Instrumentering inom petrokemisk industri

Instrumentering styr driften av processkolonner

Instrumentering används för att övervaka och styra processanläggningen inom olje-, gas- och petrokemisk industri. Instrumentering säkerställer att anläggningen arbetar inom definierade parametrar för att producera material av jämn kvalitet och inom de specifikationer som krävs. Det säkerställer också att anläggningen drivs på ett säkert sätt och agerar för att korrigera drift utanför tolerans och för att automatiskt stänga av anläggningen för att förhindra att farliga förhållanden uppstår. Instrumenteringen omfattar sensorelement, signalgivare, styrenheter, indikatorer och larm, manövrerade ventiler, logiska kretsar och operatörsgränssnitt.

En översikt över nyckelinstrumentering visas på Process Flow Diagrams (PFD) som visar den huvudsakliga utrustningen och vätskeflödet i anläggningen. Rör- och instrumentdiagram (P&ID) ger detaljer om all utrustning (kärl, pumpar, etc), rörledningar och instrumentering på anläggningen i en symbolisk och schematisk form.

Delarna av instrumentering

Instrumentering inkluderar avkänningsanordningar för att mäta processparametrar såsom tryck , temperatur , vätskenivå , flöde, hastighet, sammansättning, densitet, vikt; och mekaniska och elektriska parametrar såsom vibration, position, effekt, ström och spänning.

  • Det uppmätta värdet för en parameter visas och registreras lokalt och/eller i ett kontrollrum . Om den uppmätta variabeln överskrider fördefinierade gränser varnar ett larm driftpersonalen om ett potentiellt problem. Automatiska verkställande åtgärder vidtas av instrumenteringen för att stänga eller öppna avstängningsventiler och spjäll, eller för att utlösa (stoppa) pumpar och kompressorer , för att flytta anläggningen till ett säkert tillstånd.
  • Korrekt drift av den petrokemiska processanläggningen uppnås genom inverkan av kontrollslingor . Dessa upprätthåller och kontrollerar automatiskt tryck, temperatur, vätskenivå och flödeshastighet för vätska i kärl och rörledningar. Styrslingor jämför det uppmätta värdet för en parameter på anläggningen, t.ex. tryck, med ett förutbestämt börvärde . En skillnad mellan den uppmätta variabeln och börvärdet genererar en signal som modulerar positionen för en reglerventil (det sista elementet) för att bibehålla den uppmätta variabeln vid börvärdet.
  • Ventiler manövreras av en elmotor, hydraulvätska eller luft. För luftmanövrerade reglerventiler omvandlas elektriska signaler från styrsystemet till ett lufttryck för ventilställdonet i en ström/pneumatisk I/P-omvandlare. Vid förlust av pneumatiska eller hydrauliska tryck kan ventiler misslyckas till ett öppet (FO) eller misslyckas till ett stängt (FC) läge.
  • En del instrumentering är självaktiverande. Till exempel tryckregulatorer ett konstant förinställt tryck och sprängskivor och trycksäkerhetsventiler öppnar vid förinställda tryck.
  • Instrumentering innefattar möjligheter för driftpersonal att ingripa i anläggningen antingen lokalt eller från ett kontrollrum. Personal kan öppna eller stänga ventiler, ändra börvärden, starta och stoppa pumpar eller kompressorer och åsidosätta avstängningsfunktioner (under specifika kontrollerade omständigheter som under uppstart).

Temperaturinstrumentering

Instrumentering av värmeväxlare

Olje-, gas- och petrokemiska processer genomförs vid specifika temperaturer.

