению содержания книги.

ГЛАВА 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ

Под управлением понимаются действия, направленные на под-

держание или улучшение функционирования объекта управ-

ления.

В объект управления поступают возмущающие воздействия,

приводящие к отклонению выходных параметров объекта, ха-

рактеризующих выполнение цели управления. Информация о

текущих значениях выходных параметров передается в управ-

ляющую систему, где они сравниваются с соответствующими

заданными значениями. В результате сравнения вырабатывают-

ся управляющие воздействия, поступающие в объект управле-

ния (рис. 1.1).

1. ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Объектом управления называется динамическая система, харак-

теристики которой изменяются под влиянием возмущающих и

управляющих воздействий. Объектами управления могут быть

механизмы, машины и аппараты, в которых протекают техноло-

гические процессы (измельчение, перемешивание, кристаллиза-

ция, сушка и т. п.), производства (синтетического каучука, сер-

ной кислоты, автомобильных шин и т. п.), предприятия (заводы,

фабрики) и целые отрасли промышленности (химическая, нефте-

перерабатывающая и нефтехимическая и др.). Наиболее слож-

ный объект управления — народное хозяйство страны.

Одной из основных задач данного учебника является рас-

смотрение вопросов автоматизации отдельных технологических

процессов химической промышленности.

Ниже приведены классы и типы процессов химической тех-

нологии:

Классы процессов

Гидромеханические

Тепловые

Массообменные .

Механические

Химические . .

Тип процесса

Перемещение жидкостей и газов, разделение

неоднородных систем, перемешивание, очистка

газов

Нагревание, охлаждение, выпаривание, кристал-

лизация, искусственное охлаждение

Ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка,

экстракция

Измельчение, дозирование, сортировка, переме-

щение

Окисление, восстановление, синтез, разложение

солей, образование гидроксидов, нейтрализация,

дегидратация, электролиз, нитрование, сульфиро-

вание, щелочное плавление, алкилирование, поли-

меризация, омыление, гидрогенизация, переэтери-

фикация, ароматизация, изомеризация, крекинг

и др.