粒碱生产装置中熔盐炉控制系统的设计

《粒碱生产装置中熔盐炉控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粒碱生产装置中熔盐炉控制系统的设计（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录1 设计任务及分析 12 粒碱生产流程介绍 23 熔盐炉温度控制系统设计 33.1 熔盐炉温度控制系统工作原理33.2 控制器33.3 温度传感器及变送器43.3.1 温度传感器43.3.2 变送器53.4 执行器 63.4.1 电/气转换器63.4.2 气动调节阀 73.5 调节规律选择73.6 调节器参数整定84 调节过程分析9结束语10参考文献 11摘要本次课程设计的任务是设计粒碱生产装置中熔盐炉温度控制系统。我们采用简单控制 系统来达到目标。炉内的温度变化被温度传感器所检测到，成为控制器的输入信号，通过 控制器对阀门开度的控制，从而控制重油的流量，如此循环，使炉内温度恒定在一定的范

2、 围之内，进而达到控制炉内温度的目的。关键字：熔盐炉 温度控制 简单控制系统 恒定粒碱生产装置中熔盐炉控制系统的设计1 设计任务及分析初始条件 粒碱生产的工艺流程图如下成品液碱（质量分数为50 %） 通过两段降膜蒸发浓缩为质量分数为99 %的熔融碱,再进一 步通过负压闪蒸达到99. 5 %以上,送造粒塔造粒,形成直径小于1 mm 的颗粒碱,进行冷却 入仓库保管。产品质量的关键是熔盐炉温度控制。炉温是通过重油燃烧控制的。 设计控制系统使炉温维持在4502C。要求完成的主要任务：1、了解粒碱生产工艺2、绘制熔盐炉温度控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节

3、原理及调节过程说明书2 粒碱生产流程介绍粒碱生产装置是把原有的离子膜法生产的成品液碱（质量分数为 50%）通过常用的两 段降膜蒸发浓缩为质量分数为 99%的熔融碱，再进一步通过负压闪蒸打到 99.5%以上，送 造粒塔造粒，形成直径小于 1mm 的颗粒碱，进行冷却、自动包装、码垛、打包、入仓库保 管。此装置突出的特点是用熔融盐作为热载体，对液碱进行蒸发浓缩。热载体温度要控制 在420C，传统热源不能提供如此高的温度，而在360C以下，熔盐又会凝固，堵塞管路; 温度过高，熔盐汽化，体积膨胀，管路破裂，造成重大危害。因此，对熔融盐的控制系统 要求十分严格，该装置中独立设计了一个熔盐炉，其特点是依据特

4、殊情况，即充分利用电 解工序生产出的大量氢气，但氢气的燃烧值太高，火焰温度在2400C以上，装置不需要如 此高的温度，且熔盐炉不耐如此高温，因此，采取氢气、重油混合燃烧的办法以保证炉温 为 14001600C由于本设计只对温度进行控制，为一个简单控制系统。所谓简单控制系统，是指由一 个测量元件及变送器、一个控制（调节器）器、一个调节阀和一个被控过程（调节对象） 组成，并只对一个被控参数进行控制的单闭环反馈控制系统。图 2-1 为简单控制系统的典 型框图。图 2-1 简单控制系统典型框图3 熔盐炉温度控制系统设计3.1 熔盐炉温度控制系统工作原理图 3-1 为粒碱生产装置中熔盐炉控制系统工艺流程

5、图，在这个系统中，加热炉是被控 对象，被加热的碱液出口温度是被控参数，重油的流量是控制变量。当控制变量重油 流量增加时，被控参数碱液（出口温度）升高；随着碱液温度的升高，温度传感器输出信 号增大。从安全角度出发， 为避免系统发生故障时，燃料调节阀（失控）开启烧坏加热 炉，应选择气开式调节阀。为了确保由被控对象，执行器及调节器组成的系统是负反馈， 调节器就应该选择为“反作用”方式。这样才能在炉温升高，被控参数出现偏差时，测量图 3-1 粒碱生产装置中熔盐炉控制系统工艺流程图3.2 控制器DDZ-III 型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度，仪表可靠 性和安全性，适应了大型化工

