專業(yè)綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書列管換熱器自控設(shè)計(jì)

1、xx化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書列管式換熱器自控設(shè)計(jì)說明書學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)0803 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期： 2011.08.292011.09.16 吉林化工學(xué)院jilin institute of chemical technology專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書一設(shè)計(jì)題目：列管換熱器自控設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)目的1、進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的自動(dòng)化專業(yè)的理論知識(shí)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文獻(xiàn)查閱和報(bào)告撰寫等基本技能；2、熟練掌握工業(yè)過程控制系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力；3、熟練運(yùn)用autocad等繪圖工具制圖；

2、4、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新意識(shí)、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。三設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1、熟悉工藝流程；根據(jù)工藝要求，確定自控方案；用autocad繪制工藝管道及控制流程圖；2、儀表選型；3、繪制施工圖，編制自控設(shè)備表相應(yīng)表格。四設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)時(shí)間（20011.08.092011.09.16）,具體安排如下表：周安排設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容設(shè)計(jì)時(shí)間第一階段熟悉工藝流程，查找相關(guān)資料，根據(jù)工藝要求，確定自控方案；繪制工藝控制流程圖。進(jìn)行儀表選型及調(diào)節(jié)閥計(jì)算；繪制單回路圖。繪制儀表接線端子圖；供電系統(tǒng)圖，填寫自控設(shè)備相應(yīng)表格。 2011.08.292011.09.05第二階段并提交課程設(shè)

3、計(jì)說明書及相關(guān)電子文檔。課程設(shè)計(jì)答辯。2011.09.062011.09.16五指導(dǎo)教師評(píng)語及學(xué)生成績指導(dǎo)教師評(píng)語:年 月 日成績指導(dǎo)教師(簽字):目 錄專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書i第1章 專業(yè)綜合設(shè)計(jì)的目的1第2章 工藝簡介22.1 工藝介質(zhì)介紹22.2 列管式換熱器工藝流程22.3 主要控制指標(biāo)及已知條件3第3章 控制方案的選擇4第4章 調(diào)節(jié)閥54.1 調(diào)節(jié)閥介紹54.2 調(diào)節(jié)閥類型的選擇54.3 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇54.4 確定氣開與氣關(guān)6第5章 儀表選型75.1 模塊的選擇75.2 io點(diǎn)表75.3 安全柵的選擇85.3.1 安全柵的作用及特點(diǎn)85.3.2 開關(guān)量輸入/輸出檢測端隔離式安全柵8第

4、6章 自控設(shè)計(jì)96.1 確定控制方案96.2 設(shè)計(jì)單回路控制圖96.3 確定plc控制器類型96.4 電源分配9結(jié) 論10參考文獻(xiàn)11附 錄12附錄1工藝流程控制圖12附錄2 數(shù)字接線圖13附錄3 電源模塊圖14附錄4 模擬接線圖15第1章 專業(yè)綜合設(shè)計(jì)的目的列管式換熱器設(shè)計(jì)的目的是進(jìn)一步鞏固和加深對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對(duì)自控設(shè)計(jì)有較完整的概念，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的控制理論、儀表、控制工程等知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖、視圖、編寫技術(shù)文件，查閱參考文獻(xiàn)與資料、儀表類型選擇的能力。通過此次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生樹立為社會(huì)主義建設(shè)服務(wù)的觀念

5、。設(shè)計(jì)者應(yīng)該有敢于創(chuàng)新和勇于負(fù)責(zé)的精神，從投入施工的角度來嚴(yán)肅對(duì)待自己的設(shè)計(jì)，使自己的設(shè)計(jì)能最大限度滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，既經(jīng)濟(jì)，又可靠。第2章 工藝簡介2.1 工藝介質(zhì)介紹列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的

6、折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍流程度大為增加。列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì)，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。2.2 列管式換熱器工藝流程列管式換熱器工藝流程圖如下圖2-1所示：圖 2-1 列管式換熱器的工藝流程圖 本單元設(shè)計(jì)采用列管式換熱器。來自外界的10冷物流由泵p101送至換熱器

