基于DCS的蒸汽产生装置的设计

.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 目 录摘 要IAbstractII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29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.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。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 ；2.2.2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。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。3.1.1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进料温度的目的。因为整个控制系统主要由酸性水汽提塔的进料温度来调节酸水汽提塔进料预热器出料流量，符合单回路控制系统适用条件，也能达到工艺上的控制要求。综合考虑，采用单回路控制系统来控制酸性水汽提塔的进料温度。酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）单回路控制系统流程图，如图3-1所示。图3-1 酸性水汽提塔的进料温度单回路控制系统流程图在酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）单回路控制系统中，被控对象是酸水汽提塔进料预热器（E127AM/BM），被控变量是酸性水汽提塔的进料温度（TE1215），操纵变量是酸水汽提塔进料预热器的出料流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）要达到工艺上所要求的温度，也就是说如果当生产发生意外时也要保证：酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）不能超过工艺上所要求的范围。如果酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）要求上限150时，中间急冷油不用为酸水汽提塔进料预热器进行加热，控制阀应全开；如果酸性水汽提塔的进料温度低于100时，控制阀开度应该降低。综上所述，控制阀应选择风开阀。当酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）升高时，应增加酸水汽提塔进料预热器出料流量，阀门的开度该增加，因为选择的是风开阀，所以其输入信号增大，即温度控制器的输出信号增大。综上所述，当酸性水汽提塔的进料温度升高时，温度控制器的输出信号增大，所以水冷器的尾气温度控制器的作用方式为正作用。酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）单回路控制系统方块图，如图3-2所示。进料温度给定-温度控制器温度测量变送器预热器控制阀干扰图3-2 酸性水汽提塔的进料温度单回路控制系统方块图若由于干扰的作用，使酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）升高，则温度测量变送器的输出信号将增加，由于给定值不变，故偏差增大，即温度控制器的输入信号增大，而选用的温度控制器是正作用，所以其输出信号增大；又因为控制阀是风开阀，当它接收到的输入信号增大时，阀门开度将增大，使进入酸水汽提塔进料预热器流量减小，所以酸性水汽提塔的进料温度（TE1215）会降低；直到温度的测量信号和温度控制器的给定值两者的偏差为0时，即系统再次恢复到稳定的状态。同理，反之亦然。2、工艺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，把工艺水汽提塔（D105X）的进料流量作为设计对象。工艺水汽提塔（D105X）的进料温度（TE1226）的作用是：对工艺水提塔进料预热器（E129AM/BM）的进料流量的调节。