氨冷却器出口温度控制系统.doc
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本科生课程设计（论文）
辽宁工业大学
过程控制系统课程设计（论文）
题目：
氨冷却器出口温度控制系统的设计
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
教研室：
学号
学生姓名
专业班级
设计题目
氨冷却器出口温度控制系统的设计
课程设计（论文）任务
设计任务
工业中，氨冷却器是利用液氨汽化吸收大量的热来冷却热物料的，工艺要求冷物料的出口温度为135±1℃，同时气氨不能带液，否则将危机氨压缩机的安全，所以当液位达到75%时，就应该采取软保护措施。
试设计氨冷却器出口温度控制系统。
设计要求
1、确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；
2、选择传感器、变送器、控制器、执行器（阀），给出具体型号和参数；
3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式，确定阀的流量特性和开闭形式；
4、进行模拟调试或仿真
5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数
测量范围：
温度0～200℃；液位0-4米
控制温度：
135±1℃；
工作计划
1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（2天）
2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。
（1天）
3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。
（2天）
4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式（1天），调节阀的气开气关形式以及流量特性选择。
（1天）
5、上机实现系统的模拟运行或仿真、答辩。
（2天）
6、撰写、打印设计说明书（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
指导教师签字：
总成绩：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
本文的物料冷却过程主要是借助于氨冷却器来实现的，氨冷却器是利用液氨气化吸收热量，使温度下降来冷却物料这一原理进行的。
液氨在氨冷却器中气化需要一定的时间，氨冷却器在某一液位高度上气化面积为最大。
因此，当液氨高度超过安全液位高度后，气氨有很大可能夹带液氨输出，进去氨压缩机从而损坏压缩机。
正常情况下，如果温度升高，温度控制器输出控制液氨流量。
增加液氨量，经液氨的蒸发，使出口温度下降。
如果液位上升到安全上限液位仍不能降低温度，由液位控制器取代温度控制器。
一旦温度下降，温度控制器就自动取代液位控制器，系统恢复到正常状况。
因此为了达到生产过程对控制系统的要求，本文在简单温度控制系统的基础上需要加上一个液位控制系统，构成选择性控制系统。
关键字：
氨冷却器；出口温度；安全上限液位；选择性控制系统
目录
第1章绪论 1
第2章课程设计的方案论证 2
2.1概述 2
2.2系统方案论证 2
2.3系统组成总体结构 3
第3章各种仪表的仪器设计 5
3.1传感器的选择设计 5
3.1.1温度传感器 5
3.1.2液位传感器 5
3.2控制器的选择设计 6
3.2.1温度调节器 6
3.2.2液位调节器 7
3.3执行器的选择设计 7
3.4选择器高低值型式的选择 8
第4章控制规律 10
第5章系统仿真 12
第6章课程设计总结 14
参考文献 15
第1章绪论
氨冷却器是工业生产中用的很多的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。
通常需要被冷却物料出口温度稳定。
此时液氨液位在一定允许范围内。
而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的安全上限的，所以需要使用选择控制方法，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过低值选择器自动根据工况实现。
本文设计主回路采用了温度控制系统，在正常工况下系统的输出物料进行控制。
随着系统的正常工作运行，液位会逐渐升高，当升高到超出安全限制的时候。
很可能发生事故，对系统加以液位控制系统，则会避免事故的发生，即会组成温度液位选择性控制系统。
当液位超过限制的时候，系统立即切换到液位控制系统，限制液位的升高。
当系统稳定后，再次切换到温度控制系统，进行正常情况下的系统输出。
由于本次任务的要求，同时对温度和液位进行检测和控制，单一控制回路无法满足任务的要求，双回路控制成了任务的目标控制系统。
