当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

焦炉过程检测与控制系统设计


目 录 第 1 章 焦炉过程检测与控制系统 ................................................................................ 1 1.1 焦炉过程检测与控制系统的工程背景及说明 .................................................... 1 1.2 焦炉过

程检测与控制系统的 CAD 流程图 .......................................................... 3 第 2 章 标准节流装置设计及计算程序设计 ................................................................ 4 2.1 标准节流装置的简介 ............................................................................................ 4 2.2 标准节流装置的设计 ............................................................................................ 5 2.3 计算程序设计 ........................................................................................................ 7 第 3 章 调节阀选型及计算 ............................................................................................ 8 3.1 调节阀的选型 ......................................................................................................... 8 3.2 调节阀的口径计算 ................................................................................................. 8 第 4 章 课程设计心得 .................................................................................................. 10 参考文献 ........................................................................................................................ 11 附录 ................................................................................................................................ 12

自控工程课程设计

第 1 章 焦炉过程检测与控制系统
1.1 焦炉过程检测与控制系统的工程背景及说明 如在焦炭生产过程中,任何过错参数都是非常重要的,针对不同的用途、原 料及配比,所要设定的温度、压力等参数的大小有所区别。因此在生产过程中, 必须按照生产要求,设计使用过程检测精确的装置和可靠安全使用的控制系统, 以生产出合格的产品。一座焦炉有数十乃至上百个炭化室,各室均处于工作状态, 按照相应的生产计划循环的进行装煤、平煤、结焦、推焦等过程。因此需要一种 方法能自动定时指导监测生产操作的装置与控制系统。基于旋转编码技术、PLC、 单片机、工业控制计算机以及有线、无线通讯等技术,我们设计了本焦炉过程检 测与控制系统。该系统可准确测定焦车位置,显示该位置所对应的炭化室,并按 照计划提醒操作人员何时、何地实施何种推焦操作。既可有效避免误操作,同时 还可将推焦过程中的有关数据保存以供有关人员调用。 焦炉除关键的加热控制系统以外,其检测和自动控制系统都大致相同,此外, 焦炉加热用的燃料,在不同类型的焦化厂是不同的,钢铁企业的焦化厂大都使用 高炉煤气和焦炉煤气组成的混合煤气加热,而煤气厂,独立的大型焦化厂大都使 用发生炉煤气和焦炉煤气组成的混合煤气加热,还有一些焦炉则以单烧发生炉煤 气或焦炉煤气,高炉煤气。温度是一个非常重要的物理量,因为它直接影响燃烧、 化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物 理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系 列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、 科学研究和人们的生活领域中,得到了广泛应用。在工业生产过程中,很多时候 都需要对温度进行严格的监控,以使得生产能够顺利的进行,产品的质量才能够 得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制, 保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行,从而提高企业的生产效率。 温度是工业生产中主要的被控参数之一,与之相关的各种温度控制系统广泛 应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的 过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量。例如:在 冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中, 人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制; 在农业生产、粮食储备、计算机机房等都需要对温度进行测量和控制。因而设计 一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 本焦炉过程检测与控制系统总的加热炉温度控制系统属于阀位控制系统
1

自控工程课程设计

(VPC) ,具有纯滞小、非线性、节能效果明显等特点,其示意图及方框图如图1-1 和图1-2。采用单片机进行温度控制,具有电路设计简单、精度高、控制效果好等 优点,对提高生产效率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义随着单片机技 术的迅速兴起与蓬勃发展,其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出,所以其 应用也十分广泛。

T

VB
TC

VPC

VA

图1-1焦炉温度控制示意图

主控制阀 r1 主控制阀 + (VPC) r2 测量变送 图1-2焦炉温度控制方框图 + 副控制阀



y



如图所示,该温度控制系统有两个回路。主回路包括温度、温控、 VA 及对象 即焦炉,受控变量是出口温度,具有良好的动态品质。副回路包括阀位控制器VPC、 VB 及对象,受控变量是 VA 阀位。其设定值对应 VA 较小开度(如1%) ,控制器采用 大比例度和大积分时间,使具有缓慢的控制动作,以保证系统温度时, VA 处于小 开度,达到节能的目的。
2

