自控工程课程设计-初馏塔控制系统课程设计.doc

自控工程课程设计目录第1章 初馏塔控制系统工艺流程图11.1工艺生产过程背景11.2初馏塔主要工艺参数及干扰21.3CAD流程图3第2章节流装置的计算机辅助设计计算42.1 GB/T2624-93概述42.2计算实例4第3章初馏塔控制系统仪表选型93.1调节阀的选型和口径计算93.2调节阀口径计算数据93.3计算实例10第4章 课程设计心得11参考文献12附录13第1章 初馏塔控制系统工艺流程图1.1工艺生产过程背景初馏塔 ，利用酚化合物的沸点差异,采用精馏方法加工粗酚,获得酚产品的工艺。是煤焦油馏分加工过程，塔底油经重沸器循环供热，脱水粗酚从塔底送入初馏塔，在初馏塔中分馏为甲酚以前的轻馏分和二甲酚以后的重馏分。最基本的石油炼制过程，指用蒸馏的方法将原油分离成不同沸点范围油品(称为馏分)的过程。通常包括三个工序：原油预处理：即脱除原油中的水和盐。常压蒸馏：在接近常压下蒸馏出汽油、煤油(或喷气燃料)、柴油等的直馏馏分，塔底残余为常压渣油(即重油)。减压蒸馏：使常压渣油在8kPa左右的绝对压力下蒸馏出重质馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底残余为减压渣油。如果原油轻质油含量较多或市场需求燃料油多，原油蒸馏也可以只包括原油预处理和常压蒸馏两个工序，俗称原油拔头。原油蒸馏所得各馏分有的是一些石油产品的原料；有的是二次加工（见石油炼制过程）的原料。对原油蒸馏，国内大型炼油厂一般采用年处理原油250270万吨的常减压装置，它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸汽系统组成。该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油，还要生产出催化裂化原料、氧化沥青原料和渣油；对于燃料一润滑油型炼油厂，还需要生产润滑油基础油。各炼油厂均使用不同类型原油，当改变原油品种时还要改变生产方案。控制系统的应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现，另一部分则用高级语言编程来实现。常减压装置是用来加工原油的第一个装置，是根据原油的沸点不同，用蒸馏的方法从原油中分离出各种石油组份，即汽油、煤油、柴油及各种组份的润滑油料和二次加工原料。常减压装置一般包括三个部分，即初馏部分、常压部分和减压部分。常减压工艺流程可以简化为：根据原油中各组份的沸点（挥发度）不同，将混合物切割成不同沸点的“馏份”。即是利用加热炉将原油进行加热，生成汽、液两相，在常压塔中，使汽、液两相充分的热交换和质量交换，在提供塔顶回流的条件下对原油进行精馏，从塔顶分馏出沸点较低的产品，汽油。从塔底分出沸点较高的产品，重油。塔中间抽出，得到侧线产品，即煤油、柴油、蜡油等。常压蒸馏后剩下的重油组份分子量较大，在高温下易分解（500C左右），为了将常压重油中的各种沸点的润滑油组份分离出来，采用在减压塔（真空蒸馏方法）塔顶使用蒸汽喷射泵、间冷器抽真空的方法，使加热后的常压重油在负压条件下进行分馏，从而使高沸点的组份在相应的温度下依次馏出做为润滑油料。这是因为石油沸点与压力的关系是：压力低，油品的沸点就越低。另外，还采用水蒸汽汽提法来提高拔出率和质量。初馏塔是一个简单塔对操作而言并不复杂,但是,如果操作不当很可能拿不出油,或者会出现出黑油的现象,对操作工而言,如果能利用好初馏塔设备,这样对装置的节能,减轻常压炉的负荷和常压塔顶的负荷,提高处理量搞好优化操作会有很大的好处。初馏塔的控制参数主要有,塔顶压力,塔顶温度,塔顶冷回流量,循环回流量温度仅供参巧,初侧抽出量,初侧抽出温度,塔进料温度,塔底温度,塔底液面,汽化段温度仅供参巧等9个参数,在正常操作中这些参数都是可变的,如果不理顺好这些可变的参数,那么,生产出的这些产品质量则无法保证,尤其是影响收率问题,而且,因其参数的相互变化影响到其它的正常操作,所以我们说,操作工必须要具备“超前意识,拓展思维”的想象空间,每调节一个参数,不但要顾及前后还要考虑左右的立体思维,这样才能搞好操作平稳。1.2初馏塔主要工艺参数及干扰1.馏塔的进料温度,受到原油性质的变化,生产方案的变化会有所变化,而且,人为很难控制其温度,进料温度越高越好,如果想尽量地提高进料温度,就要平衡好原油冷进料和原油A,B路进料,常压炉和减压炉对流室过来的各一路的原油冷进料的出口温度应比初馏塔进料温度高一二度为宜,如果两路的冷进料温度低于塔进料温度,则浪费了原油二次换热的热能,为什么这样说呢？因为冷进料的出口温度的调节是靠流量的大小来控制,在处的理量不变情况下,冷进料大了,一,是会降低塔进料的温度,二,由于冷进料量大会造成原油与二次换热的量的减少;原油A,B路塔进料的调节没有太大的讲究,在操作上尽量保证原油A,B路出口温差的减少,在调节A,B路的过程中始终要关注原油系统的压力13,如果13压力会使原油在系统管线内部份汽化,蓄热不够使塔进料温度降低,同时容易造成初顶瓦斯夹带液态烃。2.初侧线的作用,初侧线的组份为C6C9,有少量的C3C5含汽油的组份多过煤油的组份,把初侧线的油直接打入常一中作回流,对减轻常压炉的负荷提高装置的处理量是有着促进的作用的,但是初侧线的拿量要有一个度,拿量太多会造成15层以下塔盘的内回流减少,使初侧油的颜色变深,还会影响到常一侧线的煤油闪点质量,初侧线的正常操作温度为140150,流量为1520m3h,如果常一线的闪点不在质量的下限,需要拿大初侧量或者侧线温度超过150,则要到现场放样检查初侧线的油品颜色。