初餾塔控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、自控工程課程設(shè)計目錄第1章 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖11.1工藝生產(chǎn)過程背景11.2 初餾塔主要工藝參數(shù)及干擾21.3 CAD流程圖3第2章 節(jié)流裝置的計算機輔助設(shè)計計算42.1 GB/T2624-93概述42.2計算實例4第3章 初餾塔控制系統(tǒng)儀表選型93.1調(diào)節(jié)閥的選型和口徑計算 93.2調(diào)節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)93.3計算實例10第4章 課程設(shè)計心得11參考文獻12附錄13第1章 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖1.1工藝生產(chǎn)過程背景初餾塔 ，利用酚化合物的沸點差異,采用精餾方法加工粗酚,獲得酚產(chǎn)品的工藝。是煤焦油餾分加工過程，塔底油經(jīng)重沸器循環(huán)供熱，

2、脫水粗酚從塔底送入初餾塔，在初餾塔中分餾為甲酚以前的輕餾分和二甲酚以后的重餾分。最基本的石油煉制過程，指用蒸餾的方法將原油分離成不同沸點范圍油品(稱為餾分)的過程。通常包括三個工序：原油預(yù)處理：即脫除原油中的水和鹽。常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油(或噴氣燃料)、柴油等的直餾餾分，塔底殘余為常壓渣油(即重油)。減壓蒸餾：使常壓渣油在8kPa左右的絕對壓力下蒸餾出重質(zhì)餾分油作為潤滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底殘余為減壓渣油。如果原油輕質(zhì)油含量較多或市場需求燃料油多，原油蒸餾也可以只包括原油預(yù)處理和常壓蒸餾兩個工序，俗稱原油拔頭。原油蒸餾所得各餾分有的是一些石油產(chǎn)品的原料；有的是二次加工（

3、見石油煉制過程）的原料。對原油蒸餾，國內(nèi)大型煉油廠一般采用年處理原油250270萬噸的常減壓裝置，它由電脫鹽、初餾塔、常壓塔、減壓塔、常壓加熱爐、減壓加熱爐、產(chǎn)品精餾和自產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)組成。該裝置不僅要生產(chǎn)出質(zhì)量合格的汽油、航空煤油、燈用煤油、柴油，還要生產(chǎn)出催化裂化原料、氧化瀝青原料和渣油；對于燃料一潤滑油型煉油廠，還需要生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油。各煉油廠均使用不同類型原油，當(dāng)改變原油品種時還要改變生產(chǎn)方案?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用軟件一部分是通過連續(xù)控制功能塊來實現(xiàn)，另一部分則用高級語言編程來實現(xiàn)。 常減壓裝置是用來加工原油的第一個裝置，是根據(jù)原油的沸點不同，用蒸餾的方法從原油中分離出各種石油組份，即

4、汽油、煤油、柴油及各種組份的潤滑油料和二次加工原料。常減壓裝置一般包括三個部分，即初餾部分、常壓部分和減壓部分。 常減壓工藝流程可以簡化為：根據(jù)原油中各組份的沸點（揮發(fā)度）不同，將混合物切割成不同沸點的“餾份”。即是利用加熱爐將原油進行加熱，生成汽、液兩相，在常壓塔中，使汽、液兩相充分的熱交換和質(zhì)量交換，在提供塔頂回流的條件下對原油進行精餾，從塔頂分餾出沸點較低的產(chǎn)品，汽油。從塔底分出沸點較高的產(chǎn)品，重油。塔中間抽出，得到側(cè)線產(chǎn)品，即煤油、柴油、蠟油等。常壓蒸餾后剩下的重油組份分子量較大，在高溫下易分解（500°C左右），為了將常壓重油中的各種沸點的潤滑油組份分離出來，采用

5、在減壓塔（真空蒸餾方法）塔頂使用蒸汽噴射泵、間冷器抽真空的方法，使加熱后的常壓重油在負(fù)壓條件下進行分餾，從而使高沸點的組份在相應(yīng)的溫度下依次餾出做為潤滑油料。這是因為石油沸點與壓力的關(guān)系是：壓力低，油品的沸點就越低。另外，還采用水蒸汽汽提法來提高拔出率和質(zhì)量。 初餾塔是一個簡單塔對操作而言并不復(fù)雜,但是,如果操作不當(dāng)很可能拿不出油,或者會出現(xiàn)出黑油的現(xiàn)象,對操作工而言,如果能利用好初餾塔設(shè)備,這樣對裝置的節(jié)能,減輕常壓爐的負(fù)荷和常壓塔頂?shù)呢?fù)荷,提高處理量搞好優(yōu)化操作會有很大的好處。 初餾塔的控制參數(shù)主要有,塔頂壓力,塔頂溫度,塔頂冷回流量,循環(huán)回流量溫度僅供參巧,初側(cè)抽出量

