汽机控制系统设计

1、 东北石油大学 课 程 设 计 2011 年 11 月 11 日 课 程 自控工程课程设计 题 目 汽机控制系统设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化 08-2 学生姓名 王晓东 学生学号 080601140226 指导教师 杨莉 李艳辉 东北石油大学课程设计任务书 课程 自控工程课程设计 题目 汽机控制系统设计 专业 自动化 姓名 王晓东 学号 080601140226 主要内容： 1.掌握利用 auto-cad 绘制常减压装置蒸汽发生部控制工艺流程图 2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算 3.掌握调节阀的选型及口径计算 4.了解汽轮机系统中 deh 的功能 基本要求：

2、1.在工程设计中，必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定 2.边学习标准和规定边上机设计 3.必须按阶段完成任务 4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告 主要参考资料： 1hg/t2063620639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)s . 2gb/t2624-1993，流量测量节流装置 s . 3奚文群，翁维勤.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. 4董德发，张天春.自控工程设计基础m.大庆：大庆石油学院，1999. 5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. 完成期限 2011 年 10 月 3

3、1 日2012 年 11 月 11 日 指导教师 专业负责人 2011 年 10 月 24 日 目目 录录 第 1 章 汽机控制系统工艺.1 1.1 汽机控制系统背景及说明.1 1.2 汽机系统 cad 流程图.1 第 2 章 标准节流装置设计及计算程序设计.3 2.1 计算方法.3 2.2 设计计算的原则和依据.3 2.3 标准节流装置的设计.4 2.4 节流装置程序设计流程.4 第 3 章 调节阀选型及计算.8 3.1 调节阀的选择.8 3.2 调节阀口径计算.8 第 4 章 心得与体会.10 参考文献.11 附录.12 自控工程课程设计 1 第第 1 1 章章 汽机控制系统汽机控制系统工

4、艺工艺 1.11.1 汽机控制系统背景及说明汽机控制系统背景及说明 汽机主要是用于将发电，将热能及其他能量转换为电能，供人们使用。所 以气机是人们生活中必不可少的机械。广泛用于石化电力冶金建材环保能源综 合利用等领域。其控制系统承担着转速和负荷调节及工况控制的任务，直接影 响着机组运行的安全性可靠性经济性以及自动化程度。传统的机械液压控制系 统，其结构组成决定了其具有自身难以克服的调节精度和自动化程度低工作特 性固定调节功能少等缺点，电机控制系统主要是为了使汽轮机适应各种运行工 况的控制系统的总称。包括汽轮机调节系统、液压伺服系统，还包括超速保护、 热应力计算、自启停和负荷自动控制、操作监视等

5、子系统。 1.21.2 汽机系统汽机系统 cad 流程图流程图 汽机控制系统组态王图： 图1-1 汽机组态王图 绘制 cad 图： 自控工程课程设计 2 图1-2 汽机 cad 图 自控工程课程设计 3 第第 2 2 章章 标准节流装置设计及计算程序设计标准节流装置设计及计算程序设计 2.1 计算方法计算方法 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。 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

6、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。 gb/t2624-1993 全称为流量测量节流装置 用孔板、喷嘴和文丘里管测 量充满圆管的流体测量 。其主要特点： (1)以流出系数代替流量系数；值的计算中的降阶计算由原流量系数cc 计算中的最高阶降至流出系数计算中的最高阶次幂。 0 20 c 8 (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

7、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。 2.2 设计计算的原则和依据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

8、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)标准节流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 自控工程课程设计 4 始数据有： 被测流体的名称、状态、组分； 被测流体的流量；最大流量 qmax； 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； 被测流体的物理参数；这一部分较难确定； 允许的压力损失； 管道材质、在 20时管道内径 d20、管道内表面情况； 节流装置安装地点的平均大气压； 管道敷设情况和局部阻力形式； 其它方面的要求。 2.3 标准节流装置的设计标准

