自控工程課程設(shè)計(jì)

1、東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課 程自控工程課程設(shè)計(jì)題目石油催化裂化系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化10-01班學(xué)生姓名XXXX學(xué)生學(xué)號(hào)100601140128指導(dǎo)教師李艷輝任偉建2013年11月15日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程自控工程課程設(shè)計(jì)題目石油催化裂化系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè) 自動(dòng)化 姓名 XXX學(xué)號(hào) 100601140128主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：1 掌握利用Auto-CAD繪制常減壓裝置蒸汽發(fā)生部控制工藝流程圖2 掌握節(jié)流裝置的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算3 掌握調(diào)節(jié)閥的選型及口徑計(jì)算4了解催化裂化裝置的典型操作數(shù)據(jù)基本要求：1.在工程設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格貫徹執(zhí)行一系列國家

2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定2 邊學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定邊上機(jī)設(shè)計(jì)3. 必須按階段完成任務(wù)4. 設(shè)計(jì)完成后交出一份包括上述三個(gè)部分符合撰寫規(guī)范的設(shè)計(jì)報(bào)告主要參考資料：1 HG/T2063620639-1998,化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定（上下卷）S.2 GB/T2624-1993，流量測量節(jié)流裝置 S.3 葉學(xué)扎天然氣與石油J.1995.完成期限 2013.11.42013.11.15指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人20013 年 10 月 20 日目錄第 1 章 工程實(shí)例 11.1 工程背景及說明 11.2 CAD 流程圖 1第 2 章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 22.1 GB/T2624-93 概述 2第 3 章 控制系統(tǒng)儀表選型 3

3、3.1 檢測元件選型 33.2 執(zhí)行元件 4第 4 章 程序設(shè)計(jì)心得 10參考文獻(xiàn) 11自控工程課程設(shè)計(jì)第1章工程實(shí)例1.1工程背景及說明石油目前是世界上最主要的能源，催化裂化是煉油工業(yè)中最重要的一種二次加工工 藝,在煉油工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。 催化裂化過程是以減壓餾分油，焦化柴油和蠟油等 重質(zhì)餾分油或渣油為原料。在常壓和 450C 510C條件下，在催化劑的存在下，發(fā)生一 系列化學(xué)反應(yīng),轉(zhuǎn)化生成氣體，汽油，柴油等輕質(zhì)產(chǎn)品和焦炭的過程石油煉制工藝的目的 可概括為：（1）提高原油加工深度，得到更多數(shù)量的輕質(zhì)油產(chǎn)品；（2）增加品種，提高產(chǎn)品 質(zhì)量，然而，原油經(jīng)過一次加工（常減壓蒸餾）只能從中得到

4、10%40%的汽油，煤油和柴 油等輕質(zhì)油品，其余是只能作為潤滑油原料的重餾分和殘?jiān)?。但是，社?huì)對(duì)輕質(zhì)油品 的需求量卻占石油產(chǎn)品的90%左右，同時(shí)直餾汽油辛烷值很低，約為 4060,而一般汽 車要求汽油辛烷值至少大于70,所以只靠常減壓蒸餾無法滿足市場對(duì)輕質(zhì)油品在數(shù)量和 質(zhì)量上的要求。這種供求矛盾促進(jìn)了煉油工藝的發(fā)展，催化裂化技術(shù)是重油輕質(zhì)化和改 質(zhì)的重要手段之一，已成為當(dāng)今石油煉制的核心工藝之一。1.2 CAD流程圖富氣催化劑罐主風(fēng)機(jī)回?zé)捰蜐{粗汽油-輕柴油重柴油油漿新原料油水蒸汽圖2-1催化裂化裝置工藝流程圖圖1-1 CAD流程圖第2章控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 GB/T2624-93 概述19

