初餾塔控制系統(tǒng)課程設計

1、自控工程課程設計目錄第1章 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖11.1工藝生產過程背景11.2 初餾塔主要工藝參數(shù)及干擾21.3 CAD流程圖3第2章 節(jié)流裝置的計算機輔助設計計算42.1 GB/T2624-93概述42.2計算實例4第3章 初餾塔控制系統(tǒng)儀表選型93.1調節(jié)閥的選型和口徑計算 93.2調節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)93.3計算實例10第4章 課程設計心得11參考文獻12附錄13第1章 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖1.1工藝生產過程背景初餾塔 ，利用酚化合物的沸點差異,采用精餾方法加工粗酚,獲得酚產品的工藝。是煤焦油餾分加工過程，塔底油經(jīng)重沸器循環(huán)供熱，

2、脫水粗酚從塔底送入初餾塔，在初餾塔中分餾為甲酚以前的輕餾分和二甲酚以后的重餾分。最基本的石油煉制過程，指用蒸餾的方法將原油分離成不同沸點范圍油品(稱為餾分)的過程。通常包括三個工序：原油預處理：即脫除原油中的水和鹽。常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油(或噴氣燃料)、柴油等的直餾餾分，塔底殘余為常壓渣油(即重油)。減壓蒸餾：使常壓渣油在8kPa左右的絕對壓力下蒸餾出重質餾分油作為潤滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底殘余為減壓渣油。如果原油輕質油含量較多或市場需求燃料油多，原油蒸餾也可以只包括原油預處理和常壓蒸餾兩個工序，俗稱原油拔頭。原油蒸餾所得各餾分有的是一些石油產品的原料；有的是二次加工（

3、見石油煉制過程）的原料。對原油蒸餾，國內大型煉油廠一般采用年處理原油250270萬噸的常減壓裝置，它由電脫鹽、初餾塔、常壓塔、減壓塔、常壓加熱爐、減壓加熱爐、產品精餾和自產蒸汽系統(tǒng)組成。該裝置不僅要生產出質量合格的汽油、航空煤油、燈用煤油、柴油，還要生產出催化裂化原料、氧化瀝青原料和渣油；對于燃料一潤滑油型煉油廠，還需要生產潤滑油基礎油。各煉油廠均使用不同類型原油，當改變原油品種時還要改變生產方案?？刂葡到y(tǒng)的應用軟件一部分是通過連續(xù)控制功能塊來實現(xiàn)，另一部分則用高級語言編程來實現(xiàn)。 常減壓裝置是用來加工原油的第一個裝置，是根據(jù)原油的沸點不同，用蒸餾的方法從原油中分離出各種石油組份，即

4、汽油、煤油、柴油及各種組份的潤滑油料和二次加工原料。常減壓裝置一般包括三個部分，即初餾部分、常壓部分和減壓部分。 常減壓工藝流程可以簡化為：根據(jù)原油中各組份的沸點（揮發(fā)度）不同，將混合物切割成不同沸點的“餾份”。即是利用加熱爐將原油進行加熱，生成汽、液兩相，在常壓塔中，使汽、液兩相充分的熱交換和質量交換，在提供塔頂回流的條件下對原油進行精餾，從塔頂分餾出沸點較低的產品，汽油。從塔底分出沸點較高的產品，重油。塔中間抽出，得到側線產品，即煤油、柴油、蠟油等。常壓蒸餾后剩下的重油組份分子量較大，在高溫下易分解（500°C左右），為了將常壓重油中的各種沸點的潤滑油組份分離出來，采用

5、在減壓塔（真空蒸餾方法）塔頂使用蒸汽噴射泵、間冷器抽真空的方法，使加熱后的常壓重油在負壓條件下進行分餾，從而使高沸點的組份在相應的溫度下依次餾出做為潤滑油料。這是因為石油沸點與壓力的關系是：壓力低，油品的沸點就越低。另外，還采用水蒸汽汽提法來提高拔出率和質量。 初餾塔是一個簡單塔對操作而言并不復雜,但是,如果操作不當很可能拿不出油,或者會出現(xiàn)出黑油的現(xiàn)象,對操作工而言,如果能利用好初餾塔設備,這樣對裝置的節(jié)能,減輕常壓爐的負荷和常壓塔頂?shù)呢摵?提高處理量搞好優(yōu)化操作會有很大的好處。 初餾塔的控制參數(shù)主要有,塔頂壓力,塔頂溫度,塔頂冷回流量,循環(huán)回流量溫度僅供參巧,初側抽出量

