《過程控制課設(shè)》脫丙烷塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：脫丙烷塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院：班 級(jí)： 電氣08-3姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：摘要摘要脫丙烷塔的主要任務(wù)是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同分離 丙烷和丁二烯組分，并達(dá)到規(guī)定的純度要求。塔頂輕組分主要是丙烷， 塔低重組分主要是丁二烯。其中丙烷占10, 丁二烯占89,其它雜質(zhì) 占1。為了滿足脫丙烷塔的自動(dòng)控制的質(zhì)量指標(biāo)、物料指標(biāo)、能量平衡 及約束條件等要求。設(shè)計(jì)包括提儲(chǔ)段的溫度與蒸汽流量的串級(jí)控制； 塔頂鴨梨為被控變量，氣態(tài)丙烯與去尾氣管線組成分層控制；進(jìn)料流 量的簡(jiǎn)單均勻控制；回流罐的液位與回流管的回流量組成串級(jí)均勻控 制；回流量的定制控制；以及進(jìn)料、回流、塔頂、塔釜的溫度檢測(cè)，

2、塔壓檢測(cè)，回流量的流量檢測(cè)等。關(guān)鍵字：串級(jí)控制，被控變量，分層控制，均勻控制，定值控制, 檢測(cè)。i目錄目錄第一章主要故意流程和環(huán)境特征概論4第二章控制原理分析51、提儲(chǔ)段的溫度與蒸汽流量組成串級(jí)控制 52、分程控制 73、單回路均勻控制回路 74、液位報(bào)警系統(tǒng)85、溫度檢測(cè)系統(tǒng)8第三章 節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 10第四章調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算 15iii脫丙烷塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17第一章主要工藝流程和環(huán)境特征概況脫丙烷塔的主要任務(wù)是切割 c3和g混合微分，塔頂輕關(guān)鍵組分 是丙烷，塔釜重關(guān)鍵是丁二烯。主要工藝流程如圖所示：第一脫乙烷 塔塔釜來的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后進(jìn)入脫丙烷塔，進(jìn)料為氣 液混合狀態(tài)，液化

3、率為0.28。進(jìn)料溫度為32c,塔頂溫度為8.9 c, 塔釜溫度為72co塔內(nèi)操作壓力為0.75mpa（絕壓）。采用的回流比約 為1.13。冷凝器由0c丙烯蒸發(fā)制冷，再沸器加熱用的0.15 mpa（絕 壓）減壓蒸汽由來自裂解爐的 0.6 mpa（絕壓）低壓蒸汽與冷凝水混合 制得的。和其他精微塔一樣，脫丙烷塔也是一個(gè)高階對(duì)象，具有對(duì)象 通道多、內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜、變量間相互關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、控制要求高 等特點(diǎn)。脫丙烷塔的自動(dòng)控制應(yīng)滿足質(zhì)量指標(biāo)、物料指標(biāo)、能量平衡 及約束條件等要求。脫丙烷塔所處的環(huán)境為甲級(jí)防爆區(qū)域，工藝介質(zhì)為多種炫類混合 物，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、易燃、易爆，生產(chǎn)裝置處于露天，低壓、低溫。

4、主導(dǎo)風(fēng)向由西向東。儀表選型說明所選儀表應(yīng)具有本質(zhì)安全防爆性能等特點(diǎn)， 電動(dòng)m型儀表在安全 性、可靠性等方面已能滿足要求。電動(dòng)儀表信號(hào)傳送快且距離遠(yuǎn)，易 與計(jì)算機(jī)配合使用，除控制閥外，最好全部選用電動(dòng)m型儀表。采用 安全柵，可構(gòu)成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)。來自第一根乙烷描 和更二砒首塔釜來自豪壓蔻巴鋁曾第二章控制原理分析1、提儲(chǔ)段的溫度與蒸汽流量組成串級(jí)控制下圖是精微塔底部示意圖，在再沸器中，用蒸汽加熱塔釜液產(chǎn)生 蒸汽，然后在塔釜中與下降物料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。 為了保證生產(chǎn)過程順 利進(jìn)行，需要把提儲(chǔ)段溫度0。保持恒定。為此在蒸汽管路上裝上一 個(gè)調(diào)節(jié)閥，用它來控制加熱蒸汽流量。從調(diào)節(jié)閥的做到溫度0發(fā)生變 化，