  • Mätning av temperatur på vätskor i den petrokemiska industrin utförs av temperaturelement (TE). Dessa kan vara termoelement eller Platinum Resistance Temperature Detectors (RTD). De senare används för sin goda temperaturrespons. Lokala temperaturindikatorer (TI) är placerade på inlopps- och utloppsströmmarna på värmeväxlare för att övervaka växlarens prestanda.
  • I industriella tillämpningar kan gasformiga eller flytande vätskor värmas eller kylas. Denna uppgift utförs i en värmeväxlare , varvid vätskan värms eller kyls genom värmeöverföring med en andra vätska såsom vatten, glykol, het olja eller annan processvätska (värme- eller kylmediet). Temperaturreglering används för att upprätthålla den önskade temperaturen för den första vätskan. En temperatursensorgivare (TT) är placerad i den första vätskan vid dess utlopp från värmeväxlaren. Denna uppmätta temperatur matas till temperaturregulatorn (TIC) där den jämförs med den önskade börtemperaturen. Regulatorns uteffekt, som är relaterad till skillnaden mellan den uppmätta variabeln och börvärdet, matas till en reglerventil (TCV) i den andra vätskan för att justera flödet av värme- eller kylmediet. I fallet med en vätska som kyls, om temperaturen på vätskan stiger, verkar temperaturregulatorn för att öppna TCV och öka flödet av kylmediet vilket ökar värmeöverföringen och minskar temperaturen hos den första vätskan. Omvänt om temperaturen sjunker agerar regulatorn för att stänga TCV, vilket minskar värmeöverföringen och ökar temperaturen på den första vätskan. I fallet med värmemedium med sjunkande temperatur för den första vätskan skulle styrenheten agera för att öppna TCV för att öka flödet av värmemedium och därigenom höja temperaturen på den första vätskan. Styrenheten (TIC) kan också generera hög (TAH) och låg temperatur (TAL) larm för att varna driftpersonal om ett potentiellt problem.
  • Fläktkylare använder luft för att kyla gaser och vätskor. Vätsketemperaturen styrs (TIC) genom att öppna eller stänga spjäll på kylaren eller justera fläkthastigheten eller fläktbladens stigningsvinkel och därigenom öka eller minska luftflödet.
  • Temperaturövervaknings- och styrinstrument används i eldade värmare och ugnar för att justera bränsleflödesventilen (FCV) för att upprätthålla en önskad termisk effekt. Avfallsvärmeåtervinningsenheter (WHRU) används för att utvinna värme från flödet av heta avgaser från en gasturbin för att värma en vätska (värmemedium). Instrumentering inkluderar styrenheter för att upprätthålla en önskad temperatur på värmemediet genom att stänga eller öppna spjäll i avgasflödet.
  • Lågtemperaturlarm (TSL) används där kalla vätskor kan ledas till rörledningar som inte är lämpliga för kall service. Instrumentering kan inkludera ett initialt larm (TAL) och sedan en avstängningsåtgärd (TSLL) för att stänga en avstängningsventil (XV).
  • Temperatursensorer (TE) används för att indikera att växtflammor har oavsiktligt släckts (BAL), kanske på grund av otillräcklig flödeshastighet av gaser för att upprätthålla en låga.

Tryckinstrumentering

Diagram över tryckinstrumenteringen på ett processkärl

Olje-, gas- och petrokemiska processer utförs vid specifika driftstryck.

  • Trycket mäts av trycksensorer (PE) som skickar trycksignaler (PT) till tryckregulatorer (PIC). Tryckkärl och tankar är försedda med lokala tryckindikatorer (PI).
  • Inom den petrokemiska industrin styrs trycket genom att hålla ett konstant tryck i det övre gasutrymmet i ett kärl. En tryckregulator (PIC) justerar inställningen på en tryckregleringsventil (PCV) som matar gas vidare till nästa steg i processen. Ett stigande tryck i kärlet resulterar i att PCV öppnas för att mata mer gas framåt. Om trycket fortsätter att stiga agerar vissa styrenheter för att öppna en andra PCV som matar överskottsgas till fakkelsystemet. Tryckgivaren är konfigurerad att ge varningslarm (PAL och PAH) om trycket överskrider inställda höga och låga gränser. Om dessa gränser överskrids (PALL och PAHH) initieras en automatisk avstängning av systemet vilket inkluderar stängning av kärlets inloppsventiler. Trycksensorn (PT) som initierar en avstängning är en separat instrumentslinga från PT som är associerad med tryckregleringsslingan för att mildra fel i common mode och för att säkerställa större tillförlitlighet för avstängningsfunktionen.
  • Driften av hydrocykloner styrs av tryckinstrumentering som upprätthåller fasta differenstryck mellan inloppet och olje- och vattenutloppen.
  • Turboexpanders styrs genom att hålla inloppstrycket (PIC) vid ett konstant värde genom att kontrollera vinkeln på expanderns inloppsvingar. En tryckregulator med delat intervall kan också modulera en Joule-Thomson- ventil över turboexpandern.
  • Trycket i täckta tankar upprätthålls av självaktiverande tryckregleringsventiler (PCV). När vätska dras ut från tanken sjunker trycket i gasutrymmet. Filtgastillförselventilen öppnas för att upprätthålla trycket. När tanken fylls med vätska stiger trycket och en avluftningsventil öppnas för att ventilera ut gas till atmosfären eller ett avluftningssystem.
  • Ruptur (sprängande) skivor (PSE) och tryckavlastnings- eller trycksäkerhetsventiler (PSV) är viktiga tryckregleringsanordningar. Båda är självaktiverande och är designade att öppna vid ett förinställt tryck för att tillhandahålla en väsentlig säkerhetsfunktion på den petrokemiska anläggningen.

