脱戊烷塔塔顶压力自动控制系统设计-化工过程控制工程课程设计报告

化工过程控制工程课程设计报告化工过程控制工程课程设计报告 题 目 脱戊烷塔塔顶压力自动控制系统设计 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师 年 月 日 目录 1 课程设计的目的 课程设计的目的 1 2 课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 1 3 课程设计报告内容课程设计报告内容 1 3 1工艺简介 1 3 2控制系统设计 2 3 3仪表选择 3 3 3 1压力仪表的选择 3 3 3 2控制阀的选择 5 3 3 3电气阀门定位器的选择 6 3 3 4仪表介绍 8 3 4控制系统连接 9 3 5系统投运 9 参考书目参考书目 11 附录 脱戊烷塔工艺图附录 脱戊烷塔工艺图 1 1 课程设计的目的 课程设计的目的 针对脱戊烷塔顶压力自动控制系统的课题 模拟的进行完整的设计 理论联系 实际 运用和巩固在 化工过程控制工程 课程和本专业其他相关课程所学习 的知识 培养独立思考 分析和解决实际问题的能力 通过本次设计使学生熟 悉工程设计的思维和步骤 并了解如何进一步根据确定的设计方案合理选择自 动化仪表 培养学生查阅资料 独立获取新知识 新信息的能力 2 课程设计题目描述和要求课程设计题目描述和要求 1 题目 脱戊烷塔塔顶压力自动控制系统设计 2 要求 1 设计符合要求的合适的控制系统 2 画出控制原理图 3 选择合适的控制 检测仪表 4 进行系统的连接和所选仪表作用方式的正确确定 3 课程设计报告内容课程设计报告内容 3 13 1工艺简介工艺简介 蒸汽裂解装置中产生的裂解气经过分离出来的碳五以后的汽油组分作为脱 戊烷塔的进料 利用C5馏分与C5以后等重组分沸点不同 在脱戊烷塔中进行气 液分离 使C5组分从C5以后的重组分中分离出来 温度是影响产品质量的重要 因素 因此需要设计控制方案加以控制 只有在一定的压力下温度才能表征分 2 离的效果因此对压力也需进行自动控制 进料从塔中部 第24块塔盘 进入 塔顶产品为碳五馏分 送出界区 塔底产品为C6 C8汽油馏分 也送去贮罐 脱戊烷塔压力0 08MPa G 塔底温度111 再沸器 采用低压蒸汽进行换热 脱戊烷塔工艺进料为C5以上组分 塔顶产物为C5 塔 底产物为C6 C8 工艺流程图 图1 工艺流程图 3 23 2控制系统设计控制系统设计 脱戊烷塔中 温度是影响产品质量的重要因素 需要设计控制方案加以 控制 只有在一定的压力下温度才能表征分离的效果 塔顶压力是生产过程中 的关键参数 这个参数控制的好坏直接影响塔底叠合物的纯度 塔顶压力的大 小主要取决于冷凝器内液面的高度 因此对压力也需要进行自动控制 3 塔顶压力控制原理简述如下 本设计采用分程控制系统 分程控制系统是一台控制器的输出可以同时控 制两只甚至多只的控制阀 控制器的输出信号被分成若干个信号范围段 而由 每段信号区控制一只控制阀 分程控制系统中控制器输出的信号分段 是由附 设在控制阀上的阀门定位器来完成的 控制系统流程图如图2所示 由于冷凝器里压力比较平稳 所以用测量回流罐中压力来代替塔中压力 3 33 3仪表选择仪表选择 3 3 13 3 1压力仪表的选择 压力仪表的选择 压力检测仪表的正确选用主要包括确定仪表的类型 量程 准确度 外形 尺寸以及是否需要远传和具有其他功能 CWCW 4 1 选用的主要依据 工艺生产过程对测量的要求 包括量程和准确度 在静态测试 或变化缓 慢 的情况下 规定被测压力的最大值选用压力表满刻度值的1 2 常用压力检测仪表的准确度等级有0 5级 1 0级 1 5级 和2 5级四个 等级等 应从生产工艺准确度要求和最经济角度选用 仪表的最大允许误 差是压力表的量程与准确度等级百分比的量程 如果误差值超过工艺要求 准确度 则需更换准确度高一级的压力仪表 被测介质的性质 如状态 气体 液体 温度 黏度 腐蚀性 法污程 度 易燃和易爆程度等 如氧气表 乙炔表 带有 禁油 标志 专用 于特殊介质的耐腐蚀压力表 耐高温压力表 隔膜压力表等 现场的环境条件 如环境温度 腐蚀情况 震动 潮湿程度等 如用于震 动环境条件的防震压力表 使用工作人员的观测 根据检测仪表所处位置和照明情况选用表径 外形 尺寸 不等的仪表 2 量程大小选择 压力仪表的量程压力表的量程选择并不是越大越好 这是因为仪表的量 程过大 会使得指针敏在刻度指示上缺乏足够的精确度 允许误差的绝对值 和肉眼观察的偏差值也会增大 影响压力仪表指示的准确 