自控工程课程设计

1.2 焦炉过程检测与控制系统的 CAD 流程图 如下图所示为煤气储备站中焦炉过程检测与控制系统的CAD流程图。

图1-3焦炉过程检测与控制流程图

3

自控工程课程设计

第 2 章 标准节流装置设计及计算程序设计
标准节流装置的简介 2.1 标准节流装置的简介 在石油化工生产中,流量计的应用非常广泛,而流量计中差压式流量计又占 大部分。因而节流装置的选型及其设计是自控工程设计的重要组成部分。 2.1.1 国家标准特点 1993 年,国家技术监督局批准 GB/T2624-1993 实施,该标准第一次等效采用 ISO5167(1991)与国际接轨,这标志着我国现行的标准节流装置,在推广采用国 际标准上的研究成果、提高测量精度方面,已取得了突破性的进展。 《流量测量节流装置用孔板、 喷嘴和文丘里管测量充满 GB/T2624-1993 全称为 圆管的流体测量》 。其主要特点: (1)以流出系数 C 代替流量系数 α ; C 值的计算中的 β 降阶计算由原流量系数

α 0 计算中的最高阶 β 20 降至流出系数 C 计算中的最高阶 β 8 次幂。
(2)提出 5 种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。 (3)提出迭代计算方法,给出计算机计算程序框图。 (4)差压上限不再计算,而要由用户自行选定,要求设计者有更多的经验。 (5)管道粗糙度不再参加计算,而是在计算结果出来后需验证。 所谓“标准节流装置”就是他们的结构、 尺寸和技术条件都有统一标准, 有关计 算步骤和方法都经过系统试验而有统一规定。按统一标准规定进行设计制造的节 流装置,不必经过个别标定就可以使用。 在 GB/T2624-1993 中规定的标准节流装置有以下几种: 标准孔板:角接取压;法兰取压;径距取压(D-D/2) 。 标准喷嘴:ISA1932 喷嘴;长颈喷嘴。 文丘里管:文丘里喷嘴;经典文丘里管。 2.1.2 设计计算的原则和依据 (1)设计原则 ①测量的精度应尽可能高; ②流出系数 C 稳定; ③节流件前后所需直管段长度,就尽可能短; ④流体流经节流件的压力损失尽可能小。 上述四点要求之间是存在矛盾的,而标准节流装置的设计计算,则主要是根 据具体情况统一考虑,妥善解决这些矛盾,找出合理的方案。 (2)标准节充装置设计计算的依据 主要依据是工艺生产所提供的流量测量条件、要求和有关数据。具体的原始
4

自控工程课程设计

数据有: ①被测流体的名称、状态、组分; ②被测流体的流量;最大流量 qmax; ③被测流体的工作状态:工作压力 P1、工作温度 t1、及其变化范围; ④被测流体的物理参数;这一部分较难确定; ⑤允许的压力损失; ⑥管道材质、在工作温度下管道内径 D20、管道内表面情况; ⑦节流装置安装地点的平均大气压; ⑧管道敷设情况和局部阻力形式; 2.2 2.2 标准节流装置的设计 标准节流装置的设计计算是自控工程技术人员的基本功,此项训练十分重要。 标准节流装置的设计计算数据如下表所示。
表 2-1 标准节流装置设计计算数据 名称 最大流量 工作温度 工况密度 工作压力 工况粘度 管道直径 等熵指数 压缩系数 管道材料 绝对粗糙度 符号 qmax t ρ1 P ?1 D20 K Z 新的铸铁管 单位 m3/h ℃ kg/m3 MPa CP mm 数值 300 60 1.4 3.5 0.016 80 1.4 1

ε 1

mm

0.3

2.2.1 辅助计算 ① 根据原始数据的最大流量确定计算最大流量 qmax=300 m3/h ② 根据工作状态和被测量流体的成分,求物性参数 工作状态下的粘度 ?1=0.016CP 工作状态下的密度 ρ1=1.4 kg/m3 工作状态下的压缩系数 Z=1 工作状态下的等熵指数 K=1.4 ③ 求工作状态下的管道内径
5

自控工程课程设计

已知管道直径 D20=80mm, 由公式 D = D20 [1 + λD (t ? 20)] , 其中工作温度 t=60℃, 管道的热膨胀系数 λD =0.000013mm/mm℃,代入可得在 60℃工况下管道内径 D=80.0416mm ④ 根据最大流量,求出相应的雷诺数 ReD 由 公 式 Re D =
q q Dv ρ1 , 其 中 流 速 v = max = max , 所 以 雷 诺 数 D u A π ( )2 2 4q ρ 4 × 300 × 1.4 Re D = max 1 = =116109.34 ?3 π Du π × 80 × 10 × 0.016 × 10?3 × 3600

