PROSES KONTROLE GİRİŞ. KONTROL : Canlılarda veya fiziksel sistemlerde
davranışların belirli bir amaca yönlendirilmesi. DOĞAL KONTROL : İnsan ...
PROSES KONTROLE Gİ GİRİŞ KONTROL : Canlılarda veya fiziksel sistemlerde davranışların belirli bir amaca yönlendirilmesi. DOĞ DOĞAL KONTROL : İnsan kanındaki şeker derişiminin bir hormon vasıtasıyla sabit bir düzeyde tutulması. YAPAY KONTROL : İnsanın bizzat kendisinin veya kendi ussal çabaları ile oluşturduğu aygıtların yardımıyla gerçekleştirilen kontrol. TEKNİ TEKNİK YAPAY KONTROL : Mühendislerin yaptığı kontrol. Makine ve Elektrik Mühendisleri. İlkeler ve yöntemler aynı, sistemler farklı. KİMYA MÜ MÜHENDİ HENDİSLERİ SLERİ : Proses değişkenlerini kontrol eder. PROSES DEĞİŞ KENLERİİ : DEĞİŞKENLER
PROSES KONTROLÜ KONTROLÜN GEREKLİ GEREKLİLİĞİ : Ürün kalitesini düzeltmek, hızlı değişimleri kontrol altında tutabilmek, üretim maliyetini düşürmek, üretim tesisinin çevre ile uyumlu çalışmasını sağlamak.
GÜVENLİ VENLİK DÜ DÜZENEĞİ ZENEĞİ (ALARM) - Sistem tehlikeli çalışma bölgesine ulaştığında çalışır.
KONTROL DÜ DÜZENEĞİ ZENEĞİ : Bu bölgeye girilmesini önler.
Sıcaklık T, (TC) Gaz basıncı P, (PC) Akış debisi F, (FC) Sıvı hacmi V veya düzeyi Z, (LC) Derişim C, (CC) PH derecesi Ph, (pHC) Viskozite değeri, , (VC)
Soğuk akışkan girişi, F, T0
TEMEL KAVRAMLAR SİSTEM : Proses elemanları veya eleman grupları.
V, T
Karıştırıcılı Sıvı Isıtma Tankı
Termometre, Termometre ve kılıfı, Distilasyon kolonu, Kondenser PARAMETRE : Sistemin fiziksel büyüklükleri. CP, , U, DEĞİŞ KEN : Parametre olmayan sistem büyüklükleri. T, Z, C, P DEĞİŞKEN
Su buharı girişi, m, Q
Sıcak akışkan çıkışı, F, T
Sistem parametreleri genellikle değişkenlerin fonksiyonudur. bağ
STATİK TASARIM DENKLEMİ
= f(T), CP = f(T) Bu bağımlılık gözardı edilir. Parametreleri sabit tutmak üzere kontrol yapılmaz. Yapılan kontrol, parametre değişimlerini de engeller.
Q = F··CP·(T0 - T) = U·A·(TSB - T)
STATİ STATİK (DURAĞ (DURAĞAN KARARLI) Sİ SİSTEM : Değişkenleri zaman ve konumla değişmeyen sistemler. Model : Cebrik denklem (Çözümleri kolay) DİNAMİ NAMİK (KARARSIZ) Sİ SİSTEMLER : Değişkenleri zaman ve konumla değişen sistemler. Model : Diferansiyel denklem (Çözümleri zor).
(kkal/saat)
BOZANETKEN : Kararlı çalışmadan ayıran sistem değişkeni YAPAY BOZANETKENLER : T0, F DOĞAL BOZANETKENLER : Dış ortama ısı kaybı, U Su buharı vanası kontrol altında tutulmalıdır. Q = FSB· EL İLE KONTROL (MANUEL) : İşçi karar verir. OTOMATİK KONTOL : Kontrol cihazı karar verir.
DİNAMİ NAMİK ISI DENGESİ DENGESİ : F··CP·(T - T0) + Q = V·· CP·(dT/dt)
(kkal/saat)
Kontrol ediciye referans sıcaklık (ayar noktası, set point) verilmeli. Hata (Sapma, ayrılma, error) = TR - T (K) Hata işlenerek kontrol valfine komut gönderilir. ORANTILI (PROPORTIONAL) KONTROL EDİ EDİCİ: PV = PVK + KC ·
PV = KC· (mm)
İNTEGRAL MOD KONTROL EDİ EDİC İ : d(PV)/dt = KI·
PV = KI· ·dt
(mm)
PI KONTROL EDİ EDİC İ TÜREVSEL (DERIVATIVE) MOD KONTROL EDİ EDİC İ : PV = KD·(d/dt)
(mm)
PD veya PID KONTROL EDİ EDİC İ GERİ GERİ BİLDİ LDİRMELİ RMELİ KONTROL (FEEDBACK CONTROL): CONTROL) Sistemi kontrol etmede, çıkış bilgisini geriye bildirerek bunun referans değerden sapmasından yararlanılan kapalı kontrol çevrimi.