6、厂，炼油厂的防爆要求。它采用国际电工委员会（IEC）推 荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4 20mA，控制室联络信号为DC1 5V,信号电流 与电压的转换电阻为250。这种信号制的主要优点是电器零点不是从零开始,而是从4mA开始，容易识别断电、电线等故障。它采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠 性提高，维修工作量减少。整套仪表壳构成安全火花型防爆系统。图 3-2 DDZ-III 型调节器结构框图DDZ-III型PID调节器框图如图3-2所示，其主要由输入电路、给定电路、PID运算电 路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路组成。图中，调节器接收由温度传感器来 的测量信号DC,在输

7、入电路中与给定信号进行比较，得出偏差信号。然后在PD与PI电路 中进行 PID 运算，最后由输出电路转换为 4 20mA 直流电流输出。输入电路的首要任务是实现测量信号与给定信号的相减，得到偏差信号电压。另外， 由于DDZ-III型仪表电路供电电压时DC+24V，而电路中的运放在单电源+24V供电时，输 出不可能为负，但偏差是有正有负的，因此偏差信号的零点电压不能为0V,必须在输入电 路中进行电平移动，把偏差电压的电平抬高到以+10V为起点变化的电压，这样后面的PID 运算电路就能够正常工作了，而输入电路采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压 降带来的误差。DDZ-III型调节器的运算电路

8、是PD与PI两个运算电路串联组成的。调节器输出电路的首要任务是将PID电路输出的电压转换为电流，同时还承担电平移 动的任务。3.3 温度传感器及变送器温度检测元件和变送器的类型选择与被控温度的范围和精度等级有关。3.3.1 温度传感器本设计温度检测元件使用ptlOO。ptlOO是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0 时阻值为100 Q，在100 时它的阻值约为138.5 Q。 常见ptlOO的感温元件有陶瓷元件，玻璃元件，云母元件，它们是由钳丝分别绕在陶 瓷骨架，玻璃骨架，云母骨架上再经过复杂的工艺加工而成。3.3.2 变送器检测信号要进入控制系统，必须符合控制

9、系统的信号标准。变送器的任务就是将各种 不同的检测信号转换成标准信号输出。因此，热电偶、热电阻的输出信号必须经温度变送 器转换成标准信号后，才能进入控制系统，与调节器等其他仪表配合工作。本设计采用WZPB 体化温度变送器。WZPB 体化温度变送器与工业热电偶、热电 阻配套使用，一体化温度变送器采用二线制传输方式（两根导线作为电源输入和信号输出 的公用传线）。一体化温度变送器将工业热电偶、热电阻信号转换成与输入信号或与温度 信号成线性的4 20mA、0 10mA的输出信号。一体化温度变送器可直接安装在热电偶、 热电阻的接线盒内与之形成一体化结构。WZPB 一体化温度变送器特点：超小型（模块44X

10、18 ） 体化，通用性强二线制4 20mA DC输出。传输距离远，抗干扰能力强。 冷端、温漂、非线形自动补偿。测量精度高，长期稳定性好。 温度模块内部采用环氧树脂浇注工艺，适应于各种恶劣和危险场所使用。 一体化设计，结构简单合理，可直接替换普通装配式热电偶、热电阻。机械保护 IP65。采用热电偶温变，可免用补偿导线，降低成本 液晶、数码管、指针等多种指示功能方便现场适时监控。现场环境温度70C时，变送器和现场显示仪表可采用分离邙隔离）式安装。如条件不 允许可采用延长保护管长度的方法以达到保护温度变送器的目的。防爆等级： dIIBT4 、 dIIBT5 。防护等级： IP54技术指标别 SK-S