由于温度是主被控量，液位过高又容易发生事故，所以将液位作为副被控量进行检测，当液位超过限制的时候，系统应立即降低液位，以保证系统的安全运行，即选用温度液位选择性控制系统。
第2章课程设计的方案论证
2.1概述
氨冷却器是工业生产中用的很多的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。
通常需要被冷却物料出口温度稳定。
此时液氨液位在一定允许范围内。
而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的上限的，所以需要使用选择性控制系统，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过低值选择器实现。
2.2系统方案论证
工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定为某一定值，所以将被冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量为控制变量，构成正常工况下的单回路温度控制系统如图2.1所示。
从安全角度考虑，当无压力信号时调节阀必须关闭，避免液位超过上限损坏压缩机，因此调节阀选用气开式，又由于液氨流量越大，出口温度越小，因此根据回路必须符合负反馈的特性，所以温度控制器选择正作用方式。
这一控制方案实际上是基于改变换热器列管淹没在液态氨中的多少，以改变传热面积来达到控制温度的目的。
所以液面的高度也就间接反映了传热面积的变化情况。
图2.1温度控制系统
在正常的工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。
如果突然出现非正常工况，假设有杂质油漏入被冷却物料管线，使导热系数下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使液位升高，加大传热面积。
如果当液位升高刀全部淹没换热器的所有列管时，传热面积以达到极限，出口温度任没有降下来，温度控制器会不断的开大调节阀门，使液位继续升高。
这时就可能导致生产事故。
这时因为气化氨要经过压缩机后，变成液态氨重复使用，如果液位太高，会导致氨中夹带液氨进入压缩机，损坏压缩机叶片。
为了保护压缩机安全，要求氨蒸发器有足够的气化空间，这就限制了氨液面的上限高度（安全软限），这是根据工艺操作所提出的限制条件。
为此，需要在温度控制系统的基础上，增加一个液位控制系统取代温度单回路控制系统，如图2.2所示。
显然，从工艺上看，控制变量只有液氨的流量一个，而被控变量却有温度和液位两个，从而形成了对被控变量的选择性控制系统。
由于液氨流量越大，液位越高，根据回路必须符合负反馈的特性，所以液位调节器为反作用。
图2.2温度液位选择性控制系统
2.3系统组成总体结构
根据以上对液态氨冷却器的工艺分析，可以画出整个系统的原理框图如图2.3所示。
图2.3氨冷却器控制系统结构框图
第3章各种仪表的仪器设计
3.1传感器的选择设计
3.1.1温度传感器
在本文中，温度传感器选用的是如图3.1所示的铂热电阻PT100。
图3.1铂热电阻PT100
技术参数：
标准化输出信号：
0mA-10mA和4mA-20mA（或1V~5V）的直流电信号
温度的采集范围：
-200℃～+200℃
湿度采集范围是：
0%～100%
3.1.2液位传感器
在本文中，液位传感器选用的是如图3.2所示的CR-602电容式液位计。
图3.2CR-602电容式液位计
CR-602系列高温高压液位计，适用于工业生产过程中各种高压设备、容器中液位（物位）的连续性测量，变送输出4-20mA直流标准信号，可直接用于电Ⅲ型仪表及计算机联接使用、自动控制等。
探极采用特殊材料可在250℃环境下长期工作，独创的自动密封结构，压力越大密封越严，完全杜绝介质的泄露。
技术参数：
检测范围：
0.01～5m
精度:
0.5级
承压范围:
-0.1MPa～32MPa
探极耐温:
-50～250℃
输出信号:
4～20mA
供电电压:
12～28VDC
3.2控制器的选择设计
3.2.1温度调节器
在本文中，温度调节器选用的是如图3.3所示的SH300高温温度调节器。
图3.3SH300高温温度调节器
技术参数：
操作方便、抗干扰能力强
控温范围：
0~300℃
负载电流：
7A
仪表电源：
AC220V±15%
环境温度：
-20℃~70℃
相对湿度：
20%-85%
3.2.2液位调节器
在本文中，液位调节器选用的是如图3.4所示的COLL-106高温液位调节器。
图3.4COLL-106高温液位调节器
技术参数：
输入电源：
115V或230V50/60Hz（标准）12或24VDC（可选）
输出：
10ADPDT继电器（标准）4-20mA
温度范围：
探头-40-288℃
3.3执行器的选择设计
在控制系统的
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