常压塔控制方案设计.docx
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常压塔控制方案设计
第1章常压塔工程实例
1.1工艺生产过程简介
常减压装置是用来加工原油第一种装置，是依照原油沸点不同，用蒸馏办法从原油中分离出各种石油组份，即汽油、煤油、柴油及各种组份润滑油料和二次加工原料。
在石油炼制过程中，常、减压塔是具备多侧线产品塔。
常减压装置普通涉及三个某些，即初馏某些、常压某些和减压某些。
常压塔是一种复合塔，非原则精馏塔，只有精馏段，没有提馏段。
普通只能是塔顶出产品或塔底出产品，不能两者兼得。
而常压塔把原油切割成汽油、煤油、轻柴油、重柴油和重油，塔底没有再沸器，而通入水蒸汽，没有提馏段。
这样侧线产品中必然有相称数量轻组分。
解决办法是增长汽提塔。
过热水蒸汽420℃。
常压塔负荷往往决定了炼油厂生产能力，因此负荷是很大。
另一方面，它是一种多馏份切割塔，因此产品纯度没有普通精馏塔规定高，各侧线产品纯度容许在一定馏份范畴内变化，这是多馏份蒸馏塔特点。
常减压工艺流程可以简化为：
依照原油中各组份沸点（挥发度）不同，将混合物切割成不同沸点“馏份”。
即是运用加热炉将原油进行加热，生成汽、液两相，在常压塔中，使汽、液两相充分热互换和质量互换，在提供塔顶回流条件下对原油进行精馏，从塔顶分馏出沸点较低产品，汽油。
从塔底分出沸点较高产品，重油，塔中间抽出，得到侧线产品，即煤油、柴油、蜡油等。
常压蒸馏后剩余重油组份分子量较大，在高温下易分解（500℃左右），为了将常压重油中各种沸点润滑油组份分离出来，采用在减压塔（真空蒸馏办法）塔顶使用蒸汽喷射泵、间冷器抽真空办法，使加热后常压重油在负压条件下进行分馏，从而使高沸点组份在相应温度下依次馏出做为润滑油料。
这是由于石油沸点与压力关系是：
压力低，油品沸点就越低。
此外，还采用水蒸汽汽提法来提高拔出率和质量。
初馏塔塔顶可以出初馏点～130℃馏份作为重整原料。
也可不作为产品，作为常压塔侧线回流打入常压塔。
初馏塔底馏份用泵送入常压加热炉，被加热至规定温度，再进入塔内。
由于该塔热量并不是由塔底再沸器供应，而是由加热炉供应，因此，原料入塔前温度被预热得很高。
塔底直接加入过热水蒸汽，其目在于除去提馏段残油中低沸点馏份而使塔底采出高沸点产品，因此提馏段塔板重要起了水蒸汽汽提作用。
精馏段重要用于分馏不同馏程馏份，这和普通精馏塔相似。
但在不同高度中间塔板上取出不同侧线产品，各侧线产品都具有更轻组份，为了除去这些更轻组份，侧线产品普通被送入汽提塔中进行汽提，以便得到规定质量指标产品。
这些质量指标，如初馏点、干点等。
常压塔顶部产品普通取其大某些用作回流，而别的某些送入容器中作为产品。
常压塔顶出汽油，第一侧线出航空煤油，第二侧线出轻柴油，第三侧线出重柴油，依照对产品规定，可以灵活调节。
常压蒸馏除塔顶回流外，尚有塔中段循环回流，即从较低层塔板上抽出，经冷却后，再用泵送到上几层塔板去，这样使塔内汽、液相负荷分布均匀，既稳定了塔操作又回收某些热量，并可减小塔直径。
常压塔底馏分经减压炉加热，进入减压塔。
减压一线出航空润滑油，二线、三线、四线均为润滑油。
或再通过第二减压塔从减压五线、减压六线采出都作为润滑油用，塔底渣油可作为丙烷脱沥青或沥青原料。
1.2常压塔CAD流程图
图1-1CAD流程图
塔顶温度
塔顶温度一方面决定了塔顶产品构成，同步也影响各侧线产品构成，特别是一线产品质量受影响较大。
因而，应保持塔顶温度恒定，塔顶温度是通过顶部回流油量来调节。
塔侧线温度
塔侧线温度决定着侧线产品构成。
普通在塔中段循环回流量一定和塔顶温度恒定
条件下，它就能维持在一定范畴内变化。
而侧线温度进一步调节是通过侧线采出量来达到，这将变化塔内回流量。
若侧线馏出量增大，则相应内回流量就减小，该侧线温度就要升高，侧线油品就变重。
若侧线馏出量减小，则作用相反。
塔顶压力
负荷变化时，塔顶压力会波动，当采用空气冷却时，气温变化将影响冷凝限度，从而影响塔顶压力。
但普通常压塔不设立压力调节。
过热蒸汽量
过热蒸汽是从塔底加入，重要是为了把轻馏分从塔底油中吹上去，同步也向塔底补充一某些热量，有助于轻馏分汽化。
过热蒸汽压力不太高，但波动要小，以保持入塔蒸汽量基本稳定。
塔底液位
塔底液位高度决定了塔底油在塔底部停留时间。
停留时间长可使塔底油与过热蒸汽有充分混合机会，把其中轻馏分吹上去。
因而，塔底油液位要有一定高度。