1
Düzeltme Komutu
PROSES
Kontrol Büyüklüğü
DİJİTAL PROSES KONTROL
SON KONTROL VALFİ ÖLÇME ELEMANI
Hesaplanan Değer
Ölçülmüş Büyüklük Kontrolün Proses Alanı Elemanları
KONTROL EDİCİ Hata (Sapma)
KIYASLAYICI
Referans Değer
Bilgisayar
Ayar Noktası
D/A
T
Tutucu Eleman
Valf
C
Ölçüm Elemanı
A/D
Kontrol Odası Elemanları
Proses
T
Geri Bildirmeli Dijital Kontrol Çevrimi ve Arabirimleri
Geri Beslemeli Otomatik Proses Kontrol Çevrimi Elemanları
BLOK DİYAGRAMLARI VE GENEL NOTASYON ÖRNEKLEYİ RNEKLEYİC İ (SAMPLER) : Ölçme elemanından aldığı sürekli-analog sinyalleri kesikli-analog sinyaller haline dönüştürür. ANALOGANALOG-DİJİTAL DÖ DÖNÜŞTÜRÜCÜ (A/D CONVERTER) : Örnekleyiciden aldığı kesikli-analog sinyalleri bilgisayarın anlayıcı kesikli-dijital sinyallere dönüştürür.
x(t) Giriş Büyüklüğü
DİJİTALTAL-ANALOG DÖ DÖNÜŞTÜRÜCÜ (D/A CONVERTER) : Bilgisayarın ürettiği dijital-kesikli sinyalleri, analog-kesikli sinyallere dönüştürür.
y(t) = f (x , t)
TUTUCU (HOLDER) : Analog-kesikli sinyalleri, son kontrol elemanının (valf) anlayacağı analog-sürekli sinyallere dönüştürür.
Y(s)
X(s)
G(s)
Y(s) = c(s)·x(s)
Dinamik Elemanın Giriş-Çıkış Büyüklükleri ve Neden-Sonuç İlişkisi İçin Blok Diyagramı
Kontrol işlevi, BASIC, FORTRAN, PASCAL gibi dillerde yazılan programlar vasıtasıyla yapılır. Referans değer, bir analog cihaz üzerinden değil, yazılan programın içinde verilir veya değiştirilir.
GİR İŞ BÜYÜKLÜ KENİİ, KLÜĞÜ, INPUT VARIABLE, NEDEN DEĞİŞ DEĞİŞKEN SEBEP DEĞİŞ KENİİ : x(t), X(s) DEĞİŞKEN
y(t) Dinamik Eleman (Termometre) Çıkış Büyüklüğü
T0 F Q
Giriş Büyüklüğü x(t)
Su Isıtma Prosesi
T V
Çıkış Büyüklüğü
x(t)
+
+ z(t)
X(s)
Z(s)
X(s)
x(t) X(s) x(t) X(s)
ÇIKIŞ IKIŞ BÜYÜKLÜ KLÜĞÜ, OUTPUT VARIABLE, NETİ NETİCE BÜ BÜYÜKLÜ KLÜĞÜ, SONUÇ SONUÇ BÜYÜKLÜ KLÜĞÜ : y(t), Y(s)
Giriş Büyüklüğü y(t)
TRANSFER FONKSİ FONKSİYONU : Y(s)/X(s) = G(s)
z(t) = x(t) - y(t)
X(s) ve Y(s) fonksiyonları, zamanın değil, bir s=a + b·j biçimindeki bir karmaşık (kompleks) sayının fonksiyonudurlar. Bunlar zaman fonksiyonlarının Laplace dönüşümleri ile elde edilirler.
Dinamik Kıyaslayıcı ve Toplayıcı Elemanların Gösterimi ve Sinyallerin Bir Noktadan Ayrılması
Y(s)
Z(s) = X(s) - Y(s)
Blok diyagramları proses kontrolün akım şemalarıdır.