Flödesinstrumentering

Diagram över en flödeskontrollinstrumenteringsslinga

Genomströmningen av en petrokemisk anläggning mäts och styrs av flödesinstrumentering.

Kompressorstyrning
  • Flödet genom kompressorer , se schematisk, styrs genom att mäta flödet (FT) genom maskinen vid suget och styra hastigheten (SC) för drivmotorn (elmotor eller gasturbin ) som driver kompressorn. Överspänningsskydd säkerställer ett minimalt flöde av vätska genom kompressorn. Flödet (FT) vid utloppet och mätningar av sug- och utloppstryck (PT) och temperaturer (TT) för vätskan som strömmar genom kompressorn mäts. Antisurge-regulatorn (FIC) modulerar en kontrollventil (FCV) som återvinner kyld gas från nedströms om kompressorns efterkylare tillbaka till kompressorns sug. Lågflödeslarm (FAL) ger en varningsindikering till driftpersonal.
Schematisk beskrivning av pumpens minimiflödesskyddsarrangemang
  • Stora processpumpar är försedda med minimalt flödesskydd. Detta omfattar mätning av flöde (FE) vid pumpens utlopp, denna mätning är en ingång till en flödesregulator (FIC) vars börvärde är det minsta flöde som krävs genom pumpen (se diagram). När flödet minskar till det lägsta flödesvärdet verkar regulatorn för att öppna en flödeskontrollventil (FCV) för att recirkulera vätska från utloppet tillbaka till pumpens sug.
  • Flödesmätning (FIQ) krävs där förvarsöverföring av vätskor äger rum, till exempel en utgående rörledning eller vid en lastningsstation för tankfartyg. Noggrann mätning av flödet är viktigt och parametrar som vätskedensitet mäts.
  • Flare och ventilationssystem rensas för att förhindra luftinträngning och bildning av potentiellt explosiva blandningar. Flödeshastigheten för reningsgasen ställs in med rotameter (FIC) eller fast öppningsplatta (FO). Ett lågflödeslarm (FAL) varnar driftpersonalen om att reningsflödet har minskat avsevärt.
  • Rörledningar övervakas genom att mäta vätskeflödet i varje ände, en avvikelse (FDA) kan indikera en läcka i rörledningen.

Nivå instrumentering

Diagram över nivåinstrumenteringen på ett processkärl

Nivåmätningen av vätskor i tryckkärl och tankar inom den petrokemiska industrin utförs med differentialtrycksnivåmätare, radar, magnetostriktiva, nukleoniska, magnetiska flottör- och pneumatiska bubblarinstrument .

