煉油控制工藝流程.doc

自控工程設(shè)計課程設(shè)計目錄第1章 煉油控制工藝流程圖簡介11.1工藝生產(chǎn)過程概要11.2 減壓塔的主要工藝參數(shù)及干擾因素21.3減壓塔頂部的控制方案31.4 減壓塔頂控制工藝流程圖5第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計計算及輔助計算62.1 簡介62.2計算數(shù)據(jù)7第3章 調(diào)節(jié)閥口徑計算133.1調(diào)節(jié)閥的選型133.2調(diào)節(jié)閥口徑計算133.3 計算實(shí)例14參考資料17第1章 煉油控制工藝流程圖簡介1.1工藝生產(chǎn)過程概要減壓塔是原油蒸餾裝置中的一個重要的設(shè)備，從常壓塔塔底出來的重油經(jīng)減壓爐加熱到395 左右，在減壓狀態(tài)下進(jìn)行分餾，從而得到不同餾份的產(chǎn)品。減壓塔根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的不同可分為潤滑油型和燃料型二種，無論是哪一種類型的減壓塔，在工藝上側(cè)線產(chǎn)品的質(zhì)量都是通過側(cè)線溫度的控制來實(shí)現(xiàn)的。十多年來產(chǎn)生了許多自校正器，都成功地用于實(shí)際過程，但對變時延、變階次和變參數(shù)過程，控制效果不好。因此研制具有魯棒性的自校正器成為人們關(guān)注的問題。Richalet等提出了大范圍預(yù)測概念，在此基礎(chǔ)上，Clarke等提出了廣義預(yù)測自校正器，該算法以CARIMA模型為基礎(chǔ)，采用了長時段的性能指標(biāo)，結(jié)合辨識和自校正機(jī)制，具有較強(qiáng)的魯棒性和模型要求低等特點(diǎn)，并有廣泛的適用范圍。這個算法可克服廣義最小方差（需要試湊控制量的加權(quán)系數(shù)）、極點(diǎn)配置（對階的不確定性十分敏感）等自適應(yīng)算法中存在的缺點(diǎn)。GPC法可看成是迄今所知的自校正控制方法中最為接近具有魯棒性的一種?，F(xiàn)有的常規(guī)控制方案通常是采用減壓塔一中段回流控制24層氣相溫度。減二、三、四側(cè)線抽出量控制相應(yīng)的抽出層溫度。由于減壓塔塔頂和各個側(cè)線之間存在關(guān)聯(lián)，因此常規(guī)的控制方案在出現(xiàn)干擾時，往往由于調(diào)節(jié)某一側(cè)線要影響另一側(cè)線，從而很難達(dá)到較好的控制品質(zhì)。本文針對減壓塔各側(cè)線之間的單向關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，設(shè)計了一個側(cè)線溫度多變量解耦預(yù)測控制系統(tǒng)，可克服各側(cè)線之間的耦合作用，從而改善側(cè)線溫度的控制性能。減壓塔的抽真空設(shè)備常用的是蒸汽噴射器或機(jī)械真空泵。蒸汽噴射器的結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠而無需動力機(jī)械，水蒸汽來源充足、安全，因此，得到廣泛應(yīng)用。而機(jī)械真空泵只在一些干式減壓蒸餾塔和小煉油廠的減壓塔中采用。與一般的精餾塔和原油常壓精餾塔相比，減壓精餾塔有如下幾個特點(diǎn)：(1)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)不同，減壓精餾塔分燃料型與潤滑油型兩種。潤滑油型減壓塔以生產(chǎn)潤滑油料為主，這些餾分經(jīng)過進(jìn)一步加工，制取各種潤滑油。燃料型減壓塔主要生產(chǎn)二次加工的原料，如催化裂化或加氫裂化原料。(2)減壓精餾塔的塔板數(shù)少，壓降小，真空度高，塔徑大。為了盡量提高拔出深度而又避免分解，要求減壓塔在經(jīng)濟(jì)合理的條件下盡可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔頂配備強(qiáng)有力的抽真空設(shè)備，同時要減小塔板的壓力降。減壓塔內(nèi)應(yīng)采用壓降較小的塔板，常用的有舌型塔板、網(wǎng)孔塔板等。(3)縮短渣油在減壓塔內(nèi)的停留時間塔底減壓渣油是最重的物料，如果在高溫下停留時間過長，則其分解、縮合等反應(yīng)會進(jìn)行得比較顯著，導(dǎo)致不凝氣增加，使塔的真空度下降，塔底部分結(jié)焦，影響塔的正常操作。因此，減壓塔底部的直徑常常縮小以縮短渣油在塔內(nèi)的停留時間。1.2 減壓塔的主要工藝參數(shù)及干擾因素1.塔頂溫度為了保證減壓塔頂溫度一定，避免油氣損失，在塔頂出管線上裝有溫度調(diào)節(jié)器，以調(diào)節(jié)塔頂回流油量。