化工常压炉课程设计.docx
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化工常压炉课程设计
第一章系统流程
1.1工艺流程
原油稳定装置缓冲-换热部分工艺流程中,原油缓冲罐101-1/2及其配套设施可构成冗余系统,接收油站来油,并进行初步的油气分离。
脱出气送深冷装置,原油经泵101-1/2输入换热罐101-1/2102-1/2与泵102-1/2输入的稳油换热后输往加热炉。
图1-1原油稳定装置缓冲-换热部分控制系统流程图
1.2控制系统
原油稳定装置缓冲-换热部分控制系统,单回路2套,液位选择报警(LAS102A/B)和气动调节阀(DG200/150)构成单回路控制系统,通过控制原油的流量来控制原油缓冲罐101-1/2的液位;压力指示控制器(PIC101)和气动调节阀构成另一套单回路控制系统,控制脱出天然气管道的压力。
串级控制系统1套。
液位变送器(LT101A/B)输出信号经液位电磁阀继动器计算器的处理,与流量记录累计控制器(FRQC101)的信号共同作为流量控制器(FC101)的输入构成串级控制系统,控制换热罐101-1/2及102-1/2的进油流量。
此外,还有压力指示,液位指示,液位指示报警,流量累计记录和液位记录控制报警各类控制及显示仪表若干。
第二章调节阀的计算
2.1调节阀的选型
调节阀又称控制阀,是执行器的主要类型,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变流体流量。
调节阀一般由执行机构和阀门组成。
如果按其所配执行机构使用的动力,调节阀可以分为气动、电动、液动三种,即以压缩空气为动力源的气动调节阀,以电为动力源的电动调节阀,以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀,另外,按其功能和特性分,还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。
调节阀的产品类型很多,结构也多种多样,而且还在不断更新和变化。
一般来说阀是通用的,既可以与气动执行机构匹配,也可以与电动执行机构或其它执行机构匹配。
(1)从使用功能上选阀需注意的问题
①调节功能
②泄漏量与切断压差
③防堵
④耐蚀
⑤耐压与耐温
⑥重量与外观
(2)综合经济效果确定阀型
①高可靠性。
②使用寿命长。
③维护方便,备品备件有来源。
④产品价格适宜,性能价格较好。
(3)调节阀型式的优选次序
根据上述观点,特提供调节阀的优选次序如下:
①全功能超轻型调节阀→②蝶阀→③套筒阀→④单座阀→⑤双座阀→⑥偏心旋转阀→⑦球阀→⑧角形阀→⑨三通阀→⑩隔膜阀。
在这些调节阀中,我们认为应该尽量不选用隔膜阀,其理由是隔膜是一个极不可靠的零件,使其隔膜阀也成为了可靠性差的产品。
2.2调节阀口径计算
从调节阀的Kv计算到阀的口径确定,一般需经以下步:
①计算流量的确定。
现有的生产能力、设备负荷及介质的状况,决定计算流量的Qmax和Qmin。
②阀前后压差的确定。
根据已选择的阀流量特性及系统特点选定S(阻力系数),再确定计算压差。
③计算Kv。
根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表,求得Kvmax和Kvmin。
④选用Kv。
根据Kvmax,在所选择的产品标准系列中选取〉Kvmax且与其最接近的一级C。
⑤调节阀开度验算。
一般要求最大计算流量时的开度〉90%,最小计算流量时的开度〈10%。
⑥调节阀实际可调比的验算。
一般要求实际可调比〈10。
⑦阀座直径和公称直径的确定。
验证合适后,根据C确定。
2.3原油缓冲罐压力阀PV-101
原油缓冲罐压力阀PV-101设计任务书
介质:
天然气
最大体积流量:
80Nm3/h
介质压缩系数:
0.99
最小体积流量:
30Nm3/h
介质工况密度:
1.5Kg/m3
阀前绝压:
0.41Mpa
管道通径:
50mm
阀后绝压:
0.40Mpa
操作温度:
45oC
介质临界压力:
4.59MPa
表2-1原油缓冲罐压力阀PV-101设计参数
选用双座V型直通阀,查得压力恢复系数为0.9。
程序见附录4.1.1原油缓冲罐压力阀PV-101的计算迭代程序所示。
C=11.160485
查表得PV-101的公称通径:
DN=25mm。
2.4液位流量控制阀FV101
液位流量控制阀FV101设计任务书
介质:
原油
最大体积流量:
183Nm3/h
密度:
820Kg/m3
最小体积流量:
120Nm3/h
操作温度:
45oC
阀前绝压:
2.14Mpa
管道通径:
200mm
阀后绝压:
2.069Mpa
表2-2液位流量控制阀FV101设计参数
