ba加熱爐控制系統(tǒng)wqv

1、目目 錄錄第 1 章 繪制控制工藝流程圖.11.1 工藝生產(chǎn)過程簡介 .11.2 加熱爐的基本控制 .11.3 加熱爐的單回路控制方案 .4第 2 章 節(jié)流裝置的計算方法和計算機輔助設(shè)計計算.62.1 GB/T2624-93 概述.62.2 計算實例 .6第 3 章 調(diào)節(jié)閥口徑計算.113.1 調(diào)節(jié)閥的選型 .113.2 調(diào)節(jié)閥口徑計算 .113.3 計算實例 .12第 4 章 結(jié)論與體會.14參考文獻.15附錄.16第 1 章 繪制控制工藝流程圖1.1 工藝生產(chǎn)過程簡介在煉油化工生產(chǎn)中常見的加熱爐是管式加熱爐。其形式可分為箱式、立式和圓筒爐三大類。對于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時進行汽化，

2、其溫度的高低會直接影響后一工序的操作工況和產(chǎn)品質(zhì)量。當爐子溫度過高時，會使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦而燒壞爐管。加熱爐的平穩(wěn)操作可以延長爐管使用壽命。因此，加熱爐出口溫度必須嚴加控制。加熱爐是傳統(tǒng)設(shè)備的一種，同樣具有熱量傳遞過程。熱量通過金屬管壁傳給工藝介質(zhì)，因此它們同樣符合導(dǎo)熱與對流傳熱的基本規(guī)律。但加熱爐屬于火力加熱設(shè)備，首先由燃料的燃燒產(chǎn)生熾熱的火焰和高溫的氣流，主要通過輻射傳熱將熱量傳給管壁，然后由管壁傳給工藝介質(zhì)，工藝介質(zhì)在輻射室獲得的熱量約占總熱負荷的 70%80%，而在對流段獲得的熱量約占熱負荷的 20%30%。因此加熱爐的傳熱過程比較復(fù)雜，想從理論上獲取對象特性是很困難的

3、。加熱爐的對象特征一般基于定性分析和實驗測試獲得。從定性角度出發(fā)，可以看出其傳熱過程為：爐膛熾熱火焰輻射給爐管，經(jīng)熱傳導(dǎo)、對流傳熱給工藝介質(zhì)。所以與一般傳熱對象一樣，具有較大的時間常數(shù)和純滯后時間。特別是爐膛，它具有較大的熱容量，故滯后更為顯著，因此加熱爐屬于一種多容量的被控對象。根據(jù)若干實驗測試，并做了一些簡化，可以用一介環(huán)節(jié)加純滯后來近似，其時間常熟和純滯后時間與爐膛容量大小及工藝介質(zhì)停留時間有關(guān)。爐膛容量大，停留時間長，則時間常數(shù)和純滯后時間大，反之亦然。 1.2 加熱爐的基本控制加熱爐進料一般分為幾個支路。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，而用爐出口總管溫度來調(diào)

4、節(jié)爐用燃料量。這樣的調(diào)節(jié)方法根本沒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)驗根據(jù)分支溫差來調(diào)節(jié)分支流量差。這種人為操作顯然無法實現(xiàn)穩(wěn)定的均衡控制，往往是各支管流量較均衡，而分支溫度有相當大的差異，某一爐管因局部過熱而結(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。近年來出現(xiàn)的差動式平衡控制、解藕控制以及多變量預(yù)測控制等方法能夠收取一定的效果。其中差動式方法不僅效果不錯，而且實現(xiàn)簡單，操作簡便，對于長期運行有一定的優(yōu)勢。另外，針對系統(tǒng)的非線性、強耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能實現(xiàn)較好的控制。加熱爐出口總管溫度是加熱爐環(huán)節(jié)最為重要的參數(shù)，出口溫度的穩(wěn)定對于

