造纸洗涤工段 毕业论文.doc

广西大学本科毕业设计（论文）摘要集散控制系统在造纸工业中得到广泛的运用，本文主要研究了集散控制系统在制浆造纸洗涤工段的运用。洗涤工段是制浆造纸中一个重要的工段，洗涤的目的有两个：一个是把纸浆中的黑液洗涤干净以利于后序工序的顺利进行；二是尽可能获得高浓度的黑液，一边蒸发回收。论文重点论证了洗涤工段工艺对自动控制提出的要求，控制方案的设计，集散控制系统的选择和硬件的配置。为了有效的控制生产过程、保证生产安全、保证产品质量和提高生产效率，必须及时检测出生产过程的有关量。所以文章介绍了控制仪表的选择原则和要求。文章中同时也讲述了dcs控制室的设计及其对环境、采光条件、建筑等提出的要求。在本论文的设计过程中还运用到了cad画图软件，绘制了管道仪表流程图已经仪表回路接线图等。关键词：集散控系统 洗涤工段 控制方案 仪表 supcon jx-300xabstractdistributed control system in the paper industry are widely used, this paper studies the distributed control system in the pulp and paper section of the use of washing. wash section in is an important pulp and paper steps, washing two purposes: one is to wash the pulp black liquor in order to facilitate the smooth progress of the order process; second possible access to high concentration of black liquor, side of the evaporation recovery. paper demonstrates the focus of washing process on automatic control section of the request, control program design, distributed control system selection and hardware configuration. in order to effectively control the production process to ensure safety, ensure product quality and increase production efficiency, the need for timely detection of the amount of the production process. therefore, the article introduces the instrument of choice control principles and requirements. article also describes the design of dcs control room and on the environment, lighting conditions, construction and other requests. in this paper the design process is also applied to the cad drawing software, draw a flow chart has been meter circuit pipe instrument wiring diagram and so on. keywords : distributed control system wash section in controling meter supcon jx-300x目录第1章 绪论41.1中国纸浆造纸过程自动化现状41.2浆纸过程自动化的意义41.3自动化系统在中国制浆造纸行业中的应用4第2章 洗涤工段生产流程62.1洗涤目的62.2洗涤原理62.3洗涤的方法和设备7第3章 洗涤工段控制方案103.1洗涤工艺对自动控制提出的要求103.2控制方案103.3洗涤工段涉及的控制系统123.3.1单回路控制系统123.3.2串级控制系统133.3.3比值控制系统15第4章 仪表的选型194.1 控制装置的选择194.2检测仪表元件的选型204.2.1温度测量仪表的选型204.2.2流量测量仪表的选型224.2.3物位检测仪表选型254.2.4纸浆浓度测量仪表选型27第5章 集散控制系统（dcs）305.1集散控制系统的发展历程及其机构体系305.2浙大中控集散控制系统supcon jx-300x335.2.1 supcon jx-300x的总体结构335.2.2supcon jx-300x的硬件345.2.3 con jx-300x dcs 在纸浆造纸洗涤工段的应用37第六章 集散控制系统控制室设计386.1控制室的位置、布局和面积的选择386.2环境条件396.3建筑要求406.4采光和照明41第7章 仪表连接42全文总结44参考文献45致谢46第1章 绪论1.1中国纸浆造纸过程自动化现状造纸工业是与国民经济发展和社会文明建设信息相关的产业，在现代经济中的作用越来越受到人们的重视。