6、,初側抽出溫度,塔進料溫度,塔底溫度,塔底液面,汽化段溫度僅供參巧等9個參數(shù),在正常操作中這些參數(shù)都是可變的,如果不理順好這些可變的參數(shù),那么,生產出的這些產品質量則無法保證,尤其是影響收率問題,而且,因其參數(shù)的相互變化影響到其它的正常操作,所以我們說,操作工必須要具備“超前意識,拓展思維”的想象空間,每調節(jié)一個參數(shù),不但要顧及前后還要考慮左右的立體思維,這樣才能搞好操作平穩(wěn)。1.2 初餾塔主要工藝參數(shù)及干擾1.餾塔的進料溫度,受到原油性質的變化,生產方案的變化會有所變化,而且,人為很難控制其溫度,進料溫度越高越好,如果想盡量地提高進料溫度,就要平衡好原油冷進料和原油A,B路進料,常

7、壓爐和減壓爐對流室過來的各一路的原油冷進料的出口溫度應比初餾塔進料溫度高一二度為宜,如果兩路的冷進料溫度低于塔進料溫度,則浪費了原油二次換熱的熱能,為什么這樣說呢？因為冷進料的出口溫度的調節(jié)是靠流量的大小來控制,在處的理量不變情況下,冷進料大了,一,是會降低塔進料的溫度,二,由于冷進料量大會造成原油與二次換熱的量的減少;原油A,B路塔進料的調節(jié)沒有太大的講究,在操作上盡量保證原油A, B路出口溫差的減少,在調節(jié)A,B路的過程中始終要關注原油系統(tǒng)的壓力13,如果13壓力會使原油在系統(tǒng)管線內部份汽化,蓄熱不夠使塔進料溫度降低,同時容易造成初頂瓦斯夾帶液態(tài)烴。 2.初側線的作用,

8、初側線的組份為C6C9,有少量的C3C5含汽油的組份多過煤油的組份,把初側線的油直接打入常一中作回流,對減輕常壓爐的負荷提高裝置的處理量是有著促進的作用的,但是初側線的拿量要有一個度,拿量太多會造成15層以下塔盤的內回流減少,使初側油的顏色變深,還會影響到常一側線的煤油閃點質量,初側線的正常操作溫度為140150,流量為1520m3h,如果常一線的閃點不在質量的下限,需要拿大初側量或者側線溫度超過150,則要到現(xiàn)場放樣檢查初側線的油品顏色。 3.初循回流,初循回流量在正常操作下應保持在250m3h,250m3h對原油一次換熱的熱量回收不利,如果250m3h造成初頂質量偏重,而且會造成

9、初頂?shù)钠褪章蕼p少,因為打得太大的初循回流往往會造成初頂夾帶重組份的現(xiàn)象,而且較輕的組份給壓住了不能從塔頂全部拿出來,在操作中確有些人見到初頂產品質量變輕,為了拿重初頂產品質量,降初循回流操作,這樣的結果只能適而其反,使初頂產品質量變得更輕。 4.初頂冷回流,無論初餾塔操作是否正常,冷回流都要保持一定的流量,這樣才能提高分餾效果,提高收率,在正常的操作情況下,冷回流控在35m3h,只要能調節(jié)到初頂產品的質量變化就行。 5.初頂壓力,壓力的設定是根據(jù)原油性質的不同而設定,我們現(xiàn)在煉的進口原油,如拉萬,伊朗輕的壓力控為1.4,阿曼,沙中,伊朗重的壓力控為1.1,沙輕的壓力控為1

10、.2,初餾塔頂?shù)脑O定如果偏低,同樣會造成初頂瓦斯夾帶液態(tài)烴的情況發(fā)生。1.3 CAD流程圖圖1-1 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖第2章 節(jié)流裝置的計算機輔助設計計算2.1 GB/T2624-93概述由于整個設計必須嚴格按照國家標準來設計，所以我們必須對一些國標進行了解。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

