1398/02/29 بدون نظر پایلوت پلنت, تجهیزات شیمیایی, راکتور

ضرورت اندازه گیری و کنترل

ابزار دقیق کنترل راکتور : به طور کلی واحدهای شیمیایی شامل تجهیزات فرایندی مختلفی هستند که بوسیله خطوط لوله که در انها مواد شیمیایی جریان دارند، به یکدیگر متصل شده اند. برای انکه این واحد ها در شرایط مناسب عملیاتی کار کنند، باید پرامتر های فرایندی از قبیل دما، فشار، ارتفاع سطح مایع و دبی سیال در محدوده های خاصی نگه داشته شوند، یا به عبارت دیگر، این پرامتر ها کنترل شوند.

به عنوان مثال در یک راکتور شیمیایی، مواد اولیه باید با یک نسبت مشخص وارد ان شده و در دما و فشار معینی با هم واکنش دهند. تغییرنسبت مواد اولیه و یا مقدار انها، دما و یا فشار راکتور، می تواند منجر به تولید محصولات ناخواسته یا بازدهی کم راکتور شود.

کنترل و اندازه گیری در واکنش

بنابراین علاوه بر مقدار مواد ورودی به این راکتور باید دما و فشار انها نیز کنترل شود. فرض کنید برای گرم کردن خوراک A ورودی به راکتور، یک مبدل حرارتی که در پوسته ان بخار جریان دارد، داریم. برای اینکه بتوان دمای جریان A خروجی از مبدل را در نقطه ای مشخص نگهداشت، باید دبی بخار عبوری از پوسته مبدل را طوری تغییر داد که دمای جریان A خروجی ثابت بماند. اگر به هر دلیلی دمای جریان A در ورودی به مبدل کاهش یابد، با باز کردن شیر تنظیم دبی بخار ورودی و در نتیجه افزایش دبی بخار می توان دمای جریان A خروجی از مبدل را ثابت نگهداشت.

حال کنترل فشار خوراک B را در نظر بگیرید، با باز و بسته کردن یک شیر که در مسیر جریانB قرار دارد، افت فشار ایجاد شده تغییر نموده و بدین وسیله می توان فشار جریان B ورودی به راکتور را ثابت نگاهداشت.

شیرهای کنترلی در راکتور

باز و بسته کردن شیر ها می تواند توسط اپراتور ها انجام گیرد. به این نوع کنترل، کنترل دستی گفته می شود. اپراتور ها در صورت تغییر در شرایط فرایند باید بتوانند به سرعت تصمیمات لازم را اتخاذ کرده و شیر های مربوطه را باز و بسته کنند. معمولا در یک واحد شیمیایی ممکن است تعداد زیادی دستگاه فرایندی وجود داشته باشد که برای درست کار کردن هر یک از انها لازم باشد تعدادی از پارامتر های فرایندی مربوطه در محدوده ی مجاز کنترل شوند.

این بدان معناست که باید بطور همزمان تعداد زیادی شیر توسط اپراتور ها باز و بسته شود. با توجه به اینکه برای باز و بسته کردن همزمان این تعداد شیر، تعداد زیادی اپراتور لازم است و این نکته که ممکن است در واحد های پیچیده تر، اپراتور ها نتوانند تصمیمات لازم و به موقع اتخاذ کنند، کنترل دستی می تواند منجر به عملکرد نامناسب واحد، تخریب محیط زیست و حتی خطرات جانی شود.

برای رفع این مشکل، یعنی تشخیص و محاسبه دقیق میزان باز و بسته شدن هر یک از شیر ها و کاهش تعداد اپراتور های مورد نیاز و در نتیجه کاهش خطای تصمیم گیری انها، سیستم کنترل اتوماتیک بوجود امده و به کار گرفته شده است.

کنترل اتوماتیک راکتور

کنترل اتوماتیک دارای دقت و سرعت بیشتری نسبت به کنترل دستی می باشد. امروزه با پیشرفت کامپیوتر ها، از انها به عنوان مغز متفکر در کنترل فرایند ها استفاده می شود و می توان واحد های بزرگ شیمیایی با تجهیزات و پیچیدگی های زیادی را توسط تعداد کمی اپراتور و به کمک سیستم کمترل اتوماتیک، کنترل نمود.

کنترل اتوماتیک متغیر های فرایندی، علاوه بر نگهداشتن فرایند در شرایط مطلوب، باعث دستیابی به ایمنی بیشتر و نیز رعایت بهتر قوانین زیست محیطی می شود. بدین معنی که با استفاده از این روش سرعت و دقت بسیاری از تصمیمات و در نتیجه اقدامات پیشگیرانه افزایش می یابد و به علاوه مدیریت بحران بهتری در موارد این گونه پدید می اید.

