自控工程课程设计原油预热控制系统的设计

1、自控工程课程设计目 录第1章 原油预热控制系统工程实例11.1原油预热控制系统工程背景及说明11.2原油预热控制系统cad流程图2第2章 标准节流装置设计及计算程序设计32.1 gb/t2624-93概述32.2 标准节流装置计算实例3第3章 调节阀选型及计算63.1 调节阀的选型63.2 计算实例6第4章 课程设计心得8参考文献9附录10第1章 原油预热控制系统工程实例1.1原油预热控制系统工程背景及说明习惯上称直接从油井中开采出来未加工的石油为原油，它是一种由各种烃类组成的黑褐色或暗绿色黏稠液态或半固态的可燃物质。 地壳上层部分地区有石油储存。石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成

2、目前世界上最重要的一次能源之一。国内大多数的炼油厂目前均采用以上几种方法进行出口总管温度控制，其中简单的串级控制应用较多，控制多采用经典的pid控制器。实际上，由于系统的大时延、非线性以及时变特性，pid控制很难取得理想的控制效果，采用先进控制如目前在工业过程中应用最广泛的预测控制成为改善控制品质的必要手段。原油预热控制系统一般分为几个支路。常规的控制方法是：在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用出口总管温度来调节炉用燃料量。这样的调节方法根本没有考虑支管温度均衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量

3、较均衡，而分支温度有相当大的差异，因局部过热而结焦的可能性很大。为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。近年来出现的差动式平衡控制、解藕控制以及多变量预测控制等方法能够收取一定的效果。其中差动式方法不仅效果不错，而且实现简单，操作简便，对于长期运行有一定的优势。另外，针对系统的非线性、强耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能实现较好的控制。最简单的控制方法就是采用单回路的反馈控制。单回路反馈控制简单实用，有它的使用价值。但该方法没有考虑燃料量变化的影响，所以出口温度不容易稳定，在一定程度上也会造成燃料的浪费。在简单反馈控制方案的基础上，加入燃料量控制回路，就可以构成加热炉的串级控制系统

4、。这种控制方案也比较简单，效果比简单控制的效果要好一些，但因为没有考虑原油进料量的波动，所以出口温度仍不容易稳定，另外没有考虑空气量与燃料量之间的配比控制，燃烧也不能达到较为理想的状态。串级控制系统也可以引入原油温度的控制回路来构成：出口温度控制器的输出作为原油温度的设定值，原油温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。在串级控制的基础上，再引入原油进料前馈，可以构成静态前馈控制或动态前馈控制。采用原油进料前馈控制后，在原油进料流量有变化时，控制系统能很快使燃料流量发生相应的变化，从而得到补偿，使进料流量波动对出口温度的影响较小。1.2原油预热控制系统cad流程图图1-1

5、 原油预热控制系统cad流程图第2章 标准节流装置设计及计算程序设计2.1 gb/t2624-93概述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

6、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 标准节流装置计算实例表2-1 标准节流装置设计计算序号项 目符号单 位数 值1234567891011已知条件：被测介质名称被测介质温度被测介质压力管内径（20下实测值）节流件形式取压方式管道材料热膨胀系数节流件材料热膨胀系数最大体积流量工作状态下密度工作状态下粘度tpd20ddqv11pammm/mmmm/mmm3/hkg/m3cp原油99195000000

7、.300孔板角接0.000011160.000016603008000.0052 1. 辅助计算(1)计算流量标尺因为被测介质为液体，所以qm=qv1=300800/3600=66.66666667kg/s，根据流量标尺取标准流量为66.75 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=0.15，代66.75 kg/s，全部代入可得到p=8.37107pa，因国产差变的系列值为1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取p =6.0107pa。(3)求工况下管道直径d=d20 1+d（t-20）=0.3001+0.00001338(99-20)=0