2
BLOK İNDİ NDİRGEME X U(s) R(S)
E(s)
P(s)
+ TR(s)
T(s) B(s)
GC(s)
Y
N(s) M(s)
GV(s)
GP(s)
+
+
T(s)
Q(s)
Tm(s)
C(s)
X1(s)
G1(s) + +
C(s) X2(s)
Isıtıcılı Tank Örneğine Göre Düzenlenmiş Geri Bildirmeli Kontrol Çevriminin Komple Blok Diyagramı
X3(s)
G2(s)
Paralel bağlı çalışan iki blok için eşdeğer blok. Y(s) = (G1(s) + G2(s))·X(s) İleri yön blokları : G(s) = GC(s)·GV(s)·GP(s)
GİRİŞİŞ-ÇIKIŞ IKIŞ BAĞ BAĞLANTILARININ ELDE EDİ EDİLMESİ LMESİ
Z G = Ga·Gb
Seri bağlı çalışan iki blok için eşdeğer blok. Y(s) = ((G1(s)·G2(s))·X(s)
T(s) H(s)
X
Z Gb
Ga
Seri çalışan bloklar
M(s) = (s)·G(s) M(s) + U(s)·N(s) = C(s)
U
B(s) = H(s)·C(s) R(s) - B(s) = (s)
N
C(s) = G(s) / [1+G(s)·H(s)] ·R(s) + NI(s) / [1+ G(s)·H(s)]·UI(s) R
E +
M G
+
C SERVO mod çalışma : Bozanetkenin ayar noktası olduğu çalışma.
B
C(s) = G(s) / [1 + G(s)·H(s)] ·R(s) H
İndirgenmiş Geri Bildirmeli Proses Kontrol Çevrimi Blok Diyagramı
REGÜLATÖR mod çalışma : Bozanetkenin yük değişkeni (yapay sistem bozanetkeni) olduğu çalışma. C(s) = N(s) / [ 1+ G(s)·H(s)]·U(s)
ÖRNEK PROSES KONTROL ÇEVRİ EVRİMLERİ MLERİ DENETİ DENETİM ORANI : C(S) / R(S)
SIVI DÜZEYİ KONTROLÜ : Besleme veya çıkış akımı ayarlanarak bir tanktaki sıvı düzeyi kontrol edilir.
HATA ORANI : (s) / R(s)
YÜK DENETİ DENETİM ORANI : C(s) / U(s)
KARAKTERİ KARAKTERİSTİ STİK DENKLEM : Yukarıdaki bütün oranlar için, indirgenmiş kapalı transfer fonksiyonunun paydası, [ 1+ G(s)·H(s)] değerindedir. Bu büyüklüğe kapalı kontrol çevriminin “KARAKTERİSTİK DENKLEMİ” adı verilir.
Kontrol Komutu Besleme Akımı F0
Referans Değer
z(t) Çıkış Akımı
Besleme Akımı F0
Kontrol Mekanizması
Valf
F
Referans Değer Kontrol Mekanizması
Kontrol Komutu
z(t) Çıkış Akımı
Valf F
3
Kontrol Mekanizması Refer. Düzey zR +
z
Kontrol Düzey Edici Farkı Kıyaslayıcı
P Hava Bas.
Son Kontrol Valfi
Düzey Kontrol Prosesi
F0(F) Sıvı Mik.
Sıvı Düzeyi z
Besleme Akımı F0 z(t)
Ölçülmüş Düzey z
Referans Değer Vericisi
Kontrol Mekanizması
Hareketsiz Orta Nokta
Valf Kolu
Düzey Ölçer Eleman
Çıkış Akımı
Valf Tıkacı
SİMULTANE GERİ BİLDİRMELİ KONTROL ÇEVRİMLERİ A. DİSTİLASYON KOLONUNUN KONTROL ÇEVRİMLERİ
pH DEĞERİ KONTROLÜ
Soğutma Suyu
Na2HPO4 + CO2 + H2O
Na2CO3 + H3PO4
PC
Disodyum fosfat
Kondenser Fosforik Asit Çözeltisi
Orifizmetre Karıştırıcı Na2CO3 çöz. Debi Kontrol Mekan.
¦
¦ pH Kont. Mekan.
