自控工程課程設(shè)計(jì)-原油預(yù)熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

自控工程課程設(shè)計(jì)目 錄第1章 原油預(yù)熱控制系統(tǒng)工程實(shí)例11.1原油預(yù)熱控制系統(tǒng)工程背景及說(shuō)明11.2原油預(yù)熱控制系統(tǒng)cad流程圖2第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)及計(jì)算程序設(shè)計(jì)32.1 gb/t2624-93概述32.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置計(jì)算實(shí)例3第3章 調(diào)節(jié)閥選型及計(jì)算63.1 調(diào)節(jié)閥的選型63.2 計(jì)算實(shí)例6第4章 課程設(shè)計(jì)心得8參考文獻(xiàn)9附錄10第1章 原油預(yù)熱控制系統(tǒng)工程實(shí)例1.1原油預(yù)熱控制系統(tǒng)工程背景及說(shuō)明習(xí)慣上稱直接從油井中開(kāi)采出來(lái)未加工的石油為原油，它是一種由各種烴類組成的黑褐色或暗綠色黏稠液態(tài)或半固態(tài)的可燃物質(zhì)。 地殼上層部分地區(qū)有石油儲(chǔ)存。石油主要被用來(lái)作為燃油和汽油，燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。國(guó)內(nèi)大多數(shù)的煉油廠目前均采用以上幾種方法進(jìn)行出口總管溫度控制，其中簡(jiǎn)單的串級(jí)控制應(yīng)用較多，控制多采用經(jīng)典的pid控制器。實(shí)際上，由于系統(tǒng)的大時(shí)延、非線性以及時(shí)變特性，pid控制很難取得理想的控制效果，采用先進(jìn)控制如目前在工業(yè)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的預(yù)測(cè)控制成為改善控制品質(zhì)的必要手段。原油預(yù)熱控制系統(tǒng)一般分為幾個(gè)支路。常規(guī)的控制方法是：在各支路上安裝各自的流量變送器和控制閥，而用出口總管溫度來(lái)調(diào)節(jié)爐用燃料量。這樣的調(diào)節(jié)方法根本沒(méi)有考慮支管溫度均衡的控制，支管溫度均衡的控制由操作工憑經(jīng)驗(yàn)根據(jù)分支溫差來(lái)調(diào)節(jié)分支流量差。這種人為操作顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的均衡控制，往往是各支管流量較均衡，而分支溫度有相當(dāng)大的差異，因局部過(guò)熱而結(jié)焦的可能性很大。為了改善和克服這種情況，需要采用支路均衡控制方法。近年來(lái)出現(xiàn)的差動(dòng)式平衡控制、解藕控制以及多變量預(yù)測(cè)控制等方法能夠收取一定的效果。其中差動(dòng)式方法不僅效果不錯(cuò)，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行有一定的優(yōu)勢(shì)。另外，針對(duì)系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能實(shí)現(xiàn)較好的控制。最簡(jiǎn)單的控制方法就是采用單回路的反饋控制。單回路反饋控制簡(jiǎn)單實(shí)用，有它的使用價(jià)值。但該方法沒(méi)有考慮燃料量變化的影響，所以出口溫度不容易穩(wěn)定，在一定程度上也會(huì)造成燃料的浪費(fèi)。在簡(jiǎn)單反饋控制方案的基礎(chǔ)上，加入燃料量控制回路，就可以構(gòu)成加熱爐的串級(jí)控制系統(tǒng)。這種控制方案也比較簡(jiǎn)單，效果比簡(jiǎn)單控制的效果要好一些，但因?yàn)闆](méi)有考慮原油進(jìn)料量的波動(dòng)，所以出口溫度仍不容易穩(wěn)定，另外沒(méi)有考慮空氣量與燃料量之間的配比控制，燃燒也不能達(dá)到較為理想的狀態(tài)。串級(jí)控制系統(tǒng)也可以引入原油溫度的控制回路來(lái)構(gòu)成：出口溫度控制器的輸出作為原油溫度的設(shè)定值，原油溫度控制器的輸出作為燃料量的給定值，燃料量控制器再去控制調(diào)節(jié)閥。在串級(jí)控制的基礎(chǔ)上，再引入原油進(jìn)料前饋，可以構(gòu)成靜態(tài)前饋控制或動(dòng)態(tài)前饋控制。采用原油進(jìn)料前饋控制后，在原油進(jìn)料流量有變化時(shí)，控制系統(tǒng)能很快使燃料流量發(fā)生相應(yīng)的變化，從而得到補(bǔ)償，使進(jìn)料流量波動(dòng)對(duì)出口溫度的影響較小。1.2原油預(yù)熱控制系統(tǒng)cad流程圖圖1-1 原油預(yù)熱控制系統(tǒng)cad流程圖第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)及計(jì)算程序設(shè)計(jì)2.1 gb/t2624-93概述gb/t2624-93全稱為流量測(cè)量節(jié)流裝置 用孔板、噴嘴和文丘里管測(cè)量充滿圓管的流體測(cè)量。