5、需要相繼通過很多熱容積。實(shí)踐證明，加熱蒸汽壓力的波動(dòng)對(duì)0的影響很大。止匕外，還有來自液相加料方面的各種干擾，包括它的流 量、溫度和組分等，它們通過提儲(chǔ)段的傳質(zhì)過程，以及再沸器中傳熱 條件（塔釜溫度、再沸器液面等），最后也影響到溫度0。很明顯當(dāng) 加熱蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，如果采用如圖 2-1所示的簡(jiǎn)單單回路溫度 控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)一般不能滿足生產(chǎn)要求。由于存在這些擾動(dòng)故考 慮串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在 結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán)。串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相 同，就其主回路（外環(huán)）來看是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路（內(nèi)

6、環(huán)） 則為一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副 回路起著對(duì)爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)爐出口溫 度的“細(xì)調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一 個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著 的提高。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回 路，使系統(tǒng)有如下幾點(diǎn)的改善：改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。對(duì)二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力。提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能 力。綜上所述，根據(jù)系統(tǒng)工藝要求，決定在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用閉環(huán) 串級(jí)控

7、制方式。采用如圖所示的提儲(chǔ)段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。 副調(diào)節(jié)器qc2艮據(jù) 加熱蒸汽流量信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥，這樣就可以在加熱蒸汽壓力波動(dòng) 的情況下，仍能保持蒸汽流量穩(wěn)定。但副調(diào)節(jié)器qc2勺給定值則受 主調(diào)節(jié)器0c1的控制，后者根據(jù)溫度0改變蒸汽流量給定值qr, 從而保證在發(fā)生進(jìn)料方面的擾動(dòng)的情況下，仍能保持溫度0滿足要求。用這個(gè)方法以非常有效地克服蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)于溫度0的影響，因?yàn)榱髁孔苑€(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)作很快，蒸汽壓力變化所引起的 流量波動(dòng)在2至3s以內(nèi)就消除了，而這樣短暫時(shí)間的蒸汽流量波動(dòng) 對(duì)于溫度0的影響是很微小的。進(jìn)補(bǔ)加熱* 蕤汽塔底部.2、分程控制一般來說，一臺(tái)調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)

8、器 去控制兩個(gè)以上的閥并且是按輸出信號(hào)的不同區(qū)間去操作不同的閥 門，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。圖表示了分程控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。圖中表示一臺(tái)調(diào)節(jié)器去操縱兩只 調(diào)節(jié)閥，實(shí)施（動(dòng)作過程）是借助調(diào)節(jié)閥上的閥門定位器對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn) 換功能。例如圖中的a、b兩閥，要求a閥在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)壓力為 0.020.06mp液化時(shí)，作閥得全行程動(dòng)作，則要求附在a閥上的閥門 定位器，對(duì)輸入信號(hào)0.020.06mpa寸，相應(yīng)輸出為0.020.1mpa, 而b閥上的閥門定位器，應(yīng)調(diào)整成在輸入信號(hào)為 0.060.1 mpa寸，相應(yīng)輸出為0.020.1mpa按照這些條件，當(dāng)調(diào)節(jié)器（包括 電/氣轉(zhuǎn)換器）輸出信號(hào)小于0.06mpa

9、ta閥動(dòng)作，b閥不動(dòng)；當(dāng)輸出信 號(hào)大于0.06mpa寸，而b閥動(dòng)彳a閥已動(dòng)至極限；由此實(shí)現(xiàn)分程控制 過程。調(diào)節(jié)器分程控制可以應(yīng)用于調(diào)節(jié)塔頂壓力中，以塔頂壓力為被控變量， 氣態(tài)丙烯與去尾氣管線組成的分程控制。要保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，塔頂?shù)膲毫愣ㄒ彩且粋€(gè)重要的參數(shù)。影響此壓力的是再沸器的氣態(tài)丙烯流量以及回流罐的壓力。為了擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)，滿足工藝要求，以塔頂壓 力恒定為主要控制目的，當(dāng)操縱變量氣態(tài)丙烯流量的改變不足于控制 塔頂壓力時(shí)，調(diào)節(jié)去尾氣管線上的流量，以達(dá)到控制塔頂壓力。3、單回路均勻控制回路均勻控制是指一種控制方案所起的作用而言，因?yàn)榫头桨傅慕Y(jié)構(gòu)看，有時(shí)像一個(gè)簡(jiǎn)單液