这就需要根据实际的工艺水汽提塔（D105X）的进料温度（TE1226）来控制工艺水提塔进料预热器进料流量，以此来达到控制工艺水汽提塔的进料温度的目的。因为整个控制中主要由工艺水汽提塔的进料温度来调节工艺水提塔进料预热器进料流量，符合单回路控制系统适用条件，单回路控制系统也能达到工艺上的控制要求。综合考虑，采用单回路控制系统来控制工艺水汽提塔的进料温度。在工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）单回路控制系统中，被控对象是工艺水提塔进料预热器（E129AM/BM），被控变量是工艺水汽提塔的进料温度（TE1226），操纵变量是工艺水提塔进料预热器（E129AM/BM）的进料流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）要达到工艺上所要求的温度，也就是说如果当生产发生意外时也要保证：工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）不能超过工艺上所要求的范围。如果工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）要求上限150时，工艺水不需要为工艺水提塔进料预热器进行加热，控制阀应全开；如果工艺水汽提塔的进料温度低于120时，控制阀开度应该减小。综上所述，控制阀应选择风开阀。当工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）升高时，应增加工艺水提塔进料预热器（E129AM/BM）的进料流量，阀门的开度该增加，因为选择的是风开阀，所以其输入信号增大，即温度控制器的输出信号增加。综上所述，当工艺水汽提塔的进料温度升高时，温度控制器的输出信号增加，所以水冷器的尾气温度控制器的作用方式为正作用。工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）单回路控制系统方块图，如图3-3所示图3-3 工艺水汽提塔的进料温度单回路控制系统方块图进料温度给定-温度控制器温度测量变送器预热器控制阀干扰若由于干扰的作用，使工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）升高，则温度测量变送器的输出信号将增加，由于给定值不变，故偏差增大，即温度控制器的输入信号增大，而选用的温度控制器是正作用，所以其输出信号增加；又因为控制阀是风开阀，当它接收到的输入信号增大时，阀门开度将增大，使工艺水提塔进料预热器（E129AM/BM）的进料流量增加，所以工艺水汽提塔的进料温度（TE1226）会降低；直到温度的测量信号和温度控制器的给定值两者的偏差为0时，即系统再次恢复到稳定的状态。同理，反之亦然。3.1.2液位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，液位单回路控制系统有3个，具体设计情况如下：1、中压凝液闪蒸罐液位单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把中压凝液闪蒸罐（R150X）作为设计对象。其作用是：接收来自稀释蒸汽发生器的蒸汽凝液。根据工艺要求需要对中压凝液闪蒸罐的液位（LT1204）进行控制，这就需要对罐内凝液的流出量进行控制。因为整个控制系统中，主要由罐内凝液的流出量决定中压凝液闪蒸罐中蒸汽凝液的液位，符合单回路控制系统适用的条件，而且单回路控制系统也能达到工艺上的控制要求，所以为了尽可能简单，采用单回路控制系统控制中压凝液闪蒸罐的液位。在中压凝液闪蒸罐（R150X）的液位（LT1204）单回路控制系统中，被控对象是中压凝液闪蒸罐（R150X），被控变量是中压凝液闪蒸罐内的蒸汽凝液的液位，操纵变量是从罐中流出的凝液的流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺上要求中压凝液闪蒸罐（R150X）中的蒸汽凝液绝对不能溢出，最好是限制在1/3至2/3处，如果一旦生产发生了意外，也必须保证R150X中的蒸汽凝液的液位（L1204）在标准的范围内。