5、后續(xù)工藝的生產(chǎn)穩(wěn)定、操作平穩(wěn)甚至提高收率至關(guān)重要。最簡單的控制方法就是采用單回路的反饋控制。單回路反饋控制簡單實用，有它的使用價值。但該方法沒有考慮燃料量變化的影響，所以出口溫度不容易穩(wěn)定，在一定程度上也會造成燃料的浪費。在簡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)成加熱爐的串級控制系統(tǒng)。這種控制方案也比較簡單，效果比簡單控制的效果要好一些，但因為沒有考慮原油進料量的波動，所以出口溫度仍不容易穩(wěn)定，另外沒有考慮空氣量與燃料量之間的配比控制，燃燒也不能達到較為理想的狀態(tài)，這也是出口總管溫度不容易穩(wěn)定的一個原因。串級控制系統(tǒng)也可以引入爐膛溫度的控制回路來構(gòu)成：出口溫度控制器的輸出作為爐

6、膛溫度的設(shè)定值，爐膛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。這種串級控制利用爐膛溫度的重要信息，有利于克服某些裝置燃料壓力的波動，但反過來對爐膛溫度測量的準確性要求較高。在串級控制的基礎(chǔ)上，再引入原油進料前饋，可以構(gòu)成靜態(tài)前饋控制或動態(tài)前饋控制。采用原油進料前饋控制后，在原油進料流量有變化時，控制系統(tǒng)能很快使燃料流量發(fā)生相應(yīng)的變化，從而得到補償，使進料流量波動對出口溫度的影響較小。國內(nèi)大多數(shù)的煉油廠目前均采用以上幾種方法進行出口總管溫度控制，其中簡單的串級控制應(yīng)用較多，控制多采用經(jīng)典的 PID 控制器。實際上，由于系統(tǒng)的大時延、非線性以及時變特性，PID 控制很難取得理

7、想的控制效果，采用先進控制如目前在工業(yè)過程中應(yīng)用最廣泛的預(yù)測控制成為改善控制品質(zhì)的必要手段。加熱爐燃燒控制的任務(wù)是提高加熱爐的熱效率，以達到節(jié)能增效的目的。由于加熱爐是蒸餾裝置中耗能最大的環(huán)節(jié)，能耗占整個裝置的 70%以上，因此加熱爐熱效率的提高對于整個蒸餾裝置的節(jié)能具有決定性的意義。常規(guī)的控制系統(tǒng)中，加熱爐出口溫度、爐膛負壓、煙氣氧含量等變量是獨立的、互不關(guān)聯(lián)的，而實際上各變量之間相互影響。一般可以采用前饋加反饋的控制方法。一般情況下，采用燃燒優(yōu)化控制后能顯著的提高加熱爐的熱效率。控制任務(wù)概述：1.保持加熱爐的出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi) 2. 控制爐膛壓力在規(guī)定的范圍內(nèi) 3. 控制煙氣含氧量在設(shè)

8、定值附近波動其中：保持出口溫度是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格；后兩個控制任務(wù)是為了保證加熱爐的安全、平穩(wěn)、高效運行，當加熱爐運行平穩(wěn)后，也有利于產(chǎn)品質(zhì)量的保證。加熱爐爐膛壓力是實現(xiàn)加熱爐自動控制的一個重要的參數(shù)。爐膛壓力過高時，爐膛向外噴火，不僅使大量有效熱量散失，增加爐子的燃料消耗，而且也易燒壞爐子的鋼結(jié)構(gòu)，降低爐子的使用壽命，同時還會導(dǎo)致勞動環(huán)境的惡化，危及操作人員的安全；爐壓過低時，會吸入大量的冷風(fēng)，漏風(fēng)熱損失和排煙熱損失加大，引風(fēng)機電耗增加。因此，必須將爐壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，在加熱爐最佳燃燒控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，爐膛壓力控制是可以通過控制引風(fēng)機變頻器開度來實現(xiàn)，爐壓的檢測采用微差壓變送器。煙氣