5、93年，國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn) GB/T2624-1993實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)第一次等效采用 ISO5167（ 1991）與國際接軌，這標(biāo)志著我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，在推廣采用國際標(biāo) 準(zhǔn)上的研究成果、提高測量精度方面，已取得了突破性的進(jìn)展GB/T2624-93全稱為流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體測量。1993年2月3日由國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn) GB/T2624-93代替GB2624-81，1993 年8月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)第一次等效采用ISO5167（ 1991）與國際接軌，標(biāo)志著我國現(xiàn) 行的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，在推廣采用國際標(biāo)準(zhǔn)上的研究成果、提高測量精度方面，以取得了 突破性的進(jìn)展。GB/

6、T2624-93主要特點(diǎn)有： 以流出系數(shù)C代替流量系數(shù)a C值的計(jì)算中的B降階計(jì)算由原流量系數(shù) a 計(jì)算中的最高階 嚴(yán)降至流出系數(shù)C計(jì)算中的最高階 孑次幕。 提出5種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計(jì)中各方面的需要。 提出迭代計(jì)算方法，給出計(jì)算機(jī)計(jì)算程序框圖。 差壓上限不再計(jì)算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計(jì)者有更多的經(jīng)驗(yàn)。 管道粗糙度不再參加計(jì)算，而是在計(jì)算結(jié)果出來后驗(yàn)證。在GB/T2624-93中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有以下幾種：標(biāo)準(zhǔn)孔板：角接取壓；法蘭取壓；徑距取壓（D-D/2 ）。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴：ISA1932噴嘴；長頸噴嘴。文丘里管：文丘里噴嘴；經(jīng)典文丘里管。16第3章控制系統(tǒng)儀表選型3.1檢測元件選型本課

7、程設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算需編制計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，程序設(shè)計(jì)流程框圖 如下圖所示。D°, P,q mP,t,P , 4 , K.,人 e, k DD=D01+ D(t-20)4gmRsD=3令：Az=IRD設(shè)：X=A/(eC)(當(dāng)n=1,2 時(shí))- 1=X12/(1+x i2)0.25 C 用Xti=Xn+1- 1 1 e-1 Xm+-Xm-2】/6 m+1- .' m<=5*10A2A2 - X2CX 2 叫X：）d20=1'd(t -20)圖3-1程序設(shè)計(jì)流程方框圖3.1.1節(jié)流裝置的數(shù)據(jù)計(jì)算表3-1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)備注位號(hào)FE21502用途

8、200-RG2305介質(zhì)名稱壓縮富氣介質(zhì)狀態(tài)氣體取大量12000m3/h正常量2200m3/h最小量1200m3/h操作溫度40 r操作壓力1.5MPa量程比10:11. 輔助計(jì)算 計(jì)算流量標(biāo)尺因被測介質(zhì)為液體，應(yīng)求出質(zhì)量流量。根據(jù)流量標(biāo)尺取標(biāo)準(zhǔn)流量為 6000Kg/h，即為1.6666Kg/s。 計(jì)算差壓上限再根據(jù)公式qm = 可夕d'mPh計(jì)算人P-P44其中 C=0.6, .；1=1=0.5,d=D20 X , qm代 17.5000Kg/s,全部代入得 *135078.47因國產(chǎn)差變的系列值為 1.0, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0 X0n，取 P =160000.0(

9、Pa 求雷諾數(shù)ReD=如兀D#4* 16.455=3.141592654 * 0.100446 * 0.001139=183127.498360求A2A2=_jReD_D 2 Pl0.001139*183127.498360=0.100446*、2*135078.47* 677=0.1535482. 計(jì)算初值 求-1設(shè):C(= C =0.6060, ；o=1X!A2C0 i-0:X121=vXL=0.25337954130.25=0.4955983337 求；1因被測介質(zhì)為液體，所以；1 =1 求GC1 =0.5959+0.0312 B 12.1 0.1840 B 18+0.0029 (306