6、,初側(cè)抽出溫度,塔進料溫度,塔底溫度,塔底液面,汽化段溫度僅供參巧等9個參數(shù),在正常操作中這些參數(shù)都是可變的,如果不理順好這些可變的參數(shù),那么,生產(chǎn)出的這些產(chǎn)品質(zhì)量則無法保證,尤其是影響收率問題,而且,因其參數(shù)的相互變化影響到其它的正常操作,所以我們說,操作工必須要具備“超前意識,拓展思維”的想象空間,每調(diào)節(jié)一個參數(shù),不但要顧及前后還要考慮左右的立體思維,這樣才能搞好操作平穩(wěn)。1.2 初餾塔主要工藝參數(shù)及干擾1.餾塔的進料溫度,受到原油性質(zhì)的變化,生產(chǎn)方案的變化會有所變化,而且,人為很難控制其溫度,進料溫度越高越好,如果想盡量地提高進料溫度,就要平衡好原油冷進料和原油A,B路進料,常

7、壓爐和減壓爐對流室過來的各一路的原油冷進料的出口溫度應(yīng)比初餾塔進料溫度高一二度為宜,如果兩路的冷進料溫度低于塔進料溫度,則浪費了原油二次換熱的熱能,為什么這樣說呢？因為冷進料的出口溫度的調(diào)節(jié)是靠流量的大小來控制,在處的理量不變情況下,冷進料大了,一,是會降低塔進料的溫度,二,由于冷進料量大會造成原油與二次換熱的量的減少;原油A,B路塔進料的調(diào)節(jié)沒有太大的講究,在操作上盡量保證原油A, B路出口溫差的減少,在調(diào)節(jié)A,B路的過程中始終要關(guān)注原油系統(tǒng)的壓力13,如果13壓力會使原油在系統(tǒng)管線內(nèi)部份汽化,蓄熱不夠使塔進料溫度降低,同時容易造成初頂瓦斯夾帶液態(tài)烴。 2.初側(cè)線的作用,

8、初側(cè)線的組份為C6C9,有少量的C3C5含汽油的組份多過煤油的組份,把初側(cè)線的油直接打入常一中作回流,對減輕常壓爐的負(fù)荷提高裝置的處理量是有著促進的作用的,但是初側(cè)線的拿量要有一個度,拿量太多會造成15層以下塔盤的內(nèi)回流減少,使初側(cè)油的顏色變深,還會影響到常一側(cè)線的煤油閃點質(zhì)量,初側(cè)線的正常操作溫度為140150,流量為1520m3h,如果常一線的閃點不在質(zhì)量的下限,需要拿大初側(cè)量或者側(cè)線溫度超過150,則要到現(xiàn)場放樣檢查初側(cè)線的油品顏色。 3.初循回流,初循回流量在正常操作下應(yīng)保持在250m3h,250m3h對原油一次換熱的熱量回收不利,如果250m3h造成初頂質(zhì)量偏重,而且會造成

9、初頂?shù)钠褪章蕼p少,因為打得太大的初循回流往往會造成初頂夾帶重組份的現(xiàn)象,而且較輕的組份給壓住了不能從塔頂全部拿出來,在操作中確有些人見到初頂產(chǎn)品質(zhì)量變輕,為了拿重初頂產(chǎn)品質(zhì)量,降初循回流操作,這樣的結(jié)果只能適而其反,使初頂產(chǎn)品質(zhì)量變得更輕。 4.初頂冷回流,無論初餾塔操作是否正常,冷回流都要保持一定的流量,這樣才能提高分餾效果,提高收率,在正常的操作情況下,冷回流控在35m3h,只要能調(diào)節(jié)到初頂產(chǎn)品的質(zhì)量變化就行。 5.初頂壓力,壓力的設(shè)定是根據(jù)原油性質(zhì)的不同而設(shè)定,我們現(xiàn)在煉的進口原油,如拉萬,伊朗輕的壓力控為1.4,阿曼,沙中,伊朗重的壓力控為1.1,沙輕的壓力控為1