سیستم های کنترل را به 2 دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم می کنند. این سیستم ها هر یک کاربرد و اهمیت خاص خود را دارند و در واحد های صنعتی بر حسب ملاحظات اقتصادی مورد نیاز استفاده می شود.

برای اشکار شدن چگونگی عملکرد سیستم های مدار باز و مدار بسته، سیستم سرمایش اتاق را در نظر بگیرید. فرض کنید از یک کولر گازی برای خنک کردن هوای اتاق استفاده می شود. برخی از کولر های گازی تنها دارای درجه کم، متوسط و زیاد هستند ودر هر شرایطی از تغییرات دمای هوای داخل و یا خارج اتاق به مقدار ثابتی سرما تولید می کنند

به عبارت دیگر اگر کولر در درجه زیاد تنظیم شده باشد و نگهان هوای بیرون سرد شود، از انجاییکه در میزان تولید سرمایش کولر تغییری حاصل نمی شود، هوای داخل اتاق بسیار سرد خواهد شد.

کنترل دما و ابزار دقیق کنترل راکتور

اما در انواع جدیدتر کولر ها، فرد می تواند دمای مطلوب اتاق را برای کولر تعیین کند. این کولر ها دارای یک دماسنج هستند که در هر لحظه دمای اتاق را اندازه گرفته و با دمای مطلوب مقایسه می کنند. اگر دمای اتاق از دمای مطلوب کمتر باشد، کولر میزان سرمایش را کمتر می کند و بر عکس، در صورتیکه دمای اتاق بیشتر از دمای مطلوب باشد، میزان سرمایش بیشتر می شود تا در نهایت دمای اتاق برابر دمای مطلوب شود. این کولر ها می توانند در صورتی که هوای بیرون گرمتر شود و یا هر عامل دیگری که باعث تغییر دردمای اتاق می شود، به راحتی دما را در دمای مطلوب نگهدارند.

کولر های نوع اول مثالی از سیستم کنترل مدار باز و کولر های نع دوم مثالی از سیستم کنترل مدار بسته می باشد. اگر مثال سرمایش اتاق را به عنوان یک فرایند در نظر بگیریم، دمای اتاق، خروجی فرایند یا متغیر کنترل شونده خواهد بود دمای مطلوب، مقدار مقرر یا set point نامیده می شود و میزان سرمایش، متغیر تنظیم شونده یا ورودی فرایند است.

علاوه بر این تغییر دمای بیرون یا باز بودن درب را اغتشاشات ورودی به فرایند می نامیم.

به طور خلاصه می توان گفت در یک سیستم کنترل مدار باز، ورودی به فرایند بدون در نظر گرفتن مقدار خروجی در هر لحظه، تعیین می شود. استفاده از این سیستم ها برای فرایند های ساده مناسب می باشد. در سیستم مدار بسته، مقدار متغیر تنظیم شونده یا ورودی فرایند بر اساس اختلاف مقدار متغیر خروجی با مقدار مطلوب تعیین می شود. سیستم های مدار بسته گران تر بوده و طراحی انها پیچیده تر می باشد.

کنترل مدار بسته راکتورهای صنعتی

یک سیستم کنترل مدار بسته دارای چهار بخش اصلی می باشد. دستگاه اندازه گیری، مقایسه، محاسبه و تصحیح. به این صورت که متغیری که باید کنترل شود توسط ابزار های اندازه گیری، اندازه گیری شده و سپس توسط کنترلر با مقدار مقرر مقایسه شده و مقدار متغیر های تنظیم شونده محاسبه می شود.

می توان گفت اندازه گیری یک گام مهم در کنترل فرایند می باشد و در صورتیکه اندازه گیری صحیح انجام نشود، سیستم کنترل نمی تواند بدرستی عمل کند. اندازه گیری ها علاوه بر اهداف کنترلی هدف های دیگری نیز دارند و ممکن است یک متغیر اندازه گیری شده به سیستم کنترل فرستاده نشود و خروجی اندازه گیری فقط نمایش داده شده و ثبت شود، بطور کلی اندازه گیری به چند دلیل انجام می شود که این ابزار دقیق کنترل راکتور  عبارتند از :

  •  کنترل – فراهم کردن اطلاعات لازم جهت استفاده در کنترلرها
  •  مانیتورینگ – فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز اپراتور جهت اطلاع از وضعیت سایت
  •  تعلیل فرایند – فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز هنگامیکه اتفاقی رخ می دهد به منظور تحقیق در علل ایجاد و چگونگی رفع ان
  •  ایمنی – تشخیص حالتیکه ممکن است منجر به خطر شود چه برای واحد و چه برای کارکنان ان

بنابراین در صورتی که وسیله اندازه گیری بدرستی عمل نکند ممکن است منجر به ضررهای جانی و اقتصادی فراوانی شود. خرابی یک وسیله اندازه گیری همیشه قابل مشاهده نیست و ممکن است اطلاعات غلط ان درست تلقی شود.