3.初循回流,初循回流量在正常操作下应保持在250m3h,250m3h对原油一次换热的热量回收不利,如果250m3h造成初顶质量偏重,而且会造成初顶的汽油收率减少,因为打得太大的初循回流往往会造成初顶夹带重组份的现象,而且较轻的组份给压住了不能从塔顶全部拿出来,在操作中确有些人见到初顶产品质量变轻,为了拿重初顶产品质量,降初循回流操作,这样的结果只能适而其反,使初顶产品质量变得更轻。4.初顶冷回流,无论初馏塔操作是否正常,冷回流都要保持一定的流量,这样才能提高分馏效果,提高收率,在正常的操作情况下,冷回流控在35m3h,只要能调节到初顶产品的质量变化就行。5.初顶压力,压力的设定是根据原油性质的不同而设定,我们现在炼的进口原油,如拉万,伊朗轻的压力控为1.4,阿曼,沙中,伊朗重的压力控为1.1,沙轻的压力控为1.2,初馏塔顶的设定如果偏低,同样会造成初顶瓦斯夹带液态烃的情况发生。1.3CAD流程图图1-1 初馏塔控制系统工艺流程图第2章节流装置的计算机辅助设计计算2.1 GB/T2624-93概述由于整个设计必须严格按照国家标准来设计，所以我们必须对一些国标进行了解。GB/T2624-93全称为流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测量。1993年2月3日由国家技术监督局批准GB/T2624-93代替GB2624-81，1993年8月1日实施。该标准第一次等效采用ISO5167（1991）与国际接轨，标志着我国现行的标准节流装置，在推广采用国际标准上的研究成果、提高测量精度方面，以取得了突破性的进展。GB/T2624-93主要特点有：1.以流出系数C代替流量系数；C值的计算中的降阶计算由原流量系数计算中的最高阶20降至流出系数C计算中的最高阶8次幂。2.提出5种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。3.提出迭代计算方法，给出计算机计算程序框图。4.差压上限不再计算，而要由用户自行选定，要求设计者有更多的经验。5.管道粗糙度不再参加计算，而是在计算结果出来后验证。2.2计算实例标准节流装置设计计算数据位号：FIC2103A 名称：初顶回流油流量指示控制被测介质：初顶油最大流量：49.62 m3/h 正常流量：33.8 m3/h 最小流量：16.54 m3/h 工作温度：40工况密度：665 kg/m3 工作压力：5.2MPa工况粘度：1.139CP 管道直径：100调节阀口径计算数据位号：LIC2101 FIC2301FI2304 名称：初馏塔液位与原油流量串级调节被测介质：原油 最大流量： 100 m3/h阀前压力：17.5(绝) kgf/cm2 阀后压力：16.5（绝） kgf/cm2工况密度：510 kg/m3 工况粘度：0.781CP工作温度：240 管道内径：300mm 计算结果（参考）KV=250 阀的公称直径：150mm表2-1 标准节流装置设计计算数据序 号 项 目 符号 单 位数 值 123456789 10 11 12 工作温度 工况密度 工况粘度 工作压力 管内径（20下实测值） 节流件形式 取压方式 管道材料热膨胀系数 等熵指数 压缩系数 t P D20 D kg/m3 CPPam mm/mm 300 60 1.4 0.016 3500000 0.0800 孔板 角接 0.00001116 1.4 11.辅助计算（1）计算流量标尺：qm=qv1=3001.4/3600=0.116666666Kg/s ，取标准流量为0.125 Kg/s（2）计算差压上限：再根据公式计算其中C=0.6,=1,=0.5,d=，代0.125 Kg/s，全部代入得P=135078.47Pa 因国产差变的系列值为1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取P =160000Pa（3）求工况下管道直径：D=D20 1+D（t-20）=0.08001+0.00001338(60-20)=0.080042816 m（4）求雷诺数：ReD=Error! No bookmark name given. = =11605.04793（5）求A2A2= = =0.1096573952.计算初值（1）求设： C0=C=0.6060，=1并令 =0.180952798又 =0.421972831（2）求因被测介质为液体，所以（3）求=0.5959+0.031212.10.184018+0.002912.5（106/ReD）0.75故=0.5959+0.0312（0.421972831）2.10.1840（0.421972831）8+0.0029（0.421972831）2.5（106/11605.04793）0.75=0.610298229，= =0.000625927（4）精确度判断=0.0057080283.进行迭代计算，设定第二个假定值X2X2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此= =-0.0000041122所以4.