Автоматизированная система управления криогенным насосным агрегатом

Немецкий мыслитель Фридрих Вильгельм Ницше писал о воздухе, что это наивысшая и самая тонкая из материй. Из воздуха соткана свобода человека. Поэтому символ воздуха в первую очередь — это символ свободы. Это свобода, для которой нет никаких преград, ведь воздух нельзя ограничить, нельзя поймать и придать ему форму.

Атмосферный воздух — абсолютно прозрачен, безвкусен, не имеет запаха и цвета. Мы его не видим и не ощущаем, но при этом воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, который служит неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных, представляющий собой естественную смесь газов земной атмосферы. Среди постоянных составных частей воздуха самую важную роль играет кислород (содержание в воздухе около 20,9%), необходимый для дыхания всех живых существ на земле. Так же кислород используется в процессе окисления, в результате которого происходит выделение энергии, необходимой для жизни живых организмов. Свыше 90% энергии нашего организма вырабатывается благодаря поступлению в организм кислорода. Чем больше человек получает кислорода, тем больше будет у него жизненной энергии. Способность думать, принимать решения, создавать новые вещи напрямую зависит от чистоты вдыхаемого нами воздуха, а точнее от объема кислорода.

Нехватка кислорода в системе кровоснабжения нашего головного мозга, чаще всего проявляется как усталость, головные боли и не способность ясно думать. В промышленности кислород используется в роли окислителя для сжигания топлива с целью получения механической энергии в двигателях внутреннего сгорания и для получения тепла.

Преобладающей составной частью воздуха является азот (содержание в воздухе 78%), который входит в состав белков и азотистых соединений. Азот принадлежит к инертным газам, он играет роль разбавителя кислорода, так как жизнь в чистом кислороде невозможна. Углекислый газ, или двуокись углерода, поступает в атмосферу в результате процессов дыхания, брожения, гниения и окисления органических веществ при их распаде, сгорании горючих ископаемых. Также в состав земной атмосферы входит аргон, водород, вода и другие газы в очень малом процентном содержании (неон, метан, гелий, криптон и ксенон).

Для увеличения объемов газов, получаемых из воздуха, для повышения их качества, для эффективности производственного процесса и повышения безопасности производства необходимо применять современные методы автоматизации технологического процесса воздухоразделения. В современной воздухоразделительной установке контролируется большое количество технологических параметров (давление, температура, влажность, расход газа, химический состав). От качества контроля этих параметров будет зависеть не только чистота и объем газа, но и безопасность самого производства. Все необходимые технологические параметры должны контролировать современные и надежные датчики и аналитические средства контроля.

Для автоматизированного управления технологическими процессами, такими как: разделение воздуха на газовые компоненты, системами хранения газовыми смесями пищевых производств, системами хранения и выдачи криогенных жидкостей на объектах промышленного назначения, а так же для управления другими технологическими процессами, компанией Мониторинг Вентиль и Фитинг (MV&F) разрабатываются и реализуются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) разного уровня сложности, типового назначения, а также по индивидуальным требованиям заказчика для узконаправленных задач.

Компания MV&F накопила успешный опыт работы в сфере промышленной автоматизации и имеет ряд комплексных решений для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами различной сложности и создания систем для ответственного применения в различных отраслях промышленности. При создании систем управления применяются самые современные и надежные комплектующие отечественного и зарубежного производства.

Для автоматизированного управления криогенными насосными агрегатами (поршневыми или центробежными) для перекачки жидкого азота, аргона, кислорода, а так же других криогенных жидкостей в системах промышленного назначения компания MV&F предлагает специализированные шкафы со встроенными системами контроля и управления.

АСУ криогенными насосными агрегатами является многофункциональной системой, обеспечивающей непрерывный контроль и управление процессом перекачки криогенной жидкости из стационарных или мобильных резервуаров.