选用双座V型直通阀,查得压力恢复系数为0.9。
程序见附录
C=187.54733
查表得FV101的公称通径:
DN=100mm。
第三章标准截流装置的计算
3.1概述
GB/T2624-93全称为《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体测量》。
国内的压差流量计经历了仿制、统一标准设计和自行设计等阶段:
我国1959年由国家推荐的苏联27-54规程作为我国的暂行规程。
1993年2月3日由国家技术监督局批准GB/T2624-93代替GB2624-81,1993年8月1日实施。
该标准第一次等效采用ISO5167(1991)与国际接轨,标志着我国现行的标准节流装置,在推广采用国际标准上的研究成果、提高测量精度方面,以取得了突破性的进展。
GB/T2624-93主要特点有:
①以流出系数Kv代替流量系数α;Kv值的计算中的β降阶计算由原流量系数α0计算中的最高阶β20降至流出系数Kv计算中的最高阶β8次幂。
②提出5种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。
③提出迭代计算方法,给出计算机计算程序框图。
④差压上限不再计算,而要由用户自行选定,要求设计者有更多的经验。
⑤管道粗糙度不再参加计算,而是在计算结果出来后验证。
在GB/T2624-93中规定的标准节流装置有以下几种:
标准孔板:
角接取压;法兰取压;径距取压(D-D/2)。
标准喷嘴:
ISA1932喷嘴;长颈喷嘴。
文丘里管:
文丘里喷嘴;经典文丘里管。
3.2加热炉燃料流量FRQ102
加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的设计任务书
介质:
天然气
管径:
¢114×4
最大流量:
650Nm3/h
工作温度:
10oC
正常流量:
500Nm3/h
工作压力:
0.3Mpa
最小流量:
400Nm3/h
ρ20=1Kg/m3
标准孔板法兰取压
表3-1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置设计参数表
使用Matlab7.0编制标准截流装置的计算迭代程序,结果在workspace中以矩阵形式输出。
程序见附录4.2.1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的计算迭代程序所示。
计算结果:
1
2
3
4
5
6
7
8
x
0.64034
0.52086
0.53203
0.5321
0.5321
0.5321
0.5321
0
b
0.73434
0.67967
0.68534
0.68538
0.68538
0.68538
0.68538
0
c
0.606
0.74547
0.72779
0.72969
0.7297
0.7297
0.7297
0.7297
E
0
0
0.00015926
3.1135e-6
-3.987e-8
6.6788e-10
1.5663e-12
0
g
-0.089307
0.0092012
6.1802e-5
1.2082e-6
-1.5471e-8
2.5917e-10
6.0779e-13
0
表3-2加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置迭代数据表
d20=72.230506mm
3.3对输轻油流量FRQ106
对输轻油流量FRQ106标准截流装置的设计任务书
介质:
轻油
管径¢76×3.5
最大流量5.4m3/h
工作温度77oC
正常流量4.1m3/h
工作压力0.6Mpa
最小流量3.2m3/h
操作状况ρ=559Kg/m3
标准孔板法兰取压
操作状况黏度0.23cp
表3-3对输轻油流量FRQ106标准截流装置的设计参数表
使用Matlab7.0编制标准截流装置的计算迭代程序,结果在workspace中以矩阵形式输出。
程序见附录4.2.2对输轻油流量FRQ106标准截流装置的计算迭代程序所示。
计算结果:
1
2
3
4
5
6
7
x
0.23703
0.35623
0.34116
0.34159
0.34159
0.34159
0
b
0.48025
0.57929
0.56823
0.56855
0.56855
0.56855
0
c
1
0.66537
0.6976
0.69378
0.69389
0.69389
0.69389
E
0
0
0.0014265
5.1191e-6
-5.5454e-10
0
0
g
0.079316
-0.011481
0.00033812
1.2134e-6
-1.3144e-10
0
0
