精馏塔提馏段的温度控制系统

1 过程控制仪表课程设计过程控制仪表课程设计 题目 精馏塔提馏段的温度控制系统题目 精馏塔提馏段的温度控制系统 学生姓名 学生姓名 班级 自动化班级 自动化 班班 学号 学号 2008 指导老师 高飞燕 唐耀庚指导老师 高飞燕 唐耀庚 2011 年年 12 月月 22 日日 2 目 录 1 系统设计 3 1 1 设计的目的与要求 3 1 1 1设计的目的 3 1 1 1设计的要求 3 2 控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 3 2 1 控制系统的简单介绍 3 3 绘制工艺流程原理框图 4 4 各个环节仪表的选型 仪表的工作原理以及性能指标 6 4 1 检测元件 6 4 2 变送器 6 4 3 调节器 7 4 4 执行器 7 5 绘制仪表盘电气接线图 端子接线图 8 6 给出仪表型号清单 9 7 参考文献 9 3 一 系统设计一 系统设计 1 1 设计的目的与要求设计的目的与要求 1 1 1 设计的目的设计的目的 精馏操作 选择的好与坏 能够很好的使回收率最高 能耗最小 得总效益最好 在控制过程中 主要是温度的控制 温度对产品质量的影 响很大 因而温度控制和检测是十分必要的 这就需要对加热介质的温度 进行连续的测量和控制 这样才能对产品的质量有很好的保证 同时可以 确保公司的经济效益 此次课程设计 主要是使我们更好的了解过程控制与仪表设计的要求 过程 必须完成的内容以及相应的设计方法 同时也使我们了解所学的理 论知识 在设计的过程中 很好的运用理论知识并根据实际的情况掌握好 理论知识 1 1 2 设计的要求设计的要求 a 控制系统的简单介绍 工艺流程分析 b 各环节仪表的选型 仪表的工作原理及性能指标 c 仪表间的配接说明 d 绘制工艺流程原理框图 e 给出仪表型号清单 f 绘制仪表盘电气接线图 端子接线图 二二 控制系统的简单介绍以及工艺流程分析控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 2 1 控制系统的简单介绍控制系统的简单介绍 精馏操作是炼油 化工生产过程中的一个十分重要的环节 精馏塔的控 制直接影响到工厂的产品质量 产量和能量的消耗 因此精馏塔的自动控制 长期以来一直受到人们的高度重视 精馏塔是一个多输入多输出的对象 它 由很多级塔板组成 内在机理复杂 对控制要求又大多较高 这些都给自动 控制带来了一些苦难 同时各塔工艺结构特点千差万别 这需要深入分析特 性 结合具体塔的特点 进行自动方案设计和研究 精馏塔的控制最终目标 是 在保证产品质量的前提下 使回收率最高 能耗最小 或使总收益最大 在这个情况下为了更好地实现精馏塔的目标就有了提溜段温度控制系统的产 4 生 方案如下 在再沸器中 用蒸汽加热塔釜中与下降物料进行传热传质 为了保证生产过程顺利进行 需要使提留段温度 Q 保持恒定 为此 在蒸 汽管路上装一个调节阀 用它来调节加热蒸汽流量 从而保证 Q 维持在设 定值上 从调节阀动作到温度 Q 发生变化 需要相继通过很多热容积 实 践证明 加热蒸汽压力的波动对温度 Q 的影响很大 此外 还有来自液相 加料方面的各种扰动 包括它的流量 温度和组分等 它们通过提溜段的传 热传质过程 以及再沸器中的传热条件 塔釜温度 再沸器液面等 最后也 会影响到温度 Q 当加热蒸汽压力波动较大时 控制品质一般都不能满足生 产要求 如果采用一个附加的蒸汽压力控制系统 把蒸汽压力的干扰克服在 入塔前 这样也就提高了温度控制的品质 但这样就需要增加一只调节阀并 且增加了蒸汽管路的压力损失 在经济上很不合理 而且这两个回路之间又 是相互影响的 原理图如图 2 1 所示 QC 进料 P PC 图 2 1 附加蒸汽压力控制方案 三三 绘制工艺流程原理框图绘制工艺流程原理框图 串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别 即其在结构上 多了一个副回路 形成了两个闭环 双闭环或称双环 此系统采用串级控制 如下图 副控制器 QC 根据加热蒸汽流量信号控 制调节阀 这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下 能保持蒸汽流量稳定 但副控制器 QD 的给定值则受主控制器 QC 的控制 后者根据温度 Q 改变蒸 汽流量给定值 Q 从而保证在发生进料方面的扰动的情况下 能保持温度 5 Q 满足要求 用这个方法可以非常有效地克服蒸汽压力波动对于温度 Q 的 影响 因此流量自稳定系统的动作很快 蒸汽压力变化所引起的流量波动在 2 3s 以内就消除了 而这样短暂时间的蒸汽流量波动对于温度 Q 的影响是 很微小的 对于来自进料方面的扰动来说 这种串级方案则并不一定能带来 很显著的好处 图形如图 3 所示 QD QC 再沸腾 进料 图 3 提馏段温度串级控制方案 串级控制系统方框图如下所示 它有两个闭环系统 副环是流量自稳定 系统 主环是温度控制系统 主控制器 Q1 调节阀副控制器 D2 蒸汽管路 系统 再沸腾 D1 塔底 温度测量 温度测量 图 3 1 反应器温度控制系统 其中最左边输入为 