به این دلیل لازم است با بررسی منظم تجهیزات اندازه گیری از صحت عملکرد انها مطلع شویم. لذا اشنایی اپراتورها با خصوصیات و نحوه عملکرد انواع دستگاه های ابزار های دقیق می تواند از بروز بسیاری از این مشکلات جلوگری نماید.

به همین دلیل در این مجموعه به بررسی انواع اندازه گیر ها که در صنعت پتروشیمی متداول تر هستند و اپراتور های بهره بردار، بیشتر با انها سرکار دارند، پرداخته می شود.

اجزاء سیستم های کنترلی راکتور

یک سیستم کنترل مدار بسته علاوه بر دستگاه های اندازه گیری که در این نزم افزار به طور خاص مورد مطالعه قرار می گیرد، دارای بخش های دیگری شامل ترنسمیترها، کنترل کننده ، محرک ها، عنصر نهایی کنترل، اجزاء ثبت کننده و نمایشگر ها نیز می باشد که در ادامه مطالبی در ارتباط با انها جهت اشنایی، به طور خلاصه اشاره می شود.

معمولا یک دستگاه اندازه گیری شامل سنسور یا حس گر و ترنسدیسور یا مبدل 0 ابزار دقیق کنترل راکتور  ) می باشد. یک دستگاه اندازه گیری می تواند بدون ترنسدیوسر و تنها یک سنسور به کار رود، مانند اندازه گیر های فشار بوردونی که خروجی انها توسط عقربه نشان داده می شود.

لازم به ذکر است معمولا دستگاه اندازه گیر به اسم سنسور یا ترنسدیوسر به کار رفته در ان شناخته می شود.

سنسورهای مورد استفاده در راکتور

سنسور: نواع دستگاه های اندازه گیری دارای سنسور یا حس کننده های متفاوتی هستند که کمیت هایی مانند دما، فشار، دبی و غیره را اندازه گیری می کنند. این سنسور ها برحسب نوع عملکرد، دارای خروجی های متفاوتی از قبیل مقاومت، ظرفیت الکتریکی، جابجایی و غیره است.

در واقع سنسور ابزاری است که در همه دستگاه های اندازه گیری وجود دارد و وپیفه ان تماس با سیال و تاثیر پذیری از پارامتر مورد اندازه گیری می باشد. این تاثیر باعث ایجاد تغییر در برخی از خواص فیزیکی یا شیمیایی ان سنسور خواهد شد. به عنوان مثال یک ترموکوپل که برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار می گیرد، دارای خروجی به شکل ولتاژ الکتریکی در حد میلی ولت است و یا یک لوله بوردن که برای اندازه گیری فشار به کار می رود دارای خروجی از نوع جابجایی می باشد.

مبدل و ترنسندیوسر راکتورهای شیمیایی

مبدل ها یا ترنسدیوسرها: از انجاییکه در یک واحد شیمیایی تعداد زیادی دستگاه اندازه گیری وجود دارد که لزوما نزدیگ به سیستم کنترل مستقر نیستند.، انتقال خروجی انها به سیستم کنترل به صورت مستقیم امکان ناپذیر است. به عنوان مثال جابجایی که لوله بوردن ایجاد میکند انقدر کم می باشد که انتقال ان به سیستم کنترل که فاصله نسبتا دوری از ان قرار دارد ، بسیار مشکل است و یا خروجی ترموکوپل که برای اندازه گیری دما است، ولتاژ الکتریکی می باشد که ورد مستقیم ان به سیستم کنترل، امکان ایجاد خطا می نماید.

بنابراین لازم است تمامی خروجی های انواع سنسورها به یک سیگنال قابل اعتماد و استاندارد تبدیل گردد. در بعضی موارد برای پرهیز از اشتباه نیاز به تعریف دقیق تری از سنسور و ترانسدیوسر خواهیم داشت.

