重油说明书要交的.docx
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重油说明书要交的
摘要
本文是关于用过程控制的方法对重油气化炉进行控制,通过控制器(PID),使系统能根据生产负荷的需要,提供一定温度和流量的裂化气,使得重油气化炉在安全经济的条件下运行,实现控制要求。
此系统的监控清晰明确,能准确把握系统当前的运行情况,简化了系统监控的操作,减轻了个人的劳动强度;同时对现场的重要参数进行设定,保证了系统运行的可靠,将操作错误的影响减小到最低程度。
该内容包括自动化控制方案的确定、仪表选型的原则、测量仪表的选用、调节阀口径的计算等内容。
关键词:
重油气化炉过程控制PID仪表选型
一、气化炉生产环境特点
该气化炉是合成气车间的能源储存和能源供应源,所以控制系统的工作正常与否,直接关系到能源的供应和生产的正常运行。
重油主要是由各种碳氢化合物组成,大致分为烷烃、环烷烃和芳香烃三类,还含有少量的碳、氢、硫等几种元素组成,可用化学式CnHmSr(n表示碳原子数,m表示氢原子数,r表示硫原子数)来表示,其中碳为85%~88%,氢为11%~13%;重油是一种比重指数为99.9的稠油,黏度大,在常温下基本不流动。
在生产过程中必须把重油加热到一定的温度才能正常使用;否则将造成重油喷嘴、管道和阀门的堵塞,这将对设备的使用和维护造成不良的影响。
现所用的蒸汽供热方法是氧—蒸汽间接加热。
现在所设计的自动控制系统是主要对气化炉的温度进行自动检测、报警和防护等,但因重油气化炉的特殊因素,处在独立的户外环境,这样炉内的温度和控制系统中的各种仪器将容易受到天气变化和季节更替的影响,所以我们设计的系统和所选的仪表要有较高的可靠性和稳定性,必须有准、稳、快等特点。
二、温度自动控制系统方案的确定
温度控制系统
方框图如下:
图A气化炉温度控制系统的方框图
说明:
a.操纵变量q:
气化炉内的温度;
b.被控变量y:
裂化气出口流量;
c.扰动量f:
氧-蒸汽的温度变化异常。
重油气化炉中的油蒸汽送入炉中时温度可能不符合工艺要求,同时因散热等因素导致气化炉中油蒸汽的温度不能保持在1300~1400℃之间,所以要通过氧—蒸汽对重油喷嘴中的重油进行加热,这样就要设计温度控制系统。
1、被控变量y的确定
工艺要求控制重油气化炉中炉内的温度,而炉内的温度又是容易能直接测量的量,所以选择气化炉内的温度作为被控变量。
2、操纵变量q的确定
能使重油气化炉中炉内的温度发生变化并偏离期望值的因素有:
油蒸汽流量、氧-蒸汽温度、氧-蒸汽回收管流量、氧-蒸汽流量温度、软水入口流量温度、重油入口温度流量、裂化气出口流量。
其中氧-蒸汽流量温度受气化炉体积限制,控制范围有限,而入口温度流量也是不受控制的所以不能作为操纵变量。
裂化气流量和裂化气℃只能随用户用气情况变化而用户用气情况是不可预测的所以氧-蒸汽流量和温度都不能作为操纵变量。
裂化气出口流量由厂区合成气车间确定,是不易改变的量,而裂化气出口流量易于控制,对生产氨的温度影响最为显著因此选择裂化气出口流量作为操纵变量较为理想。
3.控制过程描述
重油气化炉内的温度由SBWR一体化热电偶温度变送器(B)测出送入控制器(PID),当气化炉内的温度因各种扰动使温度偏低时,控制器接收到信号与设定值进行比较得出偏差,然后进行PID运算,并发出控制信号对裂化气出口调节阀进行控制,增大裂化气出口流量,从而使气化炉内的温度上升到设定值,当重油气化炉内的温度偏高时反之。
三、仪表的选型原则
生产过程自动化的实际,不仅需要制定合理的自动化方案,而且还需要正确地选用自动化仪表,控制仪表的种类和型号繁多,所以仪表选型时要考虑以下几点:
第一,工艺过程的条件:
首先要考虑工艺过程的温度、压力、流量、精度、腐蚀性、毒性、脉动等因素,这是决定仪表选型的重要条件,它们关系到仪表的选型合理性和仪表的使用寿命,并直接影响到仪表能否投运,生产能否正常进行和车间的保安、防火等问题
