自控工程設(shè)計課程設(shè)計目錄第1章 煉油控制工藝流程圖簡介 .11.1工藝生產(chǎn)過程概要.11.2減壓塔的主要工藝參數(shù)及干擾因素 .21.3減壓塔頂部的控制方案 .31.4減壓塔頂控制工藝流程圖.5第2章標準節(jié)流裝置的設(shè)計計算及輔助計算 .62.1簡介.62.2計算數(shù)據(jù).7第3章調(diào)節(jié)閥口徑計算.133.1調(diào)節(jié)閥的選型 .133.2調(diào)節(jié)閥口徑計算.133.3計算實例.14參考資料.17自控工程設(shè)計課程設(shè)計1第 1 章 煉油控制工藝流程圖簡介1.1 工藝生產(chǎn)過程概要減壓塔是原油蒸餾裝置中的一個重要的設(shè)備，從常壓塔塔底出來的重油經(jīng)減 壓爐加熱到395C左右，在減壓狀態(tài)下進行分餾，從而得到不同餾份的產(chǎn)品。減 壓塔根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的不同可分為潤滑油型和燃料型二種，無論是哪一種類型的減 壓塔，在工藝上側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量都是通過側(cè)線溫度的控制來實現(xiàn)的。十多年來產(chǎn)生了許多自校正器，都成功地用于實際過程，但對變時延、變階 次和變參數(shù)過程，控制效果不好。因此研制具有魯棒性的自校正器成為人們關(guān)注 的問題。Richalet等提出了大范圍預(yù)測概念，在此基礎(chǔ)上，Clarke等提出了廣義預(yù) 測自校正器，該算法以CARIMA模型為基礎(chǔ)，采用了長時段的性能指標，結(jié)合辨 識和自校正機制，具有較強的魯棒性和模型要求低等特點，并有廣泛的適用范圍。這個算法可克服廣義最小方差(需要試湊控制量的加權(quán)系數(shù))、極點配置(對階的 不確定性十分敏感)等自適應(yīng)算法中存在的缺點。GPC法可看成是迄今所知的自校正控制方法中最為接近具有魯棒性的一種。現(xiàn)有的常規(guī)控制方案通常是采用減 壓塔一中段回流控制24層氣相溫度。減二、三、四側(cè)線抽出量控制相應(yīng)的抽出層 溫度。由于減壓塔塔頂和各個側(cè)線之間存在關(guān)聯(lián)，因此常規(guī)的控制方案在出現(xiàn)干 擾時，往往由于調(diào)節(jié)某一側(cè)線要影響另一側(cè)線， 從而很難達到較好的控制品質(zhì)。本文針對減壓塔各側(cè)線之間的單向關(guān)聯(lián)特點，設(shè)計了一個側(cè)線溫度多變量解耦預(yù) 測控制系統(tǒng)，可克服各側(cè)線之間的耦合作用，從而改善側(cè)線溫度的控制性能。減壓塔的抽真空設(shè)備常用的是蒸汽噴射器或機械真空泵。蒸汽噴射器的結(jié)構(gòu) 簡單，使用可靠而無需動力機械，水蒸汽來源充足、安全，因此，得到廣泛應(yīng)用。 而機械真空泵只在一些干式減壓蒸餾塔和小煉油廠的減壓塔中采用。與一般的精餾塔和原油常壓精餾塔相比，減壓精餾塔有如下幾個特點：(1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)不同，減壓精餾塔分燃料型與潤滑油型兩種。潤滑油型減壓塔以生產(chǎn)潤滑油料為主，這些 餾分經(jīng)過進一步加工，制取各種潤滑油。燃料型減 壓塔主要生產(chǎn)二次加工的原料，如催化裂化或加氫裂化原料。(2)減壓精餾塔的塔板數(shù)少，壓降小，真空度高，塔徑大。為了盡量提高拔出 深度而又避免分解，要求減壓塔在經(jīng)濟合理的條件下盡可能提高汽化段的真空度。 因此，一方面要在自控工程設(shè)計課程設(shè)計2塔頂配備強有力的抽真空設(shè)備， 同時要減小塔板的壓力降。 減 壓塔內(nèi)應(yīng)采用壓降較小的塔板，常用的有舌型塔板、網(wǎng)孔塔板等。(3)縮短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時間塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時間過長，則其分解、縮合等反應(yīng)會進行得比較顯著，導(dǎo)致不凝氣增加， 使塔的真空度下降，塔底部分結(jié)焦，影響塔的正常操作。因此，減壓塔底部的直徑常?？s小以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時間。1.2 減壓塔的主要工藝參數(shù)及干擾因素1塔頂溫度為了保證減壓塔頂溫度一定，避免油氣損失，在塔頂出管線上裝有溫度調(diào)節(jié) 器，以調(diào)節(jié)塔頂回流油量。了提高輕油收率，塔頂輕質(zhì)油出裝置管線裝有流量調(diào) 節(jié)器。減一線也設(shè)有溫度調(diào)節(jié)器，以控制回流油量。