به این صورت که ترانسدیوسر بخشی از دستگاه اندازه گیری است که برای تبدیل یک نوع از انرژی مثل انرژی مکانیکی حاصل از فشار به نوع دیگری مانند جریان الکتریکی و با استفاده از یک منبع انرژی به عنوان تغذیه کننده دستگاه، به کار می رود.

مبدل به عنوان ابزار دقیق کنترل راکتور

در عوض سنسور این تبدیل را بدون استفاده از یک عامل خارجی و به شکل خود به خودی انجام می دهد، مانند ترموکوپل که با دریافت انرژی گرمایی ولتاژ الکتریکی تولید می کند و نیازی به یک منبع خارجی برای این تبدیل ندارد. سنسورها همانطور که از نامشان پیداست، به واسطه ارتباط مستقیمی که با محیط مورد اندازه گیری برقرار می کنند، کار می کنند ولی ترانسدیوسرها اغلب به واسطه سنسور ها کار تبدیل سیگنال را انجام می دهند.

در برخی موارد که این تقسیمات از اهمیت انچنانی برخوردار نیست، مثل استرین گیجهای فشار، با کمی اغماض می توان دیافراگمی را که فشار سیال را به کشش روی سیم ها منتقل می کند، به سادگی جزء ترانسدیوسر به حساب اورد.

در نتیجه این تعاریف می توان در یافت که در یک اندازه گیری همیشه نیاز به یک سنسور وجود دارد ولی الزامی برای استفاده از یک ترانسدیوسر وجود نخواهد داشت.

انتقال به کمک جریان الکتریسته وهوا دو روش بسیار معمول در صنعت می باشد. علت به کارگیری هوا به عنوان یک سیال به علت تراکم پذیر بودن و نیز در دسترس بودن ان است. از دیگر مزایای استفاده از هوا تهیه ارزان و نیز عدم خورندگی ان می باشد.

مبدل ها یا ترنسدیوسرها در حالت کلی ابزار هایی هستند که خروجی های مختلف تولیدی توسط دستگاه های اندازه گیری را به خروجی الکتریکی یا هوای فشرده تبدیل می نمایند. انتقال به روش هوای فشرده را روش نیوماتیکی نیز می گویند.

ترنسمیترهای راکتور

خروجی هر کدام از ترنسدیوسرهای الکتریکی یا نیومایتکی به عنوان ابزار دقیق کنترل راکتور می تواند بازه های مختلفی داشته باشد. مثلا خروجی یک برنسدیوسر الکتریکی می تواد از چند میلی امپر نا چندین امپر باشد. برای عملکرد ساده تر سیستم کنترلری و اسانتر شدن مقایسه سیگنالهای اندازه گیری با سیگنالهای مطلوب، معمولا ترجیح داده می شود سیگنالهای ورودی به کنترلر ها در یک بازه مشخص باشند.

ترنسمیتر ها وظیفه تقویت سیگنال های خروجی از مبدل ها ئو انتقال انها را دارند. معمولا ترنسمیترها، سیگنال های الکتریکی ورودی را به سیگنال استاندارد 20-4 میلی امپر و سیگنال نیوماتیک ورودی را به سیگنال استاندارد 3psi-15، استاندارد های جهانی برای انتقال اطلاعات در سیستم های کنترلی می باشند.

حد پایین سیگنال های استاندارد صفر انتخاب نشده است. چون اگر حد پایین سیگنال،صفر انتخاب شود، در دو حالت سیگنال ورودی به کنترلر صفر خواهد بود. یک حالت زمانی است که متغیر مورد اندازه گیری در حد پایین خود قرار دارد و حالت دیگر زمانی اتفاق می افتد که سیم های انتقال جریان الکتریکی قطع شوند و یا مثلا خطوط لوله انتقال دهنده هوای فشرده شکسته شوند.

بنابراین کنترلرها و هنچنین اپراتورها نمی توانند بین این دو وضعیت تفاوتی قائل شوند و مشکلات پیش امده در واحد تشخیص داده نخواهد شد. ولی در حالت استاندارد که حد پایین مقداری غیر از صفر می باشد، در صورتیکه کنترلر سیگنال صفر دریافت کند، نشان دهنده وجود مشکلات در خطوط انتقال خواهد بود. از انجاییکه در کنترل فرایندهای صنعتی غالبا نیاز به سنسور، ترانسدیوسر و ترانسمیتر می باشد کمپانی های سازنده این سه عنصر را معمولا یکجا و به صورت یک دستگاه می سازند

 

ساخت انواع راکتور شیمیایی

تجهیزستان

ارسال نظر شما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *