加熱爐控制系課程設(shè)計

1、百度文庫第 1 章 加熱爐控制系統(tǒng)加熱爐控制系統(tǒng)工程背景及說明加熱爐自動控制( automatic control of reheating furnace)，是對加熱爐的出口 溫度、燃燒過程、 聯(lián)鎖保護(hù)等進(jìn)行的自動控制。 早期加熱爐的自動控制僅限控制 出口溫度， 方法是調(diào)節(jié)燃料進(jìn)口的流量。 現(xiàn)代化大型加熱爐自動控制的目標(biāo)是進(jìn) 一步提高加熱爐燃燒效率，減少熱量損失。 為了保證安全生產(chǎn)， 在生產(chǎn)線中增加 了安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。影響加熱爐出口溫度的干擾因素很多， 爐子的動態(tài)響應(yīng)一般都比較遲緩， 因 此加熱爐溫度控制系統(tǒng)多選擇串級和前饋控制方案。根據(jù)干擾施加點(diǎn)位置的不 同，可組成多參數(shù)的串級控制。 使

2、用氣體燃料時， 可以采用浮動閥代替串級控制 中的副調(diào)節(jié)器， 還可以預(yù)先克服燃料氣的壓力波動對出口溫度的影響。 這種方案 比較簡單，在煉油廠中應(yīng)用廣泛。這種控制的主要目的是在工藝允許的條件下盡量降低過?？諝饬?， 保證加熱 爐高效率燃燒。 簡單的控制方案是通過測量煙道氣中的含氧量， 組成含氧量控制 系統(tǒng), 或設(shè)計燃料量和空氣量比值調(diào)節(jié)系統(tǒng) , 再利用含氧量信號修正比值系數(shù)。 含 氧量控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵在于檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分。 現(xiàn)代工業(yè)中 都趨向于用氧化鋯測氧技術(shù)檢測煙道氣中的含氧量。 應(yīng)用時需要注意測量點(diǎn)的選 擇、參比氣體流量和鋯管溫度控制等問題。 加熱爐燃燒控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)特

3、性往往都較差， 影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 一般通過引入阻尼滯后或增加非線性環(huán)節(jié)來 改善控制品質(zhì)。在加熱爐燃燒過程中， 若工藝介質(zhì)流量過低或中斷燒嘴火焰熄滅和燃料管道 壓力過低 , 都會導(dǎo)致回火事故，而當(dāng)燃料管道壓力過高時又會造成脫火事故。為 了防止事故，設(shè)計了聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)防止回火和溫度壓力選擇性控制系統(tǒng)防止脫 火。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由壓力調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、流量變送器、火焰檢測器、低選 器等部分組成。 當(dāng)燃料管道壓力高于規(guī)定的極限時， 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過低選器取 代正常工作的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此時出料溫度無控制，自行浮動。 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)投 入運(yùn)行保證燃料管道壓力不超過規(guī)定上限。 當(dāng)管道壓力恢復(fù)正常時， 溫度調(diào)節(jié)

4、系 統(tǒng)通過低選器投入正常運(yùn)行， 出料溫度重新受到控制。 當(dāng)進(jìn)料流量和燃料流量低 于允許下限或火焰熄滅時， 便會發(fā)出雙位信號， 控制電磁閥切斷燃料氣供給量以 防回火。隨著節(jié)能技術(shù)不斷發(fā)展， 加熱爐節(jié)能控制系統(tǒng)正日趨完善。 以燃燒過程數(shù)學(xué) 模型為依據(jù)建立的最佳燃燒過程計算機(jī)控制方案已進(jìn)入實(shí)用階段。 例如，按燃燒 過程穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型組成的微機(jī)控制系統(tǒng)已開始在煉油廠成功使用。 有時利用計算 機(jī)實(shí)現(xiàn)約束控制， 使加熱爐經(jīng)常維持在約束條件邊界附近工作， 以保證最佳燃燒。 隨著建立燃燒模型工作的進(jìn)展和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用， 加熱爐燃燒過程控制系統(tǒng)將 得到進(jìn)一步的完善。加熱爐的單回路控制方案如下。 加熱爐的最主要控