Referans Debi
Referans pH Değeri
LC1
Destilasyon Kolonu Besleme Akımı LC2
Riflaks Baş Ürün
TC
Su Buharı Girişi
Yüzer Tip pH Elektrotu
Reaktör
Riflaks Toplama Kabı
Süzmeye Ürün
Kondensat Çıkışı Taban Ürünü
B. BUHAR ÜRETEN BİR YARDIMCI TESİSİN KONTROL ÇEVRİMLERİ: Basınç ve düzey kontrol çevrimleri bağımsız çevrimlerdir. Yakıt besleme kontrol çevrimi ile su buharı çekme debisi birbirlerine bağımlıdırlar (Etkileşimli çevrimler). Baca Gazları Çıkışı
C. DÖNER FIRININ KONTROL ÇEVRİMLERİ
TC2
P
PC Aşırı Isıtılmış Su Buharı
PC
T1 T2
T3
TC1
FC1
LC
Yakıt Besleme
Kazan
Su Besleme FC2 Yakma Havası Girişi
PC: Basınç kontrolü LC: Sıvı seviyesi kontrolü FC1: Katı madde akış debisi kontrolü FC2: Gaz madde akış debisi kontrolü
4
PROSESLERİ PROSESLERİN SERBESTLİ SERBESTLİK DERECELERİ DERECELERİ (SD) Bir bilardo masası üzerindeki topun S.D. = 2 S.D. = B.değ. Sayısı
Denklem Sayısı
Basit Isı Değiştirici : Bağımsız Değişken Sayısı = 4 Denklem Sayısı = 1 Q = M·Cp·(T2 - T1) Serbestlik Derecesi = Maksimum kontrol edici sayısı = 4 - 1 = 3
Soğuk Akışkan Girişi M, T1
Sıcak Akışkan Çıkışı, M, T2
Verilen Isı Debisi, Q (Su Buharı ile veya elektriksel olarak) Basit bir Kimyasal Madde Üretim Tesisinin Tipik Kontrol Devreleri
Distilasyon Kolonu : Bağımsız Değişken Sayısı = 11 Denklem Sayısı = 3 S.D. = K.E. = 11 - 3 = 8
QK
Besleme Akımı MF, TF, XF
Fraksiyonlama Kolonu
Kondenser Baş Ürün, M1, T1, X1
Boyler Taban Ürünü, M2, T2, X2 QB
Sürekli Çalışan Destilasyon Kolonu ve Yardımcıları
AÇIK KONTROL (AYARLAMA KONTROLÜ) GERİ BİLDİRMELİ KONTROLÜN ÜSTÜNLÜKLERİ :
Bir veya daha fazla değişken, diğerlerinin değerlerine göre ayarlanır.
Bozanetkenleri ayrı ayrı dikkate almaz. Bu nedenle karmaşık bir proses bile yeterli sayıda kontrol çevrimi kurularak ucuz ve kolay biçimde kontrol edilir. X2’ye göre ayarlı gösterge GERİ BİLDİRMELİ KONTROLÜN SAKINCALARI : F Saf Su
Konsantre Tuzlu Su
Gösterge Pozisyonu
F1, X1
Hata saptanmadan kontrol işlevini başlatmaz. Hatanın oluşması için önlemler almaz.
Valf
Karıştırıcı F1
X2
X2 X2
Tuz Bileşen Dengesi : X2 = F1 / (F1 + FSU) · X1 Açık kontrolde sistemin çıkış büyüklüğü, hata tespiti amacıyla, giriş büyüklüğü ile kıyaslanmaz. Bu eksiklik yöntemin başlıca sakıncasıdır.
5
ÇEVRESEL KONTROL (Ç (ÇOKLU AÇ AÇIK KONTROL) Bozanetkenlerin başlıcalarına veya hepsine “açık kontrol” uygulanması ile meydana getirilir
Çevresel Kontrolde Tuz Seyrelticisi
Tuz Seyreltme Prosesi İçin Geri Bildirmeli Kontrol
ÖN KONTROL (FEEDFORWARD CONTROL) Ana fikir bozanetkenleri tespit edip, daha sisteme girmeden kontrol altına almaktır.
MO
Soğuk Akışkan Girişi Flovmetre M ,T 0
Q / MO·c
MO
0
Bilgi İşler
Q / MO2·cP
PROSES TASARIMI
T Su Buharı Girişi MO T / M O O
Kondensat Çıkışı
Sıcak Akışkan Çıkışı
M0 , T
P&ID DERS NOTLARI
TO DOÇ. DR. SÜLEYMAN KARACAN
Su Isıtma Tankı
7. Borulandırma ve Enstrumantasyon (P&I: Piping and Instrumentation)
• 7.1. Giriş • Proses akış–şemaları (flow–sheet), ekipmanların ve onların büyük ara bağlantı parçalarının düzenlenmesini gösterir ve proses doğasının bir tanımıdır.
• Borulandırma ve enstruman diyagramları (P&I diagram: Piping and Instrument) ise, ekipmanların, cihazların, borulandırmanın, vanaların, bağlantıların ve onların düzenlenmesinin mühendislik detaylarını gösterir ve sıkça mühendislik akım şemaları veya mühendislik çizgi diyagramları olarak adlandırılır.