发达国家都把它视为重要的制造业，在美国、加拿大、日本、芬兰、瑞典等国，造纸工业是国民经济的十大支柱产业之一。在中国，纸和纸板消费量和产量的增长速度与国内生产总值同步发展。自1980年到2000年，中国gdp增长2.2倍纸与纸板消费量增长4.9倍，产量长4.6倍。“十五”期间，中国gdp增长率约每年约在7%-8%，纸和纸板消费量亦将同步增长，将为中国造纸工业带来快速发展的机遇。1.2浆纸过程自动化的意义在现代过程工业中，造纸工业在投资、能耗、原料消耗和水耗等方面往往超过重工业。例如每生产一吨纸血药消耗一百八十吨水，生产一吨纸所需要的能量多于生产一吨钢。此外，造纸所需要的原材料消耗也非常大，实现纸浆造纸过程的计算机控制，不但可以改善工人的劳动条件，提高产品产量和质量，还能大幅度减少能源和原材料的消耗。实现制浆造纸过程自动化的经济显著，多年来一直受到世界各主要工业国家的重视。随着浆纸工业的快速发展，制浆、造纸的规模不断扩大，技术水平不断提高。1886年，第一台纸浆浓度控制器的诞生；20世纪（30-40）年代，机械式和气动式控制仪表应用于造纸行业：50年代后，气动和电动单元组合仪表出现在制浆造纸生产线上；1961年美国首次成功地采用计算机对制浆造纸进行控制。此后随着计算机的更新换代，新的控制系统便层出不穷，目前，plc、dcs、fcs等最新系统在造纸行业都得到广泛应用。此外，应用于制浆过程的控制理论也得到了广泛而深入的研究和发展，前馈控制、解耦控制、串级控制、预测控制、自适应控制、最优控制和智能控制等都不断在本行业得到实际应用。1.3自动化系统在中国制浆造纸行业中的应用无论是新上的浆纸生产线，还是对老生产线进行改造，都需要配置高质量的自控仪表。这种势态对制纸行业自动化起到了很到的促进作用，并形成了一个巨大的市场空间。国外公司，如siemens、abb、honeywell、measurex、metso等公司的dcs、qcs供应商争先恐后的参与竞争；国内一些原来从事非浆纸行业的控制公司，如北京和利时、浙大双元、海天、高达等测控公司，形成了一股激烈竞争的热浪。在这种市场是刺激先，中国的制浆造纸自动化水边迅速缩短了与国际的差距，目前，中国的制浆造纸过程自动化控制系统不但能满足国内浆纸行业的需求，而且还开始想俄罗斯、越南、缅甸等周边国家出口自动化产品。第2章 洗涤工段生产流程2.1洗涤目的纸浆的洗涤是制浆过程的一个重要环节，基本上是使浆料与黑液分离的过程，洗涤的目的在于充分洗净纸浆的同时，还要提取具有较高的浓度和温度的黑夜，以供碱回收生产。如果纸浆洗涤不干净，不仅造成化学药品的直接损失，影响提取率；并且由于过量残碱的存在，筛洗时易于引起泡沫，导致筛选与漂泊操作的困难，如在漂泊是增加氯耗，又会降低纸浆的白度和提高纸浆的灰分含量。为此，纸浆的洗涤应根据原料品种和生产要求尽量设法控制，以必要的最低耗水量保证洗净浆料，并且得到黑液浓度也高。一般要求木浆黑液浓度应达到10-12。波美，而草浆黑液浓度也要到达8-10。 波美左右。2.2洗涤原理黑液的分布主要在于纤维与纤维之间，其含量约占总液量的70-80%。 其次，在细胞腔内孔道里的黑液约占15-20%，在纤维细胞壁内的黑夜约占5%左右。为此，根据这种情况，若要分离出纸浆中的黑液而达到洗净的目的，必须采用挤压和扩散的方法进行洗涤。在纤维与纤维之间的黑液一般可以依靠挤压作用可以洗净，但其他部分的黑液则大多依靠扩散原理才能洗出。挤压作用实际上是借助于外表压力迫使纸浆的黑液通过一层过滤介质而排出，即所谓过滤过程；扩散是某种物质克服了阻力而转移到其他介质中的过程，而且推动物质扩散的因素主要是浓度差。这样纸浆的洗涤实质上也是一个稀释扩散过滤的过程，并且影响过滤速度和扩散数的的因素也是洗涤过程中的主要影响因素。洗涤过程的影响因素很多的，一般包括如下几个方面：温度：在洗涤过程中提高温度相应地降低了过滤液的粘度，从而增加过滤速度和扩散速度。这样利用热水洗涤可以加速洗涤过程，所以目前采用高温洗涤方法，如连续蒸煮则在器内利用高温高压进行洗涤，其温度有达到100以上。喷放后洗涤温度一般较低一些，约80左右。压力：在洗涤过程中增加压力差，可以提高过滤速度，从而加速洗涤并得到浓度较高的黑液。但是，过分增加压力则又看可能压紧浆层，使毛细管直径变小，过滤阻力增加，反而降低洗涤的速度。浆层阻力：浆层阻力取决于纸浆的性质和浆层厚度。浆层厚度有直接与过滤和扩散的速度有关。显然，增加浆层厚度会提高过滤和扩散的阻力，势必延长洗涤时间或降低洗涤质量，亦即残留在浆料中的黑液含量或残碱量会增加。纸浆硬度：在洗涤过程中纸浆硬度愈大，一般有利于过滤但却不利于扩散。