11、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種命題以適應自控工程設計中各方面的需要。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，而是在計算結果出來后驗證。2.2計算實例標準節(jié)流裝置設計計算數(shù)據(jù)位號：FIC2103A 名稱：初頂回流油流量指示控制被測介質：初頂油最大流量：49.62 m3/h 正常流量：33.8 m3/h 最小流量：16.54

12、 m3/h 工作溫度：40工況密度：665 kg/m3 工作壓力：5.2MPa工況粘度：1.139CP 管道直徑：100調節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)位號：LIC2101 FIC2301FI2304 名稱：初餾塔液位與原油流量串級調節(jié)被測介質：原油 最大流量： 100 m3/h閥前壓力：17.5(絕) kgf/cm2 閥后壓力：16.5（絕） kgf/cm2工況密度：510 kg/m3 工況粘度：0.781CP工作溫度：240 管道內徑：300mm 計算結果（參考）KV=250 閥的公稱直徑：150mm表2-1 標準節(jié)流裝置設計計算數(shù)據(jù)序 號 項 目 符號 單 位數(shù) 值 123456789 10 11 1

13、2 工作溫度 工況密度 工況粘度 工作壓力 管內徑（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) 等熵指數(shù) 壓縮系數(shù) t P D20 D kg/m3 CPPam mm/mm 300 60 1.4 0.016 3500000 0.0800 孔板 角接 0.00001116 1.4 11.輔助計算（1）計算流量標尺：qm=qv×1=300×1.4/3600=0.116666666Kg/s ，取標準流量為0.125 Kg/s（2）計算差壓上限：再根據(jù)公式計算其中C=0.6,=1,=0.5,d=×，代0.125 Kg/s，全部代入得P=135078.47Pa

14、因國產差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.0×10n ，取P =160000Pa（3）求工況下管道直徑：D=D20 1+D（t-20）=0.0800×1+0.00001338×(60-20)=0.080042816 m（4）求雷諾數(shù)：ReD=Error! No bookmark name given. = =11605.04793（5）求A2A2= = =0.1096573952.計算初值（1）求設： C0=C=0.6060，=1并令 =0.180952798又 =0.421972831（2）求因被測介質為液體，所以（3）求=0.5959+0.031

15、212.10.184018+0.002912.5（106/ReD）0.75故=0.5959+0.0312×（0.421972831）2.10.1840×（0.421972831）8+0.0029×（0.421972831）2.5×（106/11605.04793）0.75=0.610298229，= =0.000625927（4）精確度判斷=0.0057080283.進行迭代計算，設定第二個假定值X2X2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此= =-0.

16、0000041122所以4.進行迭代計算，設定第三個假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.4962970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以 由于 =0.0000000005 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程序見附錄，運行結果d =33.7578b1=0.4220把精確度判斷定為5×10-10，程序參照附錄， 計算結果列于下表2-2：表2-2 計算結果n123X0.

17、25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.00302746170.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 計算結果因此得：=0.4220 C = =0.6041852546求= =33.73974249 最后得： =33.740（mm）第3章 初餾塔控制系統(tǒng)儀表選型3.1調節(jié)閥的選型和口徑計算 調節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行

18、器的主要類型，通過接受調節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節(jié)閥一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構使用的動力，調節(jié)閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節(jié)閥，以電為動力源的電動調節(jié)閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調節(jié)閥等。調節(jié)閥的產品類型很多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機構匹配，也可以與電動執(zhí)行機構或其它執(zhí)行機構匹配。提供調節(jié)閥的優(yōu)選次序如下： 全功能超輕型調節(jié)閥蝶閥套筒閥單座閥雙座閥偏心旋轉閥

19、0;球閥角形閥三通閥隔膜閥。  在這些調節(jié)閥中，我們認為應該盡量不選用隔膜閥，其理由是隔膜是一個極不可靠的零件，使其隔膜閥也成為了可靠性差的產品。從調節(jié)閥的Kv計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟: 計算流量的確定?，F(xiàn)有的生產能力、設備負荷及介質的狀況，決定計算流量的Qmax和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)特點選定S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。 計算Kv。根據(jù)所調節(jié)的介質選擇合適的計算公式和圖表，求得Kvmax和Kvmin.     選用Kv。根據(jù)Kvmax,在所選

