《过程控制课设》脱丙烷塔控制系统设计要点.doc

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1、课程设计报告题目：脱丙烷塔控制系统设计学院：班级：电气08-3姓名：学号：指导教师：摘要脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。其中丙烷占10，丁二烯占89，其它杂质占1。为了满足脱丙烷塔的自动控制的质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。设计包括提馏段的温度与蒸汽流量的串级控制；塔顶鸭梨为被控变量，气态丙烯与去尾气管线组成分层控制；进料流量的简单均匀控制；回流罐的液位与回流管的回流量组成串级均

2、匀控制；回流量的定制控制；以及进料、回流、塔顶、塔釜的温度检测，塔压检测，回流量的流量检测等。关键字：串级控制，被控变量，分层控制，均匀控制，定值控制，检测。目录第一章主要故意流程和环境特征概论………………………………4第二章控制原理分析…………………………………………………51、提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制……………………52、分程控制………………………………………………………73、单回路均匀控制回路…………………………………………74、液位报警系统…………………………………………………85

3、、温度检测系统…………………………………………………8第三章节流装置的设计计算…………………………………………10第四章调节阀口径计算………………………………………………15第一章主要工艺流程和环境特征概况脱丙烷塔的主要任务是切割C3和C4混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔釜重关键是丁二烯。主要工艺流程如图所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。进料温度为32℃，塔顶温度为8.9℃，塔釜温度为72℃。塔内操作压力为0.75MPa(绝压

4、)。采用的回流比约为1.13。冷凝器由0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的0.15MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的0.6MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、内在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。脱丙烷塔的自动控制应满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。主导风向由西向东。仪表选型说明所选

5、仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，最好全部选用电动Ⅲ型仪表。采用安全栅，可构成本质安全防爆系统。第一章控制原理分析1、提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制下图是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀的做到温度θ发生变化，需要

6、相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸汽压力的波动对θ的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时，如果采用如图2-1所示的简单单回路温度控制系统，调节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环。串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系

7、统中的双环系统相同，就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统有如下几点的改善：①改善了被控过程的动态特性，提高了系统

8、的工作频率。②对二次扰动有很强的克服能力。③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。综上所述，根据系统工艺要求，决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。设计方框图：采用如图所示的提馏段温度串级控制系统。副调节器QC2根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，这样就可以在加热蒸汽压力波动的情况下，仍能保持蒸汽流量稳定。但副调节器QC2的给定值则受主调节器θC1的控制，后者根据温度θ改变蒸汽流量给定值Qr，从而保证在发生进料方面的扰动的情况下，仍能保持温度θ满足要求。