第二,安装地点和安装方式:
仪表安装地点和安装方式的不同对仪表的选型也有影响
第三,测量及调节的准确性:
既要根据工艺上的不同要求考虑,选用不同精度等级仪表和不同调节方式的调节。
调节阀是控制系统的重要一环,不可以忽视。
仪表要与经济性结合考虑。
第四,统一性:
从便于维修和管理的角度出发,注意要选用仪表的类型的统一性。
具体的仪表选型原则有以下:
(一)下列情况宜采用电动仪表
1、变送器或控制阀至显示,控制仪表间的信号传送距离超过150米以上时
2、要求信号响应速度快,信息处理和运算较为复杂的场合
3、大型企业要求在高度集中管理的中央控制室操作,监测控制时
4、准备考虑采用计算机控制或已经使用计算机进行过程控制和综合管理的场合
(二)测量仪表选型
1、温度测量仪表选型
就地检测的温度仪表选型,一般情况下就地温度测量仪表可选用双金属温度计,刻度盘直径选用100mm,安装位置较高或观察距离较远时选用直径150mm。
压力式温度计适用于-80摄氏度以下的低温或无法近距离读数,或有震动场所的介质的温度测量。
2、集中检测的温度仪表选型
测量含有固体颗粒的流体温度时,应选用耐磨热电偶,测量爆炸危险场所介质的温度时,可选用隔爆型热电偶。
热电偶、热电阻一般可选用螺纹连接方式。
当测量设备上有衬里或管道为有色金属管道,测量结焦淤浆、强腐蚀、剧毒、粉状等介质温度以及测触媒层多点温度时,宜采用法兰连接。
需要标准信号传输的场合,应选用温度变送器,单冲量检测系统直接用一体化温度变送器。
(三)R3100型无纸记录仪选型
仪表的指示、记录、运算、报警、控制、手动遥控等功能,应根据工艺过程的实际需要选用,对工艺过程影响不大,但需要经常监视的变量,宜设指示,对需要经常了解其变化趋势的变量,宜设记录,对可能影响生产或安全的变量,宜设报警,对工艺过程影响较大,需要及时监控的变量,宜设控制。
仪表精度的选择,应按工艺过程的要求和变量的需要程度进行,一般指示仪表的精度不应该低于1.0级,记录仪表的精良不应该低于1.5级,就地安装仪表的精度可略低一些,构成显示,控制回路的各仪表的精度要相配。
(四)控制器(PID)选择
根据工程项目情况,一般大中型生产装置的控制仪表,可能用单元组合仪表、组装式仪表、数字控制仪表或计算机控制系统。
在选择常规模拟控制仪表时,对于不易稳定或经常开停车的生产过程,宜选用全刻度指示控制器不宜采用偏差指示控制器,具有PID控制规律的控制器,特别是只允许单向偏差存在的或间歇工作的控制器,应注意积分饱和问题,并在需要的时选用有防积分饱和功能的控制器,根据工艺过程对生产安全,和对某些控制阀有限制开度的要求,控制器的输出信号需要限副时,宜选用具有输出限副功能的控制器,为了方便操作,控制器应根据系统情况分别附有手动—自动,内给定—外给定等切换装置,为了使切换无扰动,这些切换装置应具有自动跟踪功能。
(五)控制阀选型
在选择控制阀的结构型式时,应根据工艺生产条件(温度、压力、压降、和流速等)流体特性(粘度、腐蚀性、毒性、含悬浮物或纤维等)以及对控制的要求(可调比、泄漏量、开度范围等)综合考虑选择阀体组件材料质时,主要考虑工艺介质的腐蚀性、温度、压力、气蚀和冲刷等因素。
介质温度高于200摄氏度时,应选用长颈型阀盖,介质温度为-20℃~200℃时应选普通型阀盖。
(六)控制阀固有流量特性的选择
控制阀的固有流量特性有直线、等百分比、快开和抛物线等几种,由于快开特性的控制阀基本上只用于位式控制场合,抛物线特性多用于三通阀,因此,固有流量特性的选择主要是直线特性和等百分比特性的选择,在工程上,等百分比特性的控制阀因为能适应负荷变化而常常被优先考虑选用,一般情况下,固有流量特性应根据广义对象的特性、负荷变化和阀阻比S值等三个方面的因素综合考虑。
(七)控制阀口径的确定方法
根据计算得到流量系数C
