化工過程控制工程課程設(shè)計報告

1、化工過程控制工程課程設(shè)計報告化工過程控制工程課程設(shè)計報告 題 目：脫戊烷塔塔頂壓力自動控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 目錄 1課程設(shè)計的目的課程設(shè)計的目的.1 2.課程設(shè)計題目描述和要求課程設(shè)計題目描述和要求 .1 3.課程設(shè)計報告內(nèi)容課程設(shè)計報告內(nèi)容.1 3.1工藝簡介.1 3.2控制系統(tǒng)設(shè)計.2 3.3儀表選擇.3 3.3.1壓力儀表的選擇： .3 3.3.2控制閥的選擇： .5 3.3.3電氣閥門定位器的選擇： .6 3.3.4儀表介紹 .8 3.4控制系統(tǒng)連接.9 3.5系統(tǒng)投運.9 參考書目參考書目.11 附錄：脫戊烷塔工藝圖附錄：脫戊烷

2、塔工藝圖 1課程設(shè)計的目的課程設(shè)計的目的 針對脫戊烷塔頂壓力自動控制系統(tǒng)的課題，模擬的進(jìn)行完整的設(shè)計，理論聯(lián)系 實際，運用和鞏固在化工過程控制工程課程和本專業(yè)其他相關(guān)課程所學(xué)習(xí) 的知識，培養(yǎng)獨立思考、分析和解決實際問題的能力。通過本次設(shè)計使學(xué)生熟 悉工程設(shè)計的思維和步驟，并了解如何進(jìn)一步根據(jù)確定的設(shè)計方案合理選擇自 動化儀表，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，獨立獲取新知識、新信息的能力。 2.課程設(shè)計題目描述和要求課程設(shè)計題目描述和要求 （1）題目：脫戊烷塔塔頂壓力自動控制系統(tǒng)設(shè)計 （2）要求：1.設(shè)計符合要求的合適的控制系統(tǒng): 2.畫出控制原理圖； 3.選擇合適的控制、檢測儀表； 4.進(jìn)行系統(tǒng)的連接和所選

3、儀表作用方式的正確確定。 3.課程設(shè)計報告內(nèi)容課程設(shè)計報告內(nèi)容 3.13.1工藝簡介工藝簡介 蒸汽裂解裝置中產(chǎn)生的裂解氣經(jīng)過分離出來的碳五以后的汽油組分作為脫 戊烷塔的進(jìn)料，利用C5餾分與C5以后等重組分沸點不同，在脫戊烷塔中進(jìn)行氣 液分離，使C5組分從C5以后的重組分中分離出來。溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要 因素，因此需要設(shè)計控制方案加以控制。只有在一定的壓力下溫度才能表征分 離的效果因此對壓力也需進(jìn)行自動控制，進(jìn)料從塔中部（第24塊塔盤）進(jìn)入。 塔頂產(chǎn)品為碳五餾分，送出界區(qū)，塔底產(chǎn)品為C6- C8汽油餾分，也送去貯罐。脫戊烷塔壓力0.08MPa(G)，塔底溫度111，再沸器 采用低壓蒸汽進(jìn)行換

4、熱。脫戊烷塔工藝進(jìn)料為C5以上組分，塔頂產(chǎn)物為C5，塔 底產(chǎn)物為C6-C8。 工藝流程圖： 圖1 工藝流程圖 3.23.2控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計 脫戊烷塔中，溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，需要設(shè)計控制方案加以 控制。只有在一定的壓力下溫度才能表征分離的效果，塔頂壓力是生產(chǎn)過程中 的關(guān)鍵參數(shù)，這個參數(shù)控制的好壞直接影響塔底疊合物的純度。塔頂壓力的大 小主要取決于冷凝器內(nèi)液面的高度，因此對壓力也需要進(jìn)行自動控制。 塔頂壓力控制原理簡述如下： 本設(shè)計采用分程控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)是一臺控制器的輸出可以同時控 制兩只甚至多只的控制閥，控制器的輸出信號被分成若干個信號范圍段，而由 每段信號區(qū)控制一只控

5、制閥。分程控制系統(tǒng)中控制器輸出的信號分段，是由附 設(shè)在控制閥上的閥門定位器來完成的。 控制系統(tǒng)流程圖如圖2所示： 由于冷凝器里壓力比較平穩(wěn)，所以用測量回流罐中壓力來代替塔中壓力。 3.33.3儀表選擇儀表選擇 3.3.13.3.1壓力儀表的選擇：壓力儀表的選擇： 壓力檢測儀表的正確選用主要包括確定儀表的類型、量程、準(zhǔn)確度、外形 尺寸以及是否需要遠(yuǎn)傳和具有其他功能。 CWCW (1) 選用的主要依據(jù) 工藝生產(chǎn)過程對測量的要求，包括量程和準(zhǔn)確度。在靜態(tài)測試（或變化緩 慢）的情況下，規(guī)定被測壓力的最大值選用壓力表滿刻度值的1/2。 常用壓力檢測儀表的準(zhǔn)確度等級有0.5級、1.0級、1.5級、和2.5