減一線出裝置管線上，也裝 有流量調(diào)回流量減少，會使塔頂溫度升高，使塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，所以 在正常操作時，一般總希望它保持恒定。2塔側(cè)線溫度塔側(cè)線溫度決定著側(cè)線產(chǎn)品的組成。一般在塔中段循環(huán)回流量一定和塔頂溫 度恒定條件下，它就能維持在一定范圍內(nèi)變化。要進一步控制側(cè)線溫度，必須調(diào) 節(jié)側(cè)線返回量，也就是改變內(nèi)回流量。若側(cè)線餾出量增大，則相應(yīng)的內(nèi)回流量就 減小，該側(cè)線溫度就要升高，側(cè)線油品就變重。若側(cè)線餾出量減小，貝M乍用相反。3塔頂壓力減壓精餾塔壓力控制通過一定控制手段使精餾塔塔壓保持某一低于大氣壓的 壓力范圍(或稱具有一定真空度)。減壓精餾塔的真空度通常由蒸汽噴射泵或電動真 空泵來維持。使用蒸汽噴射泵時，在泵入口管線上吸入一部分空氣或惰性氣體來 控制真空度；使用電動真空泵時，通常把調(diào)節(jié)閥安裝在真空泵的旁路上；被調(diào)量 均為塔內(nèi)真空度。4進料溫度塔底液位高度決定了塔底油在塔底部的停留時間。停留時間長可使塔底油與 過熱蒸汽有充分混合的機會，把其中的輕餾分吹上去。因此，塔底油液位要有一 定的高度。但液位過高，就會使重質(zhì)餾分也被過熱蒸汽夾帶上去，因而影響了塔 的側(cè)線產(chǎn)品，這對靠近塔底的側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量影響最為嚴重；液位過低，會使停留 時間太短，輕質(zhì)餾分被塔底油帶走。塔底液位通常通過對塔底采出量的調(diào)節(jié)加以自控工程設(shè)計課程設(shè)計3控制。除上述主要工藝參數(shù)對減壓塔的操作有明顯的影響外，塔的進料流量、和進 料組分也是比較重要的干擾因素。1.3 減壓塔頂部的控制方案主要的控制回路(1)減壓塔塔頂溫度與塔頂回流流量組成串級調(diào)節(jié)回路;(2)減壓塔上部液位控制；(3)水封罐內(nèi)液位控制；(4)塔頂回流手動控制。F面分別做 介紹:(1)塔頂溫度回流控制本設(shè)計中用的是出口溫度與回流流量的串級控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的方框圖如下:干擾該串級控制系統(tǒng)的主被控變量是塔頂出口氣體的溫度，副被控變量是回流管 內(nèi)液體流量，使用串級控制的目的是控制住控變量溫度穩(wěn)定。這如前面所述，溫 度對產(chǎn)品以及產(chǎn)品的純度有很大的影響，以便于分流部分能夠正常進行。在串級 控制系統(tǒng)中干擾可能作用于主回路、畐曬路也可能同時作用與主副回路。(2)減壓塔上部液位控制干擾圖1-1塔頂溫度回流控制系統(tǒng)方框圖自控工程設(shè)計課程設(shè)計4本設(shè)計中用的是單回路控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的方框圖如下:自控工程設(shè)計課程設(shè)計5圖1-2減壓塔上部液位控制系統(tǒng)方框圖(3)水封罐液位控制自控工程設(shè)計課程設(shè)計61.4 減壓塔頂控制工藝流程圖E E自控工程設(shè)計課程設(shè)計7第 2 章標準節(jié)流裝置的設(shè)計計算及輔助計算2.1 簡介由于節(jié)流裝置具有應(yīng)用歷史悠久、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等優(yōu)點， 被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、石油、化工、紡織、鋼鐵等工業(yè)部門。同時由于使用和安裝 條件不同，節(jié)流裝置的分類較細；按取壓方式分類：分為角接取壓法、法蘭取壓法、徑距取壓法（見圖2）、特殊取壓法等。按測量流體分類：a,用于一般測量分， 角接取壓標準孔板（包括八槽孔板主要主要用于發(fā)電廠，高壓透鏡墊孔板主要用于 化工廠）、法蘭取壓標準孔板、徑距取壓標準孔板、角接取壓標準噴嘴（包括八槽噴嘴主要主要用于發(fā)電廠，高壓透鏡墊噴嘴主要用于化工廠）、徑距取壓長頸噴嘴等；b，用于水平管線測量臟污介質(zhì)，角接取壓圓缺孔板及偏心孔板（均為非標準節(jié)流裝 置）；c,用于低雷諾數(shù)流量，1/4圓噴嘴、雙重孔板、錐形入口孔板（均為非標準節(jié) 流裝置）；d,用于要求壓力損失較低的場合，標準文丘利管、標準文丘利噴嘴；e，用于較小管徑（管道內(nèi)徑5 mmw D20.2=16362Kg/h計算差壓上限由qmCE-2屮廠得P 5313.0208Pa其中C=0.6,=0.5,=1,E1因國產(chǎn)差變的系列值為自控工程設(shè)計課程設(shè)計91.0,1.6,2.5,4.0,6.0，取P =6000.00 Pa。