值和以确定的控制阀类型,在控制阀选型样本该系列控制阀额定流量系数中,选取大于并重要接近于此C
值的C
,作为最终选定的流量系数C
,与次C
值相对应的控制发的公称通径D
和直径d值,即为最终选定的控制阀口径。
(八)控制阀气开、气关形式的选择
对于一个具体的控制系统来说,选用气开阀还是气关阀,即在阀的气源信号发生故障或控制系统某环节失灵时,阀处于全开位置安全,还是处于全关位置安全,要有具体的生产工艺来决定,经常根据以下几条原则进行选择:
1.首先要从生产安全出发,即当气源中断,或控制器出故障而无输出,或控制阀膜片破裂而漏气等使控制法无法正常工作以致阀芯恢复到无能源的初始状态,应能确保生产工艺设备的安全,不至于发生事故。
2.从保证产品质量出发,当发生控制阀处于无能源状态恢复到初始时,不应降低产品的质量。
3.从降低原料,成品,动力消耗来考虑。
4.从介质的特点考虑。
四、过程检测控制仪表选用
(一)仪表动力能源选择
经现场考查,变送器与控制阀至显示控制仪表信号传达控制室之间的输送距离超过150m,用户要求集中管理,控制室设有操作、临测、控制功能,因此确定选用电动仪表。
(二)温度测量仪表选型
1.就地温度显示仪表选型
测量介质:
油蒸汽
介质温度:
1300~1400℃
安装方式:
铠装插入式
确定选择:
SBWR一体化热电偶温度变送器(B)
型号为DDZ-S系列
量程为-200~1800℃
精度等级±0.5%
温度探杆:
材质SUS304长度500mm
控杆插入深度:
500mm
连接螺纹:
M27ⅹ2万向型
保护套管
因测量介质为油蒸汽因此需要设有保护套管,直径为Φ2025mm
仪表外径选择:
仪表安装离地面高度约在1米左右所以仪表外径可以选较小的外径:
75mm
使用及维护注意事项:
(1)为保证仪表测量的准确性,探杆侵入被测介质的长度一般不应小于探杆长度的2/3。
(2)双金属温度计在运输、安装、使用过程中,应避免碰撞温度探杆,切勿使温度探杆弯曲变形,安装时禁止扭动仪表外壳。
因为信号输送距离超过150m,因此确定选用电动仪表。
双金属温度计:
型号为DDZ-S系列
2.集中检测温度仪表选型
(1)测温元件
测量介质:
油蒸汽
介质温度:
1300~1400℃
由介质温度变化范围及介质化学性质可知:
选择防水式铂热电阻作为测温元件最适合。
型号为DDZ-S系列
分度号为:
B
测量范围:
-200~1800℃
直径:
Φ2025
接线盒材质:
碳钢合金
安装:
因定法兰连接、采用不锈钢保护管插入深度:
500mm
(2)变送器选择
因重油属于易燃、易爆物品,所以变送器确定采用信号隔离器。
型号为:
DDZ-S系列
输入信号为B
输出信号为4~20mA
电源24VDC
五、调节阀的设计计算
(一)工艺参数
介质为:
裂化气
压力为:
0~100Mpa
介质温度:
1340~1380℃
要求裂化气出口管道可实现切断和全开,因此确定选择3241型切断气动直通单座阀,型号3241系列DN=65PN=1.6MPa不锈钢阀芯铸钢阀体法兰连接法兰标准HG20592-97带正反转开到位关到位接点力矩500Nm电源380VAC其余同上。
加热蒸汽电动调节阀选择
介质为:
裂化气
介质温度为:
1360℃
压力:
0.6MPa
流量范围:
0.3~1.3T/H
正常流量为:
700kg/H
管径:
60×3
阀前压力:
P
=0.6MPa
阀后压力:
P
=0.55MPa
阀前后压差:
△P=0.05MPa
阀阻比:
S
=0.5
流量放大系数n=1.25
(二)阀口径确定
(1)判断是否为阻塞流
查表得X
=0.72K=1.29
比热系数:
F
=
=
=0.92
=F
X
=0.92
0.72=0.66
F
=0.92
=0.66
压差比:
X=
=
=0.08
因为:
X﹤F
X
即:
0.083<0.66所以为非阻塞流情况
(2)正常流量系数计算
气体膨胀系数为:
Y=1-
=1-
=0.96
计算正常流量系数