7、e101的殼程被流經(jīng)管程的熱物流加熱至150。冷物流流量由壓力控制器pic101控制,正常流量7kgf/cm2。來自另一設(shè)備的250熱物流送至換熱器e101與注經(jīng)殼程的冷物流進(jìn)行熱交換,熱物流出口溫度由tic111控制。2.3 主要控制指標(biāo)及已知條件1. 換熱器出口溫度的調(diào)節(jié)通道動(dòng)態(tài)特性，可以近似看成一階慣性環(huán)節(jié)的對(duì)象。 設(shè)其放大倍數(shù)kp=0.6 tp=1.2min。2.飽和蒸汽：qmax=360m3/h，qc=280m3/h，p=40kgf/cm2,t=250。 3.原油：qmax=50m3/h，q=39m3/h，p=7kgf/cm2, t=10, =0.9g/cm3 。 4.加熱后的原油溫

8、度t=1502。 5. 工藝上要求在儀表盤上記錄原油流量、加熱原油溫度、飽和蒸汽流量。6.工藝上要求就地指示原油泵后壓力、溫度、加熱原油出口溫度。7. 要求控制換熱器原油出口溫度。8. 設(shè)計(jì)尺寸：如下圖2-2所示圖2-2 列管式換熱器設(shè)計(jì)尺寸圖第3章 控制方案的選擇為了控制列管式換熱器出口處的溫度，系統(tǒng)對(duì)出口處溫度采用的是溫度的串級(jí)控制。溫度由工藝閥后采入,經(jīng)過溫度變送器進(jìn)行溫度變送至tic111,tic111再經(jīng)與pic101的串級(jí)控制,作用于lv101,經(jīng)過調(diào)節(jié)飽和蒸汽的補(bǔ)充量，來達(dá)到加熱原油的目的。大部分的溫度檢測采用溫度變送器，如果單純采用溫度控制得系統(tǒng)的控制質(zhì)量將不會(huì)得到改善。因此換

9、熱器的控制系統(tǒng)中，采用溫度-壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)。其中，溫度為主回路，壓力為副回路。控制系統(tǒng)方框圖如圖3-1所示：圖3-1 列管式換熱器的溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖上圖為列管式換熱器的溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖。由于系統(tǒng)中工藝要求是控制原油加熱出口溫度，溫度控制器為主控制器。壓力控制器為副控制器，溫度控制器的輸出是壓力控制器的給定。串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路系統(tǒng)響應(yīng)速度更快，有更強(qiáng)的控制作用和更好的魯棒特性，能明顯的改善控制品質(zhì)。第4章 調(diào)節(jié)閥4.1 調(diào)節(jié)閥介紹調(diào)節(jié)閥接受控制器來的信號(hào)，通過改變閥的開度來達(dá)到控制的目的。因?yàn)樗幱谧罱K執(zhí)行控制任務(wù)的地位，所以又稱“末級(jí)控制元件”。調(diào)節(jié)閥直接與介質(zhì)接觸，當(dāng)使用在

10、高壓、高溫、深冷、強(qiáng)腐蝕、高粘度、易結(jié)晶、閃蒸、氣蝕等各種惡劣條件下工作時(shí)，調(diào)解閥選擇的重要性就顯得更為突出。不論是簡單控制系統(tǒng)，還是復(fù)雜控制系統(tǒng)，調(diào)解閥都是系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。經(jīng)驗(yàn)表明，控制系統(tǒng)中，每個(gè)環(huán)節(jié)的好壞，都對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量有直接影響，但使控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的原因，多數(shù)發(fā)生在控制閥上。所以對(duì)控制閥這個(gè)環(huán)節(jié)必須高度重視。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)應(yīng)用場合的實(shí)際情況，選擇好閥的類型包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體結(jié)構(gòu)類型。4.2 調(diào)節(jié)閥類型的選擇調(diào)節(jié)閥分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、滾動(dòng)調(diào)節(jié)閥、混合調(diào)節(jié)閥四大類。其中石油化工只要應(yīng)用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩大類。本次設(shè)計(jì)選用hrvq/x智能三通流調(diào)節(jié)閥用于總管路