Автоматизированная система управления криогенными насосами обладает следующими функциональными возможностями:

• Обеспечение подачи электрического питания (380В, 50Гц) двигателя насосного агрегата, датчиков, исполнительных устройств и других компонентов насосного агрегата. Защита двигателя насоса от перегрузок и токов короткого замыкания.
• Измерение, отображение и контроль:
  — силы тока статора двигателя;
  — давления на выходе из насоса;
  — температуры на входе, на выходе из насоса (защита по кавитационному срыву)
  — температуры уплотнения насоса (защита по разгерметизации).
  
• Управление насосным агрегатом с помощью сенсорной 7-дюймовой панели оператора или с верхнего уровня АСУ по RS-485 Modbus RTU.
• Плавный пуск и останов двигателя насосного агрегата.
• Плавное частотное регулирование вращения двигателя насоса с помощью панели оператора в ручном режиме или в автоматическом режиме по заданному алгоритму.
• Отображение моточасов за текущий период работы, за время работы в прямом и обратном направлении и общее время работы за весь период.
• Архивирование данных и запись на энергонезависимую карту памяти.
• Встроенная система вентиляции и обогрева с регулированием и контролем температуры и влажности воздуха внутри шкафа.
• Универсальность для всех типов насосных агрегатов (небольшие изменения в элементной базе и в программном обеспечении).

Для исключения неравномерного износа трущихся деталей поршневого насоса необходимо изменять направление вращения двигателя после определённого количества моточасов работы, которое регламентирует завод-изготовитель. Именно поэтому все АСУ криогенными поршневыми насосами оснащены функцией контроля общего количества моточасов работы, контроля моточасов работы двигателя насоса в прямом и обратном направлении и автоматическим реверсированием направления вращения двигателя поршневого насоса.

В процессах заправки, хранения и выдачи криогенной жидкости очень важную роль играет безопасность и отказоустойчивость каждого элемента система. Ведь утечка криогенной жидкости может вызвать ожог, а взаимодействие жидкого кислорода с органическими веществами взрывную реакцию. Именно поэтому желательно исключить человеческий фактор, а доверить управления надежной системе автоматизированного управления.

Наша компания многие годы работает в сфере криогенного оборудования и за это время сотрудники компании накопили немалый опыт в тонкостях этого процесса. Для систем хранения и выдачи криогенных жидкостей нашими сотрудниками разработана и успешно реализуется АСУ исполнительными устройствами и КИП системы хранения и выдачи криогенных жидкостей для криогенных плоскодонных резервуаров различного объема.

АСУ исполнительными устройствами и КИП для криогенных плоскодонных резервуаров

АСУ может быть использована как на вновь создаваемых промышленных объектах, так и в качестве замены существующих АСУ хранением и выдачей криогенных жидкостей. АСУ создана на базе промышленного программируемого логического контроллера (ПЛК) и устройств связи с объектом (УСО). Связь между ПЛК и УСО осуществляется по сети Modbus или Profibus с помощью одного кабеля, а подключить к УСО можно большое количество датчиков различного назначения. Для мониторинга и управления параметрами процесса в распоряжении оператора имеется 7-дюймовая Touch-панель, полностью защищенная от попадания воды.

Автоматизированная система управления исполнительными устройствами и КИП системы хранения и выдачи криогенных жидкостей для криогенных плоскодонных резервуаров обладает следующими функциональными возможностями:

• Обеспечение подачи электропитания на исполнительные устройства системы (электромагнитные клапаны, задвижки).
• Подачу управляющего пневматического сигнала на пневмораспределители клапанов системы, контроль давления управляющего воздуха.
• Непрерывное отслеживание давления в газовой подушке криогенного резервуара. При необходимости АСУ в автоматическом режиме открывает клапан подачи жидкости в испаритель подъема давления для увеличения рабочего давления. При превышении рабочего давления АСУ сбрасывает излишки давления. Клапаны открываются/закрываются плавно от 0 до 100% с шагом 1%.
• Мониторинг температуры пространства между внутренним и внешнем сосудом плоскодонного криогенного резервуара, заполненного перлитом.
• Контроль расхода, давления, температуры на всех этапах работы системы с последующим архивированием полученных результатов.