ReD>4000 所以煤气在管道内的流动为湍流

⑤ 根据管道材质及内表面情况,确定管道内壁的绝对平均粗糙度 查表可知煤气管道是新的铸铁管,它的绝对平均粗糙度

ε =0.3mm 1
⑥ 确定差压上限 可根据 qm=
π ε1 d2 2 ρ 计算ΔP ,其中 C=0.6,ε =0.3,β=0.5, ΔP 1 1 4 1 ?β

C

4

d= D 20 ×β=40mm, q m = qmax × ρ1,全部代入得差压上限ΔP =44581.11 Pa 。
因国产差变的系列值为 1.0,1.6,2.5,4.0,6.0 × 10 n ,故取ΔP =40000.0 Pa ,在新标 准中差压上限视为已知条件,由工艺人员或仪表人员自行确定。

2.2.2 迭代计算方法
迭代计算的实质是利用具有快速收敛的弦截法,来实现近似计算。 先求得 A 2 =

? Re D 0.000016 ×116109.34 = = 0.065692671 D 2?Pρ1 0.0800416 × 2 × 44581.11× 1.4

设 C n = C∞ = 0.6060, ε = 0.3 令 X1 =

A2 = 0.361345827 C0ε

X 12 0.25 又 β1 = [ ] = 0.58295775 1 + X 12
6 再求 C1 = 0.5959 + 0.0312 χ 12.1 ? 0.1840 β 18 + 0.0029 β 12.5 (10

ReD

) 0.75 =0.6009

6

自控工程课程设计

因此 δ 1 = A2 ? X 1C1ε = 0.000552858 则精度 E1 =|

δ1
A2

|= 0.008416

再设定第二个假定值
X2 = A2 = 0.364412664 C1ε

2 X 2 0.25 β2 = [ ] = 0.585138599 2 1+ X2 6 8 C 2 = 0.5959 + 0.0312 β 22.1 ? 0.1840 β 2 + 0.0029 β 22.5 (10

ReD

) 0.75 = 0.6073

因此 δ 2 = A2 ? X 2 C 2ε = ?0.000699672 则精度 E2 =|

δ2
A2

|= 0.01065 X n?1 ? X n? 2 δ n?1 ? δ n?2

然后同理利用公式 X n = X n=1 ? δ n?1

(当 ≥ 3时)

计算出 X、δ,直到∣δn∣值小于某个规定值(即 En =|

δn
A2

|< 5 × 10 ?10 )时,说明计

算已达到规定的精确度,迭代计算完毕,在此不进行计算。

2.2.3 验算
质量流量的不确定度的计算公式如下
?? δC ? 2 ? δε ?2 ? 2β 4 ?2 ? δD ?2 ? 2 ?2 ? δd ? 2 1 ? δ?P ? 2 1 ? δρ ? 2 ? 1 = ?? ? + ? 1 ? + ? ? ? ? ? ? ε ? ? 1 ? β 4 ? ? D ? + ? 1 ? β 4 ? ? d ? + 4 ? ?P ? + 4 ? ρ ? ? ? ? ? ?? C ? ? 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ? ? ? ?
1/ 2

δqm
qm

2.3 2.3 计算程序设计

本课程设计要求标准节流装置设计计算需编制计算机程序实现,程序设计流 程框图见附录1。 具体的程序设计采用C语言编写,主程序的编写是在已知 X 1 和 X 2 的情况下编 写的, X 1 和 X 2 可由前面介绍的辅助计算计算得出,主程序代码见附录2。

