PAGE工程導(dǎo)論課程設(shè)計(jì)報(bào)告精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)時(shí)間

2013年12月學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)

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學(xué)

號(hào)

2013年12月1、應(yīng)用背景隨著石油化工的迅速發(fā)展，精餾操作的應(yīng)用越來(lái)越廣，分流物料的組分越來(lái)越多，分離的產(chǎn)品純度越來(lái)越高。采用提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，它能夠較直接地反映提餾段產(chǎn)品的情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地確保塔底產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定值。所以，在以塔底采出為主要產(chǎn)品、對(duì)塔釜成分要求比對(duì)餾出液高時(shí)，常采用提餾段溫度控制方案。由于精餾塔操作受物料平衡和能量平衡的制約，鑒于單回路控制系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足精餾塔這一復(fù)雜的、綜合性的控制要求，設(shè)計(jì)了基于串級(jí)控制的精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)。2、工藝要求精餾塔是化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型分離設(shè)備。它是依據(jù)精餾原理對(duì)液體進(jìn)行分離，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組份（即沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化。經(jīng)多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的，滿(mǎn)足化工連續(xù)化生產(chǎn)的需要。精餾塔塔釜溫度控制的穩(wěn)定與否直接決定了精餾塔的分離質(zhì)量和分離效果，控制精餾塔的塔釜溫度是保證產(chǎn)品高效分離，進(jìn)一步得到高純度產(chǎn)品的重要手段。維持正常的塔釜溫度，可以避免輕組分流失，提高物料的回收率，也可減少殘余物料的污染作用。影響物料平衡因素包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分變化，頂部餾出物及底部出料變化；影響能量平衡因素主要包括進(jìn)料溫度或熱焓變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量變化，及塔的環(huán)境溫度變化。采用串級(jí)控制系統(tǒng)能有效地去除蒸汽壓強(qiáng)的波動(dòng)對(duì)溫度的影響。使用超馳控制系統(tǒng)控制釜液輸出端，在塔釜溫度較低時(shí)，塔底不出料只有當(dāng)溫度達(dá)到低線(xiàn)以上，液位控制器取代溫度控制器以后，才有出料排出。影響精餾塔溫度不穩(wěn)定的因素主要是來(lái)自外界來(lái)的干擾（如進(jìn)料流量，溫度及成分等的變化對(duì)溫度的影響）。一般情況下精餾塔塔釜的溫度，我們是通過(guò)控制精餾塔釜內(nèi)靈敏板的溫度來(lái)控制的。靈敏板是當(dāng)外界條件或負(fù)荷改變時(shí)精餾塔內(nèi)溫度變化最靈敏的一塊塔板。以往調(diào)節(jié)只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反應(yīng)慢，時(shí)間滯后，對(duì)精餾操作而言，產(chǎn)品的純度很難保證。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求又大多較高。這些都給自動(dòng)控制帶來(lái)一定的困難。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有千差萬(wàn)圖3超馳控制系統(tǒng)框圖7、控制算法選擇1、蒸汽輸入端串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)就是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。為了提高精餾效率和保證產(chǎn)品純度，我們采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器與再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)靈敏板溫度進(jìn)行控制。其中靈敏板溫度調(diào)節(jié)器是主調(diào)節(jié)器，再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器是副調(diào)節(jié)器，對(duì)映的主被控變量為提餾段溫度，副被控變量為蒸汽流量。在串級(jí)控制回路中，根據(jù)安全運(yùn)行準(zhǔn)則，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，蒸汽閥門(mén)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以選擇閥門(mén)1為氣開(kāi)閥，所以。根據(jù)工藝條件確定副被控對(duì)象的特性。閥打開(kāi)，蒸汽量增加，可確定。