精餾塔提餾段的溫度控制系統(tǒng)

1、南華大學(xué)過程控制儀表課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 精餾塔提餾段的溫度控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名 XXX 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化XXX 學(xué) 號(hào) XXXXXXXXXX 指導(dǎo)老師 XXX 2012年6月25日目 錄1. 系統(tǒng)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)目的.22. 控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求.33設(shè)計(jì)方案及儀表選型.43.1控制方案的確定.4 3.2控制系統(tǒng)圖、方框圖.5 4.各個(gè)環(huán)節(jié)儀表的選型，儀表的工作原理以及性能指標(biāo).74.1檢測(cè)元件7 4.1.1鎧裝熱電偶特點(diǎn). 74.1.2鎧裝熱電偶主要技術(shù)參數(shù).7 4.2變送器.7 4.2.1變送器主要技術(shù)指標(biāo).74.3調(diào)節(jié)器.8 4.4執(zhí)行器 8 4.4.1電氣閥門定位器作用.85. 繪制儀表盤

2、電氣接線圖，端子接線圖.106. 儀表型號(hào)清單.117. 設(shè)計(jì)總結(jié).12參考文獻(xiàn) .131.系統(tǒng)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)目的 精餾操作是煉油、化工生產(chǎn)過程中的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到工廠的產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來一直受到人們的高度重視。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求又大多較高。這些都給自動(dòng)控制帶來一定的困難。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有千差萬別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和研究。精餾塔的控制最終目標(biāo)是，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。在這個(gè)情況為了更好實(shí)

3、現(xiàn)精餾的目標(biāo)就有了提餾段溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。 按提餾段指標(biāo)的控制方案，當(dāng)塔釜液為主要產(chǎn)品時(shí)，常常按提餾段指標(biāo)控制。如果是液相進(jìn)料，也常采用這類方案。這是因?yàn)樵谝何幌噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量的變化，首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，塔頂或精餾段塔板上的溫度不能很好地反映濃度的變化，所以采用提餾段控制溫度比較及時(shí)。另外如果對(duì)釜底出料的成分要求高于塔頂出料，塔頂或精餾段板上溫度不能很好反映組分變化和實(shí)際操作回流比大于幾倍最小回流比時(shí)，可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變?cè)俜衅骷訜崃孔鳛榭厥侄蔚姆桨?，就是提餾段溫控。精餾塔的控制目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使

4、總收益最大，成本最小。2. 控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求 (1)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹，工藝流程分析； (2)各環(huán)節(jié)儀表的選型、儀表的工作原理及性能指標(biāo)；(3)儀表間的配接說明； (4)繪制工藝流程原理框圖； (5)給出儀表型號(hào)清單； (6)繪制儀表盤電氣接線圖，端子接線圖。3設(shè)計(jì)方案及儀表選型 3.1控制方案的確定 圖3-1是精餾塔底部示意圖，在再沸器中，用蒸汽加熱塔釜液產(chǎn)生蒸汽，然后在塔釜中與下降物料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。為了保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行，需要把提餾段溫度。保持恒定。為此在蒸汽管路上裝上一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用它來控制加熱蒸汽流量。從調(diào)節(jié)閥的做到溫度發(fā)生變化，需要相繼通過很多熱容積。實(shí)踐證明加熱蒸汽壓力的

5、波動(dòng)對(duì)的影響很大。此外，還有來自液相加料方面的各種干擾包括它的流量、溫度和組分等，它們通過提餾段的傳質(zhì)過程，以及再沸器中傳熱條件（塔釜溫度、再沸器液面等），最后也影響到溫度。很明顯當(dāng)加熱蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，如果采用如圖3-1所示的簡(jiǎn)單單回路溫度控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)一般不能滿足生產(chǎn)要求。由于存在這些擾動(dòng)故考慮串級(jí)控制系統(tǒng)。圖3-1精餾塔提餾段單回路溫度控制方案串級(jí)控制系統(tǒng)（如圖3-2），與單回路控制系統(tǒng)相比有一個(gè)顯著的區(qū)別，即其在結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，形成了兩個(gè)閉環(huán)-雙閉環(huán)或稱雙環(huán)。 串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的雙環(huán)系統(tǒng)相同，就其主回路外環(huán)來看是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路內(nèi)環(huán)則為