5、制指標(biāo)往往是工藝介質(zhì)的 出口溫度。對于不少加熱爐來說， 溫度控制指標(biāo)要求相當(dāng)嚴(yán)格， 例如允許波動范 圍為±（12）。影響路出口溫度的擾動因素有： 工藝介質(zhì)進(jìn)料的流量、 溫度、 組分，燃料方面有燃料油的壓力、成分、燃料油的霧化情況，空氣過量情況，噴 嘴的阻力，煙囪抽力等。在這些擾動因素中有的是可控的，有的是不可控的。問 了保證爐出口穩(wěn)定， 對擾動應(yīng)采取必要的措施。 圖 1-1 為某一燃油加熱爐控制系 統(tǒng)示意圖， 其主要的控制系統(tǒng)是以爐出口溫度為控制變量、 燃料油流量為操縱變 量組成的單回路控制系統(tǒng)。 其他輔助控制系統(tǒng)有： 進(jìn)入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控 制系統(tǒng)，如 FC控制系統(tǒng)；燃料油總壓

6、控制，總壓控制一般調(diào)回油量，如入P1C控制系統(tǒng)。圖 1-1 加熱爐控制系統(tǒng)示意圖采用霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)后， 在燃料壓力變化不大的情況下是可以滿足霧 化要求的，目前煉廠中大多數(shù)采用這種方案。 假如燃料油壓力變化較大時， 單采 用霧化蒸汽壓力控制就不能保證燃料油得到良好的霧化， 可以根據(jù)燃料油閥后壓 力與霧化蒸汽壓力之差來調(diào)節(jié)霧化蒸汽， 還可以采用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽 壓力比值控制。但只能保持近似的流量比，還應(yīng)注意經(jīng)常保持噴嘴、管道、節(jié)流 件等通道的暢通， 以免噴嘴堵塞及管道局部阻力發(fā)生變化， 引起控制系統(tǒng)的誤動 作。此外，也可以采用二者流量的比值控制，則能克服上述缺點(diǎn)，但所用儀表多 且重油

7、流量測量困難。采用單回路控制系統(tǒng)往往很難滿足工藝滿足， 因?yàn)榧訜釥t需要將工藝介質(zhì)從 幾十度升溫到數(shù)百度，其熱負(fù)荷很大。 當(dāng)燃料油的壓力或熱值有波動時， 就會引 起爐出口溫度的顯著變化。采用單回路控制時，當(dāng)加熱量改變后， 由于傳遞滯后 和測量滯后較大，控制作用不及時， 而使?fàn)t口溫度波動較大， 滿足不了工藝生產(chǎn) 要求。因此單回路控制系統(tǒng)僅適用于對爐出口溫度要求不十分嚴(yán)格； 其外來擾動 緩慢而較小，且不頻繁；爐膛容量較小，即滯后不大。18CAD 圖形圖 1-2 加熱爐控制系統(tǒng)工藝流程圖第 2 章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計及計算程序設(shè)計GB/T2624-93 概述GB/T2624-93 全稱為流量測量節(jié)流裝置

8、用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿 圓管的流體測量。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。GB/T2624-93 主要特點(diǎn)有：1. 以流出系數(shù) C 代替流量系數(shù) ；C值的計算中的 降階計算由原流量系數(shù) 計算中的最高階 20降至流出系數(shù) C 計算中的最高階 8次冪。2. 提出 5 種命題以適應(yīng)自控工程設(shè)計中各方面的需要。3. 提出迭代計算方法