如果当R150X中的蒸汽凝液的液位超过2/3时，控制阀应该是全开的；如果当R150X中的蒸汽凝液的液位低于1/3时，控制阀应该是全关的，来保证R150X中的蒸汽凝液液位在标准的范围内，综上所述，控制阀应选择风开阀。中压凝液闪蒸罐的液位（LT1204）单回路控制系统流程图，如图3-4所示。图3-4 中压凝液闪蒸罐液位单回路控制系统流程图而当中压凝液闪蒸罐内蒸汽凝液的液位（L1204）上升时，应增大蒸汽凝液的流出量，控制阀门的开度变大，因为选择的是风开阀，所以阀上的输入信号也变大，即液位控制器的输出信号增大。综上所述，当R150X内蒸汽凝液的液位（L1204）上升时，液位控制器的输出信号也增大，所以中压凝液闪蒸罐（R150X）的液位控制器的作用方式为正作用。中压凝液闪蒸罐内蒸汽凝液液位（L1204）单回路控制系统方块图，如图3-5所示。出口流量给定-液位控制器液位测量变送器闪蒸罐罐控制阀干扰 图3-5 中压凝液闪蒸罐液位单回路控制系统方块图若由于干扰的作用，使中压凝液闪蒸罐（R150X）中蒸汽凝液的液位升高，则液位测量变送器的输出信号将增大，由于给定值不变，故偏差增大，即液位控制器输入信号（LI1204）增大，由于是正作用，所以其输出信号（LV1204）也增大；又因为控制阀是风开阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度也将增大，使流出R150X的凝液流量增加，所以R150X内蒸汽凝液的液位会降低。直到液位测量变送器的测量信号和液位控制器的给定值一样时，两者的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。2、工艺水汽提塔塔底液位单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把工艺水汽提塔（D105X）作为设计对象。其作用是：接收外界来的工艺水。根据工艺要求需要对工艺水汽提塔的液位（LT1202）进行控制，这就需要对罐内工艺水的流入量进行控制。因为整个控制系统中，主要由罐内工艺水的流入量决定工艺水汽提塔中工艺水的液位，符合单回路控制系统适用的条件，而且单回路控制系统也能达到工艺上的控制要求，所以为了尽可能简单，采用单回路控制系统控制工艺水汽提塔的液位。在工艺水汽提塔（D105X）塔底液位（LT1202）单回路控制系统中，被控对象是工艺水汽提塔（D105X），被控变量是工艺水汽提塔内的工艺水的液位，操纵变量是流入塔中工艺水的流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺上要求工艺水汽提塔（D105X）中的工艺水绝对不能溢出，最好是限制在1/3至2/3处，如果一旦生产发生了意外，也必须保证工艺水汽提塔中的工艺水的液位（LT1202）在标准的范围内。如果当工艺水汽提塔中的工艺水的液位超过2/3时，控制阀应该是全关的；如果当工艺水汽提塔中的工艺水的液位低于1/2时，控制阀应该是全开的，来保证工艺水汽提塔中的工艺水能够持续不断的流入，综上所述，控制阀应选择风关阀。工艺水汽提塔塔底液位（LT1202）单回路控制系统流程图，与中压凝液闪蒸罐液位单回路控制系统流程图规律一样，参照图3-3即可。当工艺水汽提塔内工艺水的液位（LT1202）上升时，应减小工艺水的流入量，控制阀门的开度变小，因为选择的是风关阀，所以阀上的输入信号也变大，即液位控制器的输出信号减小。综上所述，当工艺水汽提塔内工艺水的液位（LT1202）上升时，液位控制器的输出信号减小，所以工艺水汽提塔（D105X）的液位控制器的作用方式为反作用。工艺水汽提塔内工艺水液位（LT1202）单回路控制系统方块图，如图3-6所示。出口流量给定-液位控制器液位测量变送器汽提塔控制阀干扰 图3-6 工艺水汽提塔液位单回路控制系统方块图若由于干扰的作用，使工艺水汽提塔（D105X）中工艺水的液位升高，则液位测量变送器的输出信号将增大，由于给定值不变，故偏差增大，即液位控制器输入信号（LT1202）增大，由于是反作用，所以其输出信号（LV1202）减小；又因为控制阀是风关阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度将减小，使流入工艺水汽提塔的工艺水流量减小，所以工艺水汽提塔内工艺水的液位会降低。