进行迭代计算，设定第三个假定值，利用快速收敛弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.4962970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以 由于 =0.0000000005 精确度达到要求。5.此题用计算机编程求解时：工作温度下的管道直径D=0.080042816雷诺数 ReD=11605.04793不变量 A2=0.109657395matlab程序见附录，运行结果d =33.7578b1=0.4220把精确度判断定为510-10，程序参照附录， 计算结果列于下表2-2：表2-2 计算结果n123X0.25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.00302746170.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 计算结果因此得：=0.4220 C = =0.6041852546求= =33.73974249 最后得： =33.740（mm）第3章初馏塔控制系统仪表选型3.1调节阀的选型和口径计算调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。调节阀的产品类型很多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。一般来说阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其它执行机构匹配。提供调节阀的优选次序如下：全功能超轻型调节阀蝶阀套筒阀单座阀双座阀偏心旋转阀球阀角形阀三通阀隔膜阀。在这些调节阀中，我们认为应该尽量不选用隔膜阀，其理由是隔膜是一个极不可靠的零件，使其隔膜阀也成为了可靠性差的产品。从调节阀的Kv计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤:计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量的Qmax和Qmin.阀前后压差的确定。根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数)，再确定计算压差。计算Kv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Kvmax和Kvmin.选用Kv。根据Kvmax,在所选择的产品标准系列中选取Kvmax且与其最接近的一级C.调节阀开度验算。一般要求最大计算流量时的开度90%，最小计算流量时的开度10%。调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比10。阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据C确定。3.2调节阀口径计算数据位号：LIC2101 FIC2301FI2304 名称：初馏塔液位与原油流量串级调节被测介质：原油 最大流量： 100 m3/h阀前压力：17.5(绝) kgf/cm2 阀后压力：16.5（绝） kgf/cm2工况密度：510 kg/m3 工况粘度：0.781CP工作温度：240 管道内径：300mm 计算结果（参考）KV=250 阀的公称直径：150mm3.3计算实例位号：PIC2106，名称：燃料油压力调节。表3-1 调节阀口径计算数据序号项 目符 号单 位数 值 123456789调节阀类型被测介质名称工作温度最大体积流量阀前压力阀后压力管道内径工况密度工况粘度tQmaxP1P2D11m3/hMPaMPammkg/m3Pas 单座阀燃料油1301.0871.41.33509200.00506计算过程:(1)计算(2)选定口径值圆整、放大，查产品目录，取=1.6（）,选单座阀（JP）其放大系数为： 查表2，知满足m=1.28时，阀最大开度90%，所以值应再向上取一挡，即取=2（），此时m值满足要求。开度验算开度82.3%可满足要求(3)结论选定单座阀，取为选定口径，因为非阻塞流工况，故不作噪音预估及管件形状修正。因为，,可调比满足要求。第4章 课程设计心得通过老师的讲解、阅读指导书和上网搜集资料，我完成了本次课程设计，通过本次课程设计，我深感自己实践能力的欠缺，以后我应加强培养自己的自控工程设计能力。自控工程课程设计是“过程控制”、“自动检测技术”等课程非常有益的课外实践补充，通过本门课程的学习，使我们获得自控工程设计的基础知识，掌握工程设计方法及CAD制图方法和Office办公软件使用方法，掌握利用计算机辅助设计来完成节流装置的选型及计算、调节阀的选型及口径计算。标准节流装置计算和调节阀计算繁琐，只有借助编程软件才能顺利完成，由此可见熟练掌握一门编程语言的必要性与重要性，日后我要加强这方面的学习，多做编程练习。在查阅资料中，我了解到加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。本次课程设计培养了我们理论与实践相结合的能力，工程设计能力及创新能力，为我们今后走上工作岗位奠定良好基础。在以后的学习