因此要将硬浆洗净比较困难，这是由于细胞腔内和细胞壁间的黑液扩散出来遇到的阻力较大，洗涤速度下降，所以增加洗涤时间。2.3洗涤的方法和设备目前多采用多段逆流洗涤方便，以控制加入洗涤水量，这样既可以洗净纸浆，又可以提取较浓黑液。多段逆流洗涤一般多采用三段或者四段逆流洗涤流程，如图2-1所示，通常是以多台设备串联使用。纸浆顺次进入各段设备，洗涤热水则从最后一段设备加入，而出稀黑液逆转至前一段设备作为洗液之用。这样逆流的黑液逐渐增浓，自第一段设备滤出浓黑液可送至碱回收工序，加以回收综合利用。 图2-1普通国产四段真空洗浆机采用逆流原，工艺流程如图2-2所示。来自蒸煮车间的粗浆在喷放锅内经稀释后由上浆泵打出，经加黑液稀释后进入第一段真空洗浆机，由第二段黑液桶来是黑液进行喷淋洗涤。产生的黑液进入一段黑液桶，洗后浆有压料辊送入二段真空洗浆机。由三段黑液桶来的黑液进行喷淋洗涤。如此进行下去。当浆进入四段真空洗浆机时，用清水或浆料浓缩段黑液进行喷淋洗涤，然后黑液进入本段黑液桶，洗后浆被送到洗后浆塔，等待筛选工段筛选。在整个过程中，浆与洗涤液的流向都是反向的。浆有一段进入四段，残碱越来越小；洗涤液由四段逆流到一段，波美度越来越高。 图2-2洗涤的设备最主要是真空洗涤机，洗涤池。洗涤池它是长方形敞口槽，池底用长方木分成若干格，上盖条板并铺设棕毯或铁丝网，构成过滤面的假底，其过滤面积应能保持浆层厚度不超过0.8-1.5m为宜，每吨浆所需过滤面积约为15-18m2。真空洗涤机是由一个圆筒转鼓在浆槽中回转而构成的。转鼓表面是具有孔径为8-10mm的多孔不锈钢过滤板，外再覆盖80-100目的不锈钢网或者40目的塑料网，并用铅丝缠紧。转鼓内部分为若干互不相通的隔室，而与洗鼓两端轴颈相应分格连通。在洗鼓轴颈两端均有固定于轴颈的多孔分配圈，随轴颈旋转。分配圈则与固定的分配头紧密接触，而分配头又与真空系统相连，并通过分配头的分配阀分为五个区域起不同的作用。在转鼓旋转时，与轴颈分配圈相连的各个隔室则仙湖轮流与分配阀五个区域接通。真空洗涤机的特点是占地面积小，生产效率高，但操作复杂而投资大。对于处理滤水性较好的浆料较为成熟，对于滤水性较差的浆料尚存在一定的困难，较易糊网，生产能力也低。真空洗浆机的技术特征如下表2-1所示： 表2-1 真空机技术特征项目型号znk-11znk-12znk-13过滤面积（m2） 5 1015洗鼓规格（mm）175010202600130026002000洗鼓型式单吸、袋式、20格单吸、袋式、24格双吸、袋式、24格洗鼓转速（转/分）1.54.5 0.82.40.272.7进浆浓度（%）0.81.50.81.50.81.5出浆浓度（%）101312161214配用电机jo241-6,3千瓦jo251-8,4千瓦jch562,2.6千瓦jo3112m-8,3千瓦jo3112m-6,4千瓦jo3132m-6,7.5千瓦jzt41-4,4千瓦jo251-8，4千瓦jo261-8，7.5千瓦无几变速机a-3型pd3型pd3型第3章 洗涤工段控制方案3.1洗涤工艺对自动控制提出的要求洗涤的目的有两个：一个是把纸浆中的黑液洗涤干净以利于后续序的顺利进行；第二个是尽可能获得高浓度的黑液，以利于蒸发。这两个要求是相互矛盾的。从影响洗涤效果的因素可知，为了达到稳定纸浆的洗净度，又稳定黑液浓度和提前滤，需要对串联真空洗浆过程进行下列参数进行检测或者调节。（1）喷放锅纸浆浆位的检测；（2）从喷放锅送往真空洗浆机的纸浆浓度和流量的自动调节；（3）用于洗浆的热水的流量和温度自动调节；（4）洗浆机浆槽中浆位的自动调节；（5）送碱回收的黑液浓度的自动调节和流量的检测；（6）各段黑液槽液位的自动调节和温度的自动检测。3.2控制方案 纸浆洗涤主要是将纸浆中的可溶有机物和无机物洗净，同时能获得高浓度黑液。附件的管道仪表流程图为国内常用的洗涤工段控制流程示意图，相应的测控点见下表3-1。国外对制浆洗涤过程的控制已经有20余年的历史，积累了丰富的经验，并产生了几种经典的控制方案。国内在这方面的研究起步比较晚，控制水平与国外还存在一定的距离。 表3-1 洗涤过程检测控点一览表 序号工位号用途测量范围1lia-201浆池液位指示、报警5m2lic-2021号黑液槽液位控制6m3lic-2032号黑液槽液位控制6m4lic-2043号黑液槽液位控制6m5lic-2054号黑液槽液位控制6m6lic-2061号洗浆机液位控制2.5m7lic-2072号洗浆机液位控制2.5m8lic-2083号洗浆机液位控制2.5m9lic-2094号洗浆机液位控制2.5m10lia-210贮浆塔液位指示、报警13m11ficq-201进入混合箱浆流量控制、计算300m3/h12fic-202洗浆机冲网用热水流量控制60 m3/h13fic-2034号洗浆机喷淋的水流量控制80 m3/h14fiq-204贮浆塔出口流量控制200 m3/h15ffic-205进混合箱黑液流量比例控制300 m3/h16dic-201进混合箱浆浓度控制2%3%17dic-202贮浆塔出口浆浓度控制3.0%18aic-201黑液波美控制610be19ti-2011号黑液槽温度指示6080从附件的管道仪表流程图可知，来自蒸煮段的浆料被送入浆池lia-201是浆池的液位检测报警点。