7

自控工程课程设计

第3章 调节阀选型及计算
调节阀的 3.1 调节阀的选型 调节阀又称控制阀,是执行器的主要类型,通过接受调节控制单元输出的控 制信号,借助动力操作区改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如 果按其所配执行机构使用的动力,调节阀可以分为气动、电动、液动三种,即以 压缩空气为动力源的气动调节阀,以电为动力源的电动调节阀,以液体介质压力 为动力的电液调节阀,另外,按其功能和特性分,还有电磁阀、电子式、智能式、 现场总线型调剂阀等。调节阀的产品类型很多,节后也多种多样,而且还在不断 更新和改变。一般来说阀是通用的,既可以与气动执行机构匹配,也可以与电动 执行机构或其它执行机构匹配。 调节阀是自动化仪表和自动调节系统的重要组成部分之一,在调节系统中称 为终端控制元件。它直接与介质接触,使用条件差,尤其在高压、高压差、高温、 深冷、强腐蚀、高粘度、易结晶、闪蒸、气蚀等各种恶劣条件下工作时,调节阀 在自动调节系统中的重要性就更为突出。随着工业生产的迅速发展,调节阀的品 种、规格日益繁多,为此,对调节阀的选用技术要求也越来越高,选用不当,必 然会降低调节质量。在这些调节阀中,我们认为应该尽量不选用隔膜阀,其理由 是隔膜是一个极不可靠的零件,使其隔膜阀也成为了可靠性差的产品。另外,在 工程计算中,调节阀口径计算是个关键问题。它不仅关系到调节系统的调节质量, 还关系到生产的经济性;适用的可靠性和稳定性等问题。 3.2 调节阀的口径计算 阀型的选择是一项重要而复杂的工作。为了计算流量系数、预估噪声等,需 要初步选择阀体结构型式。若计算结果不符合要求,还应重选阀型,并重新计算, 直至满足要求。选择阀型的依据是根据介质性质、工艺参数、使用要求等条件。 调节阀口径计算的主要内容有流量系数计算及口径选定等。流量系数计算公 式的建立与发展已有半个多世纪的历史,其中气体与液体的单相流计算公式比较 成熟,双相流公式还有待进一步完善。精度较高的计算公式,还需要有正确的原 始数据,才能得到满意的结果。 调节阀口径计算的主要内容有流量系数 Kv 值计算及口径选定等。 是国际制 Kv 单位的流量系数。它定义为:温度 5℃至 40℃的水,在 105Pa 压降下,流过调节阀 的每小时立方米数。从调节阀的 Kv 计算到阀的口径确定,一般需经过一下步骤: 1.计算流量的确定。 2.阀前后压差的确定。
8

自控工程课程设计

3.计算 Kv. 4.选用 Kv。 5.调节阀的开度验算。 6.公称直径的确定。 调节阀口径计算数据如下表所示。
表 2-1 调节阀口径计算数据 名称 最大流量 工作温度 工况密度 工况粘度 管道内径 阀前压力 阀后压力 符号 qmax t ρ ?1 Dn 单位 m3/h ℃ kg/m
3

数值 1.087 130 920 0.00506 50 1.4 1.33

Pa·s mm MPa MPa

P 1 P2

计算过程: 1 计算 Kv 先计算最大质量流量 Wmax = ρ · qmax=920×1.087=1000.04 kg/h 则 Kv =
0.01Wmax = 920 × (1.4 ? 1.33) 0.01 × 1000.04 ≈ 1.246

ρ ( P1 ? P2 )

2 选定口径 a.Kv 值圆整、放大
1 .5 = 1.204 1.246

取 Kv=1.5(Dn50) ,选双座阀(Vn),其放大系数为: m =

查表,知满足 m=1.2 时,阀最大开度>90%,所以 Kv 值应再向上取一档,即 取 Kv=2.0(Dn60) ,此时 m =
2 .5 = 2.006 。 1.246

