重油汽化炉出口流量控制系统.docx

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重油汽化炉出口流量控制系统

广西工业职业技术学院

设计说明书

课题名称：

重油汽化炉出口流量控制系统设计

组员：

吴志强、吴雨冬、吴贵钟、杨家臣、黄远桂、欧庆明

专业：

过程控制仪表及装置

班级：

自动化1031

起止日期：

2011年10月25日～2011年11月17日

指导教师：

秦宇

广西工业职业技术学院

设计说明书

题目：

重油汽化炉出口流量控制系统

目录

摘要............................................................................................……….……2

一、工艺背景......................................................................................................…………...3

二、流量自动控制系统方案的确….........……..................…..........…………………......…3

三、过程检测控制仪表选…………………………………………………...…………………4

四、总结….....................…………………………………………………......................................9

参考文献

摘要

本文是关于用过程控制的方法对重油气化炉进行控制，通过控制器（PID），使系统能根据生产负荷的需要，提供一定温度和流量的裂化气，使得重油气化炉在安全经济的条件下运行，实现控制要求。

此系统的监控清晰明确，能准确把握系统当前的运行情况，简化了系统监控的操作，减轻了个人的劳动强度；同时对现场的重要参数进行设定，保证了系统运行的可靠，将操作错误的影响减小到最低程度。

该内容包括自动化控制方案的确定、仪表选型的原则、测量仪表的选用、调节阀口径的计算等内容。

关键词：

重油气化炉过程控制PID仪表选型

一、工艺背景

重油主要是由各种碳氢化合物组成，大致分为烷烃、环烷烃和芳香烃三类，还含有少量的碳、氢、硫等几种元素组成，可用化学式CnHmSr（n表示碳原子数，m表示氢原子数，r表示硫原子数）来表示，其中碳为85％～88％，氢为11％～13％；重油是一种比重指数为99.9的稠油，黏度大，在常温下基本不流动。

在生产过程中必须把重油流量控制在一定的量；否则将造成重油过多、管道和气化炉的裂解速率降低，这将对产量和质量以及对设备的使用和维护造成不良的影响。

现在所设计的自动控制系统是主要对气化炉的重油流量进行自动检测、报警和防护等，但因重油气化炉的特殊因素，所以我们设计的系统和所选的仪表要有较高的可靠性和稳定性，必须有准、稳、快等特点。

该气化炉是合成气车间的原料储存和原料供应源，所以控制系统的工作正常与否，直接关系到合成车间原料的供应和生产的正常运行。

二、流量自动控制系统方案的确定

（一）流量控制系统

方框图如下：

图A气化炉流量控制系统的方框图

说明：

ａ.操纵变量q:

隔膜阀的开度；

ｂ.被控变量y：

裂化气出口流量；

　　　ｃ．扰动量ｆ：

管道的阻力。

重油气化炉中的油蒸汽送入炉中时流量可能不符合工艺要求，同时因管道内阻力等因素导致气化炉中油蒸汽的流量不能保持在工艺要求之间，所以要通过隔膜阀的开度对重油的流量进行调节，这样就要设计流量控制系统。

1、被控变量y的确定

由工艺背景得知重油是汽化炉工作产物的原料，它进入汽化炉的流量大小关系着汽化炉产物的质量的好坏，所以选择汽化炉的重油入口流量作为被控变量。

2、操纵变量q的确定

能使重油气化炉出口产物发生变化并偏离期望值的因素有：

油蒸汽流量、氧－蒸汽温度、氧－蒸汽回收管流量、氧－蒸汽流量温度、软水入口流量温度、重油入口温度流量、裂化气出口流量。

在汽化炉中的温度会因加热燃料的产热值与环境的温度无法控制而导致不稳定，为了保证汽化炉产物的质量不受影响就要随炉内温度的变化调整重油流量的进入，因此选择汽化炉炉内温度作为操纵变量较为理想。