压力仪表所选择 的量程过小 首先会造成的问题就是过载 当设备工作压力较高时 压力表 的刻度就会接近极限值 也就是压力表中的弹性元件处于最大变形状态 长 期如此弹性元件就会发生变形 增大压力仪表显示误差的同时也会降低压力 仪表的使用寿命 5 3 量程与测量对象 压力仪表的量程要与其所测量对象的压力相适应 相配套 压力仪表在 选型时就要考虑到其量程的问题 一般来说压力仪表的量程最少应为设备工 作压力的1 5倍 但最大也不应超过设备工作压力的3倍 而在实际使用中压 力仪表所指示的压力范围最好为量程的60 到70 压力仪表的精度压力仪表的精度指的是压力仪表刻度盘上极限值与允许 误差值之间的百分比 压力仪表的精度等级都会被明确的标示出来 在压力 表选型过程中 就可以根据所需要的测量精度来选择适当的压力仪表 压力仪表的表盘直径压力仪表的表盘直径是根据压力仪表的安装位置来 确定的 首先当压力仪表的安装位置空间较为狭小时 就只能选择表盘直径 较小的压力仪表 当空间相对宽裕时 则可以按照操作人员也就是读表人员 所站的位置来确定表盘直径大小 站的越远所选择的表盘直径也就越大 4 压力仪表的材质 压力仪表的材质压力仪表的工作环境决定了压力仪表的材质 如果是在 高温环境中工作 则要考虑压力仪表材质的耐高温性 而相对在腐蚀性环境 中工作的压力仪表 就要考虑仪表材质的耐腐蚀性 否则压力仪表会在特殊 环境中受到不必要的损坏 3 3 23 3 2控制阀的选择 控制阀的选择 控制阀是自控系统中的执行器 它的应用质量直接反应在系统的调节品 质上 作为过程控制中的终端元件 人们对它的重要性较过去有了更新的认 识 调节阀应用的好坏 除产品自身质量 用户是否正确安装 使用 维护 外 正确地计算 选型十分重要 由于计算选型的失误 造成系统开开停停 有的甚至无法投用 所以对于用户及系统设计人员应该认识阀在现场的重 要性 必须对调节阀的选型引起足够的重视 控制阀选择的内容 包括开闭 形式的玄色 口径大小的选择 流量特性的选择以及结构形式的选择等内容 1 控制阀选型的原则 6 根据工艺条件 选择合适的结构形式和材料 根据工艺对象的特点 选择控制阀的流量特性 根据工艺操作参数 选择合适的控制阀口径尺寸 根据工艺过程的要求 选择所需要的辅助装置 2 控制阀口径大小的选择 控制阀口径大小直接决定着控制介质流过它的能力 从控制角度看 控制阀 口径选的过大 超过了这正常控制所需的介质流量 控制阀将经常处于小开 度下工作 阀的特性将会发生畸变 阀性能就变差 反过来 如果阀口径选 择的太小 再正常情况下都在大开度下工作 阀的特性也不好 此外 控制 阀口径选得过小也会不适应生产发展的需要 一旦需要设备增加负荷时 控 制阀原有的口径太小就不够用了 因此 从控制的角度来看 控制阀口径的 选择应留有一定的余量 以适应增加生产的需要 控制阀口径大小 通过计算控制阀流通能力的大小来决定 控制阀流通 能力需满足生产控制的要求 并留有一定余地 一般流通能力要根据控制阀 所在管线的最大流量以及控制阀两端的压降来进行计算 并且为了保证控制 阀具有一定的可控范围 必须使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占 有较大的比例 所占比例越大 控制阀的可控范围越宽 如果控制阀两端压 降在整个管线总压降中所占的比例小 可控范围就变窄 将会导致控制阀特 性的畸变 使控制效果变差 3 控制阀开关形式的选择 控制阀接受的是气压信号 当膜输入压力增大 控制阀开关也增大时称 之为气开阀 反之当膜输入压力增大时 控制阀开度减小则称之为气关阀 7 对于一个具体的控制系统来说 究竟选气开阀还是选气关阀 要由具体 的生产工艺来决定 一般来说 要根据以下两条原则来进行选择 首先从 生产安全出发 再从保证产品质量出发 3 3 33 3 3电气阀门定位器的选择 电气阀门定位器的选择 电气阀门定位器是调节阀的主要附件 通常与气动调节阀配套使用 它 接受调节器的输 出信号 然后以它的输出信号去控制气动调节阀 当调节阀动作后 阀杆的 位移又通过机械装置反馈到阀门定位器 阀位状况通过电信号传给上位系统 阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器 电气阀门定位器和智能阀 门定位器 气动阀门定位器的输入信号是标准气信号 例如 20 100kPa气 信号 其输出信号也是标准的气信号 电气阀门定位器的输入信号是标准电 流或电压信号 例如 4 20mA电流信号或1 5V电压信号等 在电气阀门定位 器内部将电信号转换为电磁力 