9、含氧量的大小能反映出加熱爐的燃燒情況，含氧量不足時，燃料燃燒不充分，造成大量的化學(xué)能損失，并且煙氣中含有大量的 CO，對環(huán)境造成了危害；含氧量過大時，過剩空氣過多，煙氣要帶走大量的熱量，造成排煙熱損失，并且空氣中的 N2在高溫下與 O2 發(fā)生化學(xué)反映生成 NOX，也對環(huán)境造成污染。因此控制煙氣含氧量不僅可以提高加熱爐的熱效率，更有環(huán)保作用。爐膛壓力控制方案：爐膛壓力主要與進風(fēng)量和引風(fēng)量直接相關(guān)，同時也受到加熱爐燃燒狀況以及燃料油、燃料氣比例的影響，不同的燃料下，燃燒后的產(chǎn)物會不同，對爐膛壓力的影響也就不一樣，但這些影響因素處于次要地位可以不加考慮，采用單變量控制加上送風(fēng)量前饋調(diào)引風(fēng)來進行控制，

10、控制圖如圖 1-1。為了避免引風(fēng)機變頻器動作過大，需要對控制量進行如下限制：(1)引風(fēng)機負荷不可擴大，限制引風(fēng)機變頻器的開度(2)由于變頻器有保護電路，如果一次動作過大，會導(dǎo)致斷電保護，因此限制變頻器開度的每次變化量。圖 1-1 爐膛壓力控制系統(tǒng)框圖煙氣含氧量控制方案：煙氣含氧量是標志燃燒狀況的重要參數(shù)。爐膛溫度、燃料量，甚至燃燒油與燃料氣的比例對煙氣含氧量有直接的影響，控制圖如圖 1-2 所示，該控制方案根據(jù)燃料量的變化對進風(fēng)量做補償，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)因負荷突然變化而引起的燃料變化，不會出現(xiàn)燃料因負荷突變而變化燃燒狀況卻因進風(fēng)量反應(yīng)過慢而惡化的現(xiàn)象。與引風(fēng)機變頻器類似，對于鼓風(fēng)機的變頻器的動

11、作也有如下限制：(1)鼓風(fēng)機的負荷不可過大，限制鼓風(fēng)機變頻器的開度。(2)限制變頻器開度的每次變化量。圖 1-2 煙氣含氧量控制系統(tǒng)框圖1.3 加熱爐的單回路控制方案加熱爐的最主要控制指標往往是工藝介質(zhì)的出口溫度。對于不少加熱爐來說，溫度控制指標要求相當嚴格，例如允許波動范圍為（12）。影響路出口溫度的擾動因素有：工藝介質(zhì)進料的流量、溫度、組分，燃料方面有燃料油的壓力、成分、燃料油的霧化情況，空氣過量情況，噴嘴的阻力，煙囪抽力等。在這些擾動因素中有的是可控的，有的是不可控的。問了保證爐出口穩(wěn)定，對擾動應(yīng)采取必要的措施。圖 1-3 為某一燃油加熱爐控制系統(tǒng)示意圖，其主要的控制系統(tǒng)是以爐出口溫度為

12、控制變量、燃料油流量為操縱變量組成的單回路控制系統(tǒng)。其他輔助控制系統(tǒng)有：(1)進入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)，如圖 FC 控制系統(tǒng)。(2)燃料油總壓控制，總壓控制一般調(diào)回油量，如入 P1C 控制系統(tǒng)。圖 1-3 加熱爐控制系統(tǒng)示意圖采用霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)后，在燃料壓力變化不大的情況下是可以滿足霧化要求的，目前煉廠中大多數(shù)采用這種方案。假如燃料油壓力變化較大時，單采用霧化蒸汽壓力控制就不能保證燃料油得到良好的霧化，可以根據(jù)燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來調(diào)節(jié)霧化蒸汽，還可以采用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。但只能保持近似的流量比，還應(yīng)注意經(jīng)常保持噴嘴、管道、節(jié)流件等通道的暢通，以免