6
P&I Diyagramları, proses ekipmanlarını, borulandırmayı, pompaları, enstrumanları, vanaları ve diğer bağlantıların düzenlenmesini gösterir ve şunları içermesi gerekir:
4. Gözetleme camı, süzgeç ve buhar tuzakları gibi borulandırma sisteminin iç hat parçaları olan yardımcı bağlantılara ayrı bir tanıtım numarası verilir.
1. Prosesin tüm ekipmanlarına bir ekipman numarası verilir. Ekipmanın orantılı olarak düzgün bir şekilde çizilmesi gerekir.
5. Pompalara uygun bir kod numarası verilir. 6. Tüm kontrol devrelerine ve enstrumanlarına ayrı bir numara verilir.
2. Boruların tümüne ayrı bir hat numarası verilir. Boru ölçüleri ve yapı malzemesinin gösterilmesi gerekir. Malzeme hat tanıtım numarasını kısmi olarak içerebilir.
P&ID prosesin akım şemasını andırır, fakat proses bilgileri gösterilmez. Her iki diyagramda da aynı ekipman için aynı tanıtım numaralarının kullanılması gerekir.
3. Tüm vanalara ayrı bir tanıtım numarası verilir. Tipi ve büyüklüğünün gösterilmesi gerekir. Vana tipi, vana için kullanılan bir sembol veya içerdiği vana numarası için kullanılan kod ile gösterilebilir.
7.3. Basit semboller (BS 1646’dan alınmıştır).
7.2. Semboller ve yerleşim (Symbols and layout) • Ekipmanları, vanaları, enstrumanları ve kontrol devrelerini göstermek için kullanılan semboller belirli bir tasarım ofisinin deneyimine bağlıdır. Ekipman sembolleri genellikle proses akım şemalarında kullanılanlardan daha ayrıntılıdır .
• . Enstrumanlar, kontrol ediciler ve vanalar için standart semboller İngiliz standartlarında (BS 1646) verilmiştir. Austin (1979) İngiliz ve ayrıca Amerikan standart sembollerinin (ANSI) anlaşılabilir bir özetini ve onların bazı müteahhitlik firmaları tarafından kullanılan örneklerini vermiştir.
• Kontrol vanası
Bu sembol tüm kontrol vana tiplerini; pnömatik ve elektrik motor sürücülü vanaların her ikisini de ifade etmek için kullanılır. Arıza modu
Açma arızası
Kapatma arızası
Olağan pozisyon
Ok yönü güç uygulayıcı arızasının vana üzerindeki konumunu gösterir.
Enstrumanlar ve kontrol ediciler
Enstruman tipi •
Yerel olarak konumlanmış Yerel konumlanmış ifadesi, kontrol edici ve yönlendiricinin tesiste bulunan algılama cihazının yerinin yerleştirilmesi anlamına gelir.
Ana panele konumlanmış Ana panel ifadesi ise, kontrol odasındaki bir panel üzerine yerleştirilmesi anlamına gelir.
Bununla bir yazısal kod ile kontrol edici cihazın bir devreyi ifade etmesi gösterilirÖrneğin, F = Akış hızı. Sonraki harfler ise fonksiyonu gösterir. 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Ölç. Özll.
İlk harf
Göster ge (I)
Kayıt (R)
Gös. Topl. (IS)
Kay. Topl. (RS)
Kontrol (C)
Gös. Kon. (IC)
Kay.Ko n. (RC)
Gö.Ko. To (ICS)
Ka.Ko. To (RCS)
Akış hızı
F
FI
FR
FIS
FRS
FC
FIC
FRC
FICS
FRCS
Seviye
L
LI
LR
LC
LIC
LRC
Boyutlar
U
UI
UR
UC
UIC
URC
Basınç
P
PI
PR
PC
PIC
PRC
Kalite
Q
QI
QR
QC
QIC
QRC
Işınım
R
RI
RR
RIS
RRS
RC
RIC
RRC
RICS
RRCS
Hız
S
SI
SR
SIS
SRS
SC
SIC
SRC
SICS
SRCS
Sıcaklık
T
TI
TR
TC
TIC
TRC
Ağırlık
W
WI
WR
WC
WIC
WRC
Diğer özll
X
XI
XR
XC
XIC
XRC
Farklı özl
D
DI
DR
DC
DIC
DRC
Örneğin, I = Belirtme RC = kaydedici kontrol edici
Tablo 7.1BS 1646 temelinde yazısal kodlar (1979)
7
Tanıtıcı Yazıların Anlamları İlk harf (X) A Analiz B Fırın alevi C İletkenlik D E F H I J K L M O P Q R S T V W Y Z
Yoğunluk veya spesifik gravite Voltaj Akış hızı El (Elle başlama) Akım Güç Zaman veya zaman şedülü Seviye Nem veya nemlilik Basınç veya vakum Miktar veya olay Radyoaktivite veya oran Sürat veya frekans Sıcaklık Viskozite Ağırlık Pozisyon
XYY
Hatlar
İkinci veya üçüncü harf (Y) Alarm
.