然后输出气信号到拨动控制阀 智能电气阀 门定位器它将控制室输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号 根据调节 阀工作时阀杆摩擦力 抵消介质压力波动而产生的不平衡力 使阀门开度对 应于控制室输出的电流信号 并且可以进行智能组态设置相应的参数 达到 改善控制阀性能的目的 按动作的方向可分为单向阀门定位器和双向阀门定位器 单向阀门定位 器用于活塞式执行机构时 阀门定位器只有一个方向起作用 双向阀门定位 器作用在活塞式执行机构气缸的两侧 在两个方向起作用 按阀门定位器输出和输入信号的增益符号分为正作用阀门定位器和反作用 阀门定位器 正作用阀门定位器的输入信号增加时 输出信号也增加 因此 增益为正 反作用阀门定位器的输入信号增加时 输出信号减小 增益为 负 8 按阀门定位器输入信号是模拟信号或数字信号 可分为普通阀门定位器 和现场总线电气阀门定位器 普通阀门定位器的输入信号是模拟气压或电流 电压信号 现场总线电气阀门定位器的输入信号是现场总线的数字信号 按阀门定位器是否带CPU可分为普通电气阀门定位器和智能电气阀门定位 器 普通电气阀门定位器没有CPU 因此 不具有智能 不能处理有关的智 能运算 智能电气阀门定位器带CPU 可处理有关智能运算 例如 可进行 前向通道的非线性补偿等 现场总线电气阀门定位器还可带PID等功能模块 实现相应的运算 按反馈信号的检测方法也可进行分类 3 3 43 3 4仪表介绍仪表介绍 压力检测仪表 一个 HAKK EKA430A压力变送器用于测量气体 液体和蒸汽的压力 然后将其转变成4 20mA DC的电信号输出 HAKK EKA430A也可通过BRAIN手操器或CENTUM CS u XL或HART375手操器相互通讯 通过它们进行设定监控等 应用 压力 类型 常规安装 型号 EKA430A 量程 Mpa 0 03 1 最大工作压力 Mpa 1 输出信号 4 20mA DC 带数字通讯 接液件材料 S JIS SCS14A 过程接口 无过程接头 RC1 4内螺纹在容室法兰上 安装方式 G1 2内螺纹一电气接口 内藏显示表 数字显示表 安装托架 JIS SUS304 2管安装 L型 控制器 一个 C CB010型控制器 输入型号 4 20mA DC 分辨度 0 025 电力消耗 2 3A 24V DC 温度误差 0 0045 允许变化率 参考范围0 min 正常范围0 25 min 操作极限1 min 9 大气压 参考范围530 780mmHg 正常范围530 780mmHg 操作极限530 780mmHg 控制阀 两个 普通单座阀 适用场合 一般 流量系数 1 2 1100C 公称通径 20 30mm 阀体 HT20 40 ZG25B ZG1Cr18Ni9Ti 阀芯 1Cr18Ni9Ti 流量特性 线性等百分比 可调比 30R 电气阀门定位器 一个 DQF 2000型 输入信号 4 20mA DC 供气压力 2 5kgf c 配用阀杆行程 10 80mm 用途 DQF 2000A型为本质安全性 3 3 4 4控控制制系系统统连连接接 控制系统连接图如图所示 图3 控制系统连接图 3 3 5 5系系统统投投运运 一旦控制系统按设计的要求连接好后 线路经过检查正确无误后 所有仪表 经过检查符合精度要求 并已运行正常 即可着手进行控制系统的投运和控 10 制参数的整定工作 在系统投运之前 必须检查控制器正 反作用开关是否 放置正确 控制系统投运 将系统由手动工作切换到自动工作状态 这一过程是通 过控制器上的手动 自动切换开关从手动位置切换到自动位置来完成的 但是这一过程必须再无 扰动下进行 就是说 从手动切换到自动过程中 不应造成系统的扰动 不 应该破坏系统原有的平衡状态 亦即切换中不能改变原先控制阀的开度 控 制器在手动位置时 控制阀接受的是控制手动输出号 当控制器切换到自动位置时 控制阀接受的是控制器根据偏差信号大小 和方向按一定控制规律运算所得的输出信号 当控制器从手动切换到自动时 将以自动输出信号代替手动输出控制控制阀 反过来 如果控制器从自动 切换到手动 则以手动输出代替自动输出可控制控制阀 如果控制器在切换 前 自动输出与手动输出信号不相等 那么 再切换过程中必然会给系统引 入扰动 这将破坏系统的原先平衡状态 是不允许的 因此要求切换过程必 修保证无扰动的进行 系统整定 可按同一方法进行考虑 由系统连接图可以看出两只控制阀 都控制同一对象 因此两阀的控制特性是相同的 如果两只阀的特性和放大 倍数又比较接近 那么可以按两