罐顶氮封压力分程控制系统设计.docx
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罐顶氮封压力分程控制系统设计.docx
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罐顶氮封压力分程控制系统设计
1课程设计题目和要求................................................1
1.1课程设计题目.................................................1
1.2设计要求.....................................................1
2设计方案..........................................................1
2.1控制系统分析.................................................1
2.2控制系统的方框图与流程图.....................................2
3分程控制的介绍....................................................3
3.1概述.........................................................3
3.2分成控制的应用场合...........................................4
3.3压力变送器...................................................6
3.4控制器的选择.................................................8
3.4.1可编程数字控制器的主要特点.............................8
3.4.2DDZ-3控制器的特点.....................................8
3.4.3控制器的规律选取......................................10
3.5执行器......................................................10
3.5.1气动执行器的组成与分类................................11
3.5.2控制阀的流量特性......................................11
3.5.3控制阀的结构..........................................12
3.5.4控制阀的选择..........................................12
3.6控制器的正反作用方向........................................13
总结...............................................................14
参考文献...........................................................15
课程设计说明书
1课程设计题目和要求
1.1课程设计题目
罐顶氮封压力分程控制系统设计
1.2设计要求
在炼油厂或石油化工厂中,有许多贮罐存放着各种油品或石油化工产品,这些贮罐建造在室外,为使这些油品或产品不与空气中的氧气接触、被氧化变质,或引起爆炸危险,常采用罐顶充氮气(N2)的办法,使其与外界空气隔绝。
实行氮封的技术要求是要始终保持罐内的N2气压为微量正压。
贮罐内贮存的物料量增减时,将引起罐顶压力的升降,应及时进行控制,否则将会造成贮罐变形。
设计满足上述要求的压力控制系统。
2设计方案
2.1控制系统分析
储存罐中物料的增减会导致氮气封顶压力的变化。
当抽取物料时,氮气压力会下降,如不及时向储罐中补充氮气,储罐就会被吸瘪的危险。
而当向储罐中打料时,氮封压力又会上升。
如不及时排除储罐中部分氮气,储罐有可能被鼓坏。
为了维持氮封压力所以选择氮气压力控制变量来保持罐内压力与罐外大气压力平衡。
为确保氮气压力随物料的多少而稳定,进而采用分程控制方案。
控制对象:
油罐
被控变量:
罐内的氮气压力
控制(操纵)变量:
氮气输入量与输出量。
变送器:
一个压力变送器(PT)
控制器:
一个压力控制器(PC)
执行器:
控制阀。
1
课程设计说明书
2.2控制系统的方框图与流程图
分程控制方案须选择分程开关,利用分程开关的特性来控制氮气的进入量和输出量,来保持储罐的压力平衡。
流程图如下图1所示。
当物料进入储罐内,物料液位增加压力增大,压力检测变送器检测到储罐内压力增加输出电信号传送到压力控制器为保持储罐压力与外界压力平衡,压力控制器控制氮气输出执行器阀度A开大。
使储罐内氮气量减少。
当物料流出储罐,物料液位减少压力减少,压力检测变送器检测到储罐内压力减少输出电信号传送到压力控制器为保持储罐压力与外界压力平衡,压力控制器控制氮气输入执行器阀度B开大。
使储罐内氮气量增加。
根据流程图的设计原理方框图如图2所示
1分程控制系统流程图图
A
控制阀设定值氮气的压力
控制器储罐B
控制阀-测量变送
图2分程控制系统方框图
2
课程设计说明书
3分程控制的介绍
3.1概述
在一般的控制系统中,通常是一台控制器的输出信号只控制一个控制阀。
但在某些工艺过程中,需要由一台控制器的输出同时去控制两台或两台以上的控制阀的开度,以使每个控制阀的开度,以使每个控制阀在控制器输出的某段信号内全程动作,这中控制系统通常称为分程控制系统。
分成一般由附设在控制阀门上的阀门定位器来实现。
在如图3所示的分程控制系统中,采用了两台分程控制阀A与B。
若要求A阀在20~60kPa信号范围内做全程动作(即由全关到全开或由全开到全关),B阀在60~100kPa信号范围内做全程动作,则可以对附设在控制阀AB上的阀门定位器进行调整,使控制阀A在20~60kPa的输入信号下走完全程,阀门B在60~100kPa的输入信号下走完全程。
这样,当控制器信号在小于60kPa范围内变化时,就只有控制阀A随信号压力的变化而改变自己的开度,而控制阀B则处于某个极限位置(全开或全关),其开度不变。
当控制阀输出信号在60~100kPa范围内变化时,控制阀A因已移动到极限位置开度不再变化,控制阀B开度却随着信号大小的变化而变化。
就控制法的动作方向而言,分成控制系统可以分为两类:
一类是两个控制阀同向动作,即两控制阀都随着控制器输出信号的增大或减小同向动作,其过程如图所示,其中图为气开阀的情况,图为气关阀的情况;另一类是两个控制阀异向动作,即随着控制阀输出信号的增大而减小,一个控制阀开大,另一个控制阀则关小,如图所示,其中图时A为气开阀B为气关阀的情况,图B则是B为气开阀A为分程阀同向或异向动作的选择必须根据生产工艺的要求来确定。
ABAB
3
明书设程计说课
B
A
B
A两个阀门的分程控制特性图3
3.2分成控制的应用场合
(1)用于扩大控制法的可调范围,以提高控制质量。
设控制阀可控制的最小流量为,可控制的最大流量为,则定义QQmaxmin/=R,其中R称为阀门的可调比或可调范围。
QQminmax大多数国产阀门的可调比R等于30,在某些场合不满足要求,希望可以提高可调比R,适应负荷的大范围变化,改善控制品质,这时可采用分程控制。
图中的特性和特性均可。
是气开特性,时气关特性。
以为例分析如下。
设A、B两只阀门均为气开特性,可控制最大流量为均为200,R=30,可控制最小流量为=/R=6.67。
QQmaxmin当两只阀门以分程方式工作时,A阀工作于控制信号的20~60kPa段,B阀工作于控制信号的60~100kPa段。
这时,对于两只阀门并联而成的起分程控制作用的整体来说
?