Kontrol
Enstruman bağlantı hatlarını ana proses hatlarından ayırt etmek için farklı bir şekilde çizilmesi gerekir. Nokta veya çizgi nokta normal olarak kullanılır.
Eleman Yüksek Gösterge
FRC
Kontrol hali Hafif veya düşük Orta veya ara Orifis Nokta Kayıt veya Yazma Anahtar Transmitter Vana, durdurucu Memba Gecikme veya hesaplama Sürücü
Tablo 7.2 ’de verilen veriler tesis bilgileri dışındaki tüm mekaniksel konuları içerir. Alışılmış olarak P&ID çiziminde kullanılanlar Tablo 7.3’de verilmiştir. Tablo 7.2 Borulandırma ve Enstrumantasyon Diyagramı (P&ID) dışında kalanlar İşletme koşulları, T, P Akım akışları Cihaz yerleşimleri Boru yolları a.Boru boyu b.Boru bağlantıları Destekler, yapılar, kurumlar
Tesiste ölçülebilen tüm proses bilgileri, P&ID üzerinde bir daire işareti ile gösterilir. Bu işaret, proses kontrol devrelerinde kullanılan ve kaydedilen bilgileri içerir. Diyagram üzerindeki daireler proseste elde edilen bilgilerin bulunduğu yeri ve alınan ölçümlerin tanıtımını ve nasıl bir bilgi temin ettiğini gösterir. Tablo 7.4 ’de, enstrumantasyon ve kontrol ile ilgili kullanılan tanıtıcı bilgiler özetlenmiştir. Tablo 7.4. Borulandırma ve Enstrumantasyon Diyagramı (P&ID) ’nın tanıtımı Cihazların Yerleşimi
Tipik bir kontrol devresi 1. Kapatma vanası 2. Kontrol vanası
Tablo 7.3 Borulandırma ve Enstrumantasyon Diyagramlarının oluşturulması Cihazlar için, içerdiği her parçanın gösterimi Yedek birimler Paralel birimler Her birimin detay özetleri Borulandırma için, içerdiği tüm hatların akış yönü, örnek bağlantılar ve özellikler Büyüklük (kullanılan standart ölçü) Şedül (kalınlık) Yapı malzemesi Yalıtım (kalınlık ve tip) Cihazlar için, tanıtım Göstergeler Kaydediciler Kontrol ediciler Cihaz hatları gösterimi
Cihaz Bağlantılarının Tanıtımı Kapiler Havalı (Pünomatik) Elektriksel
Tesise yerleştirilen cihaz Kontrol odasındaki panelin önüne yerleştirilen cihaz Kontrol odasındaki panelin arkasına yerleştirilen cihaz
Hemen hemen bütün kimyasal proses kontrol devrelerinde Son kontrol elemanı vanadır.
8
7.4 Kontrol ve Enstrumantasyon (Alet Kullanımı) • 7.4.1.Cihazlar Cihazlar, tesis işletimi boyunca anahtar proses değişkenlerini izlemeyi sağlar. Onlar, otomatik kontrol devrelerinde kurulabilir veya proses işlemlerinin manuel izlenmesinde kullanılabilir. Ayrıca, otomatik bilgisayarlı kontrol veri toplama sisteminin bir parçası olabilir. Kritik proses değişkenlerini izleyen cihazlara, kritik ve tehlikeli durumlarda operatöre haber vermek üzere bir alarm bağlanacaktır. Tercihan doğrudan ölçülmüş proses değişkenleri izlenir. Kolay ölçülen bazı bağımsız değişkenleri ölçmek pratik olmadığından yerinde izlenir.
