35噸過熱蒸汽鍋爐給水調(diào)節(jié)閥選型蒸汽流量測量孔板計算過程控制系統(tǒng)課程設計

1、過程控制系統(tǒng)課程設計題目：35噸過熱蒸汽鍋爐給水調(diào)節(jié)閥選型，蒸汽流量測量 孔板計算（DCS方案）學 院：專 業(yè)：班 級：小 組： 小組成員： 指導教師： 目錄初步設計說明335噸鍋爐主要性能參數(shù)31、過熱蒸汽給水系統(tǒng)自動控制方案選定511 汽包水位動態(tài)特性512 各種給水自動控制系統(tǒng)方案論證6121單沖量水位自動控制系統(tǒng)6122雙沖量水位自動控制系統(tǒng)7123三沖量水位自動控制系統(tǒng)72設備選擇821V10F-S標準化蒸汽流量計822鍋爐汽包液位計1023調(diào)節(jié)閥選型1224能源要求：133.系統(tǒng)原理方框圖134自控圖紙目錄155施工圖說明書166自控設備匯總表177電纜、電線外部連接系統(tǒng)圖178供

2、電系統(tǒng)圖189儀表盤正面布置圖1910儀表盤背面電氣接線圖2011鍋爐設備主要工藝流程圖2012鍋爐主要控制系統(tǒng)簡介圖2213水位控制系統(tǒng)管道儀表接線圖23設計總結23參考文獻24摘要計算機鍋爐控制是近幾年來開發(fā)的一項新技術，在工作領域上有重大的應用。它是由計算機、計算機軟件、硬件、自動控制理論和鍋爐節(jié)能等幾項技術緊密結合的產(chǎn)物，鍋爐控制裝置，其主要目的是為了保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行，加強自動控制，從而采用計算機控制，對鍋爐能夠進行自動檢測、自動顯示、自動控制和自動報警等多項功能。但由于我國鍋爐生產(chǎn)操作水平落后，從而造成很多大量的熱量流失，能源（尤其是煤）的浪費。實踐經(jīng)驗告訴我們，工業(yè)

3、上實現(xiàn)鍋爐自動控制，是鍋爐能夠安全生產(chǎn)，提高效率，節(jié)約能源的有效方法之一，也是目前最為廣泛應用的技術，同時為鍋爐高效生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。本課程設計采用DCS系統(tǒng)對35噸過熱蒸汽鍋爐進行硬件配置及其功能的軟件實現(xiàn)。本設計以鍋爐水位為主控對象，蒸汽流量為前饋信號，給水量為擯器的反饋信號。通過DCS系統(tǒng)對鍋爐內(nèi)的水位、壓力、溫度進行檢測、顯示和控制，使其都維持在正常允許的范圍之內(nèi)。一、整體設計由于一個大型的鍋爐控制系統(tǒng)中，可測點不只數(shù)十個而是好幾百個，有的為了保證生產(chǎn)安全甚至有上千個，因此要設計出一個安全可靠同時要滿足工業(yè)生產(chǎn)要求的一套生產(chǎn)系統(tǒng)是非常困難的，但若是采用DCS控制系統(tǒng)，對其參數(shù)進行分時控制

4、，則不僅可以做到安全可靠，還可以做到高效運行。因此采用DCS對各個參數(shù)進行分別控制，對溫度、壓力、流量以及鍋爐內(nèi)的液位進行測量顯示。 1、35噸過熱蒸汽鍋爐如下： 35噸鍋爐主要性能參數(shù)鍋爐型號 SZL SZL SZL LG-額定蒸發(fā)量 t/h 35 35 35 35額定工作壓力 Mpa 1.6 2.5 2.5 3.82額定蒸汽溫度 204 226 400 450額定給水溫度 105 105 105 105燃燒方式鱗片爐排層燃鱗片爐排層燃鱗片爐排層燃鱗片爐排層燃適應煤種AII 、 AIIIAII 、 AIIIAII 、 AIIIAII 、 AIII爐排面積 m2 37.5 37.537.539