  • Nivåinstrumentering bestämmer höjden på vätskor genom att mäta positionen för en gas/vätska eller vätska/vätska-gränsyta i kärlet eller tanken. Sådana gränssnitt inkluderar olja/gas, olja/vatten, kondensat/vatten, glykol/kondensat, etc. Lokal indikering (LI) inkluderar synglas som visar vätskenivån direkt genom ett vertikalt glasrör fäst vid kärlet/tanken.
  • Fasgränssnitt hålls på en konstant nivå genom att nivåsändare (LT) sänder en signal till en nivåregulator (LIC) som jämför det uppmätta värdet med det önskade börvärdet. Skillnaden skickas som en signal till en nivåregleringsventil (LCV) på vätskeutloppet från kärlet. När nivån stiger verkar regulatorn för att öppna ventilen för att suga ut vätska för att minska nivån. På samma sätt när nivåerna sjunker agerar styrenheten för att stänga LCV för att minska utflödet av vätska.
  • Vissa kärl lagrar vätska tills den pumpas ut. Regulatorn (LIC) fungerar för att starta och stoppa pumpen inom ett specificerat band. Starta till exempel pumpen när nivån stiger till 0,6m, stoppa pumpen när nivån sjunker till 0,4m.
  • Hög- och lågnivålarm (LAH och LAL) varnar driftpersonalen om att nivåerna ligger utanför fördefinierade gränser. Ytterligare avvikelse (LAHH och LALL) initierar en avstängning antingen för att stänga nödavstängningsventiler (ESDV) på inloppet till kärlet eller på vätskeutloppsledningarna. Liksom med hög- och lågtrycksinstrumentering omfattar avstängningsfunktionen en oberoende mätslinga för att förhindra ett fel i common mode. Förlust av vätskenivån i kärlet kan leda till gasblåsning där högtrycksgas strömmar till nedströmskärlet genom vätskeutloppsledningen. Nedströmskärlets strukturella integritet kan äventyras. Dessutom kan hög vätskenivå i kärlet leda till att vätska överförs till gasutloppet kan skada nedströmsutrustning såsom gaskompressorer.
  • Hög vätskenivå i en fakkeltrumma kan leda till oönskad överföring av vätska till fakkeln. En hög-hög vätskenivå (LSHH) i fakkeltrumman initierar en anläggningsavstängning.
  • Ett av problemen med ett betydande antal tekniker är att de installeras genom ett munstycke och utsätts för produkter. Detta kan skapa flera problem, särskilt vid eftermontering av ny utrustning på fartyg som redan har stressavlastats, eftersom det kanske inte går att montera instrumentet på den plats som krävs. Eftersom mätelementet exponeras för innehållet i kärlet, kan det också angripa eller belägga instrumentet vilket gör att det inte fungerar. En av de mest tillförlitliga metoderna för att mäta nivå är att använda en kärnkraftsmätare , eftersom den är installerad utanför fartyget och normalt inte kräver ett munstycke för bulknivåmätning. Mätelementet installeras utanför processen och kan hållas i normal drift utan att ta avstängning. Avstängning krävs endast för en noggrann kalibrering.

Instrumentering av analysator

Ett brett utbud av analysinstrument används inom olje-, gas- och petrokemisk industri.

De flesta instrument fungerar kontinuerligt och ger en logg över data och trender. Vissa analysinstrument är konfigurerade att larma (AAH) om en mätning når en kritisk nivå.

Annan instrumentering

  • Större pumpar och kompressorer är försedda med vibrationssensorer (VT) för att ge driftspersonal en varning (VA) om potentiella mekaniska problem med maskinen.
  • Brottskivor (PSE) och trycksäkerhetsventiler (PSV) är självmanövrerade och ger ingen omedelbar indikation på att de har spruckit eller lyfts. Instrumentering som trycklarm (PXA) eller rörelselarm (PZA) kan monteras för att indikera att de har fungerat.
  • Korrosionskuponger och korrosionssonder ger en lokal indikation på korrosionshastigheter för vätskor som strömmar i rören.
Griskastare
  • Pipeline pig launchers och mottagare är försedda med en pig signaler (XA) för att indikera att en gris har sjösatts eller har anlänt.
  • Förpackade utrustningar ( kompressorer , dieselmotorer , elgeneratorer, etc) är utrustade med lokal leverantörslevererad instrumentering. När utrustningen inte fungerar skickas en multivariabel signal (UA) till kontrollrummet.
  • Brand- och gasdetekteringssystemet består av lokala sensorer för att detektera närvaron av gas, rök eller brand. Dessa initierar larm i kontrollrummet. Samtidig detektering av flera sensorer initierar åtgärder för att starta brandvattenpumpar och stänga brandspjäll i slutna utrymmen.
  • Den petrokemiska anläggningen kan ha flera nivåer av avstängning. En enhetsavstängning (USD) innebär avstängning av en begränsad enhet med resten av anläggningen kvar i drift. Ett produktionsstopp (PSD) innebär avstängning av hela processanläggningen. En nödstopp (ESD) innebär fullständig avstängning av anläggningen.
  • Äldre anläggningar kan ha lokala styrslingor som driver pneumatiska (3 – 15 psia) slutelementställdon. Sensorer kan också sända elektriska signaler (4 – 20mA). Omvandling mellan pneumatiska och elektriska signaler görs av P/I- och I/P-omvandlare. Styrning av moderna anläggningar är baserad på ett distribuerat styrsystem som använder fältbuss digitala protokoll.

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Instrumentation_in_petrochemical_industries&oldid=1094576459 "