q1 最右边输出为 Q 左参数 q1 副参数 加热蒸汽流量 Q1 控制量 蒸汽阀开度 一次扰动 D1 加热蒸汽的压力对 q1 的影响 6 二次扰动 D2 来自加料方面的扰动 包括温度 流量 组分等 四四 各个环节仪表的选型 仪表的工作原理以及性能指标各个环节仪表的选型 仪表的工作原理以及性能指标 4 1 检测元件检测元件 本系统选择铠装热电偶 特点特点 热响应时间小 减少动态误差 可弯曲安装使用 测量范围大 机械强度高 耐压性能好 主要技术参数主要技术参数 精度等级 I 级或 II 级 公称直径 1 弯曲直径 R 5D 公称压力 常压 测量 500 以上的高温 它可以直接测量各种生产过程中从 0 800 范 围内的液体 蒸汽和其气体介质以及固体表面的温度 铠装热电偶响应时间 0 5 秒 4 24 2 变送器变送器 本系统的变送器用于温度的变送 故选择温度变送器 其中较为常用的有 模拟式温度变送器 一体化温度变送器以及智能式温度变送器三种 本系统采 用典型的模拟式温度变送器中的 DDZ III 型热电偶温度变送器 属安全火花型 防爆仪表 还可以与检测元件热电偶相匹配 将温度信号线性转换为统一标准 信号 本系统选择 KBW 1121 热电偶温度变送器 主要技术指标 1 输入信号 最小量程 3mV 最大量程 80mV 根据配用热电偶而定 2 输出信号 1 5V d c 或 4 20mA d c 3 负载电阻 0 500 7 4 精度 0 5 量程范围 5mV 1 0 5mV 量程范围 3mV 5 工作条件 环境温度 5 40 相对湿度 10 75 供电电源 24V 10 周围空气中不含有腐蚀性气体 6 功耗 2W 4 3 调节器调节器 用 DDZ III 型 PID 调节器 TDM 400 原理 调节器的正 反作用的选择要根据控制系统所包括的各个环节的情 况 而定 这样只要根据被控参数与变送器放大倍数的符号及整个控制回路开环 放大倍数的符号为 负 的要求 就可以确定调节器的正 反作用 本系统 调节器因选反作用 性能指标 输入信号 1 5V 直流电压 外给定信号 4 20ma 直流电流 负 载电阻 250 欧 750 欧 4 4 执行器执行器 本系统使用电 气阀门定位器 电 气阀门定位器作用 1 将 4 20mA 或 0 10mA 转换为气信号 用以控制气动调节阀 2 它还能够起到阀门定位的作用 图 4 4 气源压力对应阀门开度实验图 8 当输入 IO 对主杠杆 2 产生向左的力 F1 主杠杆绕支点反时针偏转 挡 板 13 靠近喷嘴 15 Pa 使阀杆向下移动 并带动反馈杆 9 绕支点 4 偏转 凸 轮 5 也跟着逆时针偏转 从而使反馈弹簧 11 拉伸 最终使阀门定位器达到 平衡状态 此时 一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移 即对应于一定的阀门开 度 本系统选用 M52286 系列电子式电动执行器 主要技术参数 电源 AC220 50 50HZ 耗电功率 额定负载时 规格 A 型执行器 50VA 规格 B 型执行器 150VA 规格 C 型执行器 220VA 输入信号 DC4 20mA 或 DC1 5V 输出信号 DC4 20mA 负载电阻 500 以下 控制精度 基本误差 1 回差 1 死区 1 工作行程调整范围 零点 25 行程 20 100 阀的选择 本系统选择电 气阀门定位器 YT 1050 输入信号 4 20mA DC 阻抗 250 15 Ohm 供给压力 1 4 7 0kgf cm2 20 100 psi 行 程 直行程 10 150mm 角行程 0 900 五五 绘制仪表盘电气接线图 端子接线图绘制仪表盘电气接线图 端子接线图 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 TDM 400 主 主 主 主 24VDC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 TDM 400 主 主 主 主 24VDC 1 2 4 3 主 主 4 20mA主 主 4 20mA M52286 主 主 主 1 1 2 2 主 主 4 20mA YT 1050 主 24VADC 24VADC 主 主 主 4 20mA K K主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 主 4 20mA主 主 主 主 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 R Cu KBW 1121 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 R Cu KBW 1121 1 5VADC 1 5VADC K K主 主 主 主 六六 给出仪表型号清单给出仪表型号清单 编号名称个数型号 1温度变送器2KBW 1121 2热电偶1K 型镍 镍硅 3DDZ III 调节器2TDM 400 4电子式电动执器1 M52286 5电 气阀门定位 器 1 YT 1050 6薄膜气动调节阀1 ZMBS 16K 七