8、.30032706 m(4)求雷诺数red=5.438106(5)求a2a2= =0.00945072. 计算初值(1)求如果我们假设：c0=c=0.6060，=1，并且令=0.015595214，所以=0.124873208。(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=0.5959+0.0312（0.124873208）2.10.1840（0.124873208）8+0.0029（0.124873208）2.5（106/5.438106）0.75=0.596299616 = =0.0001512

9、79(4)精确度判断 =0.0160071743. 进行迭代计算，设定第二个假定值x2x2=0.015848911=0.125884555=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029=0.595673345因此 = =-0.000005461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）=0.016147832=0.126721953=1=0.594236173因此=0.000000012所以=0.0000000005由于=0.0000000005，精确度达到要求。第3章 调节阀选型及计算3.1 调节阀的选型调节阀是执行器的主要类型，通过接受调节

10、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。被控流体的种类 液体、蒸汽或气体。对于液体通常要考虑粘度的修正，当黏度过高时，其雷诺数下降，改变了流体的流动状态，在计算控制阀流通能力时，必需考虑粘度校正系数。对于气体应该考虑其可压缩性。对于蒸汽要考虑是饱和蒸汽还是过热蒸汽。流体的压力、温度 根据工艺介质的最大压力来选定控制阀的公称压力时，必须参照工艺温度条件综合选择，因为公称压力是在一定

11、的基准温度下依据强度确定的，其允许工作压力必须低于公称压力。例如，对于碳钢阀门，当公称压力为pn1.6mpa，介质温度为200时，最大耐压力是1.6mpa；当温度为250时，最大工作压力为1.5 mpa，当温度为400，最大工作压力只为0.7mpa。对于压力调节系统，还要考虑其阀前取压、阀后取压和阀前后差压，再进一步选择阀的形式。3.2 计算实例 表3-1 调节阀口径计算任务书序号项 目符 号单 位数 值123456789已知条件：调节阀类型被测介质名称被测介质温度最大体积流量阀前压力阀后压力管道内径工作状态下密度工作状态下运动粘度tqmaxp1p2d11m3/hmpampammkg/m3pa

12、s单座阀原油1501501.751.651505100.00432计算过程:(1)计算(2)选定口径值圆整、放大查产品目录，附表3，取=16（）,选双座阀（vn）其放大系数为：，查表12-9，知满足m=1.02时，阀最大开度90%，所以值应再向上取一挡，即取=25（），此时。开度验算，即开度86%可满足要求。(3)结论选定双座阀，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=3，,可调比满足要求。.第4章 课程设计心得通过本次课程设计，使我学到了很多的东西，把以前学过的知识又重新学了一遍，用到最多的就是我们大一所学过的画图工具，使我进一步的掌握了word,cad等软件的操

13、作，同时也对c语言进行了再学习。并且学会了怎么样做好一个课程设计，使我的理论知识与实践相结合，锻炼了我的实际动手操作能力。这次的课程设计对我马上要开始的毕业设计作了一个很好的铺垫，我学会了怎么选题，如何查资料，怎么样做好一个设计等等，我相信我会做好大学里最后的一次作业。本课程设计的工作是在老师的悉心指导下完成的。从课程设计的选题、研究方法到论文撰写的整个过程，老师都给予了我耐心的指导和细致的关怀;在求学生涯中老师渊博的专业知识、严谨的治学态度以及认真负责的工作作风一直激励着我。在此向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。随着不断的联系总结我深知做学问的艰辛，使得我对本专业的认识又加深了一步，为将来的就业增加了机会，使得自己对于今后的工作生活充满了信心。在这里对学校开设这门课程的做法非常的感谢。最后再一次表达我发自内心的感谢。参考文献1 hg/t2063620639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)s2 gb/t2624-1993，流量测量节流装置 s 3 王骥程，祝和云.化工过程控制工程m.北京:化学工业出版社，2003附录matlab程序如下：clear all;close all;red=11605.4793;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1;a1=0.109657395;c1=0.6060;for (k=1;1;