Диссертация (Исследование и оптимизация нестационарных процессов гелиевого ожижителя-рефрижератора средней мощности), страница 9

Низкоуровневый контроль устройствамиосуществляется при помощи стандартных алгоритмов ПИД-регулирования(Таблица 5). Глобальная программа управления включает в себя шагипо активации и деактивации устройств, изменения уставок устройств вавтоматическом режиме и операции по аварийному останову устройств.Управлениерефрижераторапараметрамиосуществляетсяпроцессовсгелиевогоиспользованиеможижителя/пропорциональныхи запорных вентилей. В качестве запорных вентилей применен наборсоленоидныхвентилейипневматическихвентилейсуправлениемподачи воздуха через управляющий соленоидный вентиль. В качествепропорциональных вентилей применены пропорциональные криогенныеклапаны «Weka», управляемые электропневматическими позиционерами«SAMSON 3730-1», преобразующими аналоговый сигнал открытия вентиля вдиапазоне от 4 мА до 20 мА в давление привода пропорциональных вентилейдля обеспечения требуемой степени их открытия.

Параметры точностирегулирования данных позиционеров представлены в Таблице 6.Цифровой сигнал открытия запорных вентилей преобразуется вдискретный управляющий сигнал напряжением 24 В с использованиеммодуля цифро-аналогового преобразователя «Siemens SM322 6ES7 3221HH01-0AA0». Цифровой сигнал открытия пропорциональных вентилейпреобразуется в аналоговый сигнал в диапазоне от 4 мА до 20 мА сиспользованием модуля цифро-аналогового преобразователя «Siemens SM3326ES7 332-5HF00-0AB0» с разрешением цифрового сигнала 12 бит.60Таблица 5.Основные контуры управления криогенной системы проекта ARIEL№ОбъектРегулируемыйПрограммаУправляющееуправленияпараметр (PV)управлениявоздействие (OP)(SP)1234567ОсновнойДавлениеУставка:Байпассныйкомпрессорвсасывания1,05 барклапанОсновнойДавлениеУставка:Клапаны сбросакомпрессорнагнетания14,2 бари отбора газаОсновнойБайпассныйУставка: отЧастотакомпрессорклапан10% довращения20%двигателяВспомогательныйДавлениеУставка:Байпассныйкомпрессорвсасывания1,05 барклапанВспомогательныйДавлениеУставка:Клапаны сбросакомпрессорнагнетания14,2 бари отбора газаВспомогательныйБайпассныйУставка: отЧастотакомпрессорклапан10% довращения20%двигателяГелиевыйТемператураУставка:Расход жидкогоожижитель/гелия после91 КазотарефрижераторТОА жидкогоазота8ГелиевыйСкоростьПрограммаРегулирующийожижитель/вращенияуправленияклапан передрефрижераторпервоготурбодетандературбодетандером61Таблица 5 (продолжение).Основные контуры управления криогенной системы проекта ARIEL№ОбъектРегулируемыйПрограммаУправляющееуправленияпараметр (PV)управлениявоздействие (OP)(SP)9101112ГелиевыйТемператураУставка:Клапаножижитель/после второго10,5 КпредварительногорефрижератортурбодетандераГелиевыйДавление передУставка:Дросселирующийожижитель/дросселирующим13,7 барвентильрефрижераторвентилемГелиевыйДавление вУставка:Клапан возвратаожижитель/дьюаре с1,4 бариз дьюарарефрижераторжидким гелиемСистемаТемператураУставка:Вентильраспределениявентиля10,5 КU-образнойжидкого гелияU-образнойдросселированиясекциисекцииТаблица 6.Характеристики точности регулирования электропневматическихпозиционеров «SAMSON 3730-1»Технический параметрВеличина параметрагистерезис регулированияменее ±1,0 %диапазонарегулирования62Таблица 6 (продолжение).Характеристики точности регулирования электропневматическихпозиционеров «SAMSON 3730-1»Технический параметрВеличина параметрачувствительность регулированияменее ±0,1 %диапазонарегулированиячувствительность по температуременее 0,015 %/Квремя откликаменее 0,5 с принулевом объемепневмолиний2.3.