1993年2月3日由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)gb/t2624-93代替gb2624-81，1993年8月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)第一次等效采用iso5167（1991）與國(guó)際接軌，標(biāo)志著我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，在推廣采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上的研究成果、提高測(cè)量精度方面，以取得了突破性的進(jìn)展。gb/t2624-93主要特點(diǎn)有：1.以流出系數(shù)c代替流量系數(shù)；c值的計(jì)算中的降階計(jì)算由原流量系數(shù)計(jì)算中的最高階20降至流出系數(shù)c計(jì)算中的最高階8次冪。2.提出5種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計(jì)中各方面的需要。3.提出迭代計(jì)算方法，給出計(jì)算機(jī)計(jì)算程序框圖。4.差壓上限不再計(jì)算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計(jì)者有更多的經(jīng)驗(yàn)。5.管道粗糙度不再參加計(jì)算，而是在計(jì)算結(jié)果出來(lái)后驗(yàn)證。2.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置計(jì)算實(shí)例表2-1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位數(shù) 值1234567891011已知條件：被測(cè)介質(zhì)名稱被測(cè)介質(zhì)溫度被測(cè)介質(zhì)壓力管內(nèi)徑（20下實(shí)測(cè)值）節(jié)流件形式取壓方式管道材料熱膨脹系數(shù)節(jié)流件材料熱膨脹系數(shù)最大體積流量工作狀態(tài)下密度工作狀態(tài)下粘度tpd20ddqv11pammm/mmmm/mmm3/hkg/m3cp原油99195000000.300孔板角接0.000011160.000016603008000.0052 1. 輔助計(jì)算(1)計(jì)算流量標(biāo)尺因?yàn)楸粶y(cè)介質(zhì)為液體，所以qm=qv1=300800/3600=66.66666667kg/s，根據(jù)流量標(biāo)尺取標(biāo)準(zhǔn)流量為66.75 kg/s。(2)計(jì)算差壓上限：再根據(jù)公式計(jì)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，因國(guó)產(chǎn)差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取p =6.0107pa。(3)求工況下管道直徑d=d20 1+d（t-20）=0.3001+0.00001338(99-20)=0.30032706 m(4)求雷諾數(shù)red=5.438106(5)求a2a2= =0.00945072. 計(jì)算初值(1)求如果我們假設(shè)：c0=c=0.6060，=1，并且令=0.015595214，所以=0.124873208。(2)求因被測(cè)介質(zhì)為液體，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 = =0.000151279(4)精確度判斷 =0.0160071743. 進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第二個(gè)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. 進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第三個(gè)假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.016147832=0.126721953=1=0.594236173因此=0.000000012所以=0.0000000005由于=0.0000000005，精確度達(dá)到要求。第3章 調(diào)節(jié)閥選型及計(jì)算3.1 調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行器的主要類型，通過(guò)接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變流體流量。調(diào)節(jié)閥一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，調(diào)節(jié)閥可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三種，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以電為動(dòng)力源的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動(dòng)力的電液動(dòng)調(diào)節(jié)閥。