1、PAGE 12封面 PAGE 1目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc374961494 1.概述 PAGEREF _Toc374961494 h 1 HYPERLINK l _Toc374961495 2.工藝說明 PAGEREF _Toc374961495 h 2 HYPERLINK l _Toc374961496 2.1. 工藝概述 PAGEREF _Toc374961496 h 2 HYPERLINK l _Toc374961497 2.1.1.精餾工藝 PAGEREF _Toc374961497 h 2 HYPERLINK l _Toc37496149

2、8 2.1.2.典型設(shè)備及工藝參數(shù) PAGEREF _Toc374961498 h 2 HYPERLINK l _Toc374961499 2.2. 工藝流程圖 PAGEREF _Toc374961499 h 3 HYPERLINK l _Toc374961500 2.3. 工藝對自動控制的要求 PAGEREF _Toc374961500 h 3 HYPERLINK l _Toc374961501 3.設(shè)計 PAGEREF _Toc374961501 h 4 HYPERLINK l _Toc374961502 3.1. 控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc374961502 h 4 HYPERL

3、INK l _Toc374961503 3.1.1.控制系統(tǒng)的確定 PAGEREF _Toc374961503 h 4 HYPERLINK l _Toc374961504 3.1.2.控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc374961504 h 4 HYPERLINK l _Toc374961505 3.2. 控制規(guī)律確定 PAGEREF _Toc374961505 h 4 HYPERLINK l _Toc374961506 3.3. 正反作用的確定 PAGEREF _Toc374961506 h 4 HYPERLINK l _Toc374961507 3.3.1.執(zhí)行器正、反作用的選擇

4、 PAGEREF _Toc374961507 h 4 HYPERLINK l _Toc374961508 3.3.2.控制器正、反作用的選擇 PAGEREF _Toc374961508 h 5 HYPERLINK l _Toc374961509 3.4. 控制方案 PAGEREF _Toc374961509 h 5 HYPERLINK l _Toc374961510 3.4.1.方塊圖 PAGEREF _Toc374961510 h 5 HYPERLINK l _Toc374961511 3.4.2.抗干擾控制說明 PAGEREF _Toc374961511 h 5 HYPERLINK l _

5、Toc374961512 3.4.3.測量點選取 PAGEREF _Toc374961512 h 6 HYPERLINK l _Toc374961513 3.5. 帶控制點工藝流程圖 PAGEREF _Toc374961513 h 6 HYPERLINK l _Toc374961514 4.設(shè)備選型 PAGEREF _Toc374961514 h 7 HYPERLINK l _Toc374961515 4.1. 設(shè)備一覽表 PAGEREF _Toc374961515 h 7 HYPERLINK l _Toc374961516 4.2. 儀表的選擇 PAGEREF _Toc374961516 h

6、 7 HYPERLINK l _Toc374961517 4.2.1.溫度計及溫度變送器的選擇 PAGEREF _Toc374961517 h 7 HYPERLINK l _Toc374961518 4.2.2.蒸汽流量儀表的選擇 PAGEREF _Toc374961518 h 7 HYPERLINK l _Toc374961519 4.3. 執(zhí)行器的選擇 PAGEREF _Toc374961519 h 8 HYPERLINK l _Toc374961520 5.安裝、運行及注意事項 PAGEREF _Toc374961520 h 9 HYPERLINK l _Toc374961521 5.1

7、. 熱電阻 PAGEREF _Toc374961521 h 9 HYPERLINK l _Toc374961522 5.2. 溫度變送器 PAGEREF _Toc374961522 h 9 HYPERLINK l _Toc374961523 5.3. 流量檢測儀表（蒸汽流量計） PAGEREF _Toc374961523 h 10 HYPERLINK l _Toc374961524 6.總結(jié) PAGEREF _Toc374961524 h 11 HYPERLINK l _Toc374961525 參考文獻 PAGEREF _Toc374961525 h 11化工自動控制設(shè)計競賽高沸塔塔釜溫度控

8、制 PAGE 11概述精餾操作是煉油、化工生產(chǎn)過程中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動控制設(shè)計長期以來一直受到人們的高度重視。精餾塔是一個多輸入和多輸出的對象，它由很多級塔板組成，內(nèi)在機理復雜，對控制作用響應緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)嚴重，而控制要求又大多較高。這些都給自動控制的實施帶來一定困難。同時各塔工藝結(jié)構(gòu)特點又千差萬別，這就更需要深入分析工藝特性，進行自動控制方案的設(shè)計和研究。精餾過程是一個復雜的傳質(zhì)傳熱過程，表現(xiàn)為：“過程變量多，被控變量多，可操縱的變量也多；過程動態(tài)和機理復雜”，這些給自動控制設(shè)計帶來了不小的麻煩。作為化工生產(chǎn)中應用最