10、/ReD) 0.75故 C1 =0.5959+0.0312 ( 0.4955983337) 2.1 0.1840 x( 0.4955983337) 8+0.0029 X(0.4955983337) 2.5 X( 106/183127.498360 0.75=0.6041653582因此- '-1 = A2 -"X1G ；1=0.0004648607 精確度判斷所以亠_ A?=0.00302746173.進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第二個(gè)假定值 X2A2X2=EiCi i=0.25414896760.25:X| 16+ +X； 一=0.49630472082 = 1C2=0.5959+0

11、.031#；0.1840鳶 +0.0029 眄.5 (106/ReD 嚴(yán) =0.6041854730因此 2 =A2 X2 2 C2=-0.0000051122=0.0000332936所以 E24.進(jìn)行迭代計(jì)算，設(shè)定第三個(gè)假定值X3，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用） X XX3=X2 -221 =0.2541405981-1P- 3住3=1=0.49629704450 75C3 =0.5959 0.0312-0.1840 身 0.0029 ；5 106 / ReD =0.6041852546因止匕：3 = A2 'X3C3 ；3=0.0000000001所以E3 = 0.0000

12、000005由于E3 =0.0000000005精確度達(dá)到要求。5.計(jì)算結(jié)果可得：B = - 3=0.4962970445C = =06041852546求得：d = D B=0.100446 X 0.4962970445=0.04985(m)=49.85(mm)求 d20.d=d20 1 d(t 20)=49.562最后得：d2=49.562(mrh3.2執(zhí)行元件3.2.1調(diào)節(jié)閥的選型在選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，主要是根據(jù)現(xiàn)場被控工藝介質(zhì)的特點(diǎn)、工藝生產(chǎn)條件 和控制要求等，結(jié)合調(diào)節(jié)閥本身的流量特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來選擇。如用于大口徑、大流量、 低壓差或濃濁漿狀及懸浮顆粒物的介質(zhì)調(diào)節(jié)時(shí)，可選用氣動(dòng)薄膜

13、調(diào)節(jié)蝶閥；當(dāng)要求直角 連接，介質(zhì)為高粘度、含懸浮物和顆粒狀介質(zhì)的調(diào)節(jié)時(shí)，可選用流路簡單、阻力小、易 于沖洗的氣動(dòng)薄膜角型調(diào)節(jié)閥；當(dāng)調(diào)節(jié)脫鹽水介質(zhì)時(shí)，由于脫鹽水介質(zhì)中含有低濃度的 酸或堿，它們對(duì)襯橡膠的蝶閥、隔膜閥有較大的腐蝕性，因此可選用水處理專用球閥， 以延長使用壽命；當(dāng)要求閥在小開度時(shí)工作，就不應(yīng)選用雙座閥，因雙座閥有兩個(gè)閥芯， 其下閥芯處于流閉狀態(tài)，穩(wěn)定性差，易引起閥的振蕩。此外，選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥的閥芯型式。閥芯是調(diào)節(jié)閥最關(guān)鍵的零件， 有直行程閥芯和角行程閥芯兩大類。直行程調(diào)節(jié)閥閥芯是垂直節(jié)流的，而介質(zhì)是水平流 進(jìn)流出的，閥腔內(nèi)流道必然轉(zhuǎn)彎倒拐，使閥的流路形狀如倒“ S”，因

14、而存在許多死區(qū)，為介質(zhì)的沉淀提供了空間，易造成堵塞。角行程調(diào)節(jié)閥的閥芯是水平節(jié)流的，與介質(zhì)的 進(jìn)出方向一致，因此易把不干凈介質(zhì)帶走，而且流路簡單，介質(zhì)沉淀空間少，故其防堵 性能好。再次，還應(yīng)考慮調(diào)節(jié)閥上閥蓋的形式和所用的填料。當(dāng)介質(zhì)溫度為 -20200C時(shí)，應(yīng) 選用普通型閥蓋；當(dāng)溫度高于 200C時(shí)，應(yīng)選用散熱型閥蓋；當(dāng)溫度低于-20C時(shí)，應(yīng)選 用長頸型閥蓋；在有劇毒、易揮發(fā)、易滲透等重要介質(zhì)的場合，應(yīng)選用波紋管密封型閥蓋。上閥蓋填料室中的填料有聚四氟乙烯或石墨填料，前者摩擦系數(shù)小，可減少回差， 且密封性好；后者使用壽命長，但密封性差。322調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算從調(diào)節(jié)閥的Kv計(jì)算到閥的口徑確定，一般