10、.2,初餾塔頂?shù)脑O(shè)定如果偏低,同樣會造成初頂瓦斯夾帶液態(tài)烴的情況發(fā)生。1.3 CAD流程圖圖1-1 初餾塔控制系統(tǒng)工藝流程圖第2章 節(jié)流裝置的計算機輔助設(shè)計計算2.1 GB/T2624-93概述由于整個設(shè)計必須嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計，所以我們必須對一些國標(biāo)進行了解。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。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

11、果、提高測量精度方面，以取得了突破性的進展。GB/T2624-93主要特點有：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，給出計算機計算程序框圖。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。5.管道粗糙度不再參加計算，而是在計算結(jié)果出來后驗證。2.2計算實例標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計計算數(shù)據(jù)位號：FIC2103A 名稱：初頂回流油流量指示控制被測介質(zhì)：初頂油最大流量：49.62 m3/h 正常流量：33.8 m3/h 最小流量：16.54

12、 m3/h 工作溫度：40工況密度：665 kg/m3 工作壓力：5.2MPa工況粘度：1.139CP 管道直徑：100調(diào)節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)位號：LIC2101 FIC2301FI2304 名稱：初餾塔液位與原油流量串級調(diào)節(jié)被測介質(zhì)：原油 最大流量： 100 m3/h閥前壓力：17.5(絕) kgf/cm2 閥后壓力：16.5（絕） kgf/cm2工況密度：510 kg/m3 工況粘度：0.781CP工作溫度：240 管道內(nèi)徑：300mm 計算結(jié)果（參考）KV=250 閥的公稱直徑：150mm表2-1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置設(shè)計計算數(shù)據(jù)序 號 項 目 符號 單 位數(shù) 值 123456789 10 11 1

13、2 工作溫度 工況密度 工況粘度 工作壓力 管內(nèi)徑（20下實測值） 節(jié)流件形式 取壓方式 管道材料熱膨脹系數(shù) 等熵指數(shù) 壓縮系數(shù) t P D20 D kg/m3 CPPam mm/mm 300 60 1.4 0.016 3500000 0.0800 孔板 角接 0.00001116 1.4 11.輔助計算（1）計算流量標(biāo)尺：qm=qv×1=300×1.4/3600=0.116666666Kg/s ，取標(biāo)準(zhǔn)流量為0.125 Kg/s（2）計算差壓上限：再根據(jù)公式計算其中C=0.6,=1,=0.5,d=×，代0.125 Kg/s，全部代入得P=135078.47Pa

14、因國產(chǎn)差變的系列值為1.0，1.6，2.5，4.0，6.0×10n ，取P =160000Pa（3）求工況下管道直徑：D=D20 1+D（t-20）=0.0800×1+0.00001338×(60-20)=0.080042816 m（4）求雷諾數(shù)：ReD=Error! No bookmark name given. = =11605.04793（5）求A2A2= = =0.1096573952.計算初值（1）求設(shè)： C0=C=0.6060，=1并令 =0.180952798又 =0.421972831（2）求因被測介質(zhì)為液體，所以（3）求=0.5959+0.031

15、212.10.184018+0.002912.5（106/ReD）0.75故=0.5959+0.0312×（0.421972831）2.10.1840×（0.421972831）8+0.0029×（0.421972831）2.5×（106/11605.04793）0.75=0.610298229，= =0.000625927（4）精確度判斷=0.0057080283.進行迭代計算，設(shè)定第二個假定值X2X2=0.296498972=0.533166913=1=0.5959+0.03120.1840 +0.0029 =0.6041854730因此= =-0.

16、0000041122所以4.進行迭代計算，設(shè)定第三個假定值，利用快速收斂弦截法公式（n=3起用）=0.2541405981=0.4962970445=1 =0.6041852546因此 =0.0000000001所以 由于 =0.0000000005 精確度達到要求。5.此題用計算機編程求解時：工作溫度下的管道直徑D=0.080042816雷諾數(shù) ReD=11605.04793不變量 A2=0.109657395matlab程序見附錄，運行結(jié)果d =33.7578b1=0.4220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n123X0.

