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1、目 录第 1 章 绘制控制工艺流程图 .11.1 工艺生产过程简介 .11.2 减压炉主要工艺参数及干扰因素 .31.3 减压炉一般的控制方案 .4第 2 章 节流装置的计算机辅助设计计算 .72.1 GB/T2624-93 概述 .72.2 程序框图 .82.3 计算实例 .9第 3 章 调节阀口径计算 .133.1 调节阀的选型和口径计算 .133.2 调节阀口径计算方框图及相关参数表 .143.3 计算实例 .15结论与体会 .17参 考 文 献 .18附 录 .19自动控制工程课程设计1第 1 章 绘制控制工艺流程图1.1 工艺生产过程简介现代动力工程和热能技术要求高温-高压锅炉产生过
2、热度极高的过热蒸汽。但对某些设备工艺要求，这样的蒸汽也许是过干或过热的。例如：当换热器用于制程操作时，使用过热蒸汽由于低的传热系数而降低效率，使用饱和蒸汽更加适合。另外当高压的干饱和蒸汽减压至低压时，在下游出口会产生过热度。这样都需要将过热的蒸汽降温至所需的接近饱和的温度，这就需要减温器。在很多情况下需要对高压过热的蒸汽同时进行减温和减压。对原油蒸馏，国内大型炼油厂一般采用年处理原油 250270 万吨的常减压装置，它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸汽系统组成。该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油，还要生产出催化裂化原料、氧化沥青
3、原料和渣油；对于燃料一润滑油型炼油厂，还需要生产润滑油基础油。各炼油厂均使用不同类型原油，当改变原油品种时还要改变生产方案。控制系统的应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现，另一部分则用高级语言编程来实现。常减压装置是用来加工原油的第一个装置，是根据原油的沸点不同，用蒸馏的方法从原油中分离出各种石油组份，即汽油、煤油、柴油及各种组份的润滑油料和二次加工原料。常减压装置一般包括三个部分，即初馏部分、常压部分和减压部分。常减压工艺流程可以简化为：根据原油中各组份的沸点（挥发度）不同，将混合物切割成不同沸点的“馏份” 。即是利用加热炉将原油进行加热，生成汽、液两相，在常压塔中，使汽、液两相充分的热
4、交换和质量交换，在提供塔顶回流的条件下对原油进行精馏，从塔顶分馏出沸点较低的产品，汽油。从塔底分出沸点较高的产品，重油。塔中间抽出，得到侧线产品，即煤油、柴油、蜡油等。常压蒸馏后剩下的重油组份分子量较大，在高温下易分解（500C 左右） ，为了将常压重油中的各种沸点的润滑油组份分离出来，采用在减压塔（真空蒸馏方法）塔顶使用蒸汽喷射泵、间冷器抽真空的方法，使加热后的常压重油在负压条件下进行分馏，从而使高沸点的组份在相应的温度下依次馏出做为润滑油料。这是因为石油沸点与压力的关系是：压力低，油品的沸点就越低。另外，还采用水蒸汽汽提法来提高拔出率和质量。减压部分由减压塔、汽提塔、减压炉组成。减压炉是炼
5、油厂常减压蒸馏装置的重要设备之一，处理量和热负荷杜比较大，也是装置主要的耗能设备，其能耗占常减压蒸馏装置总能耗的 50%以上。减压炉 07MPa 蒸汽的压力是通过补充 11MPa 蒸汽或向 04MPa 乏气管网排气来调节。用 DCS 控制 07MPa 蒸汽压力，是通过计算器功能进行计算和判断，实现蒸汽压力的分程控制。07MPa 蒸汽压力检测信号送入功能块调节器，调节器输出 412mA 段去自动控制工程课程设计2调节 11MPa 蒸汽入管网调节阀，输出 1220mA 段去调节 04MPa 乏气管网调节阀。这实际是仿照常规仪表的硬分程方案实现分程调节，以保持 07MPa 蒸汽压力稳定。炼油厂通常包
6、括常压蒸馏和减压蒸馏系统。减压炉是属于减压蒸馏系统的加热炉。在石油化工生产中常见的加热炉是管式加热炉，其形式可以分为箱式、立式和圆筒炉三大类。它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温气焰与烟气作为热源，来加热炉管中流动的油品，使其达到工艺规定的温度，以供给原料油或油品进行分馏、裂解和反应等加工过程中所需要的热量，保证生产正常运行。例如：在常减压装置中常压炉就是将原油加热到一定温度，使之汽化从而达到分馏的目的。管式加热炉的一般结构如下：图 1-1 管式加热炉由图可知，它由烟囱，对流室，辐射室和燃烧器四部分组成。管式加热炉，包括加热炉本体和余热回收系统，余热回收系统包括空气预热器，其中空气预热器由非冷凝
7、式空气预热器和冷凝式空气预热器两段组成，余热回收系统中另设有冷凝液收集池、引风机和鼓风机，冷凝液收集池直接设在冷凝式空气预热器下方，冷凝液收集池与引风机相连接，鼓风机与冷凝式空气预热器相连。使用本加热炉，其加热炉的排烟温度可降低到100C 左右，实现烟气中含酸水蒸气的部分冷凝，且在回收烟气低温显热的同时，能回收部分含酸水蒸气的汽化潜热，进一步提高加热炉热效率，节约能源。下面是一个减压炉控制系统图。自动控制工程课程设计31.2 减压炉主要工艺参数及干扰因素1.2.1 炉管表面热强度单位时间内单位炉管表面积所传递的热量称为炉管表面热强度，单位为 kJ/m2h 或W/m2。炉管表面热强度越大，完成相
