自控工程课程设计

1、东北石油大学课程设计课 程自控工程课程设计题目石油催化裂化系统设计学院电气信息工程学院专业班级自动化10-01班学生姓名XXXX学生学号100601140128指导教师李艳辉任伟建2013年11月15日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石油催化裂化系统设计专业 自动化 姓名 XXX学号 100601140128主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：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了解催化裂化装置的典型操作数据基本要求：1.在工程设计中，必须严格贯彻执行一系列国家

2、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：1 HG/T2063620639-1998,化工装置自控工程设计规定（上下卷）S.2 GB/T2624-1993，流量测量节流装置 S.3 叶学扎天然气与石油J.1995.完成期限 2013.11.42013.11.15指导教师专业负责人20013 年 10 月 20 日目录第 1 章 工程实例 11.1 工程背景及说明 11.2 CAD 流程图 1第 2 章 控制系统方案设计 22.1 GB/T2624-93 概述 2第 3 章 控制系统仪表选型 3

3、3.1 检测元件选型 33.2 执行元件 4第 4 章 程序设计心得 10参考文献 11自控工程课程设计第1章工程实例1.1工程背景及说明石油目前是世界上最主要的能源，催化裂化是炼油工业中最重要的一种二次加工工 艺,在炼油工业生产中占有重要地位。 催化裂化过程是以减压馏分油，焦化柴油和蜡油等 重质馏分油或渣油为原料。在常压和 450C 510C条件下，在催化剂的存在下，发生一 系列化学反应,转化生成气体，汽油，柴油等轻质产品和焦炭的过程石油炼制工艺的目的 可概括为：（1）提高原油加工深度，得到更多数量的轻质油产品；（2）增加品种，提高产品 质量，然而，原油经过一次加工（常减压蒸馏）只能从中得到

4、10%40%的汽油，煤油和柴 油等轻质油品，其余是只能作为润滑油原料的重馏分和残渣油。但是，社会对轻质油品 的需求量却占石油产品的90%左右，同时直馏汽油辛烷值很低，约为 4060,而一般汽 车要求汽油辛烷值至少大于70,所以只靠常减压蒸馏无法满足市场对轻质油品在数量和 质量上的要求。这种供求矛盾促进了炼油工艺的发展，催化裂化技术是重油轻质化和改 质的重要手段之一，已成为当今石油炼制的核心工艺之一。1.2 CAD流程图富气催化剂罐主风机回炼油浆粗汽油-轻柴油重柴油油浆新原料油水蒸汽图2-1催化裂化装置工艺流程图图1-1 CAD流程图第2章控制系统方案设计2.1 GB/T2624-93 概述19

5、93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GB/T2624-93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。1993年2月3日由国家技术监督局批准 GB/T2624-93代替GB2624-81，1993 年8月1日实施。该标准第一次等效采用ISO5167（ 1991）与国际接轨，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，以取得了 突破性的进展。GB/

6、T2624-93主要特点有： 以流出系数C代替流量系数a C值的计算中的B降阶计算由原流量系数 a 计算中的最高阶 严降至流出系数C计算中的最高阶 孑次幕。 提出5种命题以适应自控工程设计中各方面的需要。 提出迭代计算方法，给出计算机计算程序框图。 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。 管道粗糙度不再参加计算，而是在计算结果出来后验证。在GB/T2624-93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。16第3章控制系统仪表选型3.1检测元件选型本课

7、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 如下图所示。D°, P,q mP,t,P , 4 , K.,人 e, k DD=D01+ D(t-20)4gmRsD=3令：Az=IRD设：X=A/(eC)(当n=1,2 时)- 1=X12/(1+x i2)0.25 C 用Xti=Xn+1- 1 1 e-1 Xm+-Xm-2】/6 m+1- .' m<=5*10A2A2 - X2CX 2 叫X：）d20=1'd(t -20)图3-1程序设计流程方框图3.1.1节流装置的数据计算表3-1标准节流装置设计计算数据项目数据备注位号FE21502用途

8、200-RG2305介质名称压缩富气介质状态气体取大量12000m3/h正常量2200m3/h最小量1200m3/h操作温度40 r操作压力1.5MPa量程比10:11. 辅助计算 计算流量标尺因被测介质为液体，应求出质量流量。根据流量标尺取标准流量为 6000Kg/h，即为1.6666Kg/s。 计算差压上限再根据公式qm = 可夕d'mPh计算人P-P44其中 C=0.6, .；1=1=0.5,d=D20 X , qm代 17.5000Kg/s,全部代入得 *135078.47因国产差变的系列值为 1.0, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0 X0n，取 P =160000.0(

9、Pa 求雷诺数ReD=如兀D#4* 16.455=3.141592654 * 0.100446 * 0.001139=183127.498360求A2A2=_jReD_D 2 Pl0.001139*183127.498360=0.100446*、2*135078.47* 677=0.1535482. 计算初值 求-1设:C(= C =0.6060, ；o=1X!A2C0 i-0:X121=vXL=0.25337954130.25=0.4955983337 求；1因被测介质为液体，所以；1 =1 求GC1 =0.5959+0.0312 B 12.1 0.1840 B 18+0.0029 (306

10、/ReD) 0.75故 C1 =0.5959+0.0312 ( 0.4955983337) 2.1 0.1840 x( 0.4955983337) 8+0.0029 X(0.4955983337) 2.5 X( 106/183127.498360 0.75=0.6041653582因此- '-1 = A2 -"X1G ；1=0.0004648607 精确度判断所以亠_ A?=0.00302746173.进行迭代计算，设定第二个假定值 X2A2X2=EiCi i=0.25414896760.25:X| 16+ +X； 一=0.49630472082 = 1C2=0.5959+0