了提高輕油收率，塔頂輕質(zhì)油出裝置管線裝有流量調(diào)節(jié)器。減一線也設(shè)有溫度調(diào)節(jié)器，以控制回流油量。減一線出裝置管線上，也裝有流量調(diào)回流量減少，會使塔頂溫度升高，使塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，所以在正常操作時，一般總希望它保持恒定。2.塔側(cè)線溫度塔側(cè)線溫度決定著側(cè)線產(chǎn)品的組成。一般在塔中段循環(huán)回流量一定和塔頂溫度恒定條件下，它就能維持在一定范圍內(nèi)變化。要進(jìn)一步控制側(cè)線溫度，必須調(diào)節(jié)側(cè)線返回量，也就是改變內(nèi)回流量。若側(cè)線餾出量增大，則相應(yīng)的內(nèi)回流量就減小，該側(cè)線溫度就要升高，側(cè)線油品就變重。若側(cè)線餾出量減小，則作用相反。3.塔頂壓力減壓精餾塔壓力控制通過一定控制手段使精餾塔塔壓保持某一低于大氣壓的壓力范圍(或稱具有一定真空度)。減壓精餾塔的真空度通常由蒸汽噴射泵或電動真空泵來維持。使用蒸汽噴射泵時，在泵入口管線上吸入一部分空氣或惰性氣體來控制真空度；使用電動真空泵時，通常把調(diào)節(jié)閥安裝在真空泵的旁路上；被調(diào)量均為塔內(nèi)真空度。4.進(jìn)料溫度塔底液位高度決定了塔底油在塔底部的停留時間。停留時間長可使塔底油與過熱蒸汽有充分混合的機(jī)會，把其中的輕餾分吹上去。因此，塔底油液位要有一定的高度。但液位過高，就會使重質(zhì)餾分也被過熱蒸汽夾帶上去，因而影響了塔的側(cè)線產(chǎn)品，這對靠近塔底的側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量影響最為嚴(yán)重；液位過低，會使停留時間太短，輕質(zhì)餾分被塔底油帶走。塔底液位通常通過對塔底采出量的調(diào)節(jié)加以控制。除上述主要工藝參數(shù)對減壓塔的操作有明顯的影響外，塔的進(jìn)料流量、和進(jìn)料組分也是比較重要的干擾因素。1.3減壓塔頂部的控制方案主要的控制回路（1）減壓塔塔頂溫度與塔頂回流流量組成串級調(diào)節(jié)回路；（2）減壓塔上部液位控制；（3）水封罐內(nèi)液位控制；（4）塔頂回流手動控制。下面分別做一一介紹：（1）塔頂溫度回流控制本設(shè)計中用的是出口溫度與回流流量的串級控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的方框圖如下：圖1-1塔頂溫度回流控制系統(tǒng)方框圖該串級控制系統(tǒng)的主被控變量是塔頂出口氣體的溫度，副被控變量是回流管內(nèi)液體流量，使用串級控制的目的是控制住控變量溫度穩(wěn)定。這如前面所述，溫度對產(chǎn)品以及產(chǎn)品的純度有很大的影響，以便于分流部分能夠正常進(jìn)行。在串級控制系統(tǒng)中干擾可能作用于主回路、副回路也可能同時作用與主副回路。（2）減壓塔上部液位控制本設(shè)計中用的是單回路控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的方框圖如下：圖1-2 減壓塔上部液位控制系統(tǒng)方框圖（3）水封罐液位控制本設(shè)計中用的是單回路控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的方框圖如下：圖1-3 水封罐液位控制系統(tǒng)方框圖1.4 減壓塔頂控制工藝流程圖第2章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計計算及輔助計算2.1 簡介由于節(jié)流裝置具有應(yīng)用歷史悠久、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、石油、化工、紡織、鋼鐵等工業(yè)部門。同時由于使用和安裝條件不同，節(jié)流裝置的分類較細(xì)；按取壓方式分類:分為角接取壓法、法蘭取壓法、徑距取壓法(見圖2)、特殊取壓法等。