直到液位测量变送器的测量信号和液位控制器的给定值一样时，两者的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。3、燃料油汽提塔（D102-SM）塔底液位（LT126）单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把燃料油汽提塔（D102-SM）作为设计对象。其作用是：接收外界来的急冷油。根据工艺要求需要对燃料油汽提塔的液位（LT126）进行控制，这就需要对塔内急冷油的流出量进行控制。因为整个控制系统中，主要由塔内急冷油的流出量决定燃料油汽提塔中急冷油的液位，符合单回路控制系统适用的条件，而且单回路控制系统也能达到工艺上的控制要求，所以为了尽可能简单，采用单回路控制系统控制燃料油汽提塔的液位。在燃料油汽提塔（D102-SM）塔底液位（LT126）单回路控制系统中，被控对象是燃料油汽提塔（D102-SM），被控变量是燃料油汽提塔内的急冷油的液位，操纵变量是流出塔中急冷油的流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺上要求燃料油汽提塔（D102-SM）中的急冷油绝对不能溢出，最好是限制在1/3至2/3处，如果一旦生产发生了意外，也必须保证燃料油汽提塔中的急冷油的液位（LT126）在标准的范围内。如果当燃料油汽提塔中的急冷油的液位超过2/3时，控制阀应该是全开的；如果当燃料油汽提塔中的急冷油的液位低于1/3时，控制阀应该是全闭的，来保证燃料油汽提塔的急冷油液位在标准的范围内，综上所述，控制阀应选择风开阀。燃料油汽提塔（D102-SM）塔底液位（LT126）单回路控制系统流程图，与中压凝液闪蒸罐液位单回路控制系统流程图规律一样，参照图3-3即可。当燃料油汽提塔内急冷油的液位（LT126）上升时，应增加急冷油的流出量，控制阀门的开度变大，因为选择的是风开阀，所以阀上的输入信号也变大，即液位控制器的输出信号变大。综上所述，当燃料油汽提塔内急冷油的液位（LT126）上升时，液位控制器的输出信号变大，所以燃料油汽提塔（D102-SM）的液位控制器的作用方式为正作用。出口流量给定-液位控制器液位测量变送器汽提塔控制阀干扰燃料油汽提塔内急冷油液位（LT126）单回路控制系统方块图，如图3-7所示。 图3-7 燃料油汽提塔液位单回路控制系统方块图若由于干扰的作用，使燃料油汽提塔（D102-SM）中急冷油的液位升高，则液位测量变送器的输出信号将增大，由于给定值不变，故偏差增大，即液位控制器输入信号（LT126）增大，由于是正作用，所以其输出信号（LV126）增大；又因为控制阀是风开阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度将增大，使流出燃料油汽提塔的急冷油流量增大，所以工艺水汽提塔内工艺水的液位会降低。直到液位测量变送器的测量信号和液位控制器的给定值一样时，两者的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。3.1.3流量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，流量单回路控制系统有3个，具体设计情况如下：1、酸性水汽提塔塔顶出料流量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）作为设计对象。酸性水汽提塔的作用是：塔顶的轻烃和酸性杂质返回R156X。酸性水汽提塔塔顶出料流量（FT1211）单回路控制系统流程图，如图3-8所示。图3-8 酸性水汽提塔塔顶出料流量单回路控制系统方块图在酸性水汽提塔塔顶出料流量（FT1211）单回路控制系统中，被控对象是酸性水汽提塔（D103M），被控变量是其塔顶出料流量（FT1211），操纵变量是流入酸性水汽提塔（D103M）中的蒸汽进料流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺上要求流出酸性水汽提塔的轻烃和酸性杂质流量11.8m3/h。