6、級四個 等級等，應(yīng)從生產(chǎn)工藝準(zhǔn)確度要求和最經(jīng)濟(jì)角度選用。儀表的最大允許誤 差是壓力表的量程與準(zhǔn)確度等級百分比的量程，如果誤差值超過工藝要求 準(zhǔn)確度，則需更換準(zhǔn)確度高一級的壓力儀表。 被測介質(zhì)的性質(zhì)，如狀態(tài)（氣體、液體）、溫度、黏度、腐蝕性、法污程 度、易燃和易爆程度等。如氧氣表、乙炔表，帶有：“禁油”標(biāo)志，專用 于特殊介質(zhì)的耐腐蝕壓力表、耐高溫壓力表、隔膜壓力表等。 現(xiàn)場的環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、腐蝕情況、震動、潮濕程度等。如用于震 動環(huán)境條件的防震壓力表。 使用工作人員的觀測。根據(jù)檢測儀表所處位置和照明情況選用表徑（外形 尺寸）不等的儀表。 (2) 量程大小選擇 壓力儀表的量程壓力表的量程選擇

7、并不是越大越好，這是因為儀表的量 程過大，會使得指針敏在刻度指示上缺乏足夠的精確度，允許誤差的絕對值 和肉眼觀察的偏差值也會增大，影響壓力儀表指示的準(zhǔn)確。壓力儀表所選擇 的量程過小，首先會造成的問題就是過載，當(dāng)設(shè)備工作壓力較高時，壓力表 的刻度就會接近極限值，也就是壓力表中的彈性元件處于最大變形狀態(tài)，長 期如此彈性元件就會發(fā)生變形，增大壓力儀表顯示誤差的同時也會降低壓力 儀表的使用壽命。 (3) 量程與測量對象 壓力儀表的量程要與其所測量對象的壓力相適應(yīng)、相配套。壓力儀表在 選型時就要考慮到其量程的問題，一般來說壓力儀表的量程最少應(yīng)為設(shè)備工 作壓力的1.5倍，但最大也不應(yīng)超過設(shè)備工作壓力的3倍

8、，而在實際使用中壓 力儀表所指示的壓力范圍最好為量程的60%到70%。 壓力儀表的精度壓力儀表的精度指的是壓力儀表刻度盤上極限值與允許 誤差值之間的百分比，壓力儀表的精度等級都會被明確的標(biāo)示出來，在壓力 表選型過程中，就可以根據(jù)所需要的測量精度來選擇適當(dāng)?shù)膲毫x表。 壓力儀表的表盤直徑壓力儀表的表盤直徑是根據(jù)壓力儀表的安裝位置來 確定的，首先當(dāng)壓力儀表的安裝位置空間較為狹小時，就只能選擇表盤直徑 較小的壓力儀表，當(dāng)空間相對寬裕時，則可以按照操作人員也就是讀表人員 所站的位置來確定表盤直徑大小，站的越遠(yuǎn)所選擇的表盤直徑也就越大。 (4) 壓力儀表的材質(zhì) 壓力儀表的材質(zhì)壓力儀表的工作環(huán)境決定了壓力

9、儀表的材質(zhì)，如果是在 高溫環(huán)境中工作，則要考慮壓力儀表材質(zhì)的耐高溫性，而相對在腐蝕性環(huán)境 中工作的壓力儀表，就要考慮儀表材質(zhì)的耐腐蝕性，否則壓力儀表會在特殊 環(huán)境中受到不必要的損壞。 3.3.23.3.2控制閥的選擇：控制閥的選擇： 控制閥是自控系統(tǒng)中的執(zhí)行器，它的應(yīng)用質(zhì)量直接反應(yīng)在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品 質(zhì)上。作為過程控制中的終端元件，人們對它的重要性較過去有了更新的認(rèn) 識。調(diào)節(jié)閥應(yīng)用的好壞，除產(chǎn)品自身質(zhì)量、用戶是否正確安裝、使用、維護(hù) 外，正確地計算、選型十分重要。由于計算選型的失誤，造成系統(tǒng)開開停停 ，有的甚至無法投用，所以對于用戶及系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)該認(rèn)識閥在現(xiàn)場的重 要性，必須對調(diào)節(jié)閥的選型引起足