17、25337954130.00302746170.25414059810.49559833370.00302746170.4962970445C0.60416535820.00302746170.60418525460.0004648607-0.00000511220.00000000010.00302746170.00003329360.00000000016. 計算結(jié)果因此得：=0.4220 C = =0.6041852546求= =33.73974249 最后得： =33.740（mm）第3章 初餾塔控制系統(tǒng)儀表選型3.1調(diào)節(jié)閥的選型和口徑計算 調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行

18、器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調(diào)節(jié)閥一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，調(diào)節(jié)閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥，以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動力的電液動調(diào)節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執(zhí)行機構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機構(gòu)或其它執(zhí)行機構(gòu)匹配。提供調(diào)節(jié)閥的優(yōu)選次序如下： 全功能超輕型調(diào)節(jié)閥蝶閥套筒閥單座閥雙座閥偏心旋轉(zhuǎn)閥

19、0;球閥角形閥三通閥隔膜閥。  在這些調(diào)節(jié)閥中，我們認(rèn)為應(yīng)該盡量不選用隔膜閥，其理由是隔膜是一個極不可靠的零件，使其隔膜閥也成為了可靠性差的產(chǎn)品。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: 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. 閥前后壓差的確定。根據(jù)已選擇的閥流量特性及系統(tǒng)特點選定S(阻力系數(shù))，再確定計算壓差。 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.     選用Kv。根據(jù)Kvmax,在所選

20、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. 調(diào)節(jié)閥開度驗算。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%。 調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比的驗算。一般要求實際可調(diào)比10。    閥座直徑和公稱直徑的確定。驗證合適后，根據(jù)C確定。3.2調(diào)節(jié)閥口徑計算數(shù)據(jù)位號：LIC2101 FIC2301FI2304 名稱：初餾塔液位與原油流量串級調(diào)節(jié)被測介質(zhì)：原油 最大流量： 100 m3/h閥前壓力：17.5(絕) kgf/cm2 閥后壓力：16.5（絕） kgf/cm2工況密度：510 kg/m3 工況粘度：0.781CP

21、工作溫度：240 管道內(nèi)徑：300mm 計算結(jié)果（參考）KV=250 閥的公稱直徑：150mm3.3計算實例位號：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)序號項 目符 號單 位數(shù) 值 123456789調(diào)節(jié)閥類型被測介質(zhì)名稱工作溫度最大體積流量閥前壓力閥后壓力管道內(nèi)徑工況密度工況粘度tQmaxP1P2D11m3/hMPaMPammkg/m3Pa·s 單座閥燃料油1301.0871.41.33509200.00506計算過程:(1)計算(2)選定口徑值圓整、放大，查產(chǎn)品目錄，取=1.6（）,選單座閥（JP）其放大系數(shù)為： 查表2，知滿足m=1.28時，閥最大開

22、度90%，所以值應(yīng)再向上取一擋，即取=2（），此時m值滿足要求。開度驗算開度82.3%可滿足要求(3)結(jié)論選定單座閥，取為選定口徑，因為非阻塞流工況，故不作噪音預(yù)估及管件形狀修正。因為，,可調(diào)比滿足要求。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，我深感自己實踐能力的欠缺，以后我應(yīng)加強培養(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踐補充，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，掌握利用計算機輔助設(shè)計來完成節(jié)流

23、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物料或工件加熱的設(shè)備。按熱源劃分有燃料加熱爐、電阻加熱爐、感應(yīng)加熱爐、微波加熱爐等。應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、機械、熱處理、表面處理、建材、電子、材料、輕工、日化、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。本次課程設(shè)計培養(yǎng)了我們理論與實踐相結(jié)合的能力，工程設(shè)計能力及創(chuàng)新能力，為我們今后走上工作崗位奠定良好基礎(chǔ)。在以后的學(xué)習(xí)生活中，我一定勤加練習(xí)這些軟件和編程語言的使用，爭取熟練掌握，為以后工作打

24、好基礎(chǔ)。參考文獻1HG/T2063620639-1998，化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定(上下卷)S .2GB/T2624-1993，流量測量節(jié)流裝置 S .3奚文群，翁維勤.調(diào)節(jié)閥口徑計算指南M.蘭州：化工部自控設(shè)計技術(shù)中心站，1991.4董德發(fā)，張?zhí)齑?自控工程設(shè)計基礎(chǔ)M.大慶：大慶石油學(xué)院，1999.5王驥程，祝和云.化工過程控制工程M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.附錄#include "math.h" main() double D20=0.1,zp=135078.47,qm=16.455,t=353,s=677,u=0.001

25、139,h=0.00001338,k=0.0000175;  double X10,B10,C10,g10,E10,D,Red,A2,e,d20,d,L1;   int  i=0,n=0;   C0=0.6060;  e=0.0000000005;    D=D20*(1.0+h*(t-20.0);    L1=25.4/D;   Red=4.0*qm/(3.141592654*D*u);    A2