按測量流體分類：a，用于一般測量分，角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板(包括八槽孔板主要主要用于發(fā)電廠,高壓透鏡墊孔板主要用于化工廠)、法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、徑距取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、角接取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴(包括八槽噴嘴主要主要用于發(fā)電廠,高壓透鏡墊噴嘴主要用于化工廠)、徑距取壓長頸噴嘴等；b，用于水平管線測量臟污介質(zhì)，角接取壓圓缺孔板及偏心孔板(均為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置)；c，用于低雷諾數(shù)流量，1/4圓噴嘴、雙重孔板、錐形入口孔板(均為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置)；d，用于要求壓力損失較低的場合，標(biāo)準(zhǔn)文丘利管、標(biāo)準(zhǔn)文丘利噴嘴；e，用于較小管徑(管道內(nèi)徑5D49)，角接取壓小孔板、小噴嘴，法蘭取壓小孔板(均為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置)；另外有耐磨孔板、端頭節(jié)流裝置(孔板、噴嘴等)、雙重文丘利管、限流孔板、V型錐、彎管、矩形文丘利管、環(huán)型孔板，楔形孔板，音速噴嘴等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。另外我廠還生產(chǎn)雙室平衡器、單室平衡器、沉降器、隔離器、集氣器等節(jié)流裝置附件。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。國內(nèi)的壓差流量計經(jīng)歷了仿制、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和自行設(shè)計等階段：我國1959年由國家推薦的蘇聯(lián)27-54規(guī)程作為我國的暫行規(guī)程。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。整體安裝，對于不宜整體安裝的，應(yīng)保證兩法蘭的平行度、同軸度及與管線的垂直度。b、新裝管路系統(tǒng)，必須在管路沖冼或掃線后再進(jìn)行節(jié)流件的安裝。c、注意節(jié)流件的安裝方向“”號應(yīng)于流束的流動方向一致。d、節(jié)流裝置安裝在垂直管線上時，取壓口的位置可在取壓裝置的平面上任意選擇。2.2計算數(shù)據(jù)表2-1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計計算任務(wù)書序號項 目符號單位數(shù)值已知條件：1被測介質(zhì)名稱減一線油2被測介質(zhì)溫度t55 3被測介質(zhì)壓力P9.3 MPa4管內(nèi)徑D100mm5節(jié)流件形式孔板6取壓方式角接7工況密度1810 kg/m38工況粘度12.1329最大流量20.2節(jié)流件材料選，其熱膨脹系數(shù)為0.0000166；管道材料為20#鋼，其熱膨脹系數(shù)為0.00001116。1.輔助計算(1)計算流量標(biāo)尺因被測介質(zhì)為液體，應(yīng)求出質(zhì)量流量。所以qm= qv 1 =81020.2=16362Kg/h(2)計算差壓上限由其中C=0.6，=0.5，=1，得5313.0208Pa因國產(chǎn)差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.0,取=6000.00 Pa。(3)求工況下管道直徑 =0.11+0.00001116(55-20)=0.100039管道內(nèi)徑（下實(shí)測值）管道材料熱膨脹系數(shù)被測介質(zhì)溫度(4)求雷諾數(shù) =27132.35333最大質(zhì)量流量工作狀態(tài)下粘度(5)求 =0.185469367 2.初值計算(1)求設(shè)：=0.6，=1令 =0.309115611又=0.543440717求=0.9822356335(2)求 =0.6100240298 0.0004648607(3)精確度判據(jù) =沒有達(dá)到精度要求，繼續(xù)求解。3進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第2個假定值=(1)求(2)求 (3)精確度判據(jù) 沒有達(dá)到精度要求，繼續(xù)求解。4進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第三個假定值，利用快速收斂玄截法公式 (1)求 (2)求 0.000014072369402 (3)精確度判據(jù) 沒有達(dá)到精度要求，繼續(xù)求解。5同上法，繼續(xù)迭代計算： 得 精確度達(dá)到要求。計算結(jié)果因此得 得：確定最小直管段長度第3章 調(diào)節(jié)閥口徑計算3.1調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥的選擇一般應(yīng)遵循的原則有如下幾點(diǎn)。 