10、夠的重視?？刂崎y選擇的內(nèi)容，包括開閉 形式的玄色，口徑大小的選擇,流量特性的選擇以及結(jié)構(gòu)形式的選擇等內(nèi)容 (1)控制閥選型的原則： 根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料。 根據(jù)工藝對象的特點，選擇控制閥的流量特性。 根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的控制閥口徑尺寸。 根據(jù)工藝過程的要求，選擇所需要的輔助裝置。 (2)控制閥口徑大小的選擇 控制閥口徑大小直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。從控制角度看，控制閥 口徑選的過大，超過了這正?？刂扑璧慕橘|(zhì)流量，控制閥將經(jīng)常處于小開 度下工作，閥的特性將會發(fā)生畸變，閥性能就變差。反過來，如果閥口徑選 擇的太小，再正常情況下都在大開度下工作，閥的特性也不好。此外

11、，控制 閥口徑選得過小也會不適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，一旦需要設(shè)備增加負(fù)荷時，控 制閥原有的口徑太小就不夠用了。因此，從控制的角度來看，控制閥口徑的 選擇應(yīng)留有一定的余量，以適應(yīng)增加生產(chǎn)的需要。 控制閥口徑大小，通過計算控制閥流通能力的大小來決定。控制閥流通 能力需滿足生產(chǎn)控制的要求，并留有一定余地。一般流通能力要根據(jù)控制閥 所在管線的最大流量以及控制閥兩端的壓降來進(jìn)行計算，并且為了保證控制 閥具有一定的可控范圍，必須使控制閥兩端的壓降在整個管線的總壓降中占 有較大的比例，所占比例越大，控制閥的可控范圍越寬。如果控制閥兩端壓 降在整個管線總壓降中所占的比例小，可控范圍就變窄，將會導(dǎo)致控制閥特 性的畸

12、變，使控制效果變差。 （3）控制閥開關(guān)形式的選擇 控制閥接受的是氣壓信號，當(dāng)膜輸入壓力增大，控制閥開關(guān)也增大時稱 之為氣開閥。反之當(dāng)膜輸入壓力增大時，控制閥開度減小則稱之為氣關(guān)閥。 對于一個具體的控制系統(tǒng)來說，究竟選氣開閥還是選氣關(guān)閥，要由具體 的生產(chǎn)工藝來決定。一般來說，要根據(jù)以下兩條原則來進(jìn)行選擇：首先從 生產(chǎn)安全出發(fā)；再從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)。 3.3.33.3.3電氣閥門定位器的選擇：電氣閥門定位器的選擇： 電氣閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的主要附件，通常與氣動調(diào)節(jié)閥配套使用，它 接受調(diào)節(jié)器的輸 出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥動作后，閥桿的 位移又通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器，

13、閥位狀況通過電信號傳給上位系統(tǒng) 。 閥門定位器按輸入信號分為氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能閥 門定位器。氣動閥門定位器的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)氣信號，例如，20100kPa氣 信號，其輸出信號也是標(biāo)準(zhǔn)的氣信號。電氣閥門定位器的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)電 流或電壓信號，例如，420mA電流信號或15V電壓信號等，在電氣閥門定位 器內(nèi)部將電信號轉(zhuǎn)換為電磁力，然后輸出氣信號到撥動控制閥。智能電氣閥 門定位器它將控制室輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動調(diào)節(jié)閥的氣信號，根據(jù)調(diào)節(jié) 閥工作時閥桿摩擦力，抵消介質(zhì)壓力波動而產(chǎn)生的不平衡力，使閥門開度對 應(yīng)于控制室輸出的電流信號。并且可以進(jìn)行智能組態(tài)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，達(dá)到 改善控制閥性

14、能的目的。 按動作的方向可分為單向閥門定位器和雙向閥門定位器。單向閥門定位 器用于活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，閥門定位器只有一個方向起作用，雙向閥門定位 器作用在活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸的兩側(cè)，在兩個方向起作用。 按閥門定位器輸出和輸入信號的增益符號分為正作用閥門定位器和反作用 閥門定位器。正作用閥門定位器的輸入信號增加時，輸出信號也增加，因此 ，增益為正。反作用閥門定位器的輸入信號增加時，輸出信號減小，增益為 負(fù)。 按閥門定位器輸入信號是模擬信號或數(shù)字信號，可分為普通閥門定位器 和現(xiàn)場總線電氣閥門定位器。普通閥門定位器的輸入信號是模擬氣壓或電流 電壓信號，現(xiàn)場總線電氣閥門定位器的輸入信號是現(xiàn)場總線的數(shù)字信號

