基于DCS的蒸汽产生装置的设计VIP

I 沈阳工业大学工程学院基于 DCS 的蒸汽产生装置的设计生产过程自动化技术 1101 班II III 目 录摘 要 .IAbstract .II第 1章 引言 .1第 2章 工艺流程及控制系统 .22.1工艺流程简介 .22.2稀释蒸汽发生系统简介 .22.2.1控制系统指标 .22.2.2控制系统任务 .32.2.3稀释蒸汽发生系统主要流程 .3第 3章 自动控制系统方案设计 .53.1单回路控制系统的设计 .53.1.1温度单回路控制系统的设计 .63.1.2液位单回路控制系统的设计 .93.1.3流量单回路控制系统的设计 .143.2分程控制系统的设计 .173.2.1工艺水汽提塔顶压分程控制系统的设计 .183.2.2酸性水汽提塔塔底液位分程控制系统的设计 .19第 4章 测量元件及变送器的选型 .214.1温度测量元件及变送器的选型 .214.2液位测量元件及变送器的选型 .224.3流量测量元件及变送器的选型 .234.4压力测量元件及变送器的选型 .24第 5章 控制阀和控制器的选型 .265.1控制阀的概述 .265.1.1控制阀结构形式的选型 .265.1.2控制阀尺寸的选型 .265.1.3控制阀作用方式的选型 .275.2控制器的选型 .285.2.1控制器控制规律的选型 .285.2.2控制器作用方式的选型 .29IV 第 6章 DCS 组态 .316.1控制系统布置 .316.2主控卡、数据转发卡 .316.3 I/O测点清单 .316.4 I/O卡件清单 .336.5机笼图 .346.6控制方案 .346.6.1酸性水汽提塔单回路控制方案 .346.6.2燃料油汽提塔控制方案 .356.6.3工艺水汽提塔控制方案 .366.6.4中压凝液闪蒸罐控制方案 .37第 7章 结论 .38参 考 文 献 .39致 谢 .40附 图 .41沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计1第 1 章 引言辽阳石化分公司蒸汽裂解装置是 1973年由法国德西尼布公司成套引进，采用法国石油研究院（IFP）石脑油裂解工艺。裂解单元采用美国福斯特惠勒公司正梯台管式裂解炉；分离单元采用深冷顺序分离流程，并于 1979年建成投产。原设计以大庆石脑油为原料，生产出产品乙烯和丙烯；副产品混合碳四、碳三液化气、燃料气、氢气、裂解汽油和裂解焦油。年产聚合级乙烯 7.28万吨，聚合级丙烯 4.37万吨。此次课题设计是在分析其工艺流程和系统结构的基础上，结合装置的特点及控制指标要求，对初步的设计方案进行分析、比较、论证，最终确定符合自动控制系统。伴随着时间的流逝，自动控制技术在不断发展，到目前为止已经研制了很多控制系统，如 PLC、单片机、DCS 单元组合仪表等控制系统。这些控制系统在生产过程中的运用使得产品产量和品质都得到提高，满足了人们的需要。集散控制系统（DCS）是一种先进控制技术，是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的。放眼世界，集散控制系统已成为过程控制的中流砥柱，为工业部门生产的安全运行，加快操作、控制管理水平提高起到重要作用，并取得显著的成果。工程师站、操作员站，现场控制站和通讯网络等部分构成集散控制系统。集散控制系统的可扩展性，全智能化和任意冗余等特点，被广泛应用各种规模的企业生产过程中。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计2第 2 章 工艺流程及控制系统2.1 工艺流程简介工业上实现蒸汽裂解项目的主要目的是制取乙烯、丙烯、副产品丁二烯等低分子烯烃，以及苯、甲苯、二甲苯等轻质芳烃，另外还生成少量重质芳烃。