11、.031#；0.1840鳶 +0.0029 眄.5 (106/ReD 严 =0.6041854730因此 2 =A2 X2 2 C2=-0.0000051122=0.0000332936所以 E24.进行迭代计算，设定第三个假定值X3，利用快速收敛弦截法公式（n=3起用） X XX3=X2 -221 =0.2541405981-1P- 3住3=1=0.49629704450 75C3 =0.5959 0.0312-0.1840 身 0.0029 ；5 106 / ReD =0.6041852546因止匕：3 = A2 'X3C3 ；3=0.0000000001所以E3 = 0.0000

12、000005由于E3 =0.0000000005精确度达到要求。5.计算结果可得：B = - 3=0.4962970445C = =06041852546求得：d = D B=0.100446 X 0.4962970445=0.04985(m)=49.85(mm)求 d20.d=d20 1 d(t 20)=49.562最后得：d2=49.562(mrh3.2执行元件3.2.1调节阀的选型在选择调节阀的结构形式时，主要是根据现场被控工艺介质的特点、工艺生产条件 和控制要求等，结合调节阀本身的流量特性和结构特点来选择。如用于大口径、大流量、 低压差或浓浊浆状及悬浮颗粒物的介质调节时，可选用气动薄膜

13、调节蝶阀；当要求直角 连接，介质为高粘度、含悬浮物和颗粒状介质的调节时，可选用流路简单、阻力小、易 于冲洗的气动薄膜角型调节阀；当调节脱盐水介质时，由于脱盐水介质中含有低浓度的 酸或碱，它们对衬橡胶的蝶阀、隔膜阀有较大的腐蚀性，因此可选用水处理专用球阀， 以延长使用寿命；当要求阀在小开度时工作，就不应选用双座阀，因双座阀有两个阀芯， 其下阀芯处于流闭状态，稳定性差，易引起阀的振荡。此外，选用调节阀时，还应考虑调节阀的阀芯型式。阀芯是调节阀最关键的零件， 有直行程阀芯和角行程阀芯两大类。直行程调节阀阀芯是垂直节流的，而介质是水平流 进流出的，阀腔内流道必然转弯倒拐，使阀的流路形状如倒“ S”，因

14、而存在许多死区，为介质的沉淀提供了空间，易造成堵塞。角行程调节阀的阀芯是水平节流的，与介质的 进出方向一致，因此易把不干净介质带走，而且流路简单，介质沉淀空间少，故其防堵 性能好。再次，还应考虑调节阀上阀盖的形式和所用的填料。当介质温度为 -20200C时，应 选用普通型阀盖；当温度高于 200C时，应选用散热型阀盖；当温度低于-20C时，应选 用长颈型阀盖；在有剧毒、易挥发、易渗透等重要介质的场合，应选用波纹管密封型阀盖。上阀盖填料室中的填料有聚四氟乙烯或石墨填料，前者摩擦系数小，可减少回差， 且密封性好；后者使用寿命长，但密封性差。322调节阀口径计算从调节阀的Kv计算到阀的口径确定，一般

15、需经以下步骤： 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. 阀前后压差的确定。根据已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。 计算Kv。根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表，求得Kvmax和Kvmin. 选用Kv。根据Kvmax,在所选择的产品标准系列中选取>Kvmax且与其最接近的一 级C. 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%。 调节阀实际可调比的验算。一般要求实际可调比玄10。 阀座直径和公称直径的确定。验证合适后，根据C确定。pc、pv、Fl、c、2、D

16、2、阀型阻塞流判别按阻塞流条件计算C低雷诺数修正判别Re > 3500Re的计算式Rv 3500低雷诺数修正（Fr）11r 4求GnaxSc=Qnax (2)mi) Cmax初选C00的值和口径查产品目录而定验算不合格管件性转修正判别X d, D=D2管件性转修正计算调节阀口径选定验算1. 开度验算2. 可调比验算式323调节阀口径计算方框图及相关参数表f计算数据的确定Q、（W）、p、P2、s、Qnax、r、按非阻塞流条件计算C最后确定口径和C00的值图3-2调节阀口径计算程序框图324计算数据表3-2调节阀口径计算数据项目数据备注位号FE21105操作压力1.0 MPa安装位置200-

17、LS2119最大流量6000 kg /h介质原料油雾化蒸汽操作密度4.21kg/m3公称直径(DN)200动力粘度0.01805MPa.s工作温度250 r等熵指数1.32 cp/cv(1)计算KvKv选定口径计算过程:0.01Wmax0.01 2772JP(R P2 ) J4.2汉(8.27.2) Kv值圆整、放大查产品目录，附表3,取Kv=16 (Dn32),选双座阀(Vn) 其放大系数为：m二61.1813.52查表12-9,知满足m=1.18时，阀最大开度90%，所以心值应再向上取一挡，即25取Kv=25 (Dn40)，此时 M = = 1.8513.52 开度验算-=1 -驯 =1

18、- lg1.85 =0.82，即开度82%可满足要求 丄 lg R lg 30结论选定双座阀，取Dn40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max修正。因为Q一 =3，R =307.4 =18.97 一3,可调比满足要求。Qmin第4章课程设计心得通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关方面的知识，在设计过程中虽然遇 到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也 暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是 一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时， 设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了 石油催化裂化装置带来的一切，它的原理，流程，操作等关于它的知识。我认为，在这 学期的课程设计中，不仅培养