11、的流量控制閥、除氧器出口壓力閥、除氧器液位控制閥。它們的位號(hào)分別位于fv-101、fv-102。1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1) 型式：hrl智能型執(zhí)行程機(jī)構(gòu)2) 輸入信號(hào)：420ma3) 輸出信號(hào)：420ma.dc4) 供電電源：220v10%50/hz5) 基本誤差：1.0%6) 斷信號(hào)閥位置：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0100%之間預(yù)知的任意值7) 閥作用型式：任意作用正/反作用8) 環(huán)境溫度：-20+60（4以下使用時(shí)，需要裝加熱電阻）2、閥體1) 公稱通徑：合流閥，25200mm，分流閥，25200mm2) 公稱壓力：pn1.6,4.0,6.4mpa3) 材料：鑄鐵（zg25）,鑄不銹鋼（zg1

12、cr18ni9，zg0cr18ni12m02ti）4) 上閥蓋：常溫型：-40+2505) 熱片型：+250+4506) 填 料：v型飽和蒸汽填料4.3 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)解閥的口徑必須很好選擇，在正常工況下，閥門開度處于%之間。口徑選擇過小，當(dāng)經(jīng)受較大擾動(dòng)時(shí)，閥門很可能運(yùn)行到全開時(shí)的飽和非線性工作狀態(tài)，使系統(tǒng)處于暫時(shí)失控情況。口徑過大，閥門經(jīng)常處于小開度。這時(shí)，流體對(duì)閥芯、閥座的沖蝕嚴(yán)重。且在小開度時(shí)，閥芯由于受不平衡力的作用，容易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象，這就更加重了閥芯和閥座的損壞，甚至造成控制失靈。4.4 確定氣開與氣關(guān)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有氣開（有信號(hào)壓力時(shí)閥開）和氣關(guān)（有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)）兩種。調(diào)節(jié)閥的氣

13、開氣關(guān)主要根據(jù)工藝裝置的安全要求決定。一般在調(diào)節(jié)閥氣源中斷時(shí)應(yīng)切斷選入裝置和設(shè)備的原料、熱源，停止向裝置外輸出產(chǎn)品。考慮到控制系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)問題，控制飽和蒸汽流量和泵后原油流量的壓力調(diào)節(jié)閥均選擇氣開形式。第5章 儀表選型5.1 模塊的選擇本系統(tǒng)中所選儀表具體參數(shù)如下：序號(hào)模塊類型型號(hào)訂貨號(hào)備注數(shù)量1模擬量輸入模塊sm3316es7331-1kf00-0ab08路、13位精度模擬量輸入模塊12模擬量輸出模塊sm3326es7332-5hd01-0ab04路模擬量輸出模塊 從l+，最大240ma13數(shù)字量輸出模塊sm3226es7322-1bf01-0aa08路，自身消耗60ma，每路繼電器消耗

14、40ma14數(shù)字量輸入模塊sm3216es7321-1ff10-0aa08路，每路消耗7.5ma15cpu312c6es7312-5bd00-0ab0內(nèi)存為16k16電源模塊ps3056es7305-1ba80-0aa024/48/60110vdc輸入，24vdc/2a輸出17輸入安全柵hr-wp6133-31-qex3、4輸入，1、2輸出38輸出安全柵hr-wp6135-31-qex1、2輸入，3、4輸出29輸入安全柵(電阻)hr-wp6131-21-qex310繼電器2表5-1 模塊選型表io控制點(diǎn)具體參數(shù)如下：表 5-2 io點(diǎn)表和儀器選型表序號(hào) 名稱位號(hào)i/o點(diǎn)類型信號(hào)類型ai/ao1

15、泵后原油壓力檢測pic101ai4-20ma2泵后原油壓力調(diào)節(jié)閥pv101ao4-20ma3泵后原油流量就地指示pi1114-20ma4泵后原油溫度就地指示ti1214-20ma5飽和蒸汽流量檢測fic112ai4-20ma6飽和蒸汽流量調(diào)節(jié)閥fv112ao4-20ma7加熱原油出口溫度檢測tic122ai4-20ma8加熱原油出口溫度就地顯示ti1234-20madi/do1pump故障檢測di1-5v2pump啟動(dòng)狀態(tài)檢測di1-5v3pump啟動(dòng)控制do1-5v4pump停止?fàn)顟B(tài)檢測di1-5v5pump停止?fàn)顟B(tài)控制do1-5v5.3 安全柵的選擇 5.3.1 安全柵的作用及特點(diǎn)安全柵是