但液位过高，就会使重质馏分也被过热蒸汽夹带上去，因而影响了塔侧线产品，这对接近塔底侧线产品质量影响最为严重。
除上述重要工艺参数对常压塔操作有明显影响外，塔进料流量、进料温度和进料组分也是比较重要干扰因素。
1.3常压塔普通控制方案
进料量定值调节系统
该系统普通设立在入加热炉前。
进料温度控制
进料温度就是加热炉出口温度。
普通炉出口温度与炉膛温度串级或炉出口温度与燃料油压力（或流量）串级控制系统。
过热蒸汽压力控制
目是使塔底和汽提塔各线吹入过热蒸汽压力和流量保持稳定。
各循环回流量定值控制
这是保持塔热负荷能量平衡控制。
各汽提塔馏出量定值控制
在不完全抽出状况下，各侧线馏出量定值调节，将有助于塔稳定操作。
塔顶温度和侧一线温度控制
塔顶温度恒定是采用调节塔顶回流来实现。
当前在诸多炼厂中以常压一线产品作为重要产品。
这时，对一线温度规定比较严格，若用一线温度与一线流量串级控制，效果较差。
这是由于：
一线流量变化重要是影响一线如下塔段内回流量，而对一线温度影响较缓慢，因此，一线温度波动较大。
为此，可改用一线温度与顶部温度串级控制。
这样，一线温度是用变化一线上面回流量来恒定，调节比较敏捷，调节质量较高。
塔底液位控制
塔底产品惯用作减压炉进料，这里应采用塔底液位与塔底采出量串级均匀控制。
汽提塔液位控制
汽提塔液位波动直接影响轻组分吹出状况，影响到产品初馏点，因此需要对汽提塔液位加以控制。
液位调节阀可以安装在侧线馏出口管线上。
这样构成液位控制与常压塔底部采出量控制同步使用将有助于侧线温度恒定。
若在干扰作用下侧线馏出量增长，使侧线温度上升，汽提塔中液位也随之上升，此时液位调节器将驱动调节阀关小，使馏出量减少，则侧线温度下降。
又如产品中轻馏分增长，侧线温度便下降，而汽提塔中虽然入塔量不变，但由于轻馏分增长而使汽提出来量增长，从而使液位亦有下降。
液位调节器将开大侧线上阀门，以加大馏出量，这将使侧线温度上升，因此保持了各侧线温度相对稳定。
第2章原则节流装置设计及计算程序设计
2.1GB/T2624-93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布满圆管流体测量》。
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日实行。
该原则第一次等效采用ISO5167（1991）与国际接轨，标志着国内现行原则节流装置，在推广采用国际原则上研究成果、提高测量精度方面，以获得了突破性进展。
GB/T2624-93重要特点有：
①以流出系数C代替流量系数α；C值计算中β降阶计算由原流量系数α0计算中最高阶β20降至流出系数C计算中最高阶β8次幂。
②提出5种命题以适应自控工程设计中各方面需要。
③提出迭代计算办法，给出计算机计算程序框图。
④差压上限不再计算，而要由顾客自行选定，规定设计者有更多经验。
⑤管道粗糙度不再参加计算，而是在计算成果出来后验证。
在GB/T2624-93中规定原则节流装置有如下几种：
原则孔板：
角接取压；法兰取压；径距取压（D-D/2）。
原则喷嘴：
ISA1932喷嘴；长颈喷嘴。
文丘里管：
文丘里喷嘴；典型文丘里管。
2.2程序框图
图2-1原则节流装置程序框图
2.3计算实例
表2-1原则节流装置设计计算任务书
序号
项目
符号
单位
数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
已知条件：
被测介质名称
被测介质温度
被测介质压力
管内径（20℃下实测）
节流件形式
取压方式
管道材料热膨胀系数
节流件材料热膨胀系数
最大质量流量（或体积流量）
最大差压值
工作状态下密度
工作状态下粘度
工作状态下等熵指数
工作状态下压缩系数
t
P
D20
λD
λd
qm
ΔP
ρ1
μ1
κ1
Z1
℃
Pa
m
mm/mm.℃
mm/mm.℃
kg/s
Pa
Kg/m3
Pa.s
蒸气
500
1000000（绝）
0.102
孔板
角接
0.000011
0.000016
1
50000（可自选）
2.825
0.0000285
1.276
16
管道材料：
20#钢，新轧制无缝钢管
管道系统
1．辅助计算
1求工况下管道直径：
D=D20[1+λD（t-20）]
=0.102*[1+0.000011*（500-20）]
=0.1253856m
2求雷诺数
ReD=
=
=435690.4539
3求A2
A2=
=
=0.