3.控制过程描述

重油气化炉炉内温度由一体化热电偶温度变送器（S）测量，当气化炉内温度因各种扰动而发生改变时，控制器接收到信号与设定值进行比较得出偏差，然后进行PID运算，并发出控制信号对汽化炉入口的重油流量调节阀进行控制，增大或减小重油流量的进入，从而使气化炉的出口产物保持工艺要求值。

三、过程检测控制仪表选用

（一）仪表动力能源选择

按现场安全考虑与工艺要求，此项目确定选用20到100kPa作为仪表动力源。

（二）流量测量仪表选型

一体型电磁流量计不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；

测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低

测量介质：

重油

介质温度：

0～500℃

安装方式：

连接管道

确定选择：

一体型电磁流量计

型号为JCLD系列

量程为2.83～282.60m3/h

精度等级±0.5％

（三）PID智能调节器选择

XMPA系列智能调节器

型号为XMPA-9000图B.XMPA-9000调节器

PID调节器技术参数

（四）显示仪表选择

按工艺要求，整个检测需要有一个能正确指示、记录、运算、报警、精度可靠的监视系统，为减少成本的支出与减轻工作量，所以本项目选择的显示仪表为带指示、记录、运算、报警、信号转换于一身的无纸记录仪。

1、型号：

JL-22A

实时显示精度：

误差小于±0.2%FS，

追忆精度：

误差小于±0.2%FS

冷端误差：

±2℃

时钟精度：

2S/Day

2、输入信号

直流电流：

（4～20）mA　

热电偶：

K，S，R，B，N，E，J，T　

3、四通道无纸记录仪外供电源

24VDC电源：

用于给变送器供电，负载能力≧50mA

4、记录间隔：

1秒至240秒，共分为8档：

1/2/5/20/40/60/120/240S

5、通讯接口（选择功能）

RS485标准（RS232）

可选Modbus_RTU通讯协议与上位机通讯

6、记录时间

记录时间的长短与FLASH存储器容量、记录间隔和输入点数有关，计算公式如下：

记录天数=0.74*2M（记录容量）*记录间隔（秒）

7、存储容量：

2M

8、通讯：

可选RS485输出，采用开放式MODBUSRTU协议

9、重量：

0.5kgU盘通讯功能：

仪表配有标准U盘通讯口，用户可通过U盘将储存于仪表内的数据拷贝至U盘，在将U盘插入电脑，由电脑来读取U盘内拷贝的所有数据。

10、四通道无纸记录仪仪表安装

安装环境及注意事项

a、环境温度：

0℃-50℃；环境湿度：

10%-85%（无结露）。

b、避免太阳光直射，及安装在有蒸汽、腐蚀性气体、电磁发生源的地方。

c、仪表盘面板的钢板厚度不应低于1mm，避免振动。

d、确保仪表周围通风良好，以利于仪表本身散热。

e、定时对仪表进行检查校对

 图D.四通道无纸记录仪安装接线图

（五）、调节阀的设计计算

1、工艺参数

介质为：

裂化气

压力为：

0～100Mpa

介质温度：

80～150℃

调节阀的选型

要求裂化气出口管道可实现切断和全开，因此确定选择型号OVDF系列的气动隔膜阀

气缸材质：

聚酰胺PA、铝合金

气动附件：

限位开关、电磁阀、过滤减压阀

定位器比例调节式

气源压力：

4－6bar

公称通径：

DN15-300mm

公称压力：

EPDM膜片：

10bar

PTFE膜片：

6bar

适用温度：

30~+800℃

连接方式：

双由令、法兰

阀体材质：

PVC、PP、PPH、PVDF

阀座衬里：

橡胶、衬氟

膜片材质：

EPDM、PTFE、NBR适用介质：

强酸、强碱、强腐蚀介质

2、阀口径确定

（1）判断是否为阻塞流

查表得X

=0.72K=1.29

比热系数：

F

=

=

=0.92

=F