5、.5本體受熱面積m2 932 93210211085過熱器受熱面積m2 / /170285鍋爐尾部受熱面積 m2 421 545 650.6 685滿負荷運行耗煤量（ Kg/h ） 4794483058446704排煙溫度<170<170<170<170熱效率 % 8281.881.5832、設計分析說明鍋爐在運行期間，由于爐內(nèi)有一部分是汽泡，當這些汽泡形成后，就脫離受熱，進入鍋爐的蒸汽空間，對于35噸受熱鍋爐，總蒸汽量可達到全部水容積的1520。蒸汽總量與鍋爐的蒸發(fā)量和汽壓有關，蒸發(fā)量越大、汽壓越小，蒸汽總容積就越大，因此鍋爐在穩(wěn)定工況時，水位與蒸汽容積有關。鍋爐在過

6、渡工況時，水位不僅受蒸發(fā)量和給水量的影響，而且還受水面下蒸汽容積變化的影響。尤其是在負荷突然變化時，水位的變動主要取決于蒸汽容積的變化。這是因為鍋爐在運行時，爐水溫度接近于鍋爐壓力下的飽和蒸汽溫度。假如蒸汽流量突然增大，而爐膛中的燃燒情況還未來得及隨之變化，鍋爐汽壓就要降低，蒸汽的飽和溫度也隨之下降，這樣會使蒸汽比容增大，造成蒸汽總容積增大；另外一方面，由于爐水變成過熱水，將產(chǎn)生更多汽泡也使水面下蒸汽容積增大。由于這種自蒸發(fā)現(xiàn)象，盡管在蒸汽流量大于給水量的情況下，水位卻虛假地上升。反之，當鍋爐負荷突然減小時，盡管給水量大于蒸汽流量，水位會虛假地下降。3、控制方式 35噸過熱蒸汽鍋爐主要用來產(chǎn)生

7、蒸汽，為了維持鍋爐汽包內(nèi)部液位、壓力、溫度和流量的穩(wěn)定，本設計采用串級控制系統(tǒng)。供水側的擾動，反饋控制系統(tǒng)就能達到較好的效果。在工業(yè)生產(chǎn)中，主要是負荷帶來的擾動，當負荷發(fā)生變化時，鍋爐液位就會偏離設定值，通過測量變送器的信號傳送到液位控制器，然后經(jīng)過一系列的運算去控制執(zhí)行器動作，從而維持設定值不變。但此系統(tǒng)對負荷變化頻繁的場合不太適用。4、流程圖 （1）管道流程圖 （2）蒸汽流量測量計算回路二、原理方框圖1、串級控制系統(tǒng)方框圖D(S)Gff(s)Gd(s)R(S)GP2(S)GP1(S)GC2(S)Y(S)GC1(S) H1(S)H2(S) 水位控制原理方框圖R(S)液位給定值 GC1(S)

8、液位控制器傳遞函數(shù) GC1(S)流量控制器傳遞函數(shù)Gp1(S)流量控制通道傳遞函數(shù) Y(S)液位測量值 Gd(s)干擾通道傳遞函數(shù)Gff(s)前饋控制器的傳遞函數(shù) H2(S)液位測量變送器的傳遞函數(shù) D(S)擾動量Gp2(S)流量控制通道傳遞函數(shù) H1(S)流量測量變送器的傳遞函數(shù) 2、壓力控制方框圖Y(S)R(S)Go(S)Gv(S)GC(S)Gm(S) 蒸汽流量控制原理方框圖R(S) 蒸汽流量給定值 GC(S) 壓力控制器傳遞函數(shù) Gv(S)Y(S) 蒸汽測量值 Go(S)蒸汽流量傳遞函數(shù) Gm(S)壓力測量變送器三、儀表設備選型表設備名稱設備型號設備類型數(shù)量蒸汽流量變送器CW-LG一體化