15、需經(jīng)以下步驟： 計(jì)算流量的確定。現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計(jì)算流量的Qmax 和 Qmin. 閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（阻力系數(shù)），再確定計(jì)算壓差。 計(jì)算Kv。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計(jì)算公式和圖表，求得Kvmax和Kvmin. 選用Kv。根據(jù)Kvmax,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取>Kvmax且與其最接近的一 級(jí)C. 調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算。一般要求最大計(jì)算流量時(shí)的開度90%,最小計(jì)算流量時(shí)的開度< 10%。 調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比的驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比玄10。 閥座直徑和公稱直徑的確定。驗(yàn)證合適后，根據(jù)C確定。pc、pv、Fl、c、2、D

16、2、閥型阻塞流判別按阻塞流條件計(jì)算C低雷諾數(shù)修正判別Re > 3500Re的計(jì)算式Rv 3500低雷諾數(shù)修正（Fr）11r 4求GnaxSc=Qnax (2)mi) Cmax初選C00的值和口徑查產(chǎn)品目錄而定驗(yàn)算不合格管件性轉(zhuǎn)修正判別X d, D=D2管件性轉(zhuǎn)修正計(jì)算調(diào)節(jié)閥口徑選定驗(yàn)算1. 開度驗(yàn)算2. 可調(diào)比驗(yàn)算式323調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算方框圖及相關(guān)參數(shù)表f計(jì)算數(shù)據(jù)的確定Q、（W）、p、P2、s、Qnax、r、按非阻塞流條件計(jì)算C最后確定口徑和C00的值圖3-2調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算程序框圖324計(jì)算數(shù)據(jù)表3-2調(diào)節(jié)閥口徑計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)備注位號(hào)FE21105操作壓力1.0 MPa安裝位置200-

17、LS2119最大流量6000 kg /h介質(zhì)原料油霧化蒸汽操作密度4.21kg/m3公稱直徑(DN)200動(dòng)力粘度0.01805MPa.s工作溫度250 r等熵指數(shù)1.32 cp/cv(1)計(jì)算KvKv選定口徑計(jì)算過程:0.01Wmax0.01 2772JP(R P2 ) J4.2漢(8.27.2) Kv值圓整、放大查產(chǎn)品目錄，附表3,取Kv=16 (Dn32),選雙座閥(Vn) 其放大系數(shù)為：m二61.1813.52查表12-9,知滿足m=1.18時(shí)，閥最大開度90%，所以心值應(yīng)再向上取一擋，即25取Kv=25 (Dn40)，此時(shí) M = = 1.8513.52 開度驗(yàn)算-=1 -馴 =1

18、- lg1.85 =0.82，即開度82%可滿足要求 丄 lg R lg 30結(jié)論選定雙座閥，取Dn40為選定口徑，因?yàn)榉亲枞鞴r，故不作噪音預(yù)估及管件形狀max修正。因?yàn)镼一 =3，R =307.4 =18.97 一3,可調(diào)比滿足要求。Qmin第4章課程設(shè)計(jì)心得通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇 到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也 暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是 一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)， 設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了 石油催化裂化裝置帶來的一切，它的原理，流程，操作等關(guān)于它的知識(shí)。我認(rèn)為，在這 學(xué)期的課程設(shè)計(jì)中，不僅培養(yǎng)