用浆泵将浆打入混合箱，并用ficq-201来控制浆量，而dic-201则是控制其浓度。同时被送入混合箱的还有由1号黑液槽泵出的黑液，其流量由ffiq-205控制，并与ficq-201成比例控制，以保证进入洗浆机的浆浓度保持一定。1号真空洗浆机的液位控制lic-206与ficq-201组成液位流量串级控制系统。供洗涤用的白水和热清水的加入量分别由fic-203、fic-202来加以控制。4号真空洗浆机流出的黑液流入4号黑液槽，并利用“水腿”效应产生真空。4号黑液槽的黑液有黑液泵泵至3号真空洗浆机，根据不用途不同，分成两路：一路至3号洗浆机的喷淋头部，对鼓上的浆进行冲洗；另一路被送至浆槽，对鼓上剥离下来的浆块进行离解、漂洗。在这里设立了两个控制点：lic-205是通过控制喷淋黑液流量的大小来维持黑液槽的液位稳定；lic-209是通过控制进入将槽的黑液流量来维持浆槽的液位稳定。在其余的几个真空洗浆机上，同样的理由设置了lic-204、lic-208及lic-203、lic-207。1号黑液槽中，存放了最终的将被送往蒸发工段的黑液，除了小部分被送往“混合箱”及浆池出浆浓度控制用液外，其余部分被送往蒸发工段。1号黑液槽的液位控制lic-202与泵出黑液流量控制fic-206组成液位流量串级控制系统。aic-201是送出黑液的波美度检测、控制，其手段是通过控制进入洗浆系统的白水流量来调节黑液的波美度。贮浆塔液位检测点为lia-210,在出口处，还设置有浆浓度控制dic-202及流量检测、累计fiq-204。3.3洗涤工段涉及的控制系统3.3.1单回路控制系统在洗涤工段自动控制设计中，最主要运用到了三种控制系统。一是简单的控制系统，也就是单回路控制系统；二是串级控制系统；三是比值控制系统。简单控制系统，是由一个测量元件及变送器、一个控制（调节）器、一个调节阀和一个被控过程（调节对象）组成，并只对一个被控参数进行控制的单闭环反馈控制系统。其系统方框图如下图3-1所示： 图3-1简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。下图3-2就是一个简单的控制回路。控制的对象是洗浆机冲网热水流量，检测元件是流量计，当水流量发生变化时，检测变送装置把检测结果送到控制器，控制器经过计算得出一个输出值去控制执行器即阀门。通过这样调节就可以保持热水流量的稳定。单回路控制系统被控参数的选择一般有以下几条原则：(1)选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。(2)当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。(3)被控参数必须具有足够大的灵敏度。(4)被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。根据过程特性选择控制参数的一般原则:(1)控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数ko要适当大一些，时间常数to要适当小一些。纯时延0愈小愈好，在有纯时延0的情况下，0与to之比应小些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。(2)扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数kf应尽可能小。时间常数tf要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量时延c愈大则有利于控制。(3)时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。(4)注意工艺操作的合理性、经济性。 图3-23.3.2串级控制系统串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。它是由主、副两个控制器串接工作的。主控制器的输出作为副控制器的给定值，副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对变量的定值控制。其系统框图如下图3-2所示。通过以上框图我们可以分析出，在串级控制系统中，由于引入了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以消除。由于主、副回路相互配合、互相补充，使控制质量显著提高。串级控制系统主要运用于 图3-3对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。下图3-4就是其中的一个液位-流量串级控制系统，副回路被控参数是流量，主回路被控参数是液位。