过程控制课程设计

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1、过程控制仪表设计说明书题目：管式加热炉温度控制系统姓名：谭信军班级：09自动化02班学号：20094460237指导老师：高飞燕2012年6月29日管式加热炉温度控制系统1.系统简介1.1管式加热炉简介管式加热炉一般由四个部分组成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器，示意图如图1.1所示：图1.1管式加热炉烟囱：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分，这部分直接受火焰

2、冲刷，温度很高（600—1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70—80%）。燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油气联合燃烧器。1.2设计目的及意义管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系

3、统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要的质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。2总体设计方案管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此，常选原料出口温度θ1(t)为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图2.1所示的温度控制系统，控制系统框图如图2.2所示。影响原料油出口温度θ1(t)的干扰有原料油流量

4、f1(t)、原料油入口温度f2(t)、燃料压力f3(t)、燃料压力f4(t)等。该系统根据原料出口温度θ1(t)变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。原料出口温度θ1(t)T1TT1C管式加热炉原料油原料燃油图2.1管式加热炉出口单回路温度控制系统调节器1炉膛壁管原料油温度变送器1给定温度f3、f4+f1、f2-出口温度++-图2.2管式加热炉出口单回路温度控制系统框图由图2.1可知，当燃料压力或燃料热值变化时，先影响炉膛温度，然后通过传热过

5、程逐渐影响原料油的出口温度，从燃料流量变化经过三个容量后，才引起原料油出口温度变化，这个通道时间常数很大，约为15min，反应缓慢。而温度调节器T1C是根据原料油的出口温度θ1(t)与设定的偏差进行控制。当燃料部分出现干扰后，图2.1所示的控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数θ1(t)的影响，控制质量差。当生产工艺对原料油出口温度θ1(t)要求严格时，上述简单控制系统很难满足要求。因此应该想办法消除来自燃料的干扰。先根据炉膛温度θ2(t)的变化，快速的消除来自燃料的干扰对炉膛温度的影

6、响；然后在根据原料油出口温度θ1(t)与设定值的偏差，改变炉膛温度调节器T2C的设定值，进一步调节燃料量，以保持原料油出口温度恒定，这样就构成了以原料油出口温度为主要被控参数，以炉膛温度为辅助被控参数的串级控制系统。管式加热炉串级控制系统流程图及系统框图分别如图2.3、图2.4。T1TT2CT2TT1T原料出口温度θ1(t)管式加热炉原料油原料燃油图2.3管式加热炉出口温度串级控制系统温度变送器1主调节器副调节器温度变送器1炉膛壁管原料油f3、f4+f1、f2-给定温度θ2(t)出口温度++++-

7、-图2.4管式加热炉出口温度串级控制系统框图综上所述，由于管式加热炉动态性复杂、存在多种扰动，简单控制系统难以满足控制要求，所以采用串级控制系统。3串级控制系统分析3.1主回路设计加热炉温度串级控制系统是以原料油出口温度为主要被控参数的控制系统。其他被控参数有炉膛温度，膛壁温度，燃料流量，原料油流量。温度调节器对被控参数θ1精确控制与温度调节器对来自燃料干扰的及时控制相结合，先根据温度θ2的变化，改变燃料量，快速消除来自燃料的干扰、对炉膛温度的影响然后再根据原料油出口温度θ1与设定值的偏差，改变炉

8、膛温度调节器的设定值，进一步调节燃料量，使原料油出口温度恒定，达到温度控制的目的。3.2副回路选择副回路的选择也就是确定副回路的被控参数。燃料由于其成分和流量变化，对控制过程产生极大干扰。所以，我们选择炉膛温度为串级控制系统的辅助被控参数。串级系统中，通过调整副参数炉膛温度θ2能够有效地影响主参数原料油出口温度θ1，提高了主参数的控制效果。3.1主、副调节器规律选择在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本