Измерительный комплексПриборыдляопределенияпараметровработыгелиевогоожижителя/рефрижератора включают:∙ пьезорезистивные датчики давления «WIKA S10»;∙ платиновые термометры сопротивления номиналом 100 Ом;∙ калиброванные и некалиброванные криогенные никель-манганиновыелинейные датчики температуры «VISHAY CLTS-2B»;∙ датчики частоты вращения турбодетандеров «Tippkemper MATRIX PSDLTD-GD», оснащенные оптическим волокном «Tippkemper MATRIX SKM18-1800-1T-4» и энкодером импульсного сигнала в аналоговый формат«TURCK IM21-14-CDTRI».2.3.1. Приборы измерения давленияПриборы измерения давления криогенной системы представленынаборомпьезорезистивныхдатчиковдавлениямодели«WIKAS10»63различных диапазонов измерения давления. Параметры точности измеренияданных преобразователей давления представлены в Таблице 7. Измеряемоезначение давления преобразуется в аналоговый сигнал в диапазоне от4 мА до 20 мА и считывается с использованием модуля аналого-цифровогопреобразователя «Siemens SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0» в цифровой сигналс разрешением 14 бит.

Расположение преобразователей в составе гелиевогоожижителя/рефрижератора и диапазоны измерений представлены в Таблице 8.2.3.2. Приборы измерения температурыПриборы измерения температуры криогенной системы представленыследующим набором преобразователей:∙ платиновых термометров сопротивления номинальным сопротивлением100,00 Ом при 0 ∘C стандарта DIN/IEC60751 (IEC751) с коэффициентомзависимости сопротивления от температуры −0,00385 Ом/ ∘C класса «B»с характеристикой погрешности сопротивления ±(0,3 + 0,005 · t) ∘C или100,00 Ом ± 0,12 Ом при 0 ∘C;∙ некалиброванных криогенных никель-манганиновых линейных датчиковтемпературы«VISHAYCLTS-2B»290,0 Ом±0,5 % при 23,9∘Cноминальнымсопротивлениемс коэффициентом зависимостисопротивления от температуры −0,2391 Ом/ ∘C;∙ калиброванных криогенных никель-манганиновых линейных датчиковтемпературы«VISHAYCLTS-2B»290,0 Ом±0,5 % при 23,9∘Cноминальнымсопротивлениемс коэффициентом зависимостисопротивления от температуры −0,2391 Ом/ ∘C с калибровкой притемпературах 77,17 К (жидкий азот), 20,20 К (жидкий водород) и 4,20 К(жидкий гелий).Измеряемое значение сопротивления (до 100 Ом для платиновыхтермометров сопротивления и до 300 Ом для криогенных никельманганиновых линейных датчиков температуры «VISHAY CLTS-2B»)64Таблица 7.Характеристики точности измерений первичных преобразователей давления«WIKA S10»Технический параметрВеличина параметранелинейность преобразователя по линиименее ±0,2 %наилучшего соответствиядиапазона измеренияневоспроизводимость преобразователяменее ±0,1 %диапазона измеренияточность при стандартных условиях,менее ±0,5 %включая гистерезис, смещение нуля идиапазона измеренияотклонение конечного значения(соответствует ошибке измерения поГОСТ Р МЭК 61298–2–2015)Таблица 8.Приборы определения давления гелиевого ожижителя/рефрижератораНазваниеОписание инструментаинструментаPT300PT331PT383PT384PT320ДиапазонизмеренийДавление потока высокого давленияот 0 дона входе в ожижитель25 барДавление потока высокого давленияот 0 дона входе в детандерную ступень25 барДавление перед дроссельнымот 0 довентилем25 барДавление возврата гелия отот 0 допотребителя6 барДавление потока высокого давленияот 0 дона входе в азотный адсорбер25 бар65Таблица 8 (продолжение).