8、同热任务所需的传热面积越小，使用的炉管就越少，1.0Mpa 蒸汽FTC2202FTC2205FTC2206FTC2201FTC2203FTC2208FTC2207FTC2204LIC2210TIC2110TIC2110TI2205TI2206TI2207TI2208TI2247TI2502TI2503F-21.0Mpa 蒸汽0.4Mpa 蒸汽蒸汽空气从 K-1 来燃料油返塔至 C-4高压瓦斯从 D-12 来FI2209 TI2160THC2210BPI2201FI2237 FI4015FT4014FT2234 THC2210APDIC2205自动控制工程课程设计4炉子体积可减小，投资可以降低。
9、应注意的是炉管表面热强度一般指平均值。1.2.2 炉膛温度（又称火墙温度）炉膛温度指烟气离开辐射室进入对流室时的温度，它表征炉膛内烟气温度的高低，是炉子操作中重要的控制指标。1.2.3 热负荷每台加热炉单位时间内向管内介质传递的总热量，单位为 W 或 kJ/h。炉子的热负荷越大，其生产能力越大。计算公式为： 1.2.4 炉膛热强度 燃料燃烧的总发热量除以炉膛体积，称之为炉膛热强度（又称体积热强度） ，它表示单位体积的炉膛在单位时间里燃料燃烧所放出的热量，单位为 kJ/m3h 或 W/m3。炉膛热强度越大，完成相同的热任务所需的炉子越紧凑。1.2.5 管内流速及压力降液体在管内的流速越低，则边界
10、层越厚，是传热系数越小，管壁温度越高，介质在炉内停留的时间越长。其结果，介质易结焦，炉管易损坏。但流速过高有增加管内压力降，增加了管路系统的动力消耗。1.3 减压炉一般的控制方案1.3.1 加热炉的单回路控制 加热炉出口总管温度是加热炉环节最为重要的参数，出口温度的稳定对于常压塔等后续工艺的生产稳定、操作平稳甚至提高收率至关重要。最简单的控制方法就是采用单回路的反馈控制。单回路反馈控制简单实用，有它的使用价值。但该方法没有考虑燃料量变化的影响，所以出口温度不容易稳定，在一定程度上也会造成燃料的浪费。在简单反馈控制方案的基础上，加入燃料量控制回路，就可以构成加热炉的串级控制系统。这种控制方案也比
11、较简单，效果比简单控制的效果要好一些，但因为没有考虑原油进料量的波动，所以出口温度仍不容易稳定，另外没有考虑空气量与燃料量之间的配比控制，燃烧也不能达到较为理想的状态，这也是出口总管温度不容易稳定的一个原因。串级控制系统也可以引入炉膛温度的控制回路来构成：出口温度控制器的输出作为炉膛温度的设定值，炉膛温度控制器的输出作为燃料量的给定值，燃料量控制器再去控制调节阀。这种串级控制利用炉膛温度的重要信息，有利于克服某些装置燃料压力的波动，但反过来对炉膛温度测量的准确性要求较高。在串级控制的基础上，再引入原油进料前馈，可以构成静态前馈控制或动态前馈控制。采用原油进料前馈控制后，在原油进料流量有变化时，
12、控制系统能很快使燃料流量发生相应的变化，从而得到补偿，使进料流量波动对出口温度的影响较小。国内大多数的炼油厂目前均采用以上几种方法进行出口总管温度控制，其中简单的串级控制应用较多，控制多采用经典的 PID 控制器。实际上，由于系统的大时延、非线0)1(QIeIWQiLvF自动控制工程课程设计5性以及时变特性，PID 控制很难取得理想的控制效果，采用先进控制如目前在工业过程中应用最广泛的预测控制成为改善控制品质的必要手段。1.3.2 加热炉的前馈-反馈控制在加热炉的自动控制系统中，有时遇到生产负荷即进料流量，温度变化频繁，干扰幅度有较大时，此时采用串级控制难以满足生产要求，而采用前馈-反馈控制系
13、统，往往是行之有效的。前馈控制部分克服进料流量（或温度）的干扰作用，而反馈控制克服其余干扰作用。1.3.3 加热炉出口温度控制减压炉进料一般分为几个支路。常规的控制方法是：在各支路上安装各自的流量变送器和控制阀，而用炉出口总管温度来调节炉用燃料量。这样的调节方法根本没有考虑支管温度均衡的控制，支管温度均衡的控制由操作工凭经验根据分支温差来调节分支流量差。这种人为操作显然无法实现稳定的均衡控制，往往是各支管流量较均衡，而分支温度有相当大的差异，某一炉管因局部过热而结焦的可能性很大。为了改善和克服这种情况，需要采用支路均衡控制方法。1.3.3 加热炉燃烧控制加热炉燃烧控制的任务是提高加热炉的热效率，以达到节能增效的目的。由于加热炉是常压蒸馏装置中耗能最大的环节，能耗占整个装置的 70%以上，因此加热炉热效率的提高对于整个常压蒸馏装置的节能具有决定性的意义。常规的控制系统中，加热炉出口温度、炉膛负压、烟气氧含量等变量是独立的、互不关联的，而实际上各变量之间相互影响。一般可以采用前馈加反馈的控制方法。如：反馈调节对象选择加热炉的热效率或烟气氧含量，执行手段采用调节控制量；前馈系统采用单参数或多参数前馈，如选干扰源为燃料流量或燃料压力等。在燃烧控制的基础上可进一步实施燃烧优化，即采用高级优化策略通过烟