9、廣的分離過程，精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。但在實際生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品合格，精餾裝置操作往往偏于保守，操作方法以及操作參數(shù)設(shè)置往往欠合理，過分離現(xiàn)象普遍存在。精餾過程消耗的能量絕大部分并非用于組分分離，而是被冷卻水或分離組分帶走。因此，精餾過程的節(jié)能潛力很大，收效也很明顯。所以說實現(xiàn)精餾塔的合理控制對于化工行業(yè)來說極為重要，不光是因為提高分離效果，節(jié)約整個工藝的生產(chǎn)成本；更是有效的降低了能源損失。在現(xiàn)今能源問題日益嚴峻的社會，提高能源利用率更加迫切。當前在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電子、建筑以及人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應用的PVC（聚氯乙烯）是一種熱塑性樹脂，由于強度高和加工過程簡單而且成本較低，因此在生

10、活中得到廣泛應用。在PVC的生產(chǎn)過程中，氯乙烯精餾過程是其中重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，精餾過程生產(chǎn)出高純度的氯乙烯單體，將對下一步氯乙烯的聚合產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。PVC高沸點精餾塔的提餾段溫度是保證塔底產(chǎn)品分離純度的重要依據(jù)，要求溫度恒定，因此需要較高的控制質(zhì)量。本次設(shè)計目的就是要根據(jù)控制要求，對提餾段溫度進行穩(wěn)定的控制?？刂葡到y(tǒng)的總體方案，可采用自動控制方式，利用變送器、調(diào)節(jié)器，控制閥等方式自動控制精餾塔精餾，得到符合規(guī)定質(zhì)量合格的產(chǎn)物。工藝說明工藝概述精餾工藝本設(shè)計針對25萬噸年P(guān)VC項目高沸塔塔釜溫度進行自動控制設(shè)計。氯乙烯精餾過程是PVC生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，氯乙烯精餾過程一般由低沸系統(tǒng)和高沸

11、系統(tǒng)構(gòu)成。在低沸塔中除去輕組分雜質(zhì)，在高沸塔中除去重組分雜質(zhì)。氯乙烯及重組分進入高沸塔后，輕組分從塔頂餾出，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制一路回流進入高沸塔塔頂，另一路送出工藝系統(tǒng)得到氯乙烯產(chǎn)品。少量的氯乙烯與重組分從塔底排出，在經(jīng)再沸器加熱后，一路回流入高沸塔塔釜，一路送回再吸收塔進行吸收。在整個流程中，兩塔的溫度對于氯乙烯的分離效果極為重要，溫度合理控制更需要多全面進行考慮。典型設(shè)備及工藝參數(shù)高沸塔又稱為二氯乙烷塔或精餾塔，是用來從粗氯乙烯中分離出二氯乙烷等高沸點餾分的精餾塔。該塔為板式塔，采用篩板塔盤，分別由塔頂冷凝器、塔身塔底再沸器三部分組成。精餾段塔板數(shù)為25塊，提餾段塔板數(shù)為10塊，主要是釜殘液需進

12、行回收利用，提餾段塔板數(shù)可適當減少，回流比控制在0.20.6之間。全塔的物料進出成分可參見表2-1，部分工藝參數(shù)參見2-2.。表2-1高沸塔物料進出組成物料類型主要組分（沸點）少量組分主進料氯乙烯（23）二氯乙烯、HCl等餾出液氯乙烯HCl、H2O釜殘液二氯乙烯（120）氯乙烯塔底再沸器采用立式熱虹吸再沸器，水蒸氣走殼程，主物料走管程。再沸器中，熱蒸汽與釜殘液逆流換熱，釜殘液在再沸器的上方再次到達氣液平衡，回流進入高沸塔，維持高沸塔提餾段的氣液平衡關(guān)系。表2-2部分工藝參數(shù)類別范圍低壓蒸汽壓力0.2MPa 0.8MPa提餾段溫度30 40塔操作壓力0.26MPa 0.36MPa工藝流程圖圖2-