9、，給出計算機(jī)計算程序框圖。4. 差壓上限不再計算，而要由用戶自行選定，要求設(shè)計者有更多的經(jīng)驗(yàn)。5. 管道粗糙度不再參加計算，而是在計算結(jié)果出來后驗(yàn)證。計算實(shí)例位號： FHC2155B。名稱：常壓爐爐膛溫度與高壓瓦斯流量串級。表 2-1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計計算數(shù)據(jù)序號項(xiàng)目符號單位數(shù)值已知條件：1被測介質(zhì)名稱高壓瓦斯2最大流量m3/h3003工作溫度t604工況密度kg/m35工況粘度CP6工作壓力PPa35000007管內(nèi)徑（ 20下實(shí)測值）D20m8節(jié)流件形式孔板9取壓方式角接10管道材料熱膨脹系數(shù)Dmm/mm 11等熵指數(shù)12壓縮系數(shù)11. 輔助計算1）計算流量標(biāo)尺：qm=qv×1=

10、300×3600=s ，取標(biāo)準(zhǔn)流量為 Kg/s（ 2）計算差壓上限：再根據(jù)公式 qmC 4 1 d 計算初值（ 1）求 1設(shè)： C0 =C= ， 0 =1 2 P 1 計算 P其中 C=, 1=1, =,d= D20 × ， qm代 Kg/s，全部代入得 P=因國產(chǎn)差變的系列值為， ，×10n ，取 P =160000Pa（3）求工況下管道直徑：D=D20 1+D（ t-20）=×1+ ×（60-20）= m（4）求雷諾數(shù)：4gmReD=D= 4 300 1.4= 3.141592654 0.00016 3600 0.08005）求 A2A2=

11、ReDD 2 P 1= 0.00016 11605.047930.080042816 2 16000 1.4并令1X121 X 120.252）求 1因被測介質(zhì)為液體，所以3）求 C1C1=+18+（106/ReD） 故 C1=+×（）×（）8+×（）×（106/）=， 1= A2 X1C1 1E11A24）精確度判斷3. 進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第二個假定值X2X2= CA1 121X22X220.252=1C2 =+2.128 2.5 62 + 2 10 /ReD0.75因此 2= A2X2C2所以 E20.00002329384. 進(jìn)行迭代計算，設(shè)定第三

12、個假定值X 3 ，利用快速收斂弦截法公式（3，n=3 起用）X3X 2 X121X321 X 323=10.252.1 8 2.5 6 0.75C3 0.5959 0.0312 32.1 0.1840 38 0.0029 32.5 106 /ReD 0.75因此所以E3 0.00000000053 A2 X 3C3 3=由于精確度達(dá)到要求。5. 此題用計算機(jī)編程求解時： 工作溫度下的管道直徑 D= 雷諾數(shù) ReD= 不變量 A2=matlab 程序見附錄， 運(yùn)行結(jié)果d =b1=把精確度判斷定為 5×10-10，程序參照附錄， 計算結(jié)果列于下表 2-2 表 2-2 計算結(jié)果n123XC

13、6. 計算結(jié)果 因此得： =3 =C = C3 =求 d20=dd 20=1 d(t 20) =33.最后得：d20 =(mm)第 3 章 調(diào)節(jié)閥選型及計算調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥的閥體種類很多，常用的閥體種類有直通單座、直通雙座、角形、隔 膜、小流量、三通、偏心旋轉(zhuǎn)、蝶形、套筒式、球形等。在具體選擇時，可做如 下考慮:（1）閥芯形狀結(jié)構(gòu)：主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。（2）耐磨損性：當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時，閥的內(nèi)部材 料要堅硬。（3）耐腐蝕性：由于介質(zhì)具有腐蝕性，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單閥門。（4）介質(zhì)的溫度、壓力：當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時，應(yīng)選用閥芯和閥 座的材

14、料受溫度、壓力變化小的閥門。（5）防止閃蒸和空化：閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，閃 蒸和空化會形成振動和噪聲，縮短閥門的使用壽命，選擇閥門時應(yīng)防止閥 門產(chǎn)生閃蒸和空化。對于雙作用的氣動、液動、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。對于單作 用的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 輸出力與閥門的開度有關(guān)， 調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運(yùn) 動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 從節(jié)能方面考慮， 應(yīng)盡量選用電 動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。若調(diào)節(jié)精度高，可選擇液動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)