选择流量作为被控参数主要副回路包含了主要的干扰，也就是流量的变化。当流量有变化是副回路能够很好的克服。 图3-4 串级控制系统主参数的选择原则与单回路控制系统被控参数的选择原则是一致的。其副回路是选择也就是确定副回路的被控参数一般应遵循以下几个原则：（1）主、副参数有对应关系。在串级系统中，一如副参数是为了提高主参数的控制质量，副参数与主参数之间应具有一定的对应关系，即通过调整副参数能有效影响主参数。在主参数确定以后所选定的副参数应与主参数一定的内在联系，副参数的变化应反映主参数是变化趋势、并在很大程度上影响主参数；其次，选择的副参数必须是物理上可测的；另外，由副参数所构成的副回路，调节的通道尽可能短调节过程时间常数不能太大，时间滞后小，以便使等效过程时间常数显著减小，提高整个系统的工作频率，加快控制过程反应速度，改善系统控制品质。（2）副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰，并尽可能多包含一些干扰为了充分发挥串级控制系统对进入副回路的干扰有较强克服能力的特点，在选择副参数时一定要把住干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。但也不是福回路包含的干扰越多越好，因为副回路包含的干扰越多，其控制通道的时间常数必然增大，响应速度变慢，副回路快速克服干扰的能力将受到影响。（3）副参数的选择应考虑到主、副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防止“共振”的发生，在串级控制系统中，主、副回路中控制过程的时间常数不能太近。一方面是为了保证副回路具有较快的反应能力；另一方面是由于在串级系统中，主、副回路的密切相关。副参数的变化会影响到主参数，而主参数的变化通过反馈回路有会影响到副参数。如果主、副回路的时间常数比较接近，系统一旦受到干扰，就有可能产生“共振”，使控制质量下降，甚至是系统因振荡而无法工作。（4）应注意工艺上合理性和经济性。控制系统是为了生产服务的，所设计的系统首先要考虑生产工艺的合理性。如果系统方案在控制原理上是合理的，但工艺不合理，则应重新考虑控制方案。 3.3.3比值控制系统 实现两个或者两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。在需要保持比值关系的两种物料中必有一种物料处于主导地位，称为主物料，其流量称为主流量，用f1表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，其流量称为副流量，用f2表示。比值控制系统就是要实现副流量f2和柱流量f1成一定比值关系。其种类主要有以下几种： 图3-5（1）开环比值系统 原理图如图3-5所示，开环比值控制系统是最简单的比值控制方案。f1是主流量，f2是副流量。当主流量变化时，通过检测变送检测主物料流量；有控制器fc及安装在从物料的执行器来种植副流量f2,使其满足f2=kf1的要求。 （2）单闭环控制系统 该系统是在开环比值控制系统的基础上通过增加一个副流量闭环控制系统而组成的，其原理图如图3-6所示。单闭环控制系统解决了开环控制系统无抗干扰能力的缺点。单闭环比值控制系统的优点是它不但能实现副流量跟随变化，而且以克服副流量本身对干扰对比值的影响，主、副流量比较精确。这种方案的结构形式较简单，所以得到广泛应用，尤其适用于主物料在工艺上不允许控制的场合。（3）双闭环比值控制系统 该控制系统是为了克服单闭环比值系统主流量不受控制，生产负荷在较大范围内波动的不足而设计的。它在单闭环的基础上，增加了主流量控制回路，其原理图如下图3-7所示。 从原理图可以看出，当主流量f1变化时，一方面通过主调节器f1c进行控制，另一方面通过比值控制器k乘以适当系数后作为副副调节器的设定值，是副流量跟随主流量变化而变化。由于主流量控制回路的存在，双闭环比值控制系统实现了对主流量f1的定值控制，增强了主流量抗干扰能力，使主流量变得比较平稳。双闭环比值控制系统还有另外一个优点就是升降负荷比较方便，只要缓慢的改变主流量调节器的设定值就可以升降主流量，同时副流量也自动跟踪升降，并保持两者比值不变。 图3-6 图3-7在管道仪表流程图中如图3-8所示部分，为了保证进入混合箱的浆的浓度是一定的，需要对纸浆的流量和黒液的流量进行一定的比例控制。主物料是纸浆，其流量是有ffiq-205控制；从物料是黑液，其流量是有ficq-201控制的。由ffiq-205和ficq-201组成一个双闭环比值控制系统。当纸浆流量变化时，通过主调节器fc-205控制主流量，另一方面，通过比值控制器作用于副控制器fc-201，控制黑液的流量，从而保证了纸浆和黑液的比例保持一定。 在设计比值控制系统时，确定主、副物料流量的原则如下：（1）在商场中起主导作用的物料流量，一般选为主流量，其余的物料流量以它为准，跟随其变化而变化，则为副流量。