10、位（或壓力）定值控制系統(tǒng)，有時(shí)又像一個(gè)液 位與流量（或壓力與流量）的串級(jí)控制系統(tǒng)。根據(jù)工藝要求，塔的進(jìn)料為單管傳輸，流量較平穩(wěn)，回路擾動(dòng)不 大，控制要求不高。為了保證液位穩(wěn)定在一定的的范圍內(nèi)，從而保證 生產(chǎn)的正常進(jìn)行，可采用均勻控制的方案。從經(jīng)濟(jì)和控制效果的角度 綜合考慮進(jìn)料回路可選用簡(jiǎn)單均勻控制方案。4、液位報(bào)警系統(tǒng)采用onof輸出方式用電極點(diǎn)做液位檢測(cè)，在液體中給予一定的 電視，當(dāng)導(dǎo)線觸到水時(shí)電勢(shì)發(fā)生改變。并且采用單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警控制。如圖，采用繼電器和發(fā)光二極管進(jìn)行液位報(bào)警指示5、溫度檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)要求，我們需要對(duì)進(jìn)料溫度、回流物溫度、塔頂、塔底的溫 度進(jìn)去檢測(cè)。所以我們需要設(shè)計(jì)一多點(diǎn)溫度檢

11、測(cè)系統(tǒng)以達(dá)到多點(diǎn)的溫 度檢測(cè)要求。如圖，由一臺(tái)上位機(jī)，和下位機(jī)多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組 成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測(cè)量的巡回檢測(cè)系統(tǒng)。通過上位機(jī)控制下位機(jī) 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集。溫度值既可以送回主控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 由顯示 器顯示，也可以由下位機(jī)單獨(dú)工作，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各點(diǎn)的溫度值，對(duì) 各點(diǎn)進(jìn)行控制。第三章節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算本課程設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算需編制計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，程序設(shè)計(jì)流程框圖如下圖所示。產(chǎn)*,電設(shè)： xn=a t（當(dāng)盯=，2時(shí)）3 /x h x 弧 23*= fey）c f用公式編c t用公式1箝占* 一月2 一#" cx w-7 i - x 5 7禺 憲（當(dāng)中=3時(shí)1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝

12、置設(shè)計(jì)計(jì)算原始數(shù)據(jù)位號(hào)fe21502用途200-rg2305介質(zhì)名稱壓縮富氣介質(zhì)狀態(tài)氣體最大量12000m3/h正常量2200m3/h最小量1200m3/h操作溫度40 c操作壓力1.5mpa量程比10:11 .輔助計(jì)算計(jì)算流量標(biāo)尺因被測(cè)介質(zhì)為液體，應(yīng)求出質(zhì)量流量。根據(jù)流量標(biāo)尺取標(biāo)準(zhǔn)流量為 6000kg/h,即為1.6666kg/s計(jì)算差壓上限qm =-4' 1 d . 2-p 1再根據(jù)公式"1一 4計(jì)算心全部其中 c=0.6,鳥=1, p =0.5,d= d20 x p , qm 代 17.5000kg/s ,代入得p =135078.47 r因國(guó)產(chǎn)差變的系列值為 1.0,

13、 1.6, 2.5, 4.0, 6.0 x 10np =160000.00 巳求雷諾數(shù)4gmred=d4* 16.455= 3.141592654* 0.100446* 0.001139= 183127.498360求a2reda2= 士2口10.001139* 183127.498360=0.100446* .2* 135078.47* 677=0.1535482 .計(jì)算初值求p1設(shè)：c0 =7=0.6060, %=1a令x1=c0 0 =0.2533795413q5又:1=-1 x12=0.4955983337求曾因被測(cè)介質(zhì)為液體，所以:1求c1c1=0.5959+0.0312 b 12.