9、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,标准节流装置的计算命题，根据 gb/t2624-93 有五种命题。 自控工程设计中主要涉及第二命题。 (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； 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、 密度 1，对于气体还要求出对比压力 pr，对比温度 tr，以及工作状态下的压缩 系数 z 和等熵指数 k。 3、求工作状态下的管道内径； 4、根据最大流量，求出相应的雷诺数 red； 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 k。 6、确定差压上限。 新标准中

10、视为已知条件，由工艺人员或仪表人员自行确定。 质量流量的不确定度的计算公式： 2 2 4 2 2 4 4 2 1 1 2 1 2 1 2 d d d d c c q q m m 2/1 2 1 1 2 4 1 4 1 p p 2.4 节流装置程序设计流程节流装置程序设计流程 标准节流装置设计计算数据 自控工程课程设计 5 位号：fi2535 取压方式：法兰取压孔板 操作温度：143 工况密度：926.012kg/m3 工作压力：0.7mpa 工况粘度：19910-6 pa.s 管道内径：80mm 最大流量：30000 kg/h 管道材质：20#钢 节流件材质：1cr18ni9ti 1.辅助计算

11、 （1）计算流量标尺： qm=qv1=3001.4/3600=0.116666666kg/s ，取标准流量为 0.125 kg/s （2）计算差压上限： 再根据公式计算 1 2 1 4 2 4 1 pd c qm p 因国产差变的系列值为 1.0，1.6，2.5，4.0，6.010n ，取 p =160000pa （3）求工况下管道直径： d=d20 1+d（t-20） =0.080042816 m （4）求雷诺数： red= d gm4 =11605.04793 （5）求 a2 a2= 1 d 2 re pd =0.109657395 2.计算初值 （1）求 1 设： c0=c=0.6060

12、，=1 0 并令 =0.180952798 1 x 00 2 c a 又 =0.421972831 1 25 . 0 2 1 2 1 1 x x （2）求 1 自控工程课程设计 6 因被测介质为液体，所以 1 1 （3）求 1 c =0.5959+0.031212.10.184018+0.002912.5（106/red）0.75 1 c 故=0.5959+0.0312（0.421972831）2.10.1840（0.421972831） 1 c 8+0.0029=0.000625927 （4）精确度判断 =0.005708028 2 1 1 a e 3.进行迭代计算，设定第二个假定值 x2

13、x2=0.296498972 11 2 c a =0.533166913 2 25 . 0 2 2 2 2 1 x x =1 2 因此= =-0.0000041122 2 2222 cxa 所以 0000232938 . 0 2 e 4.进行迭代计算，设定第三个假定值，利用快速收敛弦截法公式（n=3 起用） 3 x =0.2541405981 12 12 223 xx xx 所以 0000000005 . 0 3 e 由于 =0.0000000005 3 e 精确度达到要求。 5.此题用计算机编程求解时： 工作温度下的管道直径 d=0.080042816 雷诺数 red=11605.04793

14、 d =33.7578 b1=0.4220 自控工程课程设计 7 把精确度判断定为 510-10，程序参照附录， 计算结果列于下表 2-1。 表 2-1 计算结果 n123 x0.25337954130.00302746170.2541405981 0.49559833370.00302746170.4962970445 c0.60416535820.00302746170.6041852546 0.0004648607-0.00000511220.0000000001 0.00302746170.00003329360.0000000001 6. 计算结果 因此得：=0.4220 3 c =

15、 =0.6041852546 3 c 求 20 d = 20 d20)(t1 d d =33.73974249 最后得： =33.740（mm） 20 d 自控工程课程设计 8 第第 3 章章 调节阀选型及计算调节阀选型及计算 3.1 调节阀调节阀的选择的选择 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，借助动力操作去改变流体流量。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。 调节阀的阀体类型选择阀体的选择是调节阀选择中最重要的环节。调节阀 阀体种类很多，常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三