20、擇的產品標準系列中選取>Kvmax且與其最接近的一級C. 調節(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%。 調節(jié)閥實際可調比的驗算。一般要求實際可調比10。    閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。3.2調節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)位號：LIC2101 FIC2301FI2304 名稱：初餾塔液位與原油流量串級調節(jié)被測介質：原油 最大流量： 100 m3/h閥前壓力：17.5(絕) kgf/cm2 閥后壓力：16.5（絕） kgf/cm2工況密度：510 kg/m3 工況粘度：0.781CP

21、工作溫度：240 管道內徑：300mm 計算結果（參考）KV=250 閥的公稱直徑：150mm3.3計算實例位號：PIC2106，名稱：燃料油壓力調節(jié)。表3-1 調節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)序號項 目符 號單 位數(shù) 值 123456789調節(jié)閥類型被測介質名稱工作溫度最大體積流量閥前壓力閥后壓力管道內徑工況密度工況粘度tQmaxP1P2D11m3/hMPaMPammkg/m3Pa·s 單座閥燃料油1301.0871.41.33509200.00506計算過程:(1)計算(2)選定口徑值圓整、放大，查產品目錄，取=1.6（）,選單座閥（JP）其放大系數(shù)為： 查表2，知滿足m=1.28時，閥最大開

22、度90%，所以值應再向上取一擋，即取=2（），此時m值滿足要求。開度驗算開度82.3%可滿足要求(3)結論選定單座閥，取為選定口徑，因為非阻塞流工況，故不作噪音預估及管件形狀修正。因為，,可調比滿足要求。第4章 課程設計心得通過老師的講解、閱讀指導書和上網(wǎng)搜集資料，我完成了本次課程設計，通過本次課程設計，我深感自己實踐能力的欠缺，以后我應加強培養(yǎng)自己的自控工程設計能力。自控工程課程設計是“過程控制”、“自動檢測技術”等課程非常有益的課外實踐補充，通過本門課程的學習，使我們獲得自控工程設計的基礎知識，掌握工程設計方法及CAD制圖方法和Office辦公軟件使用方法，掌握利用計算機輔助設計來完成節(jié)流

23、裝置的選型及計算、調節(jié)閥的選型及口徑計算。標準節(jié)流裝置計算和調節(jié)閥計算繁瑣，只有借助編程軟件才能順利完成，由此可見熟練掌握一門編程語言的必要性與重要性，日后我要加強這方面的學習，多做編程練習。在查閱資料中，我了解到加熱爐是將物料或工件加熱的設備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應加熱爐、微波加熱爐等。應用遍及石油、化工、冶金、機械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領域。本次課程設計培養(yǎng)了我們理論與實踐相結合的能力，工程設計能力及創(chuàng)新能力，為我們今后走上工作崗位奠定良好基礎。在以后的學習生活中，我一定勤加練習這些軟件和編程語言的使用，爭取熟練掌握，為以后工作打

24、好基礎。參考文獻1HG/T2063620639-1998，化工裝置自控工程設計規(guī)定(上下卷)S .2GB/T2624-1993，流量測量節(jié)流裝置 S .3奚文群，翁維勤.調節(jié)閥口徑計算指南M.蘭州：化工部自控設計技術中心站，1991.4董德發(fā)，張?zhí)齑?自控工程設計基礎M.大慶：大慶石油學院，1999.5王驥程，祝和云.化工過程控制工程M.北京：化學工業(yè)出版社，2003.附錄#include "math.h" main() double D20=0.1,zp=135078.47,qm=16.455,t=353,s=677,u=0.001

25、139,h=0.00001338,k=0.0000175;  double X10,B10,C10,g10,E10,D,Red,A2,e,d20,d,L1;   int  i=0,n=0;   C0=0.6060;  e=0.0000000005;    D=D20*(1.0+h*(t-20.0);    L1=25.4/D;   Red=4.0*qm/(3.141592654*D*u);    A2