9、孔板流量計自動化設備1臺液位控制器AI518/708T經(jīng)濟型智能控制器儀表1臺液位變送器ATE500P高溫投入式液位變送器自動化設備1臺蒸汽壓力變送器蒸汽壓力控制器SYB-511智能型壓力變送控制器儀表1臺給水流量控制器給水流量變送控制器FD1型智能電磁流量計自動化設備1臺管道儀表流程圖:該流程圖包括了蒸汽流量前饋，給水流量-液位串級控制系統(tǒng)?？刂票P盤前布置圖：儀表、自動化設備接線圖:儀表數(shù)據(jù):AI518/708T經(jīng)濟型智能控制器：1 利用先進技術使產(chǎn)片成本，市場價格大幅度降低經(jīng)濟實惠。2 具備單位顯示，二位/三位/四位/調(diào)節(jié)、報警及通訊功能。3 具備單顯示的AI人工智能調(diào)節(jié)及自整定、自學習功

10、能，除無移相觸發(fā)功能及部分輸入規(guī)格以外，適合溫度、壓力、流量、液位、溫度、等的控制，可編程多種熱電偶、熱電阻、mV及標準信號的輸入，還可擴充輸入信號。4 模塊化輸出支持SSR電壓，線形電流（電壓），繼電器觸點開關、可控硅無觸點開關及可控硅過零觸發(fā)輸出。5 有上限、下限、正偏差、及負偏差等多種報警模式及上電免除報警等功能。6 可定義參數(shù)查看及修改的權限。 電源電壓：100-240VAC/50Hz或24VDC/AC+10%,-15% 工耗： <=5W 環(huán)境溫度：0-55 環(huán)境濕度：<90%RH 測量精度：0.2級（±0.2%FS+1個字）0.3級 連續(xù)電流輸出：0-10mA時

11、，最大負載電阻1k歐；4-20mA時，最大負載電阻500歐 波特率：1200-19200bps，AIBUS協(xié)議 傳輸距離：使用RS485時 1200M 數(shù)據(jù)格式：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1或2個停止位 校驗方式：16位求和校驗 地址范圍：0-100 輸出類型：0-10mA或4-20mA 最大輸出電壓>=10.5V（使用X模塊） >=7V（使用X4模塊） 變送精度：0.5%FS 電壓輸出時：輸出規(guī)格：5V 10V 12V 14V 可選 最大電流50mASYB-511智能型壓力變送控制器：       SYB-511智能型壓力

12、變送控制器為新一代智能化測壓儀表，儀表采用高精度壓敏元件、最新的單片機及軟件特殊處理技術，超量程報警、量程遷移、零點及量程面板式軟件調(diào)整。零點自動跟蹤和穩(wěn)定性處理、儀表顯示準確、可靠、功能齊全，使用方便。適用于石油、化工、冶金、電站、國防和科研部門，監(jiān)測現(xiàn)場的壓力、實時進行現(xiàn)場控制。自控設備表：ATE500P系列高溫投入式液位變送器：高溫投入式液位變送器的概述ATE-BP500系列高溫投入式靜壓液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，將靜壓轉成電信號。經(jīng)過溫度補償和線性 校正。轉換成420mADC標準電流信號輸出。 ATE-BP500系列高溫投

13、入式靜壓液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定，安裝使用極為方便，且克服只能在低溫環(huán)境下工作狀態(tài)。高溫投入式液位變送器的概述特點1 穩(wěn)定性好，精度高，可在高溫環(huán)境下工作  2 直接投入到被測介質中，安裝使用相當方便  3 固態(tài)結構，無可動部件，高可靠性，使用壽命長，從水、油到粘度較大的糊狀都可以進行高精度測量，不受被測介質起泡、沉積、電氣特性的影響寬范圍的溫度補償。 高溫投入式液位變送器的概述技術參數(shù)1 測量范圍：0.3100m（由用戶自選） 2 精度：0.2、0.5、1.0級3 工作溫度：-202004 輸出信號：二線制420mADC 5

14、電源電壓：標準24VDC（1236VDC） 6 不靈敏區(qū)：±1.0%FS 7 負載能力：06008 相對溫度：85%9 防護等級：IP6810 防爆標志：Exia II CT4-6高溫投入式液位變送器的概述選型表型譜說明ATE500P 投入式靜壓高溫液位變送器類質2 桿式（傳感器裝在底部，直接接觸液體介質）3 防腐式4 導壓桿式（傳感器裝在上部，不直接接觸介質）過程連接形式T 支架安裝N 法蘭安裝DN40   PN1.0Y 特別約定傳感器連接材料1 304桿式2 3163&#