2．计算初值
1求β1
设：
C0=C∞=0.6060，ε0=1
并令X1=
=0.
又β1=[
]0.25
=[
]0.25
=0.
2求ε1
ε1=1—（0.41+0.35β14）
=1—[0.41+0.35*（0.）4）
=0.
3求C1
C1=0.5959+0.0312β12.1—0.1840β18+0.0029β12.5（106/ReD）0.75
故C1=0.5959+0.0312*（0.）2.1—0.1840*（0.）8+0.0029*（0.）2.5（106/435690.4539）0.75
=0.
因而δ1=A2—X1C1ε1
=0.—0.
=0.
4精准度判断
因此
=1.94*10-2
3．进行迭代计算，设定第二个假定值X2
X2=
=
=0.
β2=[
]0.25
=[
]0.25
=0.
ε2=1—（0.41+0.35β24）
=0.
C2=0.5959+0.0312β22.1—0.1840β28+0.0029β22.5（106/ReD）0.75
=0.
因而δ2=A2—X2C2ε2
=0.—0.22783221
=0.
因此
4．进行迭代计算，设定第三个假定值X3，运用迅速收敛弦截法公式（n=3起用）
X3=X2—
=0.
β3=[
]0.25
=0.
ε3=1—（0.41+0.35β34）
=0.
C3=0.5959+0.0312β32.1—0.1840β38+0.0029β32.5（106/ReD）0.75
=0.
因而δ3=A2—X3C3ε3
=0.
因此
5.流量测量总误差计算
依照原则误差相对值公式：
=β2=（0.6050）2=0.366025
=（
2=（
=
=
=0.25*
=0.25*1.52=0.5625
第3章调节阀选型及计算
3.1调节阀选型和口径计算
调节阀选型
调节阀又称控制阀，是执行器重要类型，通过接受调节控制单元输出控制信号，借助动力操作去变化流体流量。
调节阀普通由执行机构和阀门构成。
如果按其所配执行机构使用动力，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气动调节阀，以电为动力源电动调节阀，以液体介质（如油等）压力为动力电液动调节阀，此外，按其功能和特性分，尚有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。
调节阀产品类型诸多，构造也各种各样，并且还在不断更新和变化。
普通来说阀是通用，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其他执行机构匹配。
⑴从使用功能上选阀需注意问题
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
⑵综合经济效果拟定阀型
①高可靠性。
②使用寿命长。
③维护以便，备品备件有来源。
④产品价格适当，性能价格较好。
⑶调节阀型式优选顺序
依照上述观点，特提供调节阀优选顺序如下：
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，咱们以为应当尽量不选用隔膜阀，其理由是隔膜是一种极不可靠零件，使其隔膜阀也成为了可靠性差产品。
调节阀口径计算
从调节阀Kv计算到阀口径拟定，普通需经如下环节:
①计算流量拟定。
既有生产能力、设备负荷及介质状况，决定计算流量Qmax和Qmin.
②阀先后压差拟定。
依照已选取阀流量特性及系统特点选定S（阻力系数），再拟定计算压差。
③计算Kv。
依照所调节介质选取适当计算公式和图表，求得Kvmax和Kvmin.
④选用Kv。
依照Kvmax,在所选取产品原则系列中选用>Kvmax且与其最接近一级C.