自控工程設(shè)計課程設(shè)計10(3)求工況下管道直徑D D201Dt 20=0.1和+0.00001116 (55-20)=0.100039D20管道內(nèi)徑(20oC 下實測值)D管道材料熱膨脹系數(shù)t被測介質(zhì)溫度(4)求雷諾數(shù)4qm4 810 20.227132.35333qm最大質(zhì)量流量1工作狀態(tài)下粘度求 A=2.132 10327132.353330.1000392 6000 8100.1854693672.初值計算求10.100039 2.13210Red自控工程設(shè)計課程設(shè)計X211A20.1547638910.669280328540815= 0.231239264625364令 Xik =。30911561111 (0.410.354)丄P1=0.9822356335求 C12 182 56C10.59590.03121.0.184010.00291.10 / ReDC1=0.6100240298A2X1C10.154763891 0.257939818 0.59880376 10.0004648607精確度判據(jù)E1沒有達到精度要求，繼續(xù)求解3.進行迭代計算，設(shè)定第2個假定值 X設(shè)：G=0.6,=1X10.250.250.0665329491 0.0665329490.5434407171 0.410.35(0.543440717)60001.276 9600000=0.000307367=0.15476389130.0019860381.986 10-自控工程設(shè)計課程設(shè)計12求 C2求20.23123926462530.47465174(2)求 C20.031222.10.1840280.752.510000000.00292C20.59590.0900 0.25394J 0.0337 0.253920.6619138043176632A2X2C20.154763891 0.231239264625364 0.661913804317663 10.001703429644207精確度判據(jù)E220.001703429644207A20.1547638910.01100663沒有達到精度要求，繼續(xù)求解4進行迭X3X2X2X122 10.233562932706505Xa20.250.23356293270650520.2521 0.2335629327065050.47690842自控工程設(shè)計課程設(shè)計130.6625615496319223A2X3C30.154763891 0.233562932706505 0.662561549631922 10.000014072369402精確度判據(jù)沒有達到精度要求，繼續(xù)求解5同上法，繼續(xù)迭代計算：得 X40.383435238140.5983468641C40.60498556754A2X4C40.000000011461331E40.0000000002精確度達到要求。計算結(jié)果因此得40.5983468641C40.60498556752.130.18400.750.00292.530.0900 0.25390.0337 0.25390.0000140723694020.154763891.0000909279891490.5959 0.03121000000自控工程設(shè)計課程設(shè)計14d D0.100039 0.5983468641=0.059858021自控工程設(shè)計課程設(shè)計1559.8580211 0.0000166 55 2059.82326368得：d2059.82326368確定最小直管段長度11 26D260.1014mm12 7D 70.0273mmd20d1tt 20mm自控工程設(shè)計課程設(shè)計16第 3 章調(diào)節(jié)閥口徑計算3.1 調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥的選擇一般應(yīng)遵循的原則有如下幾點。一. 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式：應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動性、流向、調(diào)節(jié)范圍 以及嚴密性的要求。二. 調(diào)節(jié)閥的流量特性：應(yīng)能滿足系統(tǒng)特性進行合理的補償。調(diào)節(jié)閥的流量特 性是指介質(zhì)流過閥的相對流量與閥桿相對位移間的關(guān)系， 數(shù)學(xué)表達式如下：Q/Qmax=f(I/L)， 式中Q/Qmax為相對流量，為調(diào)節(jié)閥在某一開度時流量Q與全 開流量Qmax之比；I/L為相對位移，調(diào)節(jié)閥在某一開度時閥芯位移I與全開位移L之比。選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對象特性及調(diào)節(jié)器特性相反， 這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性。