蒸汽裂解是吸热反应，通常在管式加热炉内进行：原料和水蒸气经预热后入加热炉炉管，被加热至 750900，发生裂解，进入急冷锅炉，迅速降温，再去急冷器，和深冷分离装置（100 以下），先后获得各种裂解产品。蒸汽裂解是生产乙烯、丙烯等低分子烯烃的主要方法。工艺流程的主要设备有：酸性水汽提塔（D103M）：酸水汽提塔顶汽冷凝器（E126X）、酸水汽提塔进料预热器（E127M/BM）、工艺水汽提塔进料预热器（工艺水汽提塔进料预热器）、工艺水汽提塔进料泵（P107A/B/CX）、酸性水汽提塔底水罐（R160-SX）；工艺水汽提塔（D105X）:稀释蒸汽过热器（E117X）、稀释蒸汽发生器（E114-SX）、急冷油稀释蒸汽发生器（E132AX/BX/CX/DX）、工艺水流出冷却器（E116），工艺水汽提塔进料预热器（E128X）；中压凝液闪蒸罐（R150X）；燃料油汽提塔（D102-SM）：燃料油泵（P104A/B/CX）、燃料油冷却器（E112-SX）。2.2 稀释蒸汽发生系统简介2.2.1 控制系统指标1、酸性水汽提塔塔顶流量（FT1211）控制在 1.44t/h ；2、酸性水汽提塔进料温度（TE1215）控制在 112 ；3、酸性水汽提塔塔底液位（LT133）控制在 590011800mm ；4、工艺水汽提塔进料温度（TE1225）控制在 132 ；5、工艺水汽提塔塔底液位（LT1202）控制在 4500 8500mm ；6、工艺水汽提塔塔顶输出流量压力（PT117）控制在 0.7Mpa ；7、工艺水汽提塔塔底流量（FT1081）控制在 5759t/h ；8、燃料油汽提塔进料流量（FT1208）控制在 0.9Mpa；9、燃料油汽提塔塔底液位（LT125）控制在 40008000mm ；10、中压凝液闪蒸罐液位（LT1204）控制在在量程的 10002000mm ；沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计32.2.2 控制系统任务设计的系统中有 10个参数需要进行控制，即有 10个控制回路。1. 酸性水汽提塔（D103M）塔顶流量（FT1211）2. 酸性水汽提塔（D103M）进料温度（TE1215）3. 工艺水汽提塔（D105X）进料温度（TE1225）4. 工艺水汽提塔（D105X）塔底液位（LT1202）5. 工艺水汽提塔（D105X）塔底流量（FT1081）6. 燃料油汽提塔（D102-SM）进料流量（FT1208）7. 燃料油汽提塔（D102-SM）塔底液位（LT126）8. 中压凝液闪蒸罐(R150X)液位（LT1204）9. 酸性水汽提塔（D103M）塔底液位（LT133），根据不同的量程进行分程控制。10. 工艺水汽提塔（D105X）塔顶输出流量压力（PT117），根据不同的调节方式进行分程控制。2.2.3 稀释蒸汽发生系统主要流程稀释蒸汽发生系统的作用是将冷凝分离出来的急冷水重新发生稀释蒸汽，以减少污水量，下面是工艺的具体叙述：送到燃料油汽提塔 D102-SM的急冷油进入塔顶部，中压蒸汽（0.9MPa(G)）进入 D102底部，对循环急冷油进行汽提，油中的较轻组分（气相）从 D102顶返回 D104X底部，重组分作为燃料油经 P104A/B/CX泵里中转后，在经 E112-SX冷却后（85）送出界区。从循环急冷水中抽出一股水经工艺水聚结器 R107后，在 E126X和E127AM/BM中预热到 112，进入酸水汽提塔 D103M，被低压蒸汽汽提，除去水中的轻烃和酸性杂质，作为产生稀释蒸汽的工艺水。D103M 塔顶的轻烃和酸性杂质返回 R156X。D103M 的水进料由 R160-SX的界面液位控制，蒸汽进料量由塔顶气相流量控制，其塔釜液位控制排污量和来自 R150X的低压凝液回流量。稀释蒸汽发生系统的作用是将冷凝分离出来的急冷水重新发生稀释蒸汽，以减少污水量。