1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書………………………………………………… X</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書………………………………………………… X</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　基本控制方案的設(shè)計(jì)與分析</p>

2、;<p><b>　　節(jié)流裝置的計(jì)算</b></p><p>　　蒸汽流量控制閥口徑的計(jì)算</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………… X</p><p>　　附圖………………………………………………………… X</p><p>　　過程控制工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p&

3、gt;<p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　《脫丙烷塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　掌握控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理及設(shè)計(jì)的方法和步驟。</p><p>　　掌握控制方案的設(shè)計(jì)、儀表選型的方法及管道流程圖、儀表接線

4、圖、儀表安裝等圖的繪制方法。</p><p>　　掌握節(jié)流裝置和調(diào)節(jié)閥的計(jì)算。</p><p>　　了解信號(hào)報(bào)警及聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過理論聯(lián)系實(shí)際，掌握必須的工程知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和獨(dú)立完成工程設(shè)計(jì)任務(wù)能力的培養(yǎng)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)所需數(shù)據(jù)：</b>&l

5、t;/p><p>　　主要工藝流程和環(huán)境特征概況</p><p>　　脫丙烷塔的主要任務(wù)是切割C3和C4混合餾分，塔頂輕關(guān)鍵組分是丙烷，塔釜重關(guān)鍵是組分丁二烯。主要工藝流程如圖1所示：第一脫乙烷塔塔釜來的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后進(jìn)入脫丙烷塔，進(jìn)料為氣液混合狀態(tài)，液化率為0.28。進(jìn)料溫度為32℃，塔頂溫度為8.9℃，塔釜溫度為72℃。塔內(nèi)操作壓力為0.75MPa(絕壓)。采用的回流比約為1

6、.13。冷凝器由0℃丙烯蒸發(fā)制冷,再沸器加熱用的0.15 MPa(絕壓)減壓蒸汽由來自裂解爐的0.6 MPa(絕壓)低壓蒸汽與冷凝水混合制得的。和其他精餾塔一樣，脫丙烷塔也是一個(gè)高階對(duì)象，具有對(duì)象通道多、內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜、變量間相互關(guān)聯(lián)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、控制要求高等特點(diǎn)。脫丙烷塔的自動(dòng)控制應(yīng)滿足質(zhì)量指標(biāo)、物料指標(biāo)、能量平衡及約束條件等要求。</p><p>　　脫丙烷塔所處的環(huán)境為甲級(jí)防爆區(qū)域,工藝介質(zhì)為多種烴類混合物,

7、沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、易燃、易爆，生產(chǎn)裝置處于露天，低壓、低溫。主導(dǎo)風(fēng)向由西向東。</p><p><b>　　2、儀表選型說明</b></p><p>　　所選儀表應(yīng)具有本質(zhì)安全防爆性能等特點(diǎn)，電動(dòng)Ⅲ型儀表在安全性、可靠性等方面已能滿足要求。電動(dòng)儀表信號(hào)傳送快且距離遠(yuǎn)，易與計(jì)算機(jī)配合使用，除控制閥外，最好全部選用電動(dòng)Ⅲ型儀表。采用安全柵，可構(gòu)成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)。</

8、p><p>　　3、再沸器加熱蒸汽流量檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)室式標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算數(shù)據(jù)：</p><p>　　（1）被測(cè)流體：飽和水蒸汽</p><p>　?。?）流量：Mmax=1350kg/h; Mcom=900kg/h; Mmin=450kg/h</p><p>　?。?）工作壓力：p1=0.15MPa（絕壓）; 工作溫度：t1=110℃</p>

9、<p>　?。?）密度：ρs=0.8528kg/m3;粘度η=25×10-6Pa·s</p><p>　?。?）允許的壓力損失：應(yīng)盡量小</p><p>　　（6）管道內(nèi)徑：D20=200mm</p><p>　?。?）管道材質(zhì)：20#鋼，新無縫管</p><p>　　4、蒸汽流量控制閥口徑計(jì)算數(shù)據(jù)：<

10、/p><p>　?。?）流體：飽和水蒸汽</p><p>　?。?）正常流量條件下：</p><p>　　閥前絕壓：P1=140kPa</p><p>　　閥后絕壓：P2=105kPa</p><p>　　閥前溫度：t1=110℃</p><p>　　管道內(nèi)徑：D1= D2=200mm</p&