6、一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。以加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)為例，在控制過程中，副回路起著對(duì)爐出口溫度的“粗調(diào)”作用，而主回路則完成對(duì)爐出口溫度的“細(xì)調(diào)”任務(wù)。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)多用了一個(gè)測(cè)量變送器與一個(gè)控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說僅增加了一個(gè)測(cè)量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。其原因是在串級(jí)控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)包含二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)有如下幾點(diǎn)的改善： 改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性提高了系統(tǒng)的工作頻率。 對(duì)二次擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力。 提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力 。 綜上所述根據(jù)系統(tǒng)工藝要求決定在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用閉環(huán)串級(jí)控制方式。 圖3-2一般閉

7、環(huán)串級(jí)控制系統(tǒng)3.2控制系統(tǒng)圖、方框圖 本系統(tǒng)為了較好的達(dá)到控制目標(biāo)采，用如圖2-3所示的提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器QC2根據(jù)加熱蒸汽流量信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥，這樣就可以在加熱蒸汽壓力波動(dòng)的情況下，仍能保持蒸汽流量穩(wěn)定。但副調(diào)節(jié)器QC2的給定值則受主調(diào)節(jié)器C1的控制，后者根據(jù)溫度改變蒸汽流量給定值Qr，從而保證在發(fā)生進(jìn)料方面的擾動(dòng)的情況下仍能保持溫度滿足要求。用這個(gè)方法以非常有效地克服蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)于溫度的影響，因?yàn)榱髁孔苑€(wěn)定系統(tǒng)的動(dòng)作很快，蒸汽壓力變化所引起的流量波動(dòng)在2至3s以內(nèi)就消除了，而這樣短暫時(shí)間的蒸汽流量波動(dòng)對(duì)于溫度的影響是很微小的。 進(jìn)料 加熱蒸汽圖2-3精餾塔提餾段溫度控制串級(jí)

8、控制系統(tǒng)圖 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖如圖2-4所示，它有倆個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)：副環(huán)是流量自穩(wěn)定系統(tǒng)，主環(huán)是溫度控制系統(tǒng)。 主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)塔底流量測(cè)量溫度測(cè)量D2D1+rQrQ圖3-4提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)框圖主參數(shù)：塔底物料溫度 副參數(shù)：加熱蒸汽流量Q控制量：蒸汽閥開度 一次擾動(dòng)D1：加熱蒸汽壓力的波動(dòng)對(duì)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)D2：來自液相加料方面的各種干擾；包括它的流量、溫度和組分等，它們通過提餾段的傳質(zhì)過程以及再沸器中傳熱條件（塔釜溫度、再沸器液面等）。4.各個(gè)環(huán)節(jié)儀表的選型，儀表的工作原理以及性能指標(biāo)4.1檢測(cè)元件本系統(tǒng)選擇鎧裝熱電偶4.1.1鎧裝熱電偶特點(diǎn)：  1.

9、熱響應(yīng)時(shí)間小，減少動(dòng)態(tài)誤差  2.可彎曲安裝使用  3.測(cè)量范圍大  4.機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好4.1.2鎧裝熱電偶主要技術(shù)參數(shù)： 1.精度等級(jí)：I級(jí)或II級(jí) 2.公稱直徑：1 3.彎曲直徑：R5D 4.公稱壓力：常壓 測(cè)量500以上的高溫，它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中從0800范圍內(nèi)的液體、蒸汽和其氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度， 鎧裝熱電偶響應(yīng)時(shí)間0.5（秒）。4.2變送器 本系統(tǒng)的變送器用于溫度的變送，故選擇溫度變送器。其中較為常用的有模擬式溫度變送器，一體化溫度變送器以及智能式溫度變送器三種。本系統(tǒng)采用典型的模擬式溫度變

10、送器中的DDZ-III型熱電偶溫度變送器，屬安全火花型防爆儀表。還可以與檢測(cè)元件熱電偶相匹配。將溫度信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。本系統(tǒng)選擇KBW-1121熱電偶溫度變送器4.2.1主要技術(shù)指標(biāo)： 1、輸入信號(hào)：最小量程3mV  最大量程<80mV（根據(jù)配用熱電偶而定） 2、輸出信號(hào)：15V d.c 或420mA d.c 3、負(fù)載電阻：0500 4、精度：±0.5%（量程范圍5mV）±1.0%(5mV量程范圍3mV 5、工作條件：環(huán)境溫度：540 相對(duì)濕度：10%-75% 供電電源：24V±10% 周圍空氣中不含有腐蝕性氣體 6、功耗：2W4.3調(diào)節(jié)