一.調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)型式：應(yīng)能滿足介質(zhì)溫度、壓力、流動性、流向、調(diào)節(jié)范圍以及嚴(yán)密性的要求。二.調(diào)節(jié)閥的流量特性：應(yīng)能滿足系統(tǒng)特性進(jìn)行合理的補(bǔ)償。調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對流量與閥桿相對位移間的關(guān)系，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：Q/Qmax=f（l/L），式中Q/Qmax為相對流量，為調(diào)節(jié)閥在某一開度時流量Q與全開流量Qmax之比；l/L為相對位移，調(diào)節(jié)閥在某一開度時閥芯位移l與全開位移L之比。選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對象特性及調(diào)節(jié)器特性相反，這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性。選擇流量特性通常在工藝系統(tǒng)要求下進(jìn)行，但是還要考慮下述實(shí)際情況。1、直線性流量特性適用范圍： 差壓變化小，幾乎恒定； 工藝流程的主要參數(shù)的變化呈線性； 系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上（改變開度，閥上差壓變化相對較?。?外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小。 2、等百分比特性適用范圍： 實(shí)際可調(diào)范圍大； 開度變化，閥上差壓變化相對較大； 管道系統(tǒng)壓力損失大； 工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動； 調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開度下運(yùn)行。3、除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開特性等其他流量特性的調(diào)節(jié)閥。三.調(diào)節(jié)閥的口徑：應(yīng)能滿足工藝上對流量的要求。根據(jù)已知的流體條件，計算出必要的Kv值，選取合適的調(diào)節(jié)閥口徑。3.2調(diào)節(jié)閥口徑計算一、確定使用條件1、介質(zhì)名稱，性質(zhì)及主要物化參數(shù)2、工藝參數(shù)（流量、閥前、后壓力、溫度等）3、配管情況(型式、閥前、后直徑、系統(tǒng)阻力計算、預(yù)估壓降比S值等)4、自控對象類型、特點(diǎn)，如主調(diào)參數(shù)及主要干擾因素等5、調(diào)節(jié)性能要求，如對泄漏量、穩(wěn)定性等要求。二、初選閥型1、根據(jù)使用條件初選閥型，并決定流向及流量特性2、按初選的閥型找到該產(chǎn)品系列參數(shù)，如DN、PN、Kv等三、Kv值計算公式Kv是國際單位的流量系數(shù)。它定義為：溫度為5至40的水，在壓降105Pa下，流過調(diào)節(jié)閥的每小時立方米。在目前常采用的幾種符號中，Cv=1.167C,KvC,除此以外，還有用Cg表示氣體，Cs表示蒸汽的流量系數(shù)。 Kv值的計算公式有很多種，下面介紹的是一種計算簡單，涉及的物化參數(shù)較少的計算公式。3.3 計算實(shí)例 表3-1 調(diào)節(jié)閥口徑計算任務(wù)書序號項 目符 號單 位數(shù) 值123456789已知條件：被測介質(zhì)名稱被測介質(zhì)溫度最大流量閥前壓力閥后壓力最小流量管道內(nèi)徑工作狀態(tài)下密度工作狀態(tài)下運(yùn)動粘度tQmaxP1P2QminD11m3/hmPamPammmmkg/m3cp減頂油580.936.140.57508202.1321.根據(jù)已知條件可選單座閥(JP) ,選直徑流量特性. R=502.按照非阻塞流計算其流量系數(shù)： 18.3772374液體體積流量被測介質(zhì)工況密度閥前壓力閥后壓力3.根據(jù)需要對Kv值進(jìn)行低雷諾數(shù)修正 計算調(diào)節(jié)閥雷諾數(shù)Reu Reu 9.9945773液體體積流量 運(yùn)動粘度液體壓力恢復(fù)系數(shù)屬于低雷諾數(shù)，需要修正，修正以后的流量系數(shù)雷諾數(shù)系數(shù)因?yàn)檫x的是單座閥，所以無需進(jìn)行管件形狀修訂4.選定口徑 Kv值圓整放大查產(chǎn)品目錄，取Kv27.