（2）在生产中不可控的物料流量，一般选为主流量，而可控物料流量作为副流量。（3）在生产中比较昂贵的物料流量可选为主流量，或者在工艺上不允许控制的物料流量作为主流量。（4）在生产工艺上有特殊要求时，主、副物料流量的确定应服从工艺需要。 图3-8 第4章 仪表的选型工业生产中，为了有效的控制生产过程、保证生产安全、保证产品质量和提高生产效率，必须及时检测出生产过程的有关量，例如温度、压力、流量等。用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表，其中包括测量并指示的测量仪表、测量并将这些参数转换成规定的标准信号输出的变送器。4.1 控制装置的选择一个正确合理的自控方案，不仅要有正确的测量和控制方案，而且还需正确选择和使用各种自动化仪表。在仪表选型中，首先应对控制装置进行合理的选择。下面介绍几种控制装置的类型：（1）基地式仪表。它是发展历史最早是一类仪表，它的输入信号来自检测元件，输出信号直接送至执行器，这类仪表多用于中小型生产装置，或者用于大生产中一些就地控制的场合。（2）单元组合式仪表。它们是20世纪50、60年代发展起来是一类仪表，把仪表功能分散到各自单元，一个测量回路或者控制回路需由许多单元组合而成。此类仪表可分成气动单元组合仪表和电动单元组合仪表。一般对于大、中型商场装置均可以应用。（3）组装式仪表。它是一种按结构分离型的组件组装时电动仪表。主要应用于电站，石油化工行业中用的不是很多。（4）可编程序数字控制器。它是以为处理器为主体，控制算法是数字式的，功能和外形与模拟式控制器相近，它们控制算法较丰富，每台可能有很多输入和输出。（5）可编程序控制器（plc）。它也是以微处理器为主体的一种数字控制器，主要用于顺序控制、联锁保护、过程控制和管理等场合。（6）计算机控制系统。它的特点是有一台计算机完成控制系统的全部功能，使生产过程控制水平得到进一步提高。（7）分散控制系统（dcs）。它是以微处理器为基础，兼顾常规仪表控制和计算机控制的优有点。（8）现场总线。所谓现场总线是数字化通信网络实用技术，采用了数字多路复用技术，把具有不同地址编码的数字信号通过一根电缆进行传输，实现现场智能仪表完成过程空，并监视非控制信号。一般说来有三个部分组成：现场智能仪表、现场通信总线和计算机接口。纸浆造纸洗涤工段，由于生产规模和管理方面的要求，采用了浙大中控集散控制系统supcon jx-300x。具体的系统结构、系统组成等相关设备将在第五章介绍dcs系统时详细介绍。4.2检测仪表元件的选型检测仪表元件选型的一般原则如下：（1）工艺过程的条件。工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。（2）操作上的重要性。各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。（3）经济性和统一性仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自考的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能/价格比。为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号、及同一生产厂家的产品。（4）仪表的使用和供应情况。选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。4.2.1温度测量仪表的选型常用的工业温度计可以分成接触式和非接触式两大种类。接触式又可分为热膨胀式、热电阻式和热电偶式三种。非接触式最主要就是热辐射，根据辐射方法不同可以分为三种：辐射法、亮度法、比色法。下表4-1是各温度计的特点。 表4-1各温度计的特点型式温度计种类优 点缺 点接触式仪表玻璃液体温度计机构简单，使用方便测量准确，价格低廉测量上限和精度受玻璃质量的限制，不能记录和远程压力表式温度计结构简单，不怕震动，具有防爆性，价格低廉精度低，测温距离较远时，仪表的滞后性较大双金属温度结构简单，机械强度大，价格低精度低，量程和使用范围均有限热电阻测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制不能测高温，由于体积大，测点温度较困难热电偶测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制需要自由端补偿，在低温段测量精度较低非接触式仪表辐射式高温计测量元件不破坏被测物体温度唱，测温范围广只能测高温，低温段测量不准，环境条件会影响测量准确度。对测量修正后才能获得真实温度洗涤工段中，只有一个温度测量点ti-201，测量1号黑液槽的稳定指示。测量的温度范围是6080,测量黑液是碱性的有腐蚀性，而且测量得的温度要远距离传输。所以选择了热电阻作为温度测量元件，具体的热电阻型号在附件中有详细的产品型号介绍。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。