一旦生产发生了意外，也必须保证流出量（FT1211）在符合标准的范围内。当酸性水汽提塔（D103M）的塔顶流出量（FT1211）小于1m3/h时，控制阀应全开；当酸性水汽提塔的流出量（FT1211）大于1.8m3/h时，控制阀应全关。综上所述，控制阀应选择风关阀。一般情况下，当酸性水汽提塔的流出量（FT1211）增多时，就应减小酸性水汽提塔的流入量，阀门的开度会降低，因为选择的是风关阀，所以控制阀上的输入信号（FT1211）应增大，即流量控制器的输出信号（FV1211）增大。因此当酸性水汽提塔的流入量（F1211）增多时，流量控制器的输出信号减小，所以流量控制器的作用方式为反作用。酸性水汽提塔的流出量（FT1211）单回路控制系统方块图，如图3-9所示。回流流量给定-流量控制器流量测量变送器汽提塔塔控制阀干扰图3-9 酸性水汽提塔塔顶出料流量单回路控制系统方块图由于干扰的作用，使酸性水汽提塔的流出量（FT1211）增多时，则流量测量变送器的输出信号（FV1211）将增大，由于给定值不变，所以两者偏差为正，即流量控制器的输入信号（FI1211）增大，而流量控制器的作用方式为反作用，故其输出信号就减小；又因为控制阀是风关阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度将减小，所以酸性水汽提塔的流出量（FT1211）减小，直到其流量的测量信号和控制器的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。2、燃料油汽提塔进料流量单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把燃料油汽提塔（D102-SM）作为设计对象。燃料油汽提塔的作用是：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。燃料油汽提塔进料流量（FC1208）单回路控制系统流程图，与酸性水汽提塔塔顶出料流量单回路控制系统流程图规律一样，参照图3-8即可。在燃料油汽提塔进料流量（FC1208）单回路控制系统中，被控对象是燃料油汽提塔（D102-SM），被控变量是其进料流量（F2332），操纵变量是流入燃料油汽提塔（D102-SM）中的中压蒸汽流量。从工艺生产的安全和经济角度考虑，工艺上要求流入燃料油汽提塔的中亚蒸汽流量1825m3/h。一旦生产发生了意外，也必须保证流入量（F1208）在符合标准的范围内。当燃料油汽提塔（D102-SM）的流入量（F1208）小于18m3/h时，控制阀应全开；当燃料油汽提塔的流入量（F1208）大于25m3/h时，控制阀应全关。综上所述，控制阀应选择风关阀。一般情况下，当燃料油汽提塔的流入量（F1208）增多时，就应减小燃料油汽提塔的流入量（F1208），阀门的开度会降低，因为选择的是风关阀，所以控制阀上的输入信号（FI1208）应增大，即流量控制器的输出信号（FV1208）减小。因此当燃料油汽提塔的流入量（F1208）增多时，流量控制器的输出信号减小，所以流量控制器的作用方式为反作用。燃料油汽提塔的流入量（F1208）单回路控制系统方块图，如图3-10所示。回流流量给定-流量控制器流量测量变送器汽提塔塔控制阀干扰 图3-10 燃料油汽提塔的流入量单回路控制系统方块图若由于干扰的作用，使燃料油汽提塔的流入量（F1208）增多时，则流量测量变送器的输出信号（FV1208）将增大，由于给定值不变，所以两者偏差为正，即流量控制器的输入信号（FI1208）增大，而流量控制器的作用方式为正作用，故其输出信号就增大；又因为控制阀是风关阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度将减小，所以燃料油汽提塔的流入量（F1208）减小，直到其流量的测量信号和控制器的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。3、工艺水流出冷却器出料流量单回路控制系统根据现场实际情况及工艺要求，把工艺水流出冷却器（E116）作为设计对象。工艺水流出冷却器的作用是：将工艺水汽提塔塔底流出的工艺水冷却。