《管式加热炉温度串级控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管式加热炉温度串级控制系统设计（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录一 管 式 加 热 炉 温 度 控 制 系 统 设 计 的 目 的 意 义 .11.1 管 式 加 热 炉 简 介 .11.2 目 的 及 意 义 .2二 管 式 加 热 炉 温 度 控 制 系 统 工 艺 流 程 及 控 制 要 求 .3三 总 体 设 计 方 案 .43.1 方 案 比 较 .43.2 方 案 选 择 .5四 串 级 控 制 系 统 分 析 .64.1 主 回 路 设 计 .64.2 副 回 路 选 择 .64.3 主 、 副 调 节 器 规 律 选 择 .64.4 主 、 副 调 节 器 正 反 作 用 方 式 确 定 .64.5 控 制 器 参 数 工 程 整 定
2、 .7五 各 仪 表 的 选 取 及 元 器 件 清 单 .75.1 温 度 变 送 器 .75.2 温 度 检 测 元 件 .85.3 调 节 阀 .105.4 联 锁 保 护 .10六 MATLAB 仿 真 实 验 .116.1 副 回 路 的 整 定 .116.2 主 回 路 的 整 定 .116.3 整体参数整定. .12心 得 体 会 .14参 考 文 献 .15武汉理工大学过程控制制系统及仪表调节课程设计说明书- 1 -一 设计的目的意义1.1 管式加热炉简介管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此，常选原料油出口
3、温度为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图 1-1 所示的温度控制系统，1t（ ）控制系统框图如图 1-2 所示。影响原料油出口温度 的干扰有原料油流量1t（ ）、原料油入口温度 、燃料压力 、燃料压力 等。该系统根据1()ft 2()ft3()ft4()f原料油出口温度 变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口1t（ ）温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。管式加热炉一般由四个主要部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器，示意图如图 1-1 所示：图 1-1 管式加热炉通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。对流室：靠辐射室出来的
4、烟气进行以对流传热为主的换热部分。- 2 -辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600） ，是热交换的主要场所（约占热负荷的 70-80%） 。燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。1.2 设计目的及意义管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在
5、设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。二 管式加热炉温度控系统工艺流程及控制要求管 式 加 热 炉 的 主 要 任 务 是 把 原 制油 或 重 油 加 热 到 一 定 温 度 ， 以 保 证 下 一道 工 序 （ 分 馏 或 裂 解 ） 的 顺 利 进 行 。 加 热 炉 的 工 艺 流 程 图 如 图 2.1 所 示 。燃 料 油 经 过 蒸 汽 雾 化 后 在 炉 膛 中 燃 烧 ， 被 加 热 油 料
6、 流 过 炉 膛 四 周 的 排 管 中 ，就 被 加 热 到 出 口 温 度 1。 在 燃 料 油 管 道 上 装 设 一 个 调 节 阀 ， 用 它 来 控 制 燃油 量 以 达 到 调 节 温 度 1 的 目 的 。图 2.1 管 式 加 热 炉 工 艺 流 程 图引 起 温 度 1 改 变 的 扰 动 因 素 很 多 ， 主 要 有 ：武汉理工大学过程控制制系统及仪表调节课程设计说明书- 3 -（ 1） 燃 料 油 方 面 （ 它 的 组 分 和 调 节 阀 前 的 油 压 ） 的 扰 动 D2；（ 2） 喷 油 用 的 过 热 蒸 汽 压 力 波 动 D4；（ 3） 被 加 热 油