被控流體的種類 液體、蒸汽或氣體。對(duì)于液體通常要考慮粘度的修正，當(dāng)黏度過(guò)高時(shí)，其雷諾數(shù)下降，改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)，在計(jì)算控制閥流通能力時(shí)，必需考慮粘度校正系數(shù)。對(duì)于氣體應(yīng)該考慮其可壓縮性。對(duì)于蒸汽要考慮是飽和蒸汽還是過(guò)熱蒸汽。流體的壓力、溫度 根據(jù)工藝介質(zhì)的最大壓力來(lái)選定控制閥的公稱壓力時(shí)，必須參照工藝溫度條件綜合選擇，因?yàn)楣Q壓力是在一定的基準(zhǔn)溫度下依據(jù)強(qiáng)度確定的，其允許工作壓力必須低于公稱壓力。例如，對(duì)于碳鋼閥門，當(dāng)公稱壓力為pn1.6mpa，介質(zhì)溫度為200時(shí)，最大耐壓力是1.6mpa；當(dāng)溫度為250時(shí)，最大工作壓力為1.5 mpa，當(dāng)溫度為400，最大工作壓力只為0.7mpa。對(duì)于壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還要考慮其閥前取壓、閥后取壓和閥前后差壓，再進(jìn)一步選擇閥的形式。3.2 計(jì)算實(shí)例 表3-1 調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算任務(wù)書序號(hào)項(xiàng) 目符 號(hào)單 位數(shù) 值123456789已知條件：調(diào)節(jié)閥類型被測(cè)介質(zhì)名稱被測(cè)介質(zhì)溫度最大體積流量閥前壓力閥后壓力管道內(nèi)徑工作狀態(tài)下密度工作狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)粘度tqmaxp1p2d11m3/hmpampammkg/m3pas單座閥原油1501501.751.651505100.00432計(jì)算過(guò)程:(1)計(jì)算(2)選定口徑值圓整、放大查產(chǎn)品目錄，附表3，取=16（）,選雙座閥（vn）其放大系數(shù)為：，查表12-9，知滿足m=1.02時(shí)，閥最大開(kāi)度90%，所以值應(yīng)再向上取一擋，即取=25（），此時(shí)。開(kāi)度驗(yàn)算，即開(kāi)度86%可滿足要求。(3)結(jié)論選定雙座閥，取為選定口徑，因?yàn)榉亲枞鞴r，故不作噪音預(yù)估及管件形狀修正。因?yàn)?3，,可調(diào)比滿足要求。.第4章 課程設(shè)計(jì)心得通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了很多的東西，把以前學(xué)過(guò)的知識(shí)又重新學(xué)了一遍，用到最多的就是我們大一所學(xué)過(guò)的畫圖工具，使我進(jìn)一步的掌握了word,cad等軟件的操作，同時(shí)也對(duì)c語(yǔ)言進(jìn)行了再學(xué)習(xí)。并且學(xué)會(huì)了怎么樣做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，使我的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手操作能力。這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我馬上要開(kāi)始的畢業(yè)設(shè)計(jì)作了一個(gè)很好的鋪墊，我學(xué)會(huì)了怎么選題，如何查資料，怎么樣做好一個(gè)設(shè)計(jì)等等，我相信我會(huì)做好大學(xué)里最后的一次作業(yè)。本課程設(shè)計(jì)的工作是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從課程設(shè)計(jì)的選題、研究方法到論文撰寫的整個(gè)過(guò)程，老師都給予了我耐心的指導(dǎo)和細(xì)致的關(guān)懷;在求學(xué)生涯中老師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)一直激勵(lì)著我。在此向老師致以深深的敬意和衷心的感謝。隨著不斷的聯(lián)系總結(jié)我深知做學(xué)問(wèn)的艱辛，使得我對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)又加深了一步，為將來(lái)的就業(yè)增加了機(jī)會(huì)，使得自己對(duì)于今后的工作生活充滿了信心。在這里對(duì)學(xué)校開(kāi)設(shè)這門課程的做法非常的感謝。最后再一次表達(dá)我發(fā)自內(nèi)心的感謝。參考文獻(xiàn)1 hg/t2063620639-1998，化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定(上下卷)s2 gb/t2624-1993，流量測(cè)量節(jié)流裝置 s 3 王驥程，祝和云.化工過(guò)程控制工程m.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003附錄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;