13、噴嘴堵塞及管道局部阻力發(fā)生變化，引起控制系統(tǒng)的誤動作。此外，也可以采用二者流量的比值控制，則能克服上述缺點，但所用儀表多且重油流量測量困難。采用單回路控制系統(tǒng)往往很難滿足工藝滿足，因為加熱爐需要將工藝介質(zhì)從幾十度升溫到數(shù)百度，其熱負荷很大。當燃料油的壓力或熱值有波動時，就會引起爐出口溫度的顯著變化。采用單回路控制時，當加熱量改變后，由于傳遞滯后和測量滯后較大，控制作用不及時，而使爐口溫度波動較大，滿足不了工藝生產(chǎn)要求。因此單回路控制系統(tǒng)僅適用于對爐出口溫度要求不十分嚴格；其外來擾動緩慢而較小，且不頻繁；爐膛容量較小，即滯后不大。第 2 章 節(jié)流裝置的計算方法和計算機輔助設(shè)計計算2.1 GB/T

14、2624-93 概述GB/T2624-93 全稱為流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體測量 。1993 年 2 月 3 日由國家技術(shù)監(jiān)督局批準 GB/T2624-93 代替 GB2624-81，1993年 8 月 1 日實施。該標準第一次等效采用 ISO5167（1991）與國際接軌，標志著我國現(xiàn)行的標準節(jié)流裝置，在推廣采用國際標準上的研究成果、提高測量精度方面，以取得了突破性的進展。GB/T2624-93 主要特點有：1.以流出系數(shù) C 代替流量系數(shù) ；C 值的計算中的 降階計算由原流量系數(shù) 計算中的最高階 20 降至流出系數(shù) C 計算中的最高階 8 次冪。2.提出 5

15、種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計中各方面的需要。3.提出迭代計算方法，給出計算機計算程序框圖。4.差壓上限不再計算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計者有更多的經(jīng)驗。5.管道粗糙度不再參加計算，而是在計算結(jié)果出來后驗證。2.2 計算實例表 2-1 標準節(jié)流裝置設(shè)計計算序號項 目符號單 位數(shù) 值1234567已知條件：被測介質(zhì)名稱被測介質(zhì)溫度被測介質(zhì)壓力管內(nèi)徑（20下實測值）節(jié)流件形式取壓方式管道材料熱膨脹系數(shù)tPD20DPammm/mm高壓瓦斯6035000000.0800孔板角接0.000011161. 輔助計算（1）計算流量標尺：qm=qv1=3001.4/3600=0.116666666Kg/s ，取

16、標準流量為 0.125 Kg/s（2）計算差壓上限：再根據(jù)公式計算1214241PdCqmP其中C=0.6,=1,=0.5,d=，代 0.125 Kg/s，全部代入得 P=135078.47Pa 120Dmq因國產(chǎn)差變的系列值為 1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取 P =160000Pa（3）求工況下管道直徑：D=D20 1+D（t-20）=0.08001+0.00001338(60-20)=0.080042816 m（4）求雷諾數(shù)：ReD=Dgm4 =0800. 0360000016. 0141592654. 34 . 13004 =11605.04793（5）求A2A2=

17、1D2RePD =4 . 1160002080042816. 004793.1160500016. 0 =0.1096573952. 計算初值（1）求1設(shè)： C0=C=0.6060，=10并令 =0.1809527981X002CA又 =0.421972831125. 021211 XX（2）求1因被測介質(zhì)為液體，所以11（3）求1C=0.5959+0.031212.10.184018+0.002912.5（106/ReD）0.751C故=0.5959+0.0312（0.421972831）2.10.1840（0.421972831）1C8+0.0029（0.421972831）2.5（106