表3-4对输轻油流量FRQ106标准截流装置迭代数据表
d20=39.727068mm
第四章计算程序
4.1阀的计算迭代程序
4.1.1原油缓冲罐压力阀PV-101的计算迭代程序
clear;
clc;
P1=0.41;%阀入口绝压(MPa)
P2=0.40;%阀出口绝压(MPa)
XT=0.99;%压差比系数
K=39000;%比热比
Qg=80;%体积流量(Nm^3/h)
Fg=0.69;
p1=1.5;%工况密度(Kg/m^3)
Wg=Qg*(273+45)/273*1.5;%质量流量(Kg/m^3)
X=(P1-P2)/P1;
i=K*XT/1.4;
f=1.47-0.66*X/(K*XT);
Kv=Wg*(1/(X*P1*p1))^0.5/(100*Fg*f);
C=Kv/1.01
clear;
clc;
Fl=0.9;%液体压力恢复系数
P1=2.14;%阀入口绝压(MPa)
P2=2.069;%阀出口绝压(MPa)
Pv=0.5332;%阀入口温度饱和蒸汽压(绝压MPa)
Pc=4.92;%热力学临界压力(绝压MPa)
Ql=(183+120)/2*(273+45)/273;%液体体积流量(m^3/h)
pl=820;%液体密度(Kg/m^3)
Ff=0.96-0.28*(Pv/Pc)^0.5;%液体临界压力比系数
dp=P1-P2;
i=Fl^2*(P1-Ff*Pv);
ifdp
Kv=0.01*Ql*(pl/dp)^0.5;
else
Kv=0.01*Ql*(pl/i)^0.5;
end
C=Kv/1.01
4.2标准截流装置的计算迭代程序
4.2.1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的计算迭代程序
clear;
clc;
D=114-2*4;%工况管道内径(mm)
gm=1*500/(273/(273+20));%正常质量流量(20'C)
gmmin=1*400/(273/(273+20));%最小质量流量(20'C)
gmmax=1*650/(273/(273+20));%最大质量流量(20'C)
t=10;%工况温度('C)
u=0.0085*0.001;%工况粘度(Pa/s)
lmd=0.000012;%孔板膨胀系数
rd=0.000011;%管道膨胀系数
p=2;%工况密度(p20=1kg/m^3)
P=0.3*1000000;%工作压力(Pa)
k=1.315;%等墒指数
b=zeros(1,10);c=zeros(1,11);E=zeros(1,10);x=zeros(1,10);g=zeros(1,10);
e=zeros(1,10);
c(1,1)=0.6060;
e(1,1)=1;
red=0.354*gm/(D*u);
B=(1000000/red);
L=(25.4/D);%0.2396
C=0.5959+0.312*(b(1,1)^2.1)-0.1840*(b(1,1)^8)+0.0029*(b(1,1)^2.5)*(B^0.75)...
+0.0090*L*(b(1,1)^4)/(1-(b(1,1)^4))-0.0337*L*(b(1,1)^3);
depmax=(1-b(1,1)^4)*gm^2/((0.004*C*b(1,1)^2*D^2)^2*p);%depmax=862.2,取800
depmax=800;
dep=(gm/gmmax)^2*depmax;
a2=gm/(0.004*D^2*(dep*p)^0.5);
fori=1:
1:
10
ifi<3
x(1,i)=a2/(c(1,i)*e(1,i));
b(1,i)=((x(1,i)^2/(1+x(1,i)^2))^0.25);
e(1,i+1)=(1-(0.41+0.35*b(1,i)^4)*dep/(k*P));
c(1,i+1)=(0.5959+0.312*(b(1,i)^2.1)-0.1840*(b(1,i)^8)+0.0029*(b(1,i)^2.5)...
*(B^0.75)+0.0090*L*(b(1,i)^4)/(1-(b(1,i)^4))-0.0337*L*(b(1,i)^3));
g(1,i)=a2-x(1,i)*c(1,i+1)*e(1,i);
else
x(1,i)=(x(1,i-1)-g(1,i-1)*(x(1,i-1)-x(1,i-2))/(g(1,i-1)-g(1,i-2)));
b(1,i)=((x(1,i)^2/(1+x(1,i)^2))^0.25);
e(1,i+1)=(1-(0.41+0.35*b(1,i)^4)*dep/(k*P));
c(1,i+1)=(0.5959+0.312*(b(1,i)^2.1)-0.1840*(b(1,i)^8)+0.0029*(b(1,i)^2.5)...