7.4.2 Cihaz kullanımı ve Kontrol Amaçları Enstrumantasyon ve kontrol şemasını saptarken , tasarımcının birincil konusu: Güvenli tesis işletimi: -Proses değişkenlerini bilinen güvenli işletim sınırları içinde tutmak -Oluşan tehlikeli durumları tespit etmek, alarm ve otomatik kapatma sistemleri sağlamak. -Tehlikeli işletim yöntemlerini önlemek için bağlantı ve alarmlar kurmak Üretim: - Tasarım ürün çıktısını başarmak
Ürün kalitesi: - Belirli kalite standardı içinde ürün bileşimini sağlamak
7.4.3. Otomatik kontrol şemaları
Maliyet: - Diğer konulara eşit en düşük ürün maliyetinde işletmek
• Büyük bir proje için, ayrıntılı tasarım ve otomatik kontrol şemalarının spesifikasyonları özel kişiler tarafından yapılır. Burada bir proses için, kontrol sistemlerinin belirlenmesinde proses akım şemalarından geliştirilen, enstrumantasyon ve kontrolün ilkel şemasının hazırlanmasıdır.
Bunlar ayrılmaz konular olup, birlikte düşünülmelidir Ürün kalitesi, üretim hızı ve üretim maliyeti satış gereksinimlerine bağımlıdır. Örneğin, yüksek maliyetle daha iyi kalitede ürün üretmek en iyi strateji olabilir. Tipik bir kimyasal proses tesisinde bu konular, otomatik kontrol, manuel izleme ve laboratuar analizleri ile başarılır.
Rehber kurallar Aşağıdaki yöntem ilkel P&I Diyagramlarının çizilmesinde kullanılır: 1. Yatışkın tesis işletimi için açıkça ihtiyaç duyulan kontrol devrelerinin tanıtımı ve çizimi
Bunlar ilkel enstrumantasyonun hazırlanmasında ve kontrol şemalarında bir rehber olarak kullanılabilir.
2. Belli bir ürün kalitesinin elde edilmesinde kontroluna ihtiyaç duyulan anahtar proses değişkenlerinin tanıtımı. Kontrol değişkeninin doğrudan ölçümü kullanılarak kontrol devrelerini içeriği. Uygun bağımlı değişken seçimi. 3. Güvenli işletim için ilave kontrol devrelerinin içeriği ve tanıtımı, 1 ve 2. Basamağı hemen hemen kapsamaz.
4. Tesis geliştirme ve aksaklıklar için operatörler tarafından tesis işletiminin görüntülenmesinde ihtiyaç duyulan yardımcı cihazlarına karar verme ve gösterme. 5. Örnek noktalarının yerine karar verme.
(a) Seviye kontrolu (b) Akış kontrolu (c) Basınç kontrolu (d) Sıcaklık kontrolu
6. Yerel veya kontrol odasındaki kaydediciler ve okuma noktalarının yer ihtiyacına karar verme. Bu basamak 1 ve 4 arasında yapılır. 7. İhtiyaç duyulan bağlantılar ve alarma karar verme. Bu, basamak 3 ’te yapılır.
9
Basınç kontrolu
7.4.4. Tipik kontrol sistemleri
Basınç kontorlu, buhar veya gaz kullanılan pek çok sistem için gereklidir. Kontrol metodu, prosesin doğasına bağımlıdır.
İki faz arasında (sıvı-buhar) arayüzeyde mevcut herhangi bir cihazla, gereken seviyede ortalama arayüzey sağlanmalıdır.
- Seviye kontrolu
LC
Şekil’de bir kolonun tabanındaki seviye kontrolu için tipik bir düzenleme gösterilmiştir. Pompa boşaltma hattı üzerinde bir kontrol vanasının yer alması gerekir.
PC
Şekil 7.4.2.a. Doğrudan boşaltma ile basınç kontrolu
Şekil 7.4.1 Seviye kontrolu PC
Şekil 7.4.2.b. Yoğuşturucudan sonra yoğuşmayanların boşaltılması
Isı değiştiriciler
Akış Kontrolu Akış kontrolu sağlamak için sabit hızda çalışan ve yaklaşık sabit hacimde çıkış basan bir kompresör veya pompa bir yan geçiş (by-pass) kontrol kullanılmalıdır.
soğutma veya ısıtma ortamı akışının değişimi ile sıcaklık kontrolu konusundaki en basit düzenlemeyi gösterir.