它包括工艺水汽提塔 D105X、急冷油/稀释蒸汽发生器E132AX/BX/CX/DX和中压蒸汽/稀释蒸汽发生器 E114-SX及稀释蒸汽过热器E117X。从酸水汽提塔 D103M塔底来的工艺水，在注入吗啉（使工艺水的 PH值在 9.0左右，防止稀释蒸汽系统腐蚀）后，经过 P107A/B/CX进料泵流出多少沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计4由中间急冷油流量调节，再经预热器 E128X、E129AM/BM，用 D105X塔底排污水和中间急冷油加热到 132进入 D105X，进料温度由中间急冷油流量调节。D105X塔底水去 E132AX/BX/CX/DX和 E114-SX，用急冷油和中压蒸汽进行汽化，产生的蒸汽返回 D105X。从 D105X顶部出来的稀释蒸汽经 E117X过热至 219送到裂解炉区使用；过热的目的是防止其冷凝，冷凝会引起腐蚀。稀释蒸汽压力必须达到 0.7MPa(G)以上，以适应裂解炉的要求，压力通过调节 E114-SX的蒸汽凝液流出量来控制。D105X 必须连续排污，以避免矿物质和重有机物积聚，污水在 E128X与进料换热后，在 E116被循环水冷却到 40后排放，其流量一般为稀释蒸汽产量的 510%。E114-SX 的蒸汽凝液送入 R150X进行闪蒸，得到的低压蒸汽进入 LS管网，凝液返回 D103M塔底或排放。本装置工艺流程见附图。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计5第 3 章 自动控制系统方案设计此次设计对象选自辽阳石化分公司，稀释蒸汽发生系统自动控制系统。根据现场实际情况及工艺要求，为满足稀释蒸汽发生系统自动控制系统的工艺及参数要求，一共设计了 10个自动控制回路，其中有 8个单回路控制系统，2 个分程控制系统。1、酸性水汽提塔塔顶流量（FT1211）单回路控制系统；2、酸性水汽提塔进料温度（TE1215）单回路控制系统；3、工艺水汽提塔进料温度（TE1225）单回路控制系统；4、工艺水汽提塔塔底液位（LT1202）单回路控制系统；5、工艺水汽提塔塔底流量（FT1081）单回路控制系统；6、燃料油汽提塔进料流量（FT1208）单回路控制系统；7、燃料油汽提塔塔底液位（LT125）单回路控制系统；8、中压凝液闪蒸罐液位（LT1204）单回路控制系统；9、酸性水汽提塔塔底液位（LT133）分程控制系统；10、工艺水汽提塔塔顶输出流量压力（PT117）分程控制系统；3.1 单回路控制系统的设计单回路控制系统是由一个控制器、一个对象、一个测量变送器、一个控制阀组成的。其具有结构简单、容易掌握、可靠性高、经济实用等特点。其适用于外界干扰较少，工作条件波动较小的工作环境。它是只有某一种（主要）干扰对被控变量影响较大的系统。当系统主要干扰有波动，系统就可以直接通过调节与主要干扰有关的操纵变量，使系统迅速回到稳态。所以此系统的结构简单，调试方便，维护也简单。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计63.1.1 温度单回路控制系统的设计稀释蒸汽发生系统自动控制系统中，温度单回路控制系统有 2 个，具体设计情况如下：1、酸性水汽提塔进料温度单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把酸性水汽提塔（D103M）的进料流量作为设计对象。酸性水汽提塔（D103M）的进料温度（TE1215）的作用是：对酸水汽提塔进料预热器（E127AM/BM）的出料流量的调节。这就需要根据实际的酸性水汽提塔（D103M）的进料温度（TE1215）来控制酸水汽提塔进料预热器出料流量，以此来达到控制酸性水汽提塔的