X

=0.92

0.72=0.66

F

=0.92

=0.66

压差比：

X=

=

=0.08

因为：

X﹤F

X

即：

0.083<0.66所以为非阻塞流情况

（2）正常流量系数计算

气体膨胀系数为：

Y=1-

=1-

=0.96

计算正常流量系数

C

=

=

=15.69

（3）计算最大流量系数

S

=1-n

（1-S

）=1-1.25

（1-0.5）=0.2187

m=n

=1.25

=2

C

=mC

=2

15.69=31.38

选择C

=32.0阀的口径为Dg=50mm

X=0.08

选择=32.0阀的口径为Dg=50mm

（六）集中检测的温度仪表选型

由于仪表所工作环境是一个高温高压、易燃易爆、带腐蚀、含毒场合，所以综合考虑确定选择SBWR法兰式一体化热电偶温度变送器（S）

型号：

DDZ-S3000

测量介质：

油蒸汽

介质温度：

120～800℃

安装方式：

铠装插入式

量程为50～1000℃

精度等级：

±0.5％

温度探杆：

材质SUS304长度500mm

探杆插入深度：

500mm

连接螺纹：

法兰

补偿导线：

SC型热电偶补偿导线（正极材料铜，负极材料铜镍合金）

保护套管：

因测量介质为油蒸汽因此需要设有保护套管，直径为Φ2025mm

防护措施：

a、热电偶使用法兰式安装并加装保护套管

b、补偿导线采用钢带跌卷后再铺设

c、工作地点严禁烟火、通风良好

d、工作环境超警戒温生产线停止工作

使用及维护注意事项：

为保证仪表测量的准确性，探杆侵入被测介质的长度一般不应小于探杆长度的2/3，补偿导线的正负极与热电偶的正负极对应连接。

定时对仪表进行检查校对。

四、总结

（一）结论

重油气化炉监控系统是随着科学技术的进步和工业生产现代化的发展而产生的，本设计是以气化炉作为监控对象，主要取得了如下结论：

第一：

对重油气化炉监控中所选择的仪表设备进行了分析，并制造了符合该系统的特点的仪器、仪表

第二：

对监控系统进行报警的设计，可使得生产及报警的安全系统得到了提高。

第三：

通过设计加深了自身的专业水平，达到了学习的目的。

（二）体会

经过半个多月的项目设计和对有关资料的收集，让我们感受到了自动化控制技术在工业生产中的广泛性和重要性，也培养了我们综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技术，分析和解决工程中实际问题的能力，强化了我们在工程种计算、工程制图和编制设计文件的能力。

通过亲自动手，使我们对工业自动化工程设计的基本程序有一个较全面、系统的了解。

在此次设计中，我怀着实事求是、理论联系实际、一切从实际出发的工作作风，严肃认真、谦虚谨慎的工作态度为设计原则，在对有关资料的查找、收集和编写中，我学到很多新的知识。

在设计中我和同学或老师相互配合、相互帮助、相互学习，让我们从中培养了协作精神，也让我学会了学习别人的优点和长处，来弥补自身的缺点和不足。

本文是在老师秦宇的热情关怀和悉心指导下完成的。

从个人项目设计的内容的讲解及本课题的设计分析及设计要求，无不凝聚了导师的心血，老师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的实践经验、创新的思维，特别是孜孜不倦的育人态度和对教学工作的热情，使我受益匪浅，带给了我很多无法从课本中学到的知识，也教我们学到了做什么事都要耐心和恒心。

借此课题设计之际，特向老师致以深深的谢意和最真挚的敬意！

参考文献

[1]丁炜编.过程检测仪表及装置.北京：

电子工业出版社，2010.6

[2]张玉秀编.化工仪表及自动化.北京：

化学工业出版社，1990.6

[3]王爱广、王琦编.过程控制技术.北京：

化学工业出版社，2005.6

[4]王桂云等编.仪表维修工（第二版）.北京：

化学工业出版社，2007.10