11、gt;<p>　　正常流量：MS=900kg/h</p><p>　　密度：ρS=0.8528kg/m3</p><p>　　（3）穩(wěn)態(tài)最大流量：Mmax=1350kg/h</p><p>　?。?）選型：氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥，等百分比固有流量特性，流開向型。</p><p>　　型號(hào)：ZMAP-1.6K</p><

12、;p><b>　　主要設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　確定基本控制方案，要帶有信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)（設(shè)置3個(gè)液位報(bào)警上、下限：塔釜液位：30%-90%，冷凝器液位：20%-80%，回流罐液位：30%-80%），并按規(guī)范繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。</p><p>　　對(duì)至少一個(gè)回路（再沸器加熱蒸汽流量控制系統(tǒng)）進(jìn)行儀表選型。</p><p>

13、　　對(duì)至少一個(gè)回路（再沸器加熱蒸汽流量控制系統(tǒng)）的節(jié)流裝置和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　分析所用到的復(fù)雜控制系統(tǒng)并繪制復(fù)雜控制系統(tǒng)的接線圖。</p><p>　　設(shè)計(jì)布置控制室并繪制控制室平面布置圖。</p><p>　　繪制再沸器加熱蒸汽流量檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板制造圖。</p><p><b>　　需提交的設(shè)計(jì)文件</

14、b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　控制流程圖</b></p><p><b>　　自控設(shè)備表</b></p><p><b>　　復(fù)雜系統(tǒng)儀表接線圖</b></p><p>　　

15、節(jié)流裝置及調(diào)節(jié)閥計(jì)算數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)孔板制造圖</b></p><p><b>　　控制室平面布置圖</b></p><p>　　其中第1項(xiàng)應(yīng)包括目錄、摘要、正文及參考文獻(xiàn)等項(xiàng)；2-7項(xiàng)均應(yīng)按制圖或制表規(guī)范來制作，圖紙采用3號(hào)紙（297×420mm），也可以使用電腦制圖，作為附錄附在設(shè)計(jì)說

16、明書后。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　1、《過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)》.孫洪程,翁唯勤合編.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　2、《實(shí)用自動(dòng)控制指南》.[美]M.G安德魯，H.B威廉斯.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　3、《煉油化工自控設(shè)計(jì)手冊(cè)》</p><p&

17、gt;　　4、《過程控制工程》.王樹清等編.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　應(yīng)用自動(dòng)控制原理，控制儀表、檢測(cè)技術(shù)以及工藝過程控制技術(shù)進(jìn)行脫丙烷塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了滿足脫丙烷塔的質(zhì)量指標(biāo)、物料指標(biāo)、能量平衡及約束等要求。設(shè)計(jì)包括

18、提餾段的溫度與蒸汽流量的串級(jí)控制；塔頂壓力為被控變量，氣態(tài)丙烯與去尾氣過線組分程控制控制；進(jìn)料流量的簡(jiǎn)單均勻控制；回流罐的液位與回流管的回流量組成串級(jí)均勻控制；回流量的定值控制；塔釜的液位與塔釜流出流量的串級(jí)控制；以及進(jìn)料、回流、塔頂、塔釜的溫度檢測(cè)，塔壓檢測(cè)，進(jìn)料、塔頂采出，不凝氣體排除、回流量的流量檢測(cè)等。</p><p>　　關(guān)鍵字：脫丙烷塔 指標(biāo) 控制 檢測(cè)</p><p>

19、　　二、基本控制方案的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　1.提餾段的溫度與蒸汽質(zhì)量組成串級(jí)控制</p><p>　　維持提餾段的溫度恒定對(duì)此反應(yīng)裝置的是否能順利進(jìn)行以及產(chǎn)品的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)是很重要的。設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的控制目的主要就是為了維持提餾段內(nèi)溫度得恒定，以保證反應(yīng)的穩(wěn)定順利進(jìn)行。由于影響提餾段的一個(gè)重要因素是來自減壓蒸汽總管的蒸汽流量，而提餾段的溫度恒定才是主要控制的目的。因?yàn)榧訜嵊玫臏p壓蒸