C
=
=
=15.69
(3)计算最大流量系数
S
=1-n
(1-S
)=1-1.25
(1-0.5)=0.2187
m=n
=1.25
=2
C
=mC
=2
15.69=31.38
选择C
=32.0阀的口径为Dg=50mm
X=0.08
选择=32.0阀的口径为Dg=50mm
六、仪表设备的防护
石油化工生产具有易燃、易爆、高温、高压和有毒等特点,仪表在这些特殊条件下工作,尤其是一次元件、变送器、调节阀、连接管线等直接与被测介质接触,受到各种化学介质的侵蚀,必须采取相应的防护措施,才能保证仪表正常运行。
(一)防爆问题
①仪表防爆基本原理爆炸是由于氧化或其他放热反映引起的温度和压力突然升高的化学现象,它具有极大的破坏力。
产生爆炸的条件是:
a存在爆炸性物质;
b爆炸性物质与空气相混合后,其浓度在爆炸限内;
c存在足以点燃爆炸性气体的火花、电弧或热量。
②仪表的防爆措施防爆的基本措施是尽可能减小产生爆炸的三个条件同时出现的概率。
具体的措施如下:
a控制易爆气体
b控制爆炸范围
c控制引爆源
(二)防腐蚀问题
①防腐蚀的概念金属的侵蚀作用可以是机械的、物理的、化学的、或者微生物的作用,但其中以金属的化学或电化学作用为最重要。
为了确保仪表的正常运行,必须采取相应措施来满足仪表精度和使用寿命的要求。
②防腐蚀的措施
A合理选择材料
b加保护层
c采用隔离液
d膜片隔离
仪表在特殊条件下工作,必须采取相应的防护措施,才能保证仪表正常运行。
(三)仪表防尘及防震问题
①防尘问题仪表外部的防尘方法是给仪表上防护罩或放在密封箱内。
②防震问题仪表和设备的震动来自内部和外部因素。
内部的震动表现为被测介质的脉动。
仪表外部的震动常由物料的输送、压碎、研磨等动力机械的远转所引起,也可以由剧烈的化学反映而引起。
为了减小和防止震动对仪表元件及测量精度等的影响,通常可以采用以下的方法:
a增设缓冲器或节流器
b安装橡皮软垫吸收震动
c加入阻尼装置
d选用耐震的仪表
七、总结
(一)结论
重油气化炉监控系统是随着科学技术的进步和工业生产现代化的发展而产生的,本设计是以气化炉作为监控对象,主要取得了如下结论:
第一:
对重油气化炉监控中所选择的仪表设备进行了分析,并制造了符合该系统的特点的仪器、仪表
第二:
对监控系统进行报警的设计,可使得生产及报警的安全系统得到了提高。
第三:
通过设计加深了自身的专业水平,达到了学习的目的。
(二)体会
经过一个多月的个人项目设计和对有关资料的收集,让我感受到了自动化控制技术在工业生产中的广泛性和重要性,也培养了我综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技术,分析和解决工程中实际问题的能力,强化了我在工程种计算、工程制图和编制设计文件的能力。
通过亲自动手,使我对工业自动化工程设计的基本程序有一个较全面、系统的了解。
在此次设计中,我怀着实事求是、理论联系实际、一切从实际出发的工作作风,严肃认真、谦虚谨慎的工作态度为设计原则,在对有关资料的查找、收集和编写中,我学到很多新的知识。
在设计中我和同学或老师相互配合、相互帮助、相互学习,让我们从中培养了协作精神,也让我学会了学习别人的优点和长处,来弥补自身的缺点和不足。
本文是在老师秦宇的热情关怀和悉心指导下完成的。
从个人项目设计的内容的讲解及本课题的设计分析及设计要求,无不凝聚了导师的心血,老师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的实践经验、创新的思维,特别是孜孜不倦的育人态度和对教学工作的热情,使我受益匪浅,带给了我很多无法从课本中学到的知识,也教我们学到了做什么事都要耐心和恒心。
借此课题设计之际,特向老师致以深深的谢意和最真挚的敬意!
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