15、。 按閥門定位器是否帶CPU可分為普通電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位 器。普通電氣閥門定位器沒有CPU，因此，不具有智能，不能處理有關(guān)的智 能運算。智能電氣閥門定位器帶CPU，可處理有關(guān)智能運算，例如，可進(jìn)行 前向通道的非線性補(bǔ)償?shù)?，現(xiàn)場總線電氣閥門定位器還可帶PID等功能模塊 ，實現(xiàn)相應(yīng)的運算。 按反饋信號的檢測方法也可進(jìn)行分類。 3.3.43.3.4儀表介紹儀表介紹 壓力檢測儀表：一個 HAKK- EKA430A壓力變送器用于測量氣體、液體和蒸汽的壓力，然后將其轉(zhuǎn)變成4- 20mA DC的電信號輸出。HAKK-EKA430A也可通過BRAIN手操器或CENTUM CS/u XL或HART

16、375手操器相互通訊，通過它們進(jìn)行設(shè)定監(jiān)控等。 應(yīng)用：壓力 類型：常規(guī)安裝 型號：EKA430A 量程（Mpa）:0.03-1 最大工作壓力（Mpa）：1 輸出信號：4-20mA DC/帶數(shù)字通訊 接液件材料：S JIS SCS14A 過程接口：無過程接頭（RC1/4內(nèi)螺紋在容室法蘭上） 安裝方式：G1/2內(nèi)螺紋一電氣接口 內(nèi)藏顯示表：數(shù)字顯示表 安裝托架：JIS SUS304 2管安裝（L型） 控制器：一個 C-CB010型控制器 輸入型號：4-20mA DC 分辨度：0.025% 電力消耗：2.3A 24V DC 溫度誤差：0.0045%/ 允許變化率：參考范圍0/min、正常范圍0.25

17、/min、操作極限1/min 大氣壓：參考范圍530-780mmHg、正常范圍530-780mmHg、操作極限530- 780mmHg 控制閥：兩個 普通單座閥：適用場合：一般 流量系數(shù)：1.2-1100C 公稱通徑：20-30mm 閥體：HT20-40 ZG25B ZG1Cr18Ni9Ti 閥芯：1Cr18Ni9Ti 流量特性：線性等百分比 可調(diào)比：30R 電氣閥門定位器：一個 DQF-2000型 輸入信號：4-20mA DC 供氣壓力：2.5kgf/c 配用閥桿行程：10-80mm 用途：DQF-2000A型為本質(zhì)安全性 3 3. .4 4控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)連連接接 控制系統(tǒng)連接圖如圖所示

18、圖3 控制系統(tǒng)連接圖 3 3. .5 5系系統(tǒng)統(tǒng)投投運運 一旦控制系統(tǒng)按設(shè)計的要求連接好后，線路經(jīng)過檢查正確無誤后，所有儀表 經(jīng)過檢查符合精度要求，并已運行正常，即可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的投運和控 制參數(shù)的整定工作。在系統(tǒng)投運之前，必須檢查控制器正、反作用開關(guān)是否 放置正確。 控制系統(tǒng)投運，將系統(tǒng)由手動工作切換到自動工作狀態(tài)。這一過程是通 過控制器上的手動 自動切換開關(guān)從手動位置切換到自動位置來完成的，但是這一過程必須再無 擾動下進(jìn)行。就是說，從手動切換到自動過程中，不應(yīng)造成系統(tǒng)的擾動，不 應(yīng)該破壞系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，亦即切換中不能改變原先控制閥的開度?？?制器在手動位置時，控制閥接受的是控制手動輸出號。 當(dāng)控制器切換到自動位置時，控制閥接受的是控制器根據(jù)偏差信號大小 和方向按一定控制規(guī)律運算所得的輸出信號。當(dāng)控制器從手動切換到自動時 ，將以自動輸出信號代替手動輸出控制控制閥。反過來，如果控制器從自動 切換到手動，則以手動輸出代替自動輸出可控制控制閥。如果控制器在切換 前，自動輸出與手動輸出信號不相等，那么，再切換過程中必然會給系統(tǒng)引 入擾動，這將破壞系統(tǒng)的原先平衡狀態(tài)，是不允許的，因此要求切換過程必 修保證無擾動的進(jìn)行。 系統(tǒng)整定，可按同一方法進(jìn)行考慮，由系統(tǒng)連接圖可以看出兩只控制閥 都控制同一對象，因此兩閥的控制特性是相同的。如果兩只閥的特性和放大 倍數(shù)又比較接近，那么