*(B^0.75)+0.0090*L*(b(1,i)^4)/(1-(b(1,i)^4))-0.0337*L*(b(1,i)^3));
g(1,i)=a2-x(1,i)*c(1,i+1)*e(1,i);
E(1,i)=(g(1,i)/a2);
ifabs(E(1,i))<0.0000000002
break;
end
end
end
d=D*b(1,i);
d20=d/(1+lmd*(t-20))
4.2.2对输轻油流量FRQ106标准截流装置的计算迭代程序
clear;
clc;
D=76-2*3.5;%工况管道内径(mm)
gm=(4.1*559);%正常质量流量
gmmin=3.2*559;%最小质量流量
gmmax=5.4*559;%最大质量流量
t=77;%工况温度('C)
u=0.23*0.001;%工况粘度(Pa/s)
lmd=0.000012;%孔板膨胀系数
p=559;%工况密度(Kg/m^3)
P=0.6*1000000;%工作压力(Pa)
e=1;%因为液体
b=zeros(1,11);c=zeros(1,11);E=zeros(1,10);x=zeros(1,10);g=zeros(1,10);
c(1,10)=1;
red=0.354*gm/(D*u);
b(1,1)=0.5;%red=51124,b取0.5
B=(1000000/red);
L=(25.4/D);%0.3681
C=0.5959+0.312*(b(1,1)^2.1)-0.1840*(b(1,1)^8)+0.0029*(b(1,1)^2.5)*(B^0.75)...
+0.0090*L*(b(1,1)^4)/(1-(b(1,1)^4))-0.0337*L*(b(1,1)^3);
depmax=(1-b(1,1)^4)*gm^2/((0.004*C*b(1,1)^2*D^2)^2*p);%depmax=862.2,取800
depmax=800;
dep=(gm/gmmax)^2*depmax;
a2=gm/(0.004*D^2*(dep*p)^0.5);
fori=1:
1:
10
ifi<3
x(1,i)=a2/(c(1,i)*e);
b(1,i)=((x(1,i)^2/(1+x(1,i)^2))^0.25);
c(1,i+1)=(0.5959+0.312*(b(1,i)^2.1)-0.1840*(b(1,i)^8)+0.0029*(b(1,i)^2.5)...
*(B^0.75)+0.0090*L*(b(1,i)^4)/(1-(b(1,i)^4))-0.0337*L*(b(1,i)^3));
g(1,i)=a2-x(1,i)*c(1,i+1)*e;
else
x(1,i)=(x(1,i-1)-g(1,i-1)*(x(1,i-1)-x(1,i-2))/(g(1,i-1)-g(1,i-2)));
b(1,i)=((x(1,i)^2/(1+x(1,i)^2))^0.25);
c(1,i+1)=(0.5959+0.312*(b(1,i)^2.1)-0.1840*(b(1,i)^8)+0.0029*(b(1,i)^2.5)...
*(B^0.75)+0.0090*L*(b(1,i)^4)/(1-(b(1,i)^4))-0.0337*L*(b(1,i)^3));
g(1,i)=a2-x(1,i)*c(1,i+1)*e;
E(1,i)=(g(1,i)/a2);
ifabs(E(1,i))<0.0000000002
break;
end
end
end
d=D*b(1,i);
d20=d/(1+lmd*(t-20))
结束语
在张老师的耐心指导下,为期半个月的课程设计终于完成了。
通过这次课程设计,使我进一步的熟悉了AUTOCAD的应用,并掌握了节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算,以及调节阀分得选型及口径计算。
这次课程设计为以后毕业设计积累了宝贵的经验,为工作奠定了良好的实践基础,也使我对以前所学习的课有更深刻的理解,实现了理论与实际相结合。
参考文献
[1]董德发,张天春.自控工程设计基础[M].大庆:
大庆石油学院,1999.
[2]国家标准.GB/T2624—93[S].
[3]奚文群,翁维勤.调节阀口径计算指南[M].兰州:
化工部自控设计技术中心站,1991.
[4]王骥程,祝和云.化工过程控制工程[M].北京:
化学工业出版社,2003.
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化学工业出版社,2007.
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化学工业出版社,2004.
[8]郑阿奇,徐文胜.AUTOCAD实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2003
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
自控工程课程设计
题目名称
葡北油气处理厂原油稳定装置缓冲-换热部分控制系统
学生姓名
池光辉
学号
0116
指导教师姓名
张天春
职称
副教授
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语:
指导教师:
年月日