工艺水流出冷却器（E116）出料流量（FT1081）单回路控制系统流程图，与酸性水汽提塔塔顶出料流量单回路控制系统流程图规律一样，参照图3-8即可。在工艺水流出冷却器（E116）出料流量（FT1081）单回路控制系统中，被控对象是工艺水流出冷却器（E116），被控变量是其出料流量（FT1081），操纵变量是排放工艺水流量。控制阀的选择与酸性水汽提塔的流出量单回路控制系统一样，都为风关阀，控制器的作用方式的选择与酸性水汽提塔的流出量单回路控制系统也一样，都为反作用。工艺水流出冷却器（E116）出料流量（FT1081）单回路控制系统方块图，如图3-11所示。回流流量给定-流量控制器流量测量变送器汽提塔塔控制阀干扰 图3-11 燃料油汽提塔的流入量单回路控制系统方块图在干扰的作用下，使工艺水流出冷却器出料流量（FT1081）增多时，则流量测量变送器的输出信号（FV1081）将增大，由于给定值不变，所以两者偏差为正，即流量控制器的输入信号（FI1081）增大，而流量控制器的作用方式为反作用，故其输出信号就减小；又因为控制阀是风关阀，当它接收到的控制信号增大时，阀门的开度将减小，所以工艺水流出冷却器出料流量（FT1081）减小，直到其流量的测量信号和控制器的偏差为0，即系统又恢复到稳定状态。同理，反之亦然。3.2分程控制系统的设计在一般控制系统中，简单说控制器和控制阀的对应关系为一对一的。但是由于工艺要求，要将控制器的输出信号分成若干段，并按输出信号的不同区间去操作两个或两个以上的控制阀。这种控制方式习惯上称为分程控制。根据现场实际情况及工艺要求，稀释蒸汽发生系统自动控制系统中共有2个分程控制系统，分别是酸性汽提塔（D103M）的塔内液位（LT133）控制的分程控制系统；工艺水汽提塔（D105X）的顶压（PT117）控制的分程控制系统。3.2.1工艺水汽提塔顶压分程控制系统的设计工艺水汽提塔（D105X）的顶压（PT117）控制的分程控制系统，工艺要求稀释蒸汽压力达到0.7Mpa以上，以适应裂解炉的要求，稀释蒸汽发生器（E114-SX）的蒸汽凝液流出量增减 引起稀释蒸汽压力波动，应及时控制。当稀释蒸汽压力降低时，稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出量减小；当稀释蒸汽压力升高时，稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出量增加。这样才能满足工艺要求，使稀释蒸汽压力达到0.7Mpa。工艺水汽提塔顶压控制的分程控制系统如图3-12所示： 图3-12 工艺水汽提塔顶压分程控制系统方块图1）工艺水汽提塔的顶压阀的开关作用方式控制阀作用方式的选择：稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出阀发生失控或信号中断时，应完全关闭，因此选为气开式；中压蒸汽输入阀在完全失控或信号中断时，应该完全关闭，因此选为气开式。2）工艺水汽提塔的顶压调节器的正反作用控制阀作用方式的选择：以稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出阀为例。当稀释蒸汽压力升高时，应该减少稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出量，因为阀为气开式，所以其上的信号应该减小，即控制器的输出要减小，所以控制器选择反作用。然后验证控制器反作用时，中压蒸汽阀构成的控制回路是否构成负反馈。当稀释蒸汽压力升高时控制器反作用输出减少，中压蒸汽输入阀为气关式，开度增加，中压蒸汽输入量减小，压力下降，符合调节要求。3）工艺水汽提塔的顶压（PT117）分程控制系统的过程分析在工艺水汽提塔的顶压（PT117）分程控制系统中，工艺水汽提塔的顶压分程控制系统的方块图如图3-13所示。受控变量 压力控制器控制阀控制阀反应器测量变送器图3-13 工艺水汽提塔的顶压分程控制系统方块图给定值 由于干扰的作用，使工艺水汽提塔的顶压（PT117）升高。那么测量变送器的输出信号将增加，当选用的控制器是反作用，控制器的输出减小。由于是风开阀，当风开阀接收到减小的控制信号时阀门开度将减小。使稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出量减小，所以工艺水汽提塔的顶压降低。