金属热电阻的感温元件有石英套管十字骨架结构，麻花骨架结构得杆式结构等。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁镍钨、银等。薄膜热电阻是利用电子阴极溅射的方法制造，可实现工业化大批量生产。其中骨架用陶瓷，引线采用铂钯合金。热电阻的种类有以下几种：普通型热电阻，铠装热电阻，端面热电阻和爆型热电阻等。对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及维修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要求,在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点: 1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻. 2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度: (1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米,那热电阻插入深度应选择100毫米。 (2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻.浅插式的热电阻保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm。(3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1 m即可。(4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管。4.2.2流量测量仪表的选型 流量检测仪表的分类可按不同的原则进行，通常有以下几种分类。按测量对象分类可以分为封闭断的流量计和敞开管道流量计两大类，工业过程主要适应封闭管道流量计。按测量目的分类，可分为总流量测量和流量测量，即为总量表和流量计。按测量原理分类，也就是按测量原理的不同分类分为以下几种：力学原理、电学原理、光学原理、声学原理、热学原理、原子物理学原理等。按按测量体积流量和质量流量分类有：体积流量计，常用的有差压式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声流量计、容积流量式等；质量流量计，有可分为直接式流量计和间接式质量流量计两种。不同类型的流量仪表性能和特点各异，在流量检测仪表选型时必须从仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和精力因素等方面进行综合考虑。仪表性能：精确度，重负性，线性度，范围度，压力损失，上、下限流量，信号的输出特性，响应时间等。流体特性：流体温度，压力，密度，粘度，化学性质，腐蚀，结垢，脏污，磨损，气体压缩系数，等熵指数，比热容，电导率，导热系数，多相流，脉动流等。安装条件：管道布置方向，流动方向，上下游管道长度，管道口径，维护空间，管道振动，防爆，接地，电、气源，辅助设施（过滤、消气）等。环境条件：环境温度，湿度，安全性，电磁干扰，维护空间等。经济因素：购置费，安装费，维修费，校验费使用寿命，运行费、备品备件等。洗涤工段共有五个流量测量点，如下表4-2所示，所测量的物料主要有纸浆、黑液和水。纸浆中构成纤维的主要成分为纤维素，另外还有不同程度的半纤维素、木素、树脂、色素、果胶和灰分等物质，纸浆流体中含有固体微粒。所以在选择流量计时要考虑到固体微粒的磨损情况，而且纸浆是从蒸煮工段送来的，纸浆有一定的温度。而黑液的ph值是成碱性的，在选择时流量计是要考虑到碱性的腐蚀性。还有就是本工段才用集散控制系统进行控制，各流量是检测值都要送到控制室。纸浆、黑液和水都能导磁导电，综合考虑到个方面的因素，在本工段的流量计都采用电磁流量计，具体型号在附件中有详细说明。电磁流量计（以下简称emf）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。50年代初emf实现了工业化应用，近年来世界范围emf产量约占工业流量仪表台数的5%6.5%。70年代以来出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更为广泛的应用。 表4-2 洗涤工段流量测点序号工位号用途测量范围1ficq-201进入混合箱浆流量控制、计算300m3/h2fic-202洗浆机冲网用热水流量控制60 m3/h3fic-2034号洗浆机喷淋的水流量控制80 m3/h4fiq-204贮浆塔出口流量控制200 m3/h5ffic-205进混合箱黑液流量比例控制300 m3/h6dic-201进混合箱浆浓度控制2%3%emf的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如下式式中e-感应电动势，即流量信号，v;k-系数；b-磁感应强度，t；d-测量管内径，m；-平均流速，m/s。