14、1 0.1840 b 18+0.0029 b 12.5(106/red) 0.75故 c1 =0.5959+0.0312 x ( 0.4955983337 ) 2.1 0.1840 x (0.4955983337 )8+0.0029 x ( 0.4955983337 )2.5 x(106/183127.498360 ) 0.75=0.60416535821 = a2 - x1c1 1=0.0004648607精確度判斷ei =：所以a2=0.00302746173 .進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第二個(gè)假定值 x2a2x2= c1 1=0.25414896760.25x2 if2j+x2 一=0.4963

15、0472082=1c2=0.5959+0.0312 葭1 0.1840 p8 +0.0029 葭5（106/%）=0.6041854730=-0.0000051122所以= 0.00003329364 .進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第三個(gè)假定值 x3,利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）2一 1 =0.2541405981x20.25p3 = | 工j1+x3 一=0.4962970445 3 = 1=0.6041852546c3 -0,5959 0.0312 -32.1 -0.1840 * 0.0029 32.5 106 /red因此3 = a2 - x3c3 ；3=0.0000000001所以由于e

16、3 =0.0000000005e3 =0.0000000005精確度達(dá)到要求第四章調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算1、調(diào)節(jié)閥的選型在選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)被控工藝介質(zhì)的特 點(diǎn)、工藝生產(chǎn)條件和控制要求等，結(jié)合調(diào)節(jié)閥本身的流量特性和結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)來選擇。如用于大口徑、大流量、低壓差或濃濁漿狀及懸浮顆粒 物的介質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，可選用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)蝶閥；當(dāng)要求直角連接，介質(zhì) 為高粘度、含懸浮物和顆粒狀介質(zhì)的調(diào)節(jié)時(shí)，可選用流路簡(jiǎn)單、阻力 小、易于沖洗的氣動(dòng)薄膜角型調(diào)節(jié)閥；當(dāng)調(diào)節(jié)脫鹽水介質(zhì)時(shí)，由于脫 鹽水介質(zhì)中含有低濃度的酸或堿，它們對(duì)襯橡膠的蝶閥、隔膜閥有較 大的腐蝕性，因此可選用水處理專用球閥，以延長(zhǎng)使用壽命；當(dāng)要

17、求 閥在小開度時(shí)工作，就不應(yīng)選用雙座閥，因雙座閥有兩個(gè)閥芯，其下 閥芯處于流閉狀態(tài)，穩(wěn)定性差，易引起閥的振蕩。止匕外，選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥的閥芯型式。閥芯是調(diào)節(jié) 閥最關(guān)鍵的零件，有直行程閥芯和角行程閥芯兩大類。 直行程調(diào)節(jié)閥 閥芯是垂直節(jié)流的，而介質(zhì)是水平流進(jìn)流出的，閥腔內(nèi)流道必然轉(zhuǎn)彎 倒拐，使閥的流路形狀如倒“ s”型，因而存在許多死區(qū)，為介質(zhì)的 沉淀提供了空間，易造成堵塞。角行程調(diào)節(jié)閥的閥芯是水平節(jié)流的， 與介質(zhì)的進(jìn)出方向一致，因此易把不干凈介質(zhì)帶走，而且流路簡(jiǎn)單， 介質(zhì)沉淀空間少，故其防堵性能好。再次，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥上閥蓋的形式和所用的填料。當(dāng)介質(zhì)溫度為-20200c時(shí)，應(yīng)選用普

18、通型閥蓋；當(dāng)溫度高于200c時(shí)，應(yīng)選用散熱型閥蓋；當(dāng)溫度低于-20c時(shí)，應(yīng)選用長(zhǎng)頸型閥蓋；在有劇毒、 易揮發(fā)、易滲透等重要介質(zhì)的場(chǎng)合，應(yīng)選用波紋管密封型閥蓋。上閥 蓋填料室中的填料有聚四氟乙烯或石墨填料，前者摩擦系數(shù)小，可減少回差，且密封性好；后者使用壽命長(zhǎng)，但密封性差。2、調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算從調(diào)節(jié)閥的kv計(jì)算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：計(jì)算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀 況，決定計(jì)算流量的qma琳口 qmin.閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn) 選定s（阻力系數(shù)），再確定計(jì)算壓差。計(jì)算kv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計(jì)算公式和圖表，求得 kvma琳口 kvmin.選用kv。根據(jù)