直到恢复到稳态时，测量变送器的输出信号和控制器的给定值一样时，那么两者的偏差为0，控制器的输出信号不变，控制阀接收到的信号也不变，阀门无动作，开度不变，蒸汽流量稳定、温度稳定。同理当干扰作用使工艺水汽提塔的顶压（PT117）降低时，测量变送器输出信号减小，控制器反作用输出增大，气开阀阀门开度将增大，使稀释蒸汽发生器蒸汽凝液流出量增大，所以工艺水汽提塔的顶压升高。直到回到稳态，测量变送器的输出信号和控制器的给定值一样时，那么两者的偏差为0，控制器的输出信号不变，控制阀接受到的信号也不变，阀门无动作，开度不变，蒸汽流量稳定、温度稳定。3.2.2酸性水汽提塔塔底液位分程控制系统的设计酸性水汽提塔（D103M）的塔底液位（LT133）控制的分程控制系统，工艺要求塔底液位达到5m以上，以适应酸性水汽提塔的要求，酸性水汽提塔进料流量的增减 引起塔底液位波动，应及时控制。当塔底液位降低时，酸性水汽提塔进料流量增加；当塔底液位升高时，性水汽提塔进料流量减少。这样才能满足工艺要求，使达到塔底液位达到5m。酸性水汽提塔的塔底液位的分程控制系统如图3-14所示：图3-14 酸性水汽提塔塔底液位分程控制系统方块图酸性水汽提塔塔底液位阀的开关作用方式，调节器的正反作用，与工艺水汽提塔的顶压的作用方式相类似。酸性水汽提塔塔底液位分程控制系统的过程分析，与工艺水汽提塔的顶压（PT117）分程控制系统的过程分析相类似，按照工艺水汽提塔的顶压的过程分析了解酸性水汽提塔塔底液位。在干扰作用下，酸性水汽提塔塔底液位发生变化时，控制器和控制阀控制规律的变化与工艺水汽提塔的顶压规律一致。第4章 测量元件及变送器的选型测量元件及变送器由测量和变送两部分组成。测量部分利用电感、电涡流、电阻、电容等，将需要被测的非电量工艺参数（温度、液位、流量、压力）转化为电压等电路参数送给变送部分，变送部分将测量部分送来的非统一标准电信号转化为统一的型标准信号（1-5V、4-20mA）.4.1温度测量元件及变送器的选型由于工艺温度不能直接进行测量，只能借助两个温度不同的物体之间进行热交换，还有运用某些物体随冷热程度不同而变化的物理性质，来进行间接的测量。凭借测温的方式可以分为：接触式与非接触式两大类。此次设计控制系统共有2个温度单回路控制系统，分别是：工艺水汽提塔（D105X）进料温度（TE1225）单回路控制系统、酸性水汽提塔（D103M）进料温度（TE1215）单回路控制系统，所以就需要选择2个温度测量元件及变送器。工艺水汽提塔和酸性水汽提塔中的温度测量元件及变送器采用接触式就能满足控制上的要求，在接触式测量元件及变送器中，一般都采用热电阻或热电偶这两种器件。根据稀释蒸汽装置的控制指标，结合各个控制系统的操作要求，决定选用铜电阻作为测温元件。温度测量元件及变送器的选型结果，如表4-1所示。表4-1 温度测量元件及变送器的选型结果仪表位号TE1215TE1226工作测量值112132安装地点21D103M酸性水汽提塔塔顶进料处21D105X工艺水汽提塔塔顶进料处厂家淮安德威尔仪表有限公司 型号WR价格230量程热电阻Cu50（-50 +150）精度0.5%FS 0.2%FS 输入热电阻Cu50输出420mA 05V优点：将现场的热电阻或热电偶信号经过隔离放大处理，转换为与温度成线性的直流信号输出至控制系统，用作热电偶温度变送时，具有冷端温度自动补偿功能。可用配套的上位机软件进行参数修改，可以与单元组合仪表及DCS、PLC等系统配套使用，给予现场仪表信号隔离、信号转换、信号分配、信号处理等，从而提高工业生产过程自动控制系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性和可靠性。4.2液位测量元件及变送器的选型工艺参数液位检测在现代工业生产过程中是必不可少的一部分。一方面通过液位检测可以确定容器里的反应物的产量，可以确定能否连续供应生产中各个环节所需的物料；另一方面，持续监视容器内流入和流出的物料液位，使之在一定的高度液位上保持稳定，使生产正常进行，从而保证产品的质量和安全。如果液位超出工艺要求允许的上、下限则报警，从而采取有效的应急措施。