==6.67可控制最小流量QQminmin?
=+=400可控制最大流量QQQmaxmaxmax?
?
?
=/则=400/6.67=60QQRminmaxQQ较大,则可调BA阀阀的的较小,可见,可调比增加了一倍。
如果maxmax比增加的更多
(2)满足工艺操作的特殊要求。
在某些间歇式生产化学反应过程中,当反应物投入设备后,为了使其达到反应温度,往往在反应开始前需要给它提供一定的热量。
一旦达到反应温度后,就会随着化学反应的进行不断释放出热量,这些热量如不及时移走,反应就会越来越激烈,以致会有爆炸的危险。
因此对于这种间歇式化学反应器既要考虑反应前4
课程设计说明书
的预热问题,又要考虑反应过程中及时移走反应热的问题。
为此设计了如图4
所示的分程控制系统。
分程控制系统图4
,热水调节阀阀)A图中温度调节器选择反作用,冷水调节阀选择气关式(在进行化学反应前的升温阶段,由于:
B阀)。
该系统工作过程如下选择气开式(于是就有化学反应发生,温度测量值小于给定值,因此调节器输出增大温度时,调节器输出当温升使测量值大于给定值时,热量放出,反应物的温度逐渐提高。
阀开大,阀将逐,B(由于调节器是反作用),随着调节器的输出的减小,B将减小阀关闭,即蒸汽阀开、冷水阀关,以便使反应器温度升高。
当温度达到反应渐A这时反应器夹套中流过的将不再是热水阀则逐渐打开。
关小乃至完全关闭,而A从而达到维持反应温这样一来,反应所产生的热量就被冷水所带走,而是冷水。
度的目的。
3()用于安全生产的保护措施这些油品或石油产品在炼油或石油化工厂存放油品或石油化工产品的储罐。
不宜与空气长期接触,因此空气中的氧气会使油品氧化而变质,甚至引起爆炸。
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课程设计说明书
因此常常在储罐上方充以惰性气体N2,以使油品与空气绝缘,为了保证空气不进入储罐,一般要求氮气压力应保持为微正压。
3.3压力变送器
目前,实际应用的智能差压变送器种类很多,结构各有差异,但从总体结构上看是相似的。
比较有代表性的1151智能式变送器和ST3000差压变送器,这两种变送器都是采用HART通信方式进行信息传输的。
1151智能式差压变送器是在模拟的电容式差压变送器基础上,结合HART通信技术开发的一种智能式变送器,具有数字微调、数字阻尼、通信报警、工程单位转换和有关变送器信息的存储等功能,同时又可传输4~20mADC电流信号,特别适用于工业企业对模拟式1151差压变送器的数字化改造,其原理框图如图5
p
△
传AD7715
感
WDT路
器
C及电压AD4214~20mv
整电CPUCHAR通信部监控电
图51151智能式差压变送器原理框图
(1)传感器部分1151智能式差压变送器检测原件采用电容式压力传感器,传感器部分工作原理与模拟式电容差压变送器相同,此处不再赘述。
传感器部分的作用是将输入差压转换成A/D转换器所要求的0到2.5V电压信号。
(2)AD7715AD7715是一个带有模拟前置放大器的A/D转换芯片,它可以直接接收传感器的直流低电平输入信号,并输出串行数字信号至CPU。
该芯片还具有自校准和系统校准功能,可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响,因此特别适用于智能式变送器。
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(3)CPU、AD421及电压调整电路CPU是
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- 罐顶氮封 压力 程控 系统 设计