選擇流量特性通常在工藝系統(tǒng)要求下 進行，但是還要考慮下述實際情況。1、 直線性流量特性適用范圍：差壓變化小，幾乎恒定； 工藝流程的 主要參數(shù)的變化呈線性； 系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上(改變開度，閥 上差壓變化相對較小)：外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小。2、 等百分比特性適用范圍： 實際可調(diào)范圍大； 開度變化，閥上差壓變 化相對較大； 管道系統(tǒng)壓力損失大； 工藝系統(tǒng)負荷大幅度波動； 調(diào)節(jié)閥 經(jīng)常在小開度下運行。3、 除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開特性等其他流 量特性的調(diào)節(jié)閥。三. 調(diào)節(jié)閥的口徑：應(yīng)能滿足工藝上對流量的要求。根據(jù)已知的流體條件，計算出必要的Kv值，選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。3.2 調(diào)節(jié)閥口徑計算一、確定使用條件1、介質(zhì)名稱，性質(zhì)及主要物化參數(shù)自控工程設(shè)計課程設(shè)計17123456789已知條件：被測介質(zhì)名稱被測介質(zhì)溫度最大流量閥前壓力閥后壓力最小流量管道內(nèi)徑工作狀態(tài)下密度工作狀態(tài)下運動粘度tQmaxP1P2QminDCm3/h減頂油580.936.140.57508202.132pi2、工藝參數(shù)（流量、閥前、后壓力、溫度等）3、 配管情況（型式、閥前、后直徑、系統(tǒng)阻力計算、預(yù)估壓降比S值等）4、自控對象類型、特點，如主調(diào)參數(shù)及主要干擾因素等5、調(diào)節(jié)性能要求，如對泄漏量、穩(wěn)定性等要求。二、 初選閥型1、根據(jù)使用條件初選閥型，并決定流向及流量特性2、按初選的閥型找到該產(chǎn)品系列參數(shù)，女口DN、PN、Kv等三、Kv值計算公式Kv是國際單位的流量系數(shù)。它定義為：溫度為5C至40C的水，在壓降105Pa下，流過調(diào)節(jié)閥的每小時立方米。在目前常采用的幾種符號中，Cv=1.167C,KvC,除此以外，還有用Cg表示氣體，Cs表示蒸汽的流量系數(shù)。Kv值的計算公式有很多種，下面介紹的是一種計算簡單，涉及的物化參數(shù)較 少的計算公式。3.3 計算實例表3-1調(diào)節(jié)閥口徑計算任務(wù)書自控工程設(shè)計課程設(shè)計181.根據(jù)已知條件可選單座閥（JP）,選直徑流量特性 R=502.按照非阻塞流計算其流量系數(shù)：KvQiKv0.93820820 6.1 418.3772374Qi液體體積流量i被測介質(zhì)工況密度2閥后壓力3.根據(jù)需要對Kv值進行低雷諾數(shù)修正計算調(diào)節(jié)閥雷諾數(shù)Reu自控工程設(shè)計課程設(shè)計19因為選的是單座閥，所以無需進行管件形狀修訂4.選定口徑Kv值圓整放大查產(chǎn)品目錄，取Kv 27.5(DN40)其放大系數(shù)為：m空1.321.13查相關(guān)資料，知滿足m 1.3時，確定閥開度：丄L由m - -R-得-(R 1) 1L-0.76LR調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比，R 50即開度76%，可滿足要求。5.結(jié)論選定單座閥(JF)，取DN40為選定口徑，非阻塞流工況，不作噪聲預(yù)估Reu70700QL、FlKv70700 930.0021320.92 37.521494729.9945773QI液體體積流量運動粘度Fl液體壓力恢復(fù)系數(shù)屬于低雷諾數(shù)，需要修正，修正以后的流量系數(shù)KvKvFr37.5214947241.69054969Fr雷諾數(shù)系數(shù)自控工程設(shè)計課程設(shè)計20參考資料1 HG/T2063620639-1998，化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定（上下卷）S.2 GB/T2624-1993，流量測量節(jié)流裝置S.3奚文群， 翁維勤調(diào)節(jié)閥口徑計算指南M.蘭州： 化工部自控設(shè)計技術(shù)中 心站，1991.4董德發(fā)，張?zhí)齑?自控工程設(shè)計基礎(chǔ)M.大慶：大慶石油學(xué)院，1999.5王驥程，祝和云.化工過程控制工程M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.