⑤调节阀开度验算。
普通规定最大计算流量时开度≯90%，最小计算流量时开度≮10%。
⑥调节阀实际可调比验算。
普通规定实际可调比≮10。
⑦阀座直径和公称直径拟定。
验证适当后，依照C拟定。
3.2调节阀口径计算方框图及有关参数表
图3-1调节阀口径计算程序框图
第4章课程设计心得
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力重要环节,是对学生实际工作能力详细训练和考察过程.随着科学技术发展日新日异，自控工程已经成为当今自动化应用中空前活跃领域，在生活中可以说得是无处不在。
因而作为21世纪大学来说掌握自控工程是十分重要。
回顾起本次单片机课程设计，至今我仍感触颇多，确，从理论到实践，在整整两星期日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到诸多诸多东西，同步不但可以巩固了此前所学过知识，并且学到了诸多在课本上所没有学到过知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。
在设计过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样问题，同步在设计过程中发现了自己局限性之处，对此前所学过知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把此前所学过知识重新温故。
后来我会更加注重动手能力，把自己所学知识更多应用在实践当中！
参考文献
[1]HG/T20636～20639-1998，化工装置自控工程设计规定（上下卷）[S].
[2]GB/T2624-1993，流量测量节流装置[S].
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化工部自控设计技术中心站，1991.
[4]董德发，张天春.自控工程设计基本[M].大庆：
大庆石油学院，1999.
[5]王骥程，祝和云.化工过程控制工程[M].北京：
化学工业出版社，.
附录
调节阀口径计算任务书
序号
项目
符号
单位
数值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
已知条件：
调节阀类型
抱负流量特性
被测介质名称
被测介质温度
最大质量流量
最大体积流量
正常质量流量
正常体积流量
最小质量流量
最小体积流量
阀前压力
阀后压力
最大压差
最小压差
上游管内径
上游管内径
饱和蒸气压
工作状态下密度
工作状态下运动粘度
工作状态下等熵指数
工作状态下压缩系数
临界压力
t
Wmax
Qmax
Wn
Qn
Wmin
Qmin
P1
P2
ΔPmax
ΔPmin
D1
D2
Pv
ρ1
ν1
κ1
Z1
Pc
℃
kg/h
m3/h
kg/h
m3/h
kg/h
m3/h
kPa
kPa
kPa
kPa
mm
mm
kPa
g/cm3
cts
kPa
直通双座
直线
水
18
100
30
800
500
60
125
125
2
1
0.8
22100
计算过程:
（1）FL=0.85
（2）FL*FL=0.85*0.85=0.7225FF=0.96-0.28*sqrt（PV/PC）=0.96-0.00267=0.9573
（3）500应为非阻塞流
（4）计算C值
C=10Q*sqrt（1/500）=44.7214
（5）计算Re
由于本阀门为双座阀，因而公式选为Re=49490*Q/v/sqrt（C）
Re=49490*100/0.8/6.4532=925059>3500
因而为湍流,勿需低雷诺修正
（6）SQ=Qmax=100工程上普通Qmax*0.7=Qn=70
n=Qmax/Qn=0.7
m=n*sqrt（Sn/SQ）=0.0495
（7）C100=80D=125由于d（8）判断附加管件后与否为阻塞流
s1=0.5*[1-（d/D1）2]2=0.17428608s2=0.34857216
s=s1+s2=0.52285216Sb1=1-（d/D1）4=0.8323
FP=1/sqrt（1+s/0.0016*（C100/d2）2）=0.8136
FLP=FL/sqrt（1+FL2*（s1-Sb1）/0.0016*（C100/d2）2）=0.85/0.9536=0.8914
FLP/FP=0.8914/0.8136=1.096P1-FF*PV=800-0.9573*2=798.0854
500<（FLP/FL）*（P1-FF*PV）=874.7015为非阻塞流
由于经判断得，附加管件为非阻塞流，不必进行管件修正。
因此，调解阀口径应选为Cmax=C40相应口径为50mm
（9）验算
k=1.03*sqrt[Sn/（Sn+（C*C*500/30/30/1-1））]-0.03=0.295=29.5%>10%
等比例：
k=lgsqrt（Sn/（Sn+（C*C*500/30/30-1）））/1.48=0.0945
R’=10sqrt（Sn）=7.0711R’>Qmax/Qmin=100/30=3.3333满足条件。
（10）选阀口径为50mm
Matlab程序如下：
clearall;
closeall;
red=435690.4539;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1;
a1=0.;c1=0.6060;
fork=1:
1:
5000
iferror1>=0.0000005
x1=a1/（c1*e1）;
b1=（x1^2/（1+x1^2））^0.25;
e1=1-（0.41+0.35*（1^4））*p1/（k*p2）;
c1=0.5959+0.0312*（b1^2.1）-0.184*（b1^8）+0.0029*（b1^2.5）*（（1000000/red）^0.75）;
error1=a1-x1*c1*e1;
end
end
d=80*b1;
运营成果
d=
50
升级会员 