16、通、 偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等 10 种。在选择阀门之前，要对控制过程的介 质、工艺条件和参数进行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀的 要求，根据所收集的数据来确定所要使用的阀门类型。在具体选择时，可从以 下几方面考虑： (1)阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。 (2)耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合 面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门的流路要光滑，阀的内部材料要坚 硬。 (3)耐腐蚀由于介质具有腐蚀性，在能满足调节功能的情况下，尽量选择结构简 单阀门。 (4)介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时，应选用阀

17、芯和阀座的 材料受温度、压力变化小的阀门。 (5)防止闪蒸和空化闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中，闪蒸和 空化不仅影响流量系数的计算，还会形成振动和噪声，使阀门的使用寿命变短， 因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。 3.2 调节阀口径计算调节阀口径计算 调节阀口径的选择和确定主要依据阀的流通能力即 cv。在各种工程的仪表 设计和选型时，都要对调节阀进行 cv 计算，并提供调节阀设计说明书。从调 节阀的 cv 计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤： 1)计算流量的确定。现有的生产能力、设备负荷及介质的状况，决定计算流量 的 qmax 和 qmin. 2)阀前后压差的确定。根据已

18、选择的阀流量特性及系统特点选定 s(阻力系数)， 再确定计算压差。 自控工程课程设计 9 3)计算 cv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得 cmax 和 cmin. 4)选用 cv。根据 cmax,在所选择的产品标准系列中选取cmax 且与其最接近的 一级 c. 5)调节阀开度验算。一般要求最大计算流量时的开度90%，最小计算流量时的 开度10%。 6)调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比10。 7)阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据 c 确定。 位号：lic2307 操作温度：140 工况密度：926.012kg/m3 阀前压力：0.7mpa 工况粘度：19910

19、-6 pa.s 阀后压力：0.6mpa 最大流量：30000 kg/h 管道内径：80mm 饱和蒸汽压力 p=0.016mpa 计算过程: (1)计算 v k 250 01 . 0 21 max pp w kv (2)选定口径 值圆整、放大，查产品目录，取=1.6（）,选单座阀（jp） v k v k20 n d 其放大系数为： 查表 2，知满足 m=1.28 时，阀最大开度 28 . 1 246 . 1 6 . 1 m 90%，所以值应再向上取一挡，即取=2（） ，此时 v k v k20 n d 2 25 . 1 2 m m 值满足要求。 开度验算 823 . 0 50lg 2lg 1 l

20、g lg 1 r m l l 开度 82.3%可满足要求。 自控工程课程设计 10 第第 4 章章 心得与体会心得与体会 本次汽机控制系统课程设计，培养识图、设计、安装、调试仪表的能力。 ， 在老师和同学的帮助下克服了很多困难终于完成了这次课程设计。 这次的实习让我们增加了自己控制系统设计能力，也让我们在一步步的探 索中培养了解决问题的能力，任何事情只有一步步的探索才能最终发现解决问 题的方法。也学习了了组态王软件的使用，用学会了一个专业软件。 近四年的大学学习，让我的专业知识有了进一步的提高。课程设计是我们 学习中一个重要的实践性环节，它是一个综合性较强的设计课题，为我们以后 从事实际的技术

21、工作，打下了一个良好的基础。并且对我们掌握所学知识情况， 进行了全面而又直观的检验。想想这次的课程设计，我在其中学到了很多知识， 但其中所遇到的困难，也仍旧记忆犹新。它让我明白了无论是设计新产品，还 是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。这次的毕 业设计，拓宽了我的知识面，是一个锻炼的好机会。 自控工程课程设计 11 参考文献参考文献 1hg/t2063620639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)s . 2gb/t2624-1993，流量测量节流装置 s . 3奚文群，翁维勤.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. 4董德发，张天春.自控工程设计基础m.大庆：大庆石油学院，1999