20、汽由來減壓蒸汽總管的蒸汽與冷凝水混合制得，所以來自減壓總管蒸汽流量的變化作用于提餾段的溫度有一定的滯后時(shí)間。因此，設(shè)計(jì)一串級(jí)控制系統(tǒng)，以提餾段的溫度為主變量，以來自減壓總管的蒸汽量作為副變量，它能快速地消除因蒸汽汽源壓力或冷凝壓力變化引起的擾動(dòng)，從而達(dá)到較好地控制提餾段的溫度恒定的目的。</p><p>　　2.塔頂壓力為被控變量，氣體丙烯與去尾氣管線組成分程控制</p><p>　　要保

21、證反應(yīng)的順利進(jìn)行，塔頂?shù)膲毫愣ㄒ彩且粋€(gè)重要的的參數(shù)。影響此壓力的是再沸器的氣態(tài)丙烯流量以及回流灌的壓力（由去尾氣管線的流量控制）。為了擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍，改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)，以滿足工藝上的要求。因此設(shè)計(jì)一分程控制，以塔頂壓力恒定為主要控制目的，當(dāng)投操縱變量氣態(tài)丙烯流量的改變不足于控制斷控制壓力時(shí)，調(diào)解去尾氣管線上的流量，以達(dá)到控制塔頂?shù)膲毫Φ哪康摹?lt;/p><p>　　3.回流罐的液位與回流管的回流量串級(jí)均勻

22、</p><p>　　為保證回流量的穩(wěn)定，以及使回流罐不流空，設(shè)計(jì)此液位一流量串級(jí)控制系統(tǒng)。</p><p>　　4.塔釜的液位與塔釜流出的流量的串級(jí)均勻控制</p><p>　　同上一控制系統(tǒng)相似，由于變量間的相互關(guān)聯(lián)、為保證塔內(nèi)的液位恒定，去脫丁烷塔管線的流量穩(wěn)定，設(shè)計(jì)此串級(jí)控制系統(tǒng)，以達(dá)到控制塔內(nèi)液位與流出量的穩(wěn)定。</p><p>　

23、　5.為保證反應(yīng)的穩(wěn)定進(jìn)行，設(shè)計(jì)一進(jìn)料流量的均勻控制</p><p><b>　　6.報(bào)警系統(tǒng)</b></p><p>　　為保證塔釜、回流罐、冷凝器的液位不超過可控范圍，可分別設(shè)計(jì)一液位報(bào)警系統(tǒng)——當(dāng)塔釜液位偏離30%-90%時(shí)，冷凝器液位偏離20%-80%</p><p>　　時(shí)，回流罐液位偏離30%-80%時(shí)，報(bào)警提示。</p>

24、;<p>　　為了保證塔壓的變化不超過允許值，分別在塔頂與塔底安裝了一個(gè)具有溫度上限報(bào)警的溫度檢測(cè)儀表。為了保證塔壓的變化不超過允許值，在位于塔上部的地方裝一帶壓力上限報(bào)警系統(tǒng)的壓力檢測(cè)儀表</p><p>　　7.除了上述控制裝置外，還設(shè)計(jì)有對(duì)進(jìn)料、塔底采出、不凝氣體排出、回流物溫度檢測(cè)。</p><p>　　具體見附圖：脫丙烷塔工藝流程圖。</p><

25、p>　　8.控制室平面布置圖繪制說明</p><p>　　由于生產(chǎn)裝置處于露天，工藝介質(zhì)易燃、易爆，且主導(dǎo)風(fēng)向由西向東，因此設(shè)計(jì)此控制室位子生產(chǎn)裝置的西邊，且門跟窗都向著生產(chǎn)裝置。控制盤背向生產(chǎn)裝置，以利于電纜進(jìn)入與之連接。具體見控制室平面布置圖。</p><p><b>　　三、節(jié)流裝置計(jì)算:</b></p><p><b>

26、　　1、己知條件:</b></p><p>　　(1)被測(cè)流體:飽和水蒸汽</p><p><b>　　(2)流量:</b></p><p>　　Mmax=1350 kg/h</p><p>　　Mcom=900 kg/h </p><p>　　Mmin=450 kg/

27、h</p><p>　　(3)工作壓力:= 0.15Mpa (絕壓)</p><p>　　(4)工作溫度:t1= 110.0</p><p>　　(5)允許的壓力損失:應(yīng)盡是小</p><p>　　(6)管道內(nèi)徑:D20=200mm</p><p>　　(7)仍管道材質(zhì):20#鋼，新無縫管</p>