16、安裝在安全場所，接收來自危險(xiǎn)區(qū)的信號(hào)，輸出安全信號(hào)到安全區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)。常見的安全柵類型為齊納式和隔離式。特點(diǎn)：1 全智能、數(shù)字化、可編程；2 環(huán)境溫度、零點(diǎn)、滿幅自動(dòng)補(bǔ)償；3 極高的穩(wěn)定性，確保準(zhǔn)確度多年不變；4 電源、輸入、輸出、雙回路間高隔離度；5 符合國際電工委員會(huì)iec31000相關(guān)抗電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)。5.3.2 開關(guān)量輸入/輸出檢測端隔離式安全柵hr-wp6012-di-exa系列開關(guān)量輸入/輸出檢測端隔離式安全柵功能：將來自危險(xiǎn)區(qū)的有源或無源開關(guān)量信號(hào)，通過隔離安全柵傳輸?shù)桨踩珗龊希敵龇绞接欣^電器或集電極輸出方式，同時(shí)可進(jìn)行正、反作用選擇。第6章 自控設(shè)計(jì)6.1 確定控制方案根據(jù)工藝控

17、制要求，如動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、順序等）等。本次設(shè)計(jì)的控制方案為串級(jí)控制系統(tǒng)。6.2 設(shè)計(jì)單回路控制圖單回路圖內(nèi)容包括：儀表所在區(qū)域、儀表型號(hào)、儀表工藝位號(hào)、儀表端子號(hào)、儀表輔助設(shè)備、連接電纜號(hào)、端子號(hào)等，具體標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)參照自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)用圖像符號(hào)和文字代號(hào)。 同時(shí)應(yīng)注明儀表的供電電壓、功率、電源開關(guān)位號(hào)、保險(xiǎn)絲規(guī)格等參數(shù)。本次的設(shè)計(jì)單回路控制圖見附圖1。6.3 確定plc控制器類型根據(jù)系統(tǒng)i/o規(guī)模、控制周期、存儲(chǔ)器容量選擇plc的控制器（cpu）。1、首先確定i/o規(guī)模、控制功能、通訊能力確定使用s7-300系統(tǒng)。2、在根據(jù)cpu的擴(kuò)展能力、存儲(chǔ)容

18、量選擇適當(dāng)?shù)目刂破鳎╟pu）。6.4 電源分配1、統(tǒng)計(jì)本盤柜內(nèi)電源開關(guān)數(shù)量，設(shè)計(jì)本盤柜內(nèi)電源系統(tǒng)圖。注意不要遺忘本盤柜內(nèi)的照明設(shè)備、溫控設(shè)備、維修插座等，另外還要至少保留10%余量。2、將電源系統(tǒng)的分路開關(guān)或保險(xiǎn)連接到各控制回路。3、根據(jù)各控制回路電源容量為電源系統(tǒng)圖各分路開關(guān)、或保險(xiǎn)計(jì)算容量參數(shù)。一般設(shè)備為其額度電流的120%，含有開關(guān)電源的設(shè)備為其額度電流的200%，總開關(guān)電流等于電流總和的120%。另外使用斷路器或空開時(shí)，應(yīng)標(biāo)明是直流還是交流開關(guān)。應(yīng)有一臺(tái)機(jī)柜包含系統(tǒng)電源柜功能，除了為本柜供電以外，還要含有系統(tǒng)總電源開關(guān)；ups回路、操作站、各機(jī)柜分開關(guān)；現(xiàn)場設(shè)備等隔離開關(guān)。如果系統(tǒng)較大應(yīng)設(shè)立獨(dú)立電源柜。結(jié) 論本次課程設(shè)計(jì)的題目是列管式換熱器自控設(shè)計(jì)，它是一個(gè)系統(tǒng)的綜合的專業(yè)設(shè)計(jì)，是我們通過自己所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐的一次極其有意義的活動(dòng)。這次的課程設(shè)計(jì)讓我們更加深刻的體會(huì)到自動(dòng)控制原理和工業(yè)過程控制原理所講述的很多知識(shí)的魅力。通過本次練習(xí)，鞏固和深化我們所學(xué)的理論知識(shí)，增強(qiáng)了我們的獨(dú)立分析和