FC
Proses TC
Şekil 7.4.3a. Emme-basma pompa için akış kontrolu
FC
Şekil 7.5a. Bir akışkan akımının kontrolu
FC
Eğer, alışveriş iki sabit akışlı proses akımı arasında ise, by-pass kontrol kullanılır. Şekil 7.4.b. Bir santrifüj compresör veya pompa için alternatif şema
Proses
TC
Şekil 7.5b. By-pass kontrol
Damıtma Kolonu Kontrolu
Kaynatıcı ve buharlaştırıcı kontrolu
Buharlaştırıcılar için sıklıkla seviye kontrolu kullanılır. Şekilde görüldüğü gibi akış kontrolu üzerindeki buharlaştırıcıya beslenen sıvı akış hızı ve kontrol edici ısıtma yüzeyine gönderilen buharın miktarını ayarlayarak seviye kontrol edilmektedir
Damıtma kolonu kontrolunun temel konusu, üst ve alt ürünün belirli bir bileşimini ve yan akımlarda bozulanların etkisini düzelterek temin etmektir.
FC TC
FC
LC
Besleme
TC
Buhar
Besleme
Buhar
Tuzak Şekil 7.6 Buharlaştırıcı Kontrol
Şekil 7.7a. Sıcaklık deseni kontrolu. Bu düzenleme ile tepe ve dip sıcaklık kontrol edicileri arasında iç etkileşim olur
10
Diferansiyel basınç kontrolu, düzenli yüklemede dolgulu işletimi temin etmek için dolgulu yataklarda sıkça kullanılır (Bkz. Şekil 7.7.c). Kolon performansını ve aksaklıkları izlemek için, ilave sıcaklık göstergesi veya kayıt noktaları içermesi gerekir. FC
FC Oran FC
ΔP LC
Oran
TC
FC ΔP
Şekil 7.7.b. Bileşim kontrolu. (Geri akma oranı bir oran kontrol edici veya bir bölücü kutu ile, ve dip ürün besleme sabit bir akış oranı olarak kontrol edilmiştir)
Şekil 7.7.c. Dolgulu kolon diferansiyel basınç kontrolu .
Reaktör Kontrolu FC
Reaktör sıcaklığı T Soğutma akışkanı akış hızı ayarlanarak kontrol edilir
Reaktör kontrolunda kullanılan şema, prosese ve reaktörün tipine bağımlıdır.
FC
FC
Besleme
LC TC
Seviye kontrol Soğutucu akışkan
Eğer, güvenilir on-line analiz edici bulunuyor ve reaktör dinamiği uygunsa, ürün bileşimi sürekli izlenebilir ve reaktör koşulları ve besleme akışı istenen ürün bileşimi ve verimini sağlamak için otomatik olarak kontrol edilir.
Basınç genellikle sabit tutulur Şekil 7.8 Tipik bir geri karıştırmalı tank reaktörü kontrol şeması
5.9. Alarm ve güvenlik tuzakları, ve bağlantılar
Bir otomatik önleme sisteminin temel bileşenleri şunlardır: 1.
Alarmlar, operatörlere ciddi potansiyel tehlikeleri ve proses koşullarındaki sapmaları haber vermek için kullanılır. Anahtar cihazlar, kontrol panelleri üzerindeki işitsel ve görsel alarmları çalıştırma da düğmelere ve aktarıcılara bağlanır. Gecikme veya yanıtım kaybı olduğu yerde operatörler ile tehlikeli durumun gelişmesinde rehberlik eder.
Kontrol değişkenini izlemek için bir algılayıcı bulunan ve önset değeri geçildiğinde bir çıktı sinyali sağlanması
2. Sinyali sürücüye iletmek için bir hat, genellikle, pnomatik veya elektriksel aktarıcı içermesi
3. Gerekli eylemi gerçekleştrimek için bir sürücü, vanayı açmak veya kapamak, motorun düğmesini kapatmak
Cihaz otomatik olarak tehlikeyi önlemek için, pompaların durdurulması, vanaların kapatılması gibi güvenlik sistemini işletmek üzere bir yanıltma sistemine bağlanır.
11
Güvenli bir aktarıcı bir kontrol devresine Şekil 7.9a ’da gösterildiği gibi yerleştirilebilir. Bu sistemde, yüksek sıcaklık alarmı pünomatik sürücü üzerindeki havayı bırakarak bir selenoid vanayı çalıştırır ve yüksek sıcaklıkta vana kapanır.
Sonuçta, güvenli sistem işletimi, kontrol cihazının güvenilirliğine bağımlıdır ve potansiyel tehlikeli durumlar için Şekil 7.9.b ’de gösterildiği gibi belli bir ayırma akatarıcı sistem daha pratiktir. İhtiyaç duyulan sistem işletimlerini temin etmek üzere aktarıcı sistemin periyodik kontrolu için hazırlık yapılmalıdır.
H H
TA TA TIC TIC
H TA
Hava
Şekil 7.9a. Kontrol sisteminin bir parçası olarak aktarıcı Şekil 7.9.b. Durdurma aktarıcısının ayrılması
12