b.开度计算 1 lg 2.006 = 1? = 0.795 ,即开度 79.5%可满足要求。 L lg 30 c.结论

选定双座阀,取 Dn60 为选定口径,因为非阻塞流工况,故不作噪音预估及管 件形状修正。放大系数 m=2.006。

9

自控工程课程设计

第 4 章 课程设计心得
在为期一个多星期的自控工程课程设计中,我遇到过很多很多的问题, 但我通过很多有效地途径,例如上网查相关资料,问身边的同学与朋友,或 者请教本专业的老师,都得到了解决。 刚开始的时候,对焦炉过程检测与控制系统只有个大概的了解,我去图 书馆仔细查阅了介绍过程控制系统的相关书籍,并在网上搜类似的设计来参 考,详细了解其工作原理,并对加热炉控制系统的设计有一个大概的构思。 使用 Auto-CAD 是我们自动化专业的专业基础技能,由于 Auto-CAD 是一门实践 性很强的课程,其实践性体现在对各类图纸的绘制训练当中,在本课程设计中又 要求我们学生能够独立完成自控工程设计所要求的工艺流程图,所以在完成图样 的绘制过程中,我从中感悟出 Auto-CAD 的强大功能,特点和应用技巧。但由于 时间与经验上的关系, 本课程设计当中有一部分是从相关资料上截下来的图, 这是以后做课程设计时需要改进提高的地方。 在做课程设计的过程中,不断发现新的问题,不断去寻找好的解决方法, 不断去改变,改进,才能让自己得到提高。我们首先要学好理论,然后抓住 机会实践,在实践中加深对理论的理解,理论与实践相结合,才能学好专业 知识,为未来打好基础。

10

自控工程课程设计

参考文献
[1] 奚文群.调节阀口径计算指南[M].兰州:化工部自控设计技术中心站,1991. [2] 董德发,张天春.自控工程设计基础[M].大庆:大庆石油学院,1999. [3] 王骥程,祝和云.化工过程控制工程[M].北京:化学工业出版社,2003.

11

自控工程课程设计

附录
程序设计流程图 附录 1 程序设计流程图

12

自控工程课程设计

语言程 附录 2 C 语言程序代码 #include<math.h> #include<stdio.h> float f(float x) { return (0.065692671-0.3*0.606*x); } float point(float x1 ,float x2) { return (x2-(f(x2)*(x2-x1)/(f(x2)-f(x1)))); } void main() { float x1,x2,x; do { printf("输入两个数 x1,x2:"); scanf("%f%f",&x1,&x2); } while (f(x1)*f(x2) >= 0); do { x=point(x1,x2); if(f(x)*f(x1)>0) x1=x; else x2=x; } while (fabs(f(x)) > 0.0000000005); printf("一个解为%f\n",x); }

13


相关文章:
焦炉过程检测与控制系统设计
12 自控工程课程设计 第 1 章 焦炉过程检测与控制系统 1.1 焦炉过程检测与控制系统的工程背景及说明 如在焦炭生产过程中,任何过错参数都是非常重要的,针对不同...
焦炉的过程设计、
12 自控工程课程设计 第 1 章 焦炉过程检测与控制系统 1.1 焦炉过程检测与控制系统的工程背景及说明 如在焦炭生产过程中,任何过错参数都是非常重要的,针对不同...
焦炉诊断步骤 状况和解决方案
的标志 焦炉从投产到停炉大修,是个逐渐衰老过程。...ⅱ.上部弹簧失效,上下弹簧负荷比控制不当(按 1.4~...炉柱曲度就是检查其运行状态,设计时 按 25mm 考虑...
过程控制系统习题解答
二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、 控制...3-3 请归纳一下过程控制系统设计的主要内容。 控制方案的设计:系统设计的核心,...
过程控制系统
设计目的:通过对一个使用控制系统设计,综合运用科学理论知识,提高工程意识 ...副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀过程构成;主回路由主变量检 测...
焦炉结构设计
采用下喷下调式焦炉结构 。该设计阐述了焦炉的发展过程 ,以及焦炉建筑的基本...进了大容积焦炉 、 熄焦 和对促干焦炉加热控制专家系统 ”等新技术的应用 ,...
焦炉设计计算要点
焦炉设计计算要点_能源/化工_工程科技_专业资料。6米焦炉的计算过程焦炉...表 炉内加热系统各部位阻力及浮力,Pa 部位 上升气流: 小烟道 篦子砖 蓄热室...
过程控制系统与仪表课后习题答案完整版
4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5.过程控制系统由规范化的过程检测...6-3 简单归纳控制系统设计的主要内容。 17 解答: 1)控制系统方案设计; 2)...
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计_工学_高等教育_教育专区。太原理工大学过程控制系统课程设计...第二章 2.1 符号介绍 设计过程 过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号 4...
过程控制 习题与答案
形式 5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?...2-2 解答: 1 1)目的:○ 设计过程控制系统及整定控制参数; 2 ○ 指导生产...
更多相关标签:
过程控制系统 | 过程控制系统与仪表 | 过程控制系统课后答案 | apc先进过程控制系统 | 过程控制系统答案 | pcs过程控制系统 | 过程控制系统实验报告 | 过程控制系统试卷 |