15、行機(jī)構(gòu)時才有， 其作用方式通過執(zhí)行機(jī) 構(gòu)正反作用和閥門的正反作用組合形成。 組合形式有 4種即正正 （氣關(guān)型） 、正反 （ 氣開型） 、反正（ 氣開型） 、反反（ 氣關(guān)型 ） ，通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方 式有氣開和氣關(guān)兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮 : 工藝生 產(chǎn)安全；介質(zhì)的特性；保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)損失最小。調(diào)節(jié)閥口徑計算從調(diào)節(jié)閥的 Kv 計算到閥的口徑確定，一般需經(jīng)以下步驟：（1）計算流量的確定?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷及介質(zhì)的狀況，決定計算流 量的 Qmax 和 Qmin 。（2）閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S（ 阻力系數(shù)） ，再確定計算

16、壓差。（ 3）計算 Kv 。根據(jù)所調(diào)節(jié)的介質(zhì)選擇合適的計算公式和圖表，求得 Kvmax 和 Kvmin 。（4）選用 Kv。根據(jù) Kvmax ,在所選擇的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列中選取 >Kvmax 且與其最 接近的一級 C。（ 5）調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算。一般要求最大計算流量時的開度 90%，最小計算流量 時的開度 10%。（ 6）調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比的驗(yàn)算。一般要求實(shí)際可調(diào)比 10。7)閥座直徑和公稱直徑的確定。驗(yàn)證合適后，根據(jù)C 確定。計算實(shí)例位號： PIC2106，名稱：燃料油壓力調(diào)節(jié)。表 3-1 調(diào)節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù) 管件形狀修正。因?yàn)?QMAX 3， R 30 0.4 18.97 3, 可調(diào)比滿足要求

17、序號項(xiàng)目符號單位數(shù)已知條件：調(diào)節(jié)閥類型單座閥被測介質(zhì)名稱燃料油工作溫度t130最大體積流量Qmaxm3/h閥前壓力P1MPa閥后壓力P2MPa管道內(nèi)徑Dmm50工況密度1kg/m3920工況粘度1Pa·s值計算過程:(1) 計算 K vKv0.01WmaxP1 P20.01 920 1.0879201.2461.4 1.33(2) 選定口徑K v值圓整、放大，查產(chǎn)品目錄，取K v =( D N 20 ),選單座閥( JP)其放大系數(shù)為： m 1.6 1.281.246所以 Kv 值應(yīng)再向上取一擋，即取查表 2，知滿足 m=時，閥最大開度 90%，2K v =2（ D N 20 ），此

18、時 M21.25m 值滿足要求。 開度驗(yàn)算l 1 lg m 1 L lg Rlg2lg500.823開度%可滿足要求(3) 結(jié)論選定單座閥，取 DN 20為選定口徑，因?yàn)榉亲枞鞴r，故不作噪音預(yù)估及QMIN第 4 章 課程設(shè)計心得通過老師的講解、 閱讀指導(dǎo)書和上網(wǎng)搜集資料，我完成了本次課程設(shè)計，通過本次課程設(shè)計， 我深感自己實(shí)踐能力的欠缺，以后我應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)自己的自控工程設(shè)計能力。 自控工程課程設(shè)計是“過程控制”、“自動檢測技術(shù)”等課程非常有益的課外實(shí)踐補(bǔ)充， 通過本門課程的學(xué)習(xí)， 使我們獲得自控工程設(shè)計的基礎(chǔ)知識，掌握工程設(shè)計方法及 CAD制圖方法和 Office 辦公軟件使用方法，掌握利用 計算機(jī)輔助設(shè)計來完成節(jié)流裝置的選型及計算、 調(diào)節(jié)閥的選型及口徑計算。 標(biāo)準(zhǔn) 節(jié)流裝置計算和調(diào)節(jié)閥計算繁瑣， 只有借助編程軟件才能順利完成， 由此可見熟 練掌握一門編程語言的必要性與重要性， 日后我要加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)， 多做編程 練習(xí)。在查閱資料中，我了解到加熱爐是將或工件加熱的設(shè)備。 按熱源劃分有加 熱爐、加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、機(jī)械、熱處