设液体的体积流量为，则式中k为仪表常数k=4kb/d。，emf由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。emf的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。emf不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。emf所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。emf测量范围度大，通常为20：150：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.510m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量（例如设有4位数电位器设定仪表常数）不必取下作离线实流标定。emf的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。仪表输出本质上是线性的。易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。 emf不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。通用型emf由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。市场上通用型产品和特殊型仪表可以从不同角度分类。如按激磁电流方式划分，有直流激磁、交流（工频或其他频率）激磁、低频矩形波激磁和双频矩形波激磁。几种激磁方式的波形见图3。按输出信号连线和激磁（或电源）连线的制式分类，有四线制和二线制。按转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型。按流量传感器与管道连接方法分类，有法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹连接。按流量传感器电极是否与被测液体接触分类，有接触型和非接触型。按流量传感器结构分类，有短管型和插入型。按用途分类，有通用型、防爆型、卫生型、防侵水型和潜水型等。4.2.3物位检测仪表选型常用液位测量仪表的特性如下简述如下。直接式液位测量仪表，用于就地测量液位，现场显示。因液位计与被测介质直接接触，其材料需要适应介质要求，并能承受操作状态的压力和温度。差压式液位测量仪表，以压力和压差变送器来测量液位。在石化上次过程大量应用差压变送器测量液位，对腐蚀、粘稠介质可采用法兰式及带毛细管的差压变送器。浮力式液位测量仪表，测量范围有限，一般为3002000mm，因此适用于液位波动较小，密度稳定，介质洁净的场合。浮标式液位计测量范围较大，也适用于易燃、有毒的介质。电气式液位测量仪表。电接点式液位计结构简单，价格便宜， 可适用于高温、高压场合。电容式液位计适宜于有腐蚀、有毒、导电或者非导电介质的液位测量，对粘稠、易结垢的介质，上课选择带保护极的测量电极。超声波式液位测量仪表，是运用声波法师的一种无接触式测量仪表。声波必须在空气中传播，因此不能用于真空设备。放射性液位计，是真正接触测量各种容器的液位或料位，适用于高温、高压、强腐蚀及高粘度接触场合。雷达液位计，运用高频脉冲电磁波反射原理进行测量，适用于恶劣的操作条件下液位或料位的测量。物位计测量仪表选型原则如下：（1）应深入了解工艺条件、被测介质的性质，测控系统的要求，以便对仪表的技术做出充分评价。（2）液位也界面测量应首选用差压式、浮筒式和浮子式仪表，当不满足要求时，可选用电容式、电接接触式（电阻）、声波式仪表。（3）仪表的结构形式和材料应根据被测介质的特性来选择。主要考虑的因素为压力、温度、腐蚀性，导电性；是否存在句话、粘稠、沉淀、结晶、结膜、气化、起泡等现象；密度和密度变化；液位中含悬浮物的多少；液面扰动的程度以及固体物料的粒度。（4）仪表的显示方式和功能，应根据工艺操作及系统组成的要求确定。（5）仪表量程应根据用以对象的实际需要显示的范围或实际变化范围确实。（6）仪表精度应根据工艺要求选择，但供容积计算用的物位计表，旗精度等级应在0.5级以上。（7）用于有防爆危险场所的电气物位计仪表，应根据防爆等级要求，选择合适的防爆结构形式或者其他防爆措施。 洗涤工段有十个液位检测点，主要检测的是四台洗涤真空机的液位，浆池的液位，各个黑液槽的液位，还有就是贮浆塔的液位。浆池和贮浆塔的物料是纸浆，黑液槽里的主要物料是黑液，而洗涤真空机里的主要物料是纸浆和黑液的混合物。各个液位监测点如下表4-3所示。鉴于纸浆和黑液是性质，和各个测点是用途要求，本工段一律采用超声波液位计，具体型号和性能指标在附件仪表数据表中有详细的说明。超声波物位计的工作原理是由