13、1高沸塔提餾段工藝流程圖工藝對自動控制的要求在一定的壓力下，混合物的組成是依溫度而變的。高沸塔溫度的控制是影響精餾質(zhì)量的關(guān)鍵因素。若塔釜溫度過高，易使塔底餾分中的高沸物蒸出，使塔頂餾分的高沸物含量增加；使蒸出釜列管中液面下降，導致多氯烴的分解、炭化和結(jié)焦，影響傳熱效果。若塔釜溫度太低，則影響上升蒸氣量，使殘液中氯乙烯含量增加，甚至液面升高。所以維持塔釜溫度的穩(wěn)定對于整個精餾過程至關(guān)重要。設(shè)計控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的確定本設(shè)計通過控制回流的釜殘液溫度對塔釜溫度進行調(diào)解。采用串級控制系統(tǒng)，分別對蒸汽量和塔釜溫度進行檢測，通過改變蒸汽量來達到改變回流液溫度的效果，從而使得塔底溫度穩(wěn)定。優(yōu)點如下：1.主回路

14、為定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。2.結(jié)構(gòu)上是主、副調(diào)節(jié)器串聯(lián)，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的外設(shè)定，形成主、副兩個回路，系統(tǒng)通過副調(diào)節(jié)器操縱執(zhí)行器。3.抗干擾能力強，對進入副回路擾動的控制力更強，控制精度高，控制滯后大，特別適用于滯后大的對象，如溫度等系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)參數(shù)的選擇主變量：精餾塔塔釜溫度（主被控變量）；副變量：再沸器蒸汽進口流量（輔助變量）；主對象：精餾塔塔釜；副對象：蒸汽進料管；主控制器：溫度控制器；副控制器：流量控制器?？刂埔?guī)律確定在精餾塔溫度與流量控制系統(tǒng)中，主變量是提餾段的溫度，過程控制通道的容量滯后大，因此主調(diào)節(jié)器采用PID控制規(guī)律。蒸汽的流量屬于副變量，允許一定的偏

15、差，因此副調(diào)節(jié)器采用PI控制規(guī)律。正反作用的確定執(zhí)行器正、反作用的選擇在高沸塔塔釜溫度串級控制系統(tǒng)中的副回路上，若氣源中斷，應該停止提供蒸汽，蒸汽量過大，會使塔釜溫度急劇上升導致產(chǎn)品中高沸物的含量過高。所以執(zhí)行器應該選用氣開閥，是正作用?？刂破髡?、反作用的選擇副控制器：為確保設(shè)備安全，調(diào)節(jié)閥選用氣開閥，副對象是蒸汽管道，閥門開大時，壓力上升，符號“正”副變送器符號“正”。為了使副回路構(gòu)成一個負反饋系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器應選“反”作用方向。主控制器：在本設(shè)計控制系統(tǒng)中主、副變量增加時，對控制閥動作方向的要求是一致的，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的蒸汽量，才可以使得主、副變量下降，因此，主對象符號“正”，主

16、調(diào)節(jié)器應取主對象符號的反號，因此主調(diào)節(jié)器應選反作用?？刂品桨阜綁K圖y1-z2-x1e1e2y2x2執(zhí)行器副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器副對象y1z1y2主對象主調(diào)節(jié)器圖3-1高沸塔提餾段自動控制方塊圖抗干擾控制說明1、蒸汽流量出現(xiàn)不正常波動時，干擾進入副回路，在檢測到信號變化后副調(diào)節(jié)器后由執(zhí)行器進行及時控制，維持進入再沸器的蒸汽量穩(wěn)定，避免控制不及時，造成控制質(zhì)量下降。如流量上升時，控制閥關(guān)小，蒸汽量降低。2、塔釜溫度不正常上升或下降時，干擾作用于主對象，信號由傳至主調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器繼續(xù)傳至副調(diào)節(jié)器，根據(jù)實際溫度變化情況，對蒸汽流量進行調(diào)節(jié)，來維持塔釜溫度的穩(wěn)定。如溫度下降時，控制閥開大，蒸汽流量增

17、大。3、當塔釜溫度變化同時蒸汽流量出現(xiàn)波動時，干擾同時作用于副回路和主對象，此時信號由主調(diào)節(jié)器和測量點傳至副調(diào)節(jié)器，基于維持塔釜溫度不變的條件下，調(diào)節(jié)器會對控制器傳達指令。如蒸汽流量上升且塔釜溫度下降時，若兩者變化量相等，控制器將無動作；若不相等，控制器改變蒸汽流量給定值來抵消兩者的偏差。測量點選取溫度測量點選擇塔底位置約在第35塊塔板以下的位置，流量測量點于控制閥前一段管道選取一處。帶控制點工藝流程圖圖3-2高沸塔提餾段PID圖設(shè)備選型設(shè)備一覽表表4-1設(shè)備選型設(shè)備設(shè)備名稱測量溫度范圍環(huán)境溫度價格廠家測溫元件熱電阻溫度計25150400杭州逸翔機電溫度變送器SBW-6442006002075