11、器 用DDZ-III型PID調(diào)節(jié)器TDM-400。原理：調(diào)節(jié)器的正，反作用的選擇要根據(jù)控制系統(tǒng)所包括的各個(gè)環(huán)節(jié)的情況 而定，這樣只要根據(jù)被控參數(shù)與變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)控制回路開環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)為“負(fù)“的要求，就可以確定調(diào)節(jié)器的正，反作用，本系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器因選反作用。 性能指標(biāo)：輸入信號(hào)：1-5V直流電壓，外給定信號(hào)：4-20ma直流電流，負(fù) 載電阻：250歐-750歐。4.4執(zhí)行器 本系統(tǒng)使用電氣閥門定位器。4.4.1電氣閥門定位器作用： 1.將420mA或010mA轉(zhuǎn)換為氣信號(hào)，用以控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 2.它還能夠起到閥門定位的作用 圖4.4氣源壓力對(duì)應(yīng)閥門開度實(shí)驗(yàn)圖當(dāng)輸入IO對(duì)主杠桿2產(chǎn)生

12、向左的力F1 主杠桿繞支點(diǎn)反時(shí)針偏轉(zhuǎn)擋板13靠近噴嘴15Pa使閥桿向下移動(dòng)并帶動(dòng)反饋桿9繞支點(diǎn)4偏轉(zhuǎn)凸輪5也跟著逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)從而使反饋彈簧11拉伸最終使閥門定位器達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，一定的信號(hào)壓力就對(duì)應(yīng)于一定的閥桿位移，即對(duì)應(yīng)于一定的閥門開度。本系統(tǒng)選用M52286系列電子式電動(dòng)執(zhí)行器主要技術(shù)參數(shù)：電源：AC220±50%，50HZ。耗電功率（額定負(fù)載時(shí)）： 規(guī)格A型執(zhí)行器 50VA； 規(guī)格B型執(zhí)行器 150VA； 規(guī)格C型執(zhí)行器 220VA。 輸入信號(hào)：DC420mA或DC15V 輸出信號(hào)：DC420mA（負(fù)載電阻500以下）。 控制精度： 基本誤差：±1% 回差1% 死區(qū)

13、1% 工作行程調(diào)整范圍： “零點(diǎn)”±25% “行程”20%100%閥的選擇：本系統(tǒng)選擇電/氣閥門定位器：YT-1050 輸入信號(hào)：420mA DC 阻抗：250 +/- 15 Ohm 供給壓力：1.47.0kgf/cm2(20100 psi) 行程：直行程：10150mm, 角行程：09005.繪制儀表盤電氣接線圖，端子接線圖圖5.1 電器接線圖6給出儀表型號(hào)清單：表6-1 儀表清單編號(hào)名稱個(gè)數(shù)型號(hào)1溫度變送器2KBW-11212熱電偶1K型鎳-鎳硅3DDZ-III調(diào)節(jié)器2TDM-4004電子式電動(dòng)執(zhí)器1M522865電氣閥門定位器1YT-10506薄膜氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥1ZMBS-16K7

14、.設(shè)計(jì)總結(jié)在為期一個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)中，遇到過很多很多的問題，但我通過很多有效地途徑，例如上網(wǎng)查相關(guān)資料，問身邊的同學(xué)與朋友，或者請(qǐng)教本專業(yè)的老師，都得到了解決。 在設(shè)計(jì)過程中，從拿到題目，方案的設(shè)計(jì)到方案的確定，都經(jīng)過了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，回路的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運(yùn)用有了深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識(shí)。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，拓展了知識(shí)面，了解了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。參考文獻(xiàn) 1.張毅，張寶芬，曹麗，彭黎輝.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)M.北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2009 2.方崇智譯.過程控制系統(tǒng)M.化學(xué)工業(yè)出版社，1982 2.周澤魁.控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007 3.金以慧.過程控制M.北京：清華大學(xué)出版社，2010 4.胡壽松.自動(dòng)控制原理