7、料 方 面 （ 它 的 流 量 和 入 口 温 度 ） 的 扰 动 D1；（ 4） 配 风 、 炉 膛 漏 风 和 大 气 温 度 方 面 的 扰 动 D3；其 中 燃 料 油 压 力 和 过 热 蒸 汽 压 力 都 可 以 用 专 门 的 调 节 器 保 持 其 稳 定 ， 以便 把 扰 动 因 素 减 小 到 最 低 限 度 。 从 调 节 阀 动 作 到 温 度 1 改 变 ， 这 中 间 需要 相 继 通 过 炉 膛 、 管 壁 和 被 加 热 油 料 所 代 表 的 热 容 积 ， 因 而 反 应 很 缓 慢 。 工艺 上 对 出 口 温 度 1 要 求 不 高 ， 一 般 希 望
8、波 动 范 围 不 超 过 1 2%。三 总体设计方案3.1 方案比较3.1.1 简单控制系统当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过程逐渐影响原料油的出口温度。从燃料流量变化经过三个容量后，才引起原料油出口温度变化，这个通道时间常数很大，约有 15min，反应缓慢。温度调节器 TC是根据原料油的出口温度 1 与 设 定 值 的 偏 差 进 行 控 制 。 当 燃 料 部 分 出 现 干扰 后 ， 控 制 系 统 并 不 能 及 时 产 生 控 制 作 用 ， 克 服 干 扰 对 被 控 参 数 1 的 影响 控 制 质 量 差 。 当 生 产 工 艺 对 原 料 油 出 口
9、 温 度 1 要 求 很 严 格 时 ， 简 单 控制 系 统 很 难 满 足 要 求 。被 控 变 量 ： 原 料 油 出 口 温 度 ；操 控 变 量 ： 燃 料 流 量 。当 对 出 口 温 度 控 制 要 求 不 高 时 ， 简 单 控 制 系 统 可 以 满 足 要 求 。- 4 -图 3-1 管 式 加 热 炉 温 度 控 制 系 统图 3-2 管 式 加 热 炉 出 口 温 度 单 回 路 控 制 系 统 框 图3.1.2 串 级 控 制 系 统串 级 控 制 系 统 采 用 两 套 检 测 变 送 器 和 两 个 调 节 器 ， 前 一 个 调 节 器 的 输 出作 为 后 一
10、 个 调 节 器 的 设 定 ， 后 一 个 调 节 器 的 输 出 送 往 调 节 阀 。中 间 被 控 变 量 ： 炉 膛 温 度 ；操 纵 变 量 ： 燃 料 流 量 。炉 膛 温 度 变 化 时 ， TC 可 以 及 时 动 作 ， 克 服 干 扰 。武汉理工大学过程控制制系统及仪表调节课程设计说明书- 5 -图 3-3 管 式 加 热 炉 温 度 串 级 控 制 系 统图 3-4 管 式 加 热 炉 出 口 温 度 串 级 控 制 系 统 框 图3.2 方 案 选 择方 案 一 的 简 单 控 制 系 统 有 干 扰 时 ， TC 输 出 信 号 改 变 阀 门 开 度 ， 进 而
11、改变 燃 料 流 量 ， 在 炉 膛 中 燃 烧 后 ， 炉 膛 温 度 改 变 ， 改 过 程 时 间 常 数 大 ， 可 达 到15min。 因 此 等 到 出 口 温 度 改 变 后 ， 再 改 变 操 纵 变 量 ， 动 作 不 及 时 ， 偏 差 在 较长 时 间 内 不 能 被 消 除 。方 案 二 的 串 级 控 制 系 统 中 ， 由 于 引 进 了 副 回 路 ， 不 仅 能 迅 速 克 服 作 用 于副 回 路 内 的 干 扰 ， 也 能 加 速 克 服 主 回 路 的 干 扰 。 副 回 路 具 有 先 调 、 初 调 、 快调 的 特 点 ； 主 回 路 具 有 后 调
12、 、 细 调 、 慢 调 的 特 点 ， 对 副 回 路 没 有 完 全 克 服 干扰 的 影 响 能 彻 底 加 以 消 除 。 由 于 主 副 回 路 相 互 配 合 ， 使 控 制 质 量 显 著 提 高 。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器） ，增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器） ，但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰- 6 -动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率； 对二次扰动有很强的克服能力；提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。综上所述，本设计选择串级控制系统。四 串级控制系统分析4.1 主 回 路 设 计加 热 炉 温 度 串 级 控 制 系 统 是 以 原 料 油 出 口 温 度 为 主 要 被 控 参 数 的 控 制 系统 。 其 他 被 控 参 数 有 炉 膛 温 度 ， 膛 壁 温 度 ， 燃 料 流 量 ， 原 料
