管式加热炉温度-流量串级控制系统系统地设计.doc

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1、过程控制系统课程设计题目:管式加热炉温度-流量串级控制系统的设计摘要当今世界，随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。为了能将课程中所学理论知识初步尝试应用于实践，本次设计将采用过程控制系统原理来实现工业生产控制问题的解决，通过设计一个温度-流量

2、串级控制系统来实现对管式炉加热原料油的温度控制。管式加热炉是石油工业中重要的设备之一，它的任务是把原油加热到一定的温度，以保证下一道工序的顺利进行。加热炉的工艺过程为：燃料油经雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管后，就被加热到出口温度。本此设计容包括总体方案设计，系统原理阐述，系统框图与结构的搭建，变量检测环节，变量变送环节，控制器，调节阀，联锁保护等环节的具体选择与设计，最终形成一个可行可靠的完整串级过程控制系统方案，力图通过具体应用获得理论知识的进一步提升，并为工业生产提出可行性建议。关键字：流量温度串级控制目录1.管式加热炉温度控制系统的设计

3、意义11.1管式加热炉简介11.2温度控制系统设计意义12.管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求23.总体方案设计33.1传统简单控制系统33.2串级控制系统43.3管式加热炉温度-流量串级控制系统控制原理及调节过程54.系统的设计与参数整定74.1主回路设计74.2副回路设计74.3主副调节器调节规律的选择74.4主副调节器正反作用方式的确定84.5控制系统的参数整定85.所需检测元件、执行元件及调节仪表技术参数95.1温度变送器95.2温度检测元件105.3流量检测及变送105.4调节阀115.5联锁保护116.组态软件设计126.1新建工程126.2

4、连接设备及设备测试136.3数据词典136.4建立画面146.5调试执行14心得体会16参考文献171.管式加热炉温度控制系统的设计意义1.1管式加热炉简介管式加热炉是一种直接受热式加热设备，主要用于加热液体或气体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主，管式加热炉通常由以下几部分构成：1）辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高，是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）；2）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；3）燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备

5、，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器；4）通风系统：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。1.2温度控制系统设计意义管式加热炉是石油炼制、石油化工、煤化工、焦油加工、原油输送等工业中广泛使用的工艺加热炉，由于被加热物质即在管流动介质通常为气体或液体，并且都是易燃易爆的物质，所以操作条件苛刻，同时其必须长周期运转不间断操作，加热方式直接受火，所以管式加热炉的温度控制系统至关重要，是其提高加热炉热效率，节约能源和安全生产的重要保证，因此本设计的意义就是旨在设计出符合管式加热炉生产控制要求的温度控制系统，从

6、而达到在其工作过程中有效及时控制，以提高其工作效率，节约能源且保证生产过程的安全可靠。2.管式加热炉温度控制系统工艺流程及控制要求管式加热炉的主要任务是把原制油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。管式加热炉的工艺流程图如图2.1所示。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度t。在燃料油管道上装设一个调节阀，用它来控制燃油量以达到调节温度t的目的。r1tTTTCFCFTf燃料油被加热燃料油r2图2-1管式加热炉工艺流程图引起温度t改变的扰动因素很多，主要有：1）燃料油方面（它的组分和调节阀前

7、的油压以及燃料油流量）的扰动；2）喷油用的过热蒸汽压力波动；3）被加热油料方面（它的流量和入口温度）的扰动；4）配风、炉膛漏风和大气温度方面的扰动；其中燃料油压力，流量和过热蒸汽压力都可以用专门的调节器保持其稳定，以便把扰动因素减小到最低限度。从调节阀动作到温度t改变，这中间需要相继通过炉膛、管壁和被加热油料所代表的热容积，因而反应很缓慢。工艺上对出口温度t要求不高，一般希望波动围不超过。3.总体方案设计3.1传统简单控制系统管式加热炉的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工艺顺利进行，因此若采用传统简单控制系统，常选原料油出口温度为被控参数、燃料油流量为

8、控制变量，如图3-1所示，其控制系统框