В криогенных плоскодонных резервуарах постоянный и бесперебойный контроль температуры пространства между внутренним и внешним сосудом крайне необходим в целях безопасности обслуживающего персонала, а так же для контроля состояния самого резервуара и его элементов.

Основные технологические функции АСУ ТП компании MV&F:

• Управление всем комплексом оборудования технологического процесса в ручном или автоматическом режиме.
• Во всех перечисленных режимах работы АСУ ТП обеспечивает сбор, обработку, сигнализацию и предоставление оператору информации о технологической ситуации на объекте (температуре среды, температуре газа после газификации, давления в магистралях, расходе), а также комплекс защит технологического оборудования.
• В ручном режиме АСУ ТП предоставляет возможность оператору производить дистанционное управление технологическим оборудованием с помощью Touch панели.
• В автоматическом режиме АСУ ТП обеспечивает защиту дорогостоящего технологического оборудования, безопасное отключение оборудования при возникновении аварийной технологической ситуации, а так же автоматическое регулирование требуемых технологических параметров.

Достоинства АСУ ТП компании MV&F

• Значительная экономия кабельной продукции (УСО могут располагаться рядом с оборудованием на расстоянии до 1200 метров от ПЛК).
• Простота масштабирования системы (укрупнение системы осуществляется установкой дополнительных модулей УСО).
• Простота поиска неисправностей (модули УСО имеют световую индикацию состояния и работоспособности).
• Высокая отказоустойчивость (неисправность одного модуля не приводит к неисправности системы в целом).
• Удобство ремонта (ремонт осуществляется заменой неисправного модуля УСО, при этом система находится в рабочем состоянии).
• Возможность применения системы управления для других технологических процессов (необходимо перепрограммирование системы).

Для контроля чистоты газов компания выпускает различные шкафы газоаналитического контроля с блоком подготовки пробы. Шкафы полностью автоматизированы и не требует от оператора постоянного присутствия. Данные передаются на верхний уровень АСУ по линии связи.

Газоаналитический шкаф имеет переднюю и задней дверь, что значительно облегчает работу обслуживающего персонала. Передняя дверь защищает оборудование от случайного изменения параметров процесса и от механических повреждений дорогостоящего оборудования. Задняя дверь удобна для монтажа и демонтажа подводящих каналов, оборудования и обслуживания шкафа. Шкаф оснащен фильтрами грубой и тонкой очистки газа, расходомерами, газовыми регуляторами газа для обеспечения требуемого давления газовой пробы на вход в газоанализаторы, манометрами для отслеживания давления в системе и различными индикаторами работы и аварий системы.

Для удобства понимания процесса на алюминиевую панель нанесена мнемосхема металлографическим методом. Вместо механических органов управления возможно применение электронных исполнительных устройств и управление системой с помощью сенсорной панели оператора.

Практически во всех технологических процессах, где используются промышленные нагреватели жидкостей и газов, а так же электрические испарители для газификации криогенных жидкостей, необходимо иметь надежную и простую в управлении систему питания и управления электрическими нагревателями и испарителями.

Именно такую систему предлагает компания MV&F. Система питания и управления может быть в щитовом исполнении или установленной в шкаф.

В простых системах питания и управления электрическими нагревателями и испарителями применяется двухпозиционный метод регулирования мощности.

При необходимости точного поддержания температуры среды на выходе мы рекомендуем применять тиристорные регуляторы мощности и ПИД регуляторы, которые входят в состав одного шкафа.

При подборе систем мониторинга, управления и питания всегда полезно и даже необходимо консультироваться со специалистами в области автоматизации и контрольно-измерительных приборов и использовать накопленный инженерный опыт.

Вы всегда можете обратиться к нашим специалистам с вопросами по оптимальным условиям применения систем мониторинга, управления и питания для ваших конкретных проектов и задач. Мы всегда оказываем помощь и поддержку, как конечным потребителям, так и проектным организациям.

Попков Сергей Анатольевич,
начальник отдела АСУТП
ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F)