18、 600杭州逸翔機電溫控儀表CHB402智能溫控儀0400050 1000杭州逸翔機電流量檢測計LY-LUGB25250-30801200杭州逸翔機電流量控制儀表XSJDL定量控制儀600杭州逸翔機電執(zhí)行器氣動調(diào)節(jié)閥30603000上海索強閥門制造儀表的選擇溫度計及溫度變送器的選擇由于PVC提餾段溫度正常范圍為3040，因而我們選用銅電阻溫度計。銅電阻溫度計可測量25+150介質(zhì)，在本設(shè)計適用范圍內(nèi)。溫度變送器采用SBW-644智能型溫度變送器，該型變送器可安裝在熱電阻的接線盒內(nèi)形成一體化結(jié)構(gòu)，簡單方便，適宜遠距離傳送。溫控儀表采用CHB402智能溫控，測量精度高、控溫準確穩(wěn)定，抗干擾能力強、

19、操作簡單等優(yōu)點，此款儀表適應性廣、性價比極高。蒸汽流量儀表的選擇LY-LUGB蒸汽流量計，采用壓電應力式傳感器，可靠性高,。該流量計可以檢測溫度在25250范圍內(nèi)的介質(zhì)。再沸器采用低壓蒸汽進行熱交換。低壓蒸汽壓力在0.2MPa0.8MPa之間，溫度約在120150范圍內(nèi)，未超出流量計測量范圍，滿足工藝生產(chǎn)要求。 圖4-1執(zhí)行器 圖4-2LY-LUGB蒸汽流量計執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器選用氣動調(diào)節(jié)閥，該閥門以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，借助定位器保位閥等附件去驅(qū)動閥門，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來實現(xiàn)管道介質(zhì)的開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)。執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)（控制閥）為截止閥，由于閥座通口的變化與閥瓣

20、的行程成正比例關(guān)系，非常適合于對流量的調(diào)節(jié)。本設(shè)計中我們主要是通過蒸汽量的控制來實現(xiàn)塔釜溫度的恒定，因此流量無需太高精度，氣動執(zhí)行閥在精度上略顯不足但是基本滿足工藝生產(chǎn)的要求，氣動執(zhí)行閥相對來說價格低廉，操作方便。安裝、運行及注意事項熱電阻對熱電阻的安裝，應注意有利于測溫準確，安全可考及維修方便，而且不影響設(shè)備運行和生產(chǎn)操作。要滿足以上要求，在選擇對熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點：1.為了使熱電阻的測量端與被測介質(zhì)之間有充分的熱交換，應合理選擇測點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電阻。2.帶有保護套管的熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應

21、該有足夠的插入深度。(1)對于測量管道中心流體溫度的熱電阻，一般都應將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米，那熱電阻插入深度應選擇100毫米； (2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度)，為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發(fā)生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電阻。淺插式的熱電阻保護套管，其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電阻的標準插入深度為100mm；(3)假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電阻插入深度1 m即可。(4)當測量原件插入深度超過1m時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和

22、保護套管。溫度變送器1.變送器電源必須小于36VDC，絕對不能將高壓市電接入回路。 2.變送器組成的回路，負載電阻總和應在使用說明書規(guī)定的工作范圍內(nèi)。 3.不同規(guī)格變送器模塊，顯示屏不能互換。 4.當安裝環(huán)境較差時（空氣流動差，溫度高），請采用高溫環(huán)境一體化溫度變送器。采用散熱裝置以降低工作環(huán)境溫度，提高可靠性。 5.變送器在運輸、安裝、使用中嚴禁撞擊、敲打等劇烈沖擊。 6.溫度變送器的標定是一個技術(shù)要求較高的工作，非專業(yè)人員、無標定用的儀器請不要隨便調(diào)節(jié)二個電位器，造成精度下降甚至不能正常工作。 7.標定時，由于二個電位器之間互相有影響，必須反復調(diào)零和調(diào)滿度。直到能滿足精度要求，標定工作才算完成。 流量檢測儀表（蒸汽流量計）1.對于直管段，流量計必須水平安裝在管道上（管道傾斜在50以內(nèi)），安裝時流量計軸線應與管道軸線同心，流向要一致，其上游管道長度應有不小于10D的等徑直管段，如果安裝場所充許建議上游直管段為20D、下游為5D。2.對于配管，流量計安裝點的上