15、160;316L4 丁晴橡膠與聚氯乙烯復合物纜式5 聚四氟乙烯，（聚丙烯法蘭）防爆方式O 不防爆E 本安防爆Exia CT6顯示方式O 不帶現(xiàn)場批示Z 帶電流表指示（0-100%刻度）X 帶液晶數(shù)字顯示CW-LG一體化孔板流量計：                         

16、        概述CW-LG一體化孔板流量計是將標準孔板與多參數(shù)差壓變送器（或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器）配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領域的過程控制和測量。適用范圍1.公稱直徑： 15 mm DN1200mm2.公稱壓力：PN10MPa3.工作溫度：50t5504.量程比：1:10， 1:155.精度：0.5級，1級產(chǎn)品選型 型號說 明CW-LG節(jié)流裝置（孔板流量計）代號按其結構特征的兩大基本分類K孔板P噴嘴等代號公稱壓力(公斤

17、）2.52.51010161625256464100100200200代號口徑(mm)151200151200mm代號按其結構形式細分H標準孔板(環(huán)室)Y標準孔板(法蘭)K標準孔板(鉆孔)IISA 1932噴嘴L長徑噴嘴W文丘利噴嘴G經(jīng)典文丘利管S雙重孔板Q圓缺孔板Z錐形入口孔板R1/4圓孔板P偏心孔板N整體(內(nèi)藏)孔板X楔形孔板T不在上述之列的特殊節(jié)流裝置代號介質1液體2氣體3蒸汽4高溫液體代號補償形式N不帶壓力、溫度補償P帶壓力補償輸出T帶溫度補償輸出Q帶壓力、溫度補償輸出代號變送器差壓量程范圍0微差壓量程1低差壓量程2中差壓量程3高差壓量程代號是否帶現(xiàn)場顯示W(wǎng)節(jié)流裝置傳感器X智能節(jié)流裝置

18、（流量計）代號供電方式0外接+24VDC供電13.6V電池供電FD1型智能電磁流量計：工作原理：     法拉第電磁感應定律，有一定電導率的流體流經(jīng)測量管，將切割磁力線感應出電動勢E。電動勢E正比于磁通量密度B、測量管內(nèi)徑d與平均流速V的乘積。電動勢E（流量信號）由電極檢出并通過電纜送到轉換器。轉換器將流量信號放大處理后，可現(xiàn)實流體流量，并能輸出脈沖，模擬電流信號，用于流量的控制和調(diào)節(jié)。技術參數(shù)：1、流動方向：正、反，凈流量，量程比：150：1，重復性誤差：測量值的±0.1%2、精度等級：0.25級，0.5級，1.0級3、被測介質溫度：普通橡膠襯里：-2

19、0+60；高溫橡膠襯里：-20+90；聚四氟乙烯襯里：-30+100；高溫型四氟襯里：-30+1804、流量測量范圍：流量測量范圍對應流速范圍是0.315m/s范圍：0.5 10m/s介質溫度：200壓力：1.6MPa（特殊要求，用戶提供）特征： 大口徑管道水流量，檢測帶壓開孔，帶壓安裝，自動歸零技術，最優(yōu)化設計，抗干擾。輸出： 4 20mA、 0 1 KHz累計量當量脈沖。電源：220VAC、50HZ或24VDC材質： 316L 哈氏合金、鉭、鈦應用： 水、污水、原水截流元件計算書：蒸汽流量測量孔板計算在此設計中: 被測流體:蒸汽 Qvmax=4752 Qvmin=1200 K=0.1 P=