18、/11605.04793）0.75=0.610298229，= 11112CXA =0.000625927（4）精確度判斷=0.005708028211AE3. 進行迭代計算，設(shè)定第二個假定值 X2X2=0.296498972112CA=0.533166913225. 022221 XX=12=0.5959+0.03120.1840 +0.00292C1 . 22825 . 2275. 06/10eDR =0.6041854730因此 = =-0.000004112222222CXA 所以 0000232938. 02E4. 進行迭代計算，設(shè)定第三個假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3 起用

19、）3X=0.25414059811212223XXXX=0.496297044525. 0232331XX=13 =0.604185254675. 065 . 23831 . 233/100029. 01840. 00312. 05959. 0eDRC因此 =0.000000000133323CXA 所以 0000000005. 03E由于 =0.0000000005 3E精確度達到要求。5. 此題用計算機編程求解時：工作溫度下的管道直徑D=0.080042816雷諾數(shù) ReD=11605.04793不變量 A2=0.109657395matlab 程序如下：clear all;close a

20、ll;red=11605.4793;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1;a1=0.109657395;c1=0.6060;for k=1:1:5000 if error1=0.0000005 x1=a1/(c1*e1); b1=(x12/(1+x12)0.25; e1=1-(0.41+0.35*(14)*p1/(k*p2); c1=0.5959+0.0312*(b12.1)-0.184*(b18)+0.0029*(b12.5)*(1000000/red)0.75); error1=a1-x1*c1*e1;endendd=80*b1;運行結(jié)果d = 3

21、3.7578b1=0.4220把精確度判斷定為 510-10，程序參照附錄 2， 計算結(jié)果列于下表 2-2。表 2-2 計算結(jié)果n123X0.25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.00302746170.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 計算結(jié)果因此得：=0.42203 C = =0.60418525463C求20d=20d20

22、)(t1dd =33.73974249最后得： =33.740（mm）20d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)閥的閥體種類很多，常用的閥體種類有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時，可做如下考慮: （1）閥芯形狀結(jié)構(gòu)：主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。 （2）耐磨損性：當流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內(nèi)部材料要堅硬。 （3）耐腐蝕性：由于介質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。 （4）介質(zhì)的溫度、壓力：當介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門。（5）防止閃蒸和空

23、化：閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實際生產(chǎn)過程中，閃蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，選擇閥門時應(yīng)防止閥門產(chǎn)生閃蒸和空化。對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。對于單作用的氣動執(zhí)行機構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。對執(zhí)行機構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機構(gòu)。從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機構(gòu)。若調(diào)節(jié)精度高，可選擇液動執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構(gòu)時才有，其作用方式通過執(zhí)行機構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形

24、成。組合形式有 4 種即正正(氣關(guān)型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關(guān)型)，通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮:工藝生產(chǎn)安全；介質(zhì)的特性；保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失最小。3.2 調(diào)節(jié)閥口徑計算從調(diào)節(jié)閥的 Kv 計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：（1）計算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流量的 Qmax和 Qmin。（2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點選定 S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。（3）計算 Kv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得 Kvmax 和 Kvmin

25、。（4）選用 Kv。根據(jù) Kvmax,在所選擇的產(chǎn)品標準系列中選取Kvmax 且與其最接近的一級C。（5）調(diào)節(jié)閥開度驗算。一般要求最大計算流量時的開度90%，最小計算流量時的開度10%。（6）調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比10。（7）閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù) C 確定。3.3 計算實例表 3-1 調(diào)節(jié)閥口徑計算任務(wù)書序號項 目符 號單 位數(shù) 值123456789已知條件：調(diào)節(jié)閥類型被測介質(zhì)名稱被測介質(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)下運動粘度tQmaxP1P2D11m3/hmPamPammkg/m3Pas單座閥燃料油1301.0871.41.33509200.00506計算過程:(1)計算vK246. 133. 14 . 1920087. 192001. 001. 021maxPPWKv(2)選定口徑值圓整、放大，查產(chǎn)品目錄，取=1.6（）,選單座閥（JP）vKvK20ND其放大系數(shù)為： 查表 2，知滿足 m=1.28 時，閥最大開度90%，所28. 1246.