28、<p>　　(8)管道和局部阻力件敷設(shè)簡(jiǎn)圖如下所示。圖中LI、L2, LO按設(shè)計(jì)要求要求設(shè)。</p><p>　　(9)要求采用角接取壓（環(huán)室）標(biāo)準(zhǔn)孔板，配電動(dòng)差壓變送器。</p><p><b>　　2.輔助計(jì)算</b></p><p>　?。ū纠械墓接覀?cè)標(biāo)注的頁號(hào)和圖、表號(hào)與《國家標(biāo)準(zhǔn)流量測(cè)量節(jié)流裝置》）</p>

29、<p>　　(1)工作狀態(tài)下，質(zhì)量流量標(biāo)尺上限：Ｍ＝1600kg/h</p><p>　　(2)管道材質(zhì)的線膨脹系數(shù)：∧D=12.12×10 mm/mm·c</p><p>　　(3)工作狀態(tài)下，管道內(nèi)徑：</p><p>　　D=D20[1+∧D(t1-20)]=200×[1+12.12×10×(11

30、0-20)]=200.22mm</p><p>　　(4)工作狀態(tài)下,飽和水蒸氣的粘度:</p><p>　　η=25×10Pa·s</p><p>　　(5)工作狀態(tài)下,飽和水蒸氣的密度:</p><p>　　=0.8528kg/m</p><p>　　(6) 工作狀態(tài)下,飽和水蒸氣的等熵指數(shù):&

31、lt;/p><p><b>　　χ=1.29</b></p><p><b>　　(7)管道粗糙度:</b></p><p><b>　　K=0.10</b></p><p>　　(8)管徑與粗糙度之比:</p><p>　　D/K=200.218/0.10

32、=2002.2>100</p><p>　　(9)求ReD的值:</p><p>　　ReD=354×10× =354×10× =3.183×10</p><p>　　(10)求ReD的值:</p><p>　　ReD=354×10×=354×10×

33、;=6.365×10</p><p>　　(11)根據(jù)ReD=3.1825×10和角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板的要求,角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板適用的最小雷諾數(shù)ReD推薦值可知,在β<0.50的范圍內(nèi)β取任意值時(shí),因流量變化引起的流量系數(shù)α0的改變,其附加誤差小于0.5%。</p><p>　　(12)由于要求壓力損失盡量小，故取β=0.48為確定差壓上限的依據(jù)。</p>

34、<p>　　(13)確定差壓上限：</p><p>　　a：令γ=1,R=10,β=0.48</p><p>　　取 αβ=0.1432</p><p><b>　　b:h==</b></p><p>　　=5693.1 Pa=5.69 kPa</p><

35、;p>　　?。篽=6.0KPa</p><p>　　C:驗(yàn)算P2/P1值</p><p>　　P2/P1=（140-6）/140=0.96≥0.75</p><p><b>　　上述h值可用</b></p><p>　　d：選用1151DP-4E22M1B3D2Fa型電容式差壓變送器</p><

36、p><b>　　(14)求h值：</b></p><p>　　h=（） h==1.898 kPa</p><p><b>　　e：計(jì)算：</b></p><p>　　(1)令γ=1, ε=1,根據(jù)M、、D、h，求（αβ）1值：</p><p><b>　?。é力拢?==</b&

37、gt;</p><p><b>　　=0.139</b></p><p>　?。?）根據(jù)（αβ）1、ReD，求值：</p><p>　　取接近（αβ）1=0.1395，ReD=6.3651×10的β值，查表可得</p><p><b>　　=0.474</b></p><

38、;p>　　（3）根據(jù)D/K、、ReD，求值：</p><p><b>　　=（）</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　得 =1</p><p>　?。?）根據(jù)P2/P1，χ、，求ε值：</p><p>　　P2

39、/P1=0.96，χ=1.29，=0.474</p><p>　　ε=1-（0.3707+0.3184β）[1-]</p><p>　　=1-(0.3707+3.84×)</p><p><b>　　=0.985</b></p><p>　　(5)求（αβ）2的值:</p><p>　　

40、（αβ）2= ==0.142</p><p>　　(6)根據(jù)（αβ）2、ReD，求β和α的值：</p><p><b>　　=5×時(shí)：</b></p><p><b>　　=0.476+</b></p><p><b>　　=</b></p><p