20、9000pa t=450 p atm=100900pa 0=1.293kg/m3 D=0.478m工作絕對溫度:T1=T0+t=273.15+450=723.15K工作絕對壓力:p1=patm+p=100900+9000=109900Pa工作狀態(tài)下的蒸汽密度:管道相對粗糙度:工作狀態(tài)體積流量: 求雷諾系數(shù):計算不變數(shù):求:C=0.5959+0.03122.1-0.18408+0.00292.5(106/Remax)0.75 =1-(0.41+0.354)(p/kp1)計算孔徑d=d=262.0874mm閥門選型計算書及閥門選型：1 調(diào)節(jié)閥結構形式的選擇:由于根據(jù)鍋爐給水系統(tǒng)的介質是水,并且要求

21、的泄漏量不十分嚴個,閥前后壓差較大,所以可選擇直通單座閥。2 調(diào)節(jié)閥氣開、氣關形式的選擇：從工藝生產(chǎn)的安全角度考慮，給水調(diào)節(jié)閥應選擇氣關或者電關形式。3 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇：若鍋爐給水系統(tǒng)負荷變化不是很大，選擇直線特性的調(diào)節(jié)閥即可，若負荷變化較大，可以選擇等百分比特性的調(diào)節(jié)閥。4 調(diào)節(jié)閥口徑的確定：選擇調(diào)節(jié)閥口徑是調(diào)節(jié)閥選擇中的一個關鍵步驟,它對生產(chǎn)的正常進行,控制質量以及生產(chǎn)的經(jīng)濟效果起著至關重要的作用.在此設計中,設鍋爐給水系統(tǒng)的最大流量Qmax=100m3/h,最小壓差Pmin=50kPa,最小流量Qmin=20m3/h,S=0.5,被調(diào)介質為水,并且選擇直流特性的雙座調(diào)節(jié)閥,下面計算

22、閥門的口徑.1. 計算流量系數(shù)2. 根據(jù)Cmax=141.3查表選擇C=1603. 驗算開度:最大流量時的開度 最小流量時的開度一、因為Kmax<90%,Kmin>10%,故滿足要求.4. 驗算可調(diào)范圍,根據(jù)C=60,查制造廠產(chǎn)品樣本或查表,可得調(diào)節(jié)閥口徑D=100mm。閥門選型：QSVN系列智能電動雙座調(diào)節(jié)閥： QSVN系列智能電動雙座調(diào)節(jié)閥是QS智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一，它由PSL智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質的國產(chǎn)閥門相組合構成，是一種高性能的調(diào)節(jié)閥，適合于密封要求不嚴的場合，可廣泛應用于電力、冶金、石化、化工、醫(yī)藥、鍋爐、輕工業(yè)等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。 電動執(zhí)行機構接受4-20m

23、A控制信號，改變閥門的開度，同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。一、 主要特點：1 配用PSL智能型直行程電動執(zhí)行器，體積小、規(guī)格全、重量輕、推力大、操作方便，無調(diào)整電位器，可靠性高、噪聲小。2 PSL電動執(zhí)行器采用一體化結構設計，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便。3 有數(shù)字顯示窗口，可看到控制信號值、閥位值。4 PSL智能型電動執(zhí)行機構功能：帶斷控制信號故障判斷、報警及保護功能。即斷信號時可使執(zhí)行機構或開或關或保持或在0-100%之間予置的任意位置，及帶閥門堵轉故障判斷、報警及保護功能。5 閥內(nèi)有上、下兩個閥芯，流體作用在上、下閥芯上的推力，其方向相反二大小接近，故不平衡力很小，允許壓差較大，額定流量系數(shù)比同口徑單座閥小，但該閥泄露較單座閥大。二、主要技術參數(shù)： 1 執(zhí)行機構 形 式：PSL智能型直行程執(zhí)行機構 輸入信號：420mA 輸入阻抗：250歐 輸出信號：420mA 輸出最大負載：<650歐 斷信號閥位置：可任意設置為保持/全開/全關/0-100%間任意值 電源：220V±10%/50Hz推力規(guī)格：1KN 2KN 4KN 8KN 16KN 20KN 25KN閥作用形式：任意設置正反作用防護等級：IP65基本誤差：±1.0%死區(qū)：<=±1.0%環(huán)境溫度：-10+652