本次设计共有3个液位单回路控制系统，分别是：燃料油汽提塔（D102-SM）的塔内液位（LIC125）单回路控制系统、工艺水汽提塔（D105X）塔内液位（LIC1202）单回路控制系统、中压凝液闪蒸罐（R150X）塔内液位（LIC1204）单回路控制系统,还有1个液位分程控制系统，酸性水汽提塔（D103M）塔内液位（LIC133）分程控制系统，所以就需要选择4个液位测量元件及变送器。液位测量按其工作原理可分为电气式、直读式、浮力式、差压式（静压式）、核辐射式和声学式六种。根据以上几种测量原理，实际应用中液位测量仪表有浮筒式液位计、差压式液位计、玻璃管液位计、磁翻转液位计、超声波液位计、电阻式液位计、电感式液位计、电容式液位计等。根据燃料油汽提塔的塔内液位的控制指标，结合液位单回路控制系统的控制指标，决定选用到的液位测量仪表为差压式液位计8。仪表位号LT126LT133LT1202LT136LT1204工作测值2.494.98m3.907.80m2.555.1m02.49m02.49m安装地点21 D102-SM燃料油汽提塔塔底21 D103M酸性水汽提塔塔底21D150X工艺水汽提塔塔底21R120脱焦罐罐低21R150X中压凝液闪蒸罐罐低厂家江苏久久仪表厂型号J-BUS50差压式液位变送器价格280量程010m精度1.0级输入罐内液位高度输出二线制420mADCJ-BUS501差压式液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便优点：稳定性好，精度高；直接投入到被测介质中，安装使用相当方便；固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长从水、油到粘度较大的糊状都可以进行高精度测量，不受被测介质起泡、沉积、电气特性的影响；宽范围的温度补偿；具有电源反相极性保护及过载限流保护。4.3流量测量元件及变送器的选型本次设计共有3个流量单回路控制系统，分别是：酸性水汽提塔（D103M）酸性杂质流量（FC1211）单回路控制系统、燃料油汽提塔（D102-SM）进料流量（FC1208）单回路控制系统、工艺水汽提塔进料泵（E128X）出料流量（FC1081）单回路控制系统，所以需要选择3个流量测量元件及变送器。根据稀释蒸汽发生系统装置的控制指标，结合各流量单回路、分程、仪表量程、精度、安全性等要求，选择与之相对应的流量计。流量测量元件及变送器选型结果，如表4-3所示。 表4-3 流量测量元件及变送器选型结果仪表位号FT1211FT1208FT1081工作测量值1.44t/h 0.9t/h 0.5t/h 安装地点21D103M酸性水汽提塔塔顶出料处21D102-SM燃料油汽提塔塔底进料处21D103M酸性水汽提塔底顶出料处厂家北京首科实华自动化设备有限公司型号DMF-16E 价格230量程0-600t/h 精度0.2%输入罐内流量输出420mA 05V优点：高精度、应用范围广、安装要求低、运行可靠、稳定、维修率低。4.4压力测量元件及变送器的选型在稀释蒸汽发生系统的过程中，在不是很高的真空条件下操作。由于压力可以影响反应速度，改变化学平衡，提高和改善过程质量；还可通过对压力或压差的测量来体现液位、流量、温度等工艺参数的变化。本次设计只有1个压力分程控制回路，就是工艺水汽提塔（D105X）塔顶压（PC117）分程控制系统，所以只需要1个压力测量元件及变送器。测量压力的仪表一般被称为压力表或压力计，其即可进行指示记录，还具有报警、远传等附加装置。根据稀释蒸汽发生系统的工艺要求，结合塔顶压力分程控制目标及范围、仪表量程、精度等相关参数，决定选用2088型扩散硅压力变送器作为测量压力的仪表。压力变送器PC117工作测量值：0.7Mpa厂家：淮安欧威仪表有限公司 型号：2088型扩散硅压力变送器价格：210元量程：可选0-2.5MPa/0-4MPa精度：0.5%输入：24V输出：4-20mA/0-5VDC安装地点：21 D105X工艺水汽提塔塔顶出料流量处优点：压力变送器采用不锈钢防腐蚀结构体，高稳定性、高可靠性,耐震，抗干扰,安装方便，可直接安装,适用于一般性液体和气体的压力测量。可用于钢铁,化工等领域对压力进行测量，与压力调节仪配套使用可实现压力自动控制。扩散硅压力变送器广泛用于石油、海洋、水库、河流