Приборы определения давления гелиевого ожижителя/рефрижератораНазваниеОписание инструментаинструментаPT612ДиапазонизмеренийДавление в сборнике жидкого гелияот 0 до6 бар1PT3502PT3502PT3591PT3582PT3581PT302Давление потока на входе вот 0 додетандерную ступень25 барДавление на входе второй ступениот 0 дотурбодетандандера25 барДавление на выходе второй ступениот 0 дотурбодетандандера6 барДавление рабочего колеса первойот 0 доступени турбодетандандера25 барДавление рабочего колеса второйот 0 доступени турбодетандандера6 барДавление подвода гелияот 0 доподшипника первой ступени25 бартурбодетандандера2PT302Давление подвода гелияот 0 доподшипника второй ступени25 бартурбодетандандера1PT3551PT3542PT354Давление отвода гелияот 0 доподшипников турбодетандандеров25 барДавление тормозного компрессораот 0 допервой ступени турбодетандандера6 барДавление тормозного компрессораот 0 довторой ступени турбодетандандера25 бар66Таблица 9.Приборы определения температуры гелиевого ожижителя/рефрижератораНазваниеОписание инструментаинструмента1TT354ТиппреобразователяТемпература тормозной ступениPT100первого турбодетандера1TT355Температура подшипниковPT100первого турбодетандера1TT4501TT4592TT354Температура на входе в первыйCLTS-2BтурбодетандернекалиброванныйТемпература на выходе изCLTS-2Bпервого турбодетандеракалиброванныйТемпература тормозной ступениPT100второго турбодетандера2TT355Температура подшипниковPT100второго турбодетандера2TT4502TT459A2TT459BTT319Температура на входе во второйCLTS-2BтурбодетандеркалиброванныйТемпература на выходе изCLTS-2Bвторого турбодетандера AкалиброванныйТемпература на выходе изCLTS-2Bвторого турбодетандера BкалиброванныйТемпература азота на выходе изPT100первого теплообменникаTT410Температура азота на входе вCLTS-2Bпервый теплообменникнекалиброванный67Таблица 9 (продолжение).Приборы определения температуры гелиевого ожижителя/рефрижератораНазваниеОписание инструментаинструментаTT401ТиппреобразователяТемпература гелия высокогоCLTS-2Bдавления после первогонекалиброванныйтеплообменника1TT420A1TT420B2TT420TT440Температура азотного адсорбераCLTS-2BAнекалиброванныйТемпература азотного адсорбераCLTS-2BBнекалиброванныйТемпература перепускной линииCLTS-2Bазотного адсорберанекалиброванныйТемпература неонного адсорбераCLTS-2BнекалиброванныйTT490ATT490BTT460TT481ATT481BTT325Температура на входе в первуюCLTS-2Bдроссельную ступень AкалиброванныйТемпература на входе в первуюCLTS-2Bдроссельную ступень BкалиброванныйТемпература на входе во вторуюCLTS-2Bдроссельную ступенькалиброванныйДавление возврата гелия отCLTS-2Bпотребителя AкалиброванныйДавление возврата гелия отCLTS-2Bпотребителя BкалиброванныйТемпература регенерацииPT100азотного адсорбера68является аналоговым сигналом, который считывается с использованиеммодуля аналого-цифрового преобразователя «Siemens SM331 6ES7 331-7PF010AB0» в цифровой сигнал с разрешением 16 бит.

Расположение датчиковв составе гелиевого ожижителя/рефрижератора и типы преобразователейпредставлены в Таблице 9. Датчики, входящие в состав цепей управления,установлены с запасом по количеству в виде одного дополнительного датчика.2.3.3. Прочие приборыК прочим приборам определения параметров криогенной системыотносятся датчики частоты вращения турбодетандеров «Tippkemper MATRIXPSD-LTD-GD», оснащенные оптическим волокном «Tippkemper MATRIX SKM18-1800-1T-4» и энкодером сигнала «TURCK IM21-14-CDTRI». Энкодерсигнала обеспечивает измерения частоты вращения турбодетандера вдиапазоне от 0,6 об/мин до 600 000 об/мин, преобразуя импульсный сигналс оптических датчиков вращения в аналоговый сигнал в диапазоне от4 мА до 20 мА. Данный сигнал считывается с использованием модуляаналого-цифрового преобразователя «Siemens SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0»в цифровой сигнал с разрешением 14 бит.