11、BW 模块式温变 SK-SBW 一体化温变准确度 0.2%F.S 0.5%F.S输 入 热电偶： B 、 S 、 T 、 K 、 J热电阻： Pt100 、 Pt10 、 Cu100 、 Cu50输出二线制 4-20 mA DC 或者三线制 4-20 mA DC使用温度-25-85（一体化LCD表头时0-60）温度影响W0.05%/C湿度 5-95%RH现场显示 无 3 1/2LED 3 1/2LCD0-100% 等分刻度显示精度 无 数字式： 0.5 级 指针式： 2.0 级负载能力 6000 （额定负载2500 ）外形尺寸44X18 70 X100 （中继器）一体化温度变送器一般由测温探头

12、（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元 组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一 体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。一体化温度变送器的输出为统一的420 mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可按用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。图 3-3 为温度变送器原理框图。图 3-3 温度变送器原理框图3.4 执行器在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元 件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的 控制信息把它转换为驱动调节机构的输出。3.4.1 电/气转换器由于

13、本文采用 DDZ-III 型调节器，其输出为电流信号，由于气动调节阀能用于易燃易 爆现场的优点，还不能呗电动调节阀所取代。为了使气动调节阀能够接受电动调节器的输 出信号，必须使用电/气转换器把调节器输出的标准电流信号转换为 20 100kPa 的标准气 压信号。因此，电/气转换器的作用就是将电信号转换为气信号。图 3-4 为电/气转换器工 作原理图。图 3-4 电 / 气转换器工作原理图3.4.2 气动调节阀气动调节阀由执行机构和调节机构（阀）两部分组装而成。执行机构：执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作。其中薄膜式执行 机构最为常用，它可以用作一般控制阀的推动装置，组成气动薄膜调

14、节阀。调节机构：调节机构实际上就是阀门，是一个局部阻力可以改变的节流元件。阀门主 要由阀体、阀座、阀芯、阀杆等部件组成。阀杆上部与执行机构相连，下部与阀芯相连。 由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，被控介质的流量也就相应地 改变，从而达到控制工艺参数的目的。根据不同的使用要求，阀门的机构形式很多，有直 通单座阀、直通双座阀、角阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀等。本文采用直通单座阀。 直通单座阀阀体内只有一个阀芯，其特点是机构简单，泄漏量小，易于保证关闭，甚至完 全切断。从工艺生产安全考虑，一旦发生故障、信号中断时，应该关闭阀门停止重油的流 入量，故我们应选择气开式调节阀，保证工

15、艺设备和操作人员的安全。3.5 调节规律选择在实际控制系统中，调节器采用的基本调节规律有比例、积分和微分调节规律， 简称 PID 调节。通过 P、I 和 D 三个环节的不同组合， 即可得到常用的各种调节规律。 PID 调节规律作为一种基本控制方式获得广泛的应用，主要是由于它具有原理简单、 鲁棒性强、适应性广等优点。PID 调节器是常规调节中性能最好的一种调节器，它综合了各种调节规律的优点，既能改善系统的稳定性，又可以消除静差。对于负荷变化大、容量滞后打、控制 品质要求高的控制对象（温度控制）均能适应。3.6 调节器参数整定简单控制系统的控制品质，与被控过程的特性、干扰信号的形式和大小、控制 方案及调节器的参数等因素密切相关。 一旦控制方案确定， 工艺条件和设备特性干扰 特性等因素就完全确定， 不可能随意改变。 这时控制系统的控制品质完全取决于调节 器的参数整定。调节器参数整定方法可以简单归结为理论计算法和工程整定法两大类。 理论计算 法要求知道被控过程的数学模型， 由于难以获得被控过程精确的数学模型， 因而理论 计算法在工程上较少采用。 工程整定法不需要对象特性的数学模型， 可直接在现场进 行参数整定，方法简单、操作方便、容易掌握，在工程实际中得到广泛应用。常用的 工程整