41、><b>　　=時(shí)：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=時(shí)：</b></p><p><b>　　=0.477</b></p>&

42、lt;p><b>　　=0.623</b></p><p><b>　?。?）求d值：</b></p><p>　　d==0.4771×200.218=95.525mm</p><p><b>　?。?）驗(yàn)算：</b></p><p><b>　　=&

43、lt;/b></p><p>　　=899.594kg/h</p><p>　　×100%=×100%=-0.05%</p><p><b>　　上述計(jì)算合格。</b></p><p><b>　　（9）求的值：</b></p><p>　　孔板采用

44、1Cr18Ni9Ti不銹鋼。</p><p>　　∧d=17.00×mm/mm·C</p><p>　　=d/[1+∧d(-20)]</p><p>　　=95.524/[1+17.00××(110-20)]=95.379±0.05mm/mm·C</p><p>　　(10)求實(shí)際的

45、最大壓力損失的值:</p><p>　　== =4.512kPa</p><p>　　(11)確定最小長(zhǎng)度:</p><p>　　L1=20D=4000mm</p><p>　　L2=6D=1200mm</p><p>　　L0=10D=2000mm</p><p>　　四、蒸汽流量控制閥口徑計(jì)

46、算：</p><p>　　儀表位號(hào)：FV-102</p><p><b>　　1.已知條件</b></p><p>　?。?）流體：飽和蒸汽</p><p>　　（2）正常流量條件下：</p><p>　　閥前絕壓：P1=140kPa</p><p>　　閥后絕壓：P2=1

47、05kPa</p><p>　　閥前溫度：t1=110℃</p><p>　　管道內(nèi)徑：D1= D2=200mm</p><p>　　正常流量：MS=900kg/h</p><p>　　密度：ρS=0.8528kg/m3</p><p>　　（3）穩(wěn)態(tài)最大流量：Mmax=1350kg/h</p><

48、p>　?。?）選型：氣動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥，等百分比固有流量特性，流開向型。</p><p><b>　　2.計(jì)算：</b></p><p>　?。?）判斷是否阻塞流</p><p>　　查《石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)》得</p><p>　　臨界差壓變比系數(shù)=0.72以及氣體絕熱指數(shù)K=1.29</p>&l

49、t;p>　　則 比熱系數(shù) =K/1.4=1.29/1.4=0.92</p><p>　　=0.92×0.72=0.66</p><p>　　差壓比 X=△P/ P1 =（P1- P2）/ P1 =0.035/0.140=0.25</p><p>　　可見，X〈，故為非阻塞流。</p><p><

50、;b>　?。?）值計(jì)算：</b></p><p>　　膨脹系數(shù)Y=1-=1-=0.82</p><p><b>　　===63.57</b></p><p><b>　?。?）值的計(jì)算：</b></p><p>　　=1.2=1.2×1350=1620kg/h</p

51、><p>　　==1620×63.57÷900=114.43</p><p><b>　　（4）口徑的選定：</b></p><p>　　選閥的公稱流量系數(shù)和公稱通徑：</p><p>　　=120， DN=d=100mm</p><p>　?。?）相對(duì)行程計(jì)算：</p&

52、gt;<p>　　控制閥在正常流量條件下：</p><p>　　ι=（1+0.68）×100%=（1+0.68）×100%=81.4%</p><p>　　基本符合等百分比特性控制閥正常流量時(shí)相對(duì)形成為80%左右的要求。（直線流量特性控制閥正常流量時(shí)，要求ι=60%）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b&g

53、t;</p><p>　　1.孫洪程，翁唯勤編.過程控制工程設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000</p><p>　　2.王樹青等編著.工業(yè)過程控制工程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　3.蘇彥勛等編著.流量計(jì)量與測(cè)試.中國計(jì)量出版社，1991</p><p>　　4.紀(jì)綱編著.流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用技巧.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，

54、2003</p><p>　　5.何衍生等編著.控制閥工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　6.謝小球編著.石油化工測(cè)量及儀表.中國石化出版社，1994</p><p>　　7.梁朝林編著.化工原理.廣州：廣東高等教育出版社，2000</p><p>　　8.張建宏，蒙建波編著.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置.北京：化學(xué)工業(yè)