根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即：。蒸汽量增加，提餾段溫度升高，。根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即。副控制器是反作用，主控制器從串級(jí)切換到主控時(shí)，主控制器的作用方式不變。通過(guò)實(shí)際改造和使用，串級(jí)控制系統(tǒng)增加副控制回路，是控制系統(tǒng)性能得到改善，表現(xiàn)在下列方面。（1）、抗干擾性強(qiáng)。由于主回路的存在，進(jìn)入副回路的干擾影響大為減小。同時(shí)，由于串級(jí)控制系統(tǒng)增加了一個(gè)副回路，具有主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器，大大提高了調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，從而也就提高了對(duì)干擾的克服能力，尤其對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾。表現(xiàn)更為突出。（2）、及時(shí)性好。串級(jí)控制對(duì)克服容量滯后大的對(duì)象特別有效。（3）、適應(yīng)能力強(qiáng)。串級(jí)控制系統(tǒng)就其主回路來(lái)看，它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，但其副回路對(duì)主調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，卻是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)對(duì)象操作條件和負(fù)荷的變化情況不斷糾正副調(diào)節(jié)器的給定值，以適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化。（4）、能夠更精確控制操縱變量的流量。當(dāng)副被控變量是流量時(shí)，未引入流量副回路，控制閥的回差、閥前壓力的波動(dòng)都會(huì)影響到操縱變量的流量，使它不能與主控制器輸出信號(hào)保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用串級(jí)控制系統(tǒng)后，引入流量副回路，使流量測(cè)量值與主控制器輸出一一對(duì)應(yīng)，從而能夠更精確控制操縱變量的流量。通過(guò)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，塔釜溫度控制更加平穩(wěn)，產(chǎn)品純度很高，隨著控制系統(tǒng)軟件和硬件的不斷發(fā)展和完善，計(jì)算機(jī)集散型控制系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，精餾塔的分離質(zhì)量將會(huì)越來(lái)越好，分離精度也將會(huì)越來(lái)越高。2、釜液輸出端的超馳控制系統(tǒng)控制回路中有選擇器的控制系統(tǒng)稱(chēng)為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，分別為高選器和低選器兩類(lèi)。高選器（>）輸出是其輸入信號(hào)中的高信號(hào)，低選器（<）輸出是其輸入信號(hào)中的低信號(hào)。即高選器，，··· 低選器，，···選擇器將邏輯運(yùn)算規(guī)律引入控制算法，極大豐富自動(dòng)化內(nèi)容和范圍，成為一類(lèi)基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。使用選擇性控制系統(tǒng)的目的如下：生產(chǎn)過(guò)程中某一工況參數(shù)超過(guò)安全軟限時(shí)，用另一個(gè)控制回路替代原有控制回路，使工藝過(guò)程能安全運(yùn)行，這類(lèi)選擇性控制系統(tǒng)稱(chēng)為超馳控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，開(kāi)車(chē)時(shí)，塔釜溫度較低，應(yīng)保證塔底不出料。因塔底已有液位，經(jīng)LT和正作用LC控制器，輸出升高，但塔溫尚低，因此，低設(shè)置值的控制器TC2輸出較小，被低選器LY選中，用于控制塔底出料，即關(guān)閉采出控制閥。只有當(dāng)溫度達(dá)到低線(xiàn)以上，液位控制器取代溫度控制器以后，才有出料排出。（1）.選擇器類(lèi)型的選擇1）選擇控制閥。根據(jù)安全運(yùn)行準(zhǔn)則，選擇控制閥為氣開(kāi)閥，。2）選擇被控對(duì)象增益。開(kāi)車(chē)時(shí)，塔釜溫度較低，為保證塔底不出料，應(yīng)用溫度取代液位控制，此時(shí)構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。閥門(mén)打開(kāi)，溫度降低，Kp1<0；溫度超過(guò)下限后，液位控制取代溫度控制，此時(shí)，閥門(mén)打液位下降，所以Kp2,<0；3）確定正?？刂破骱腿〈刂破鞯恼醋饔?。根據(jù)負(fù)反饋原則，可確定Kc1<0,Kc2<0，溫度和液位都選擇正作用的控制器。（2）.控制器控制規(guī)律的選擇超馳控制系統(tǒng)要求超過(guò)安全軟限時(shí)能迅速切換到取代控制器。因此取代控制器應(yīng)選擇比例度較小的P或PI控制器。8、參數(shù)調(diào)試與動(dòng)態(tài)性能仿真串級(jí)控制系統(tǒng)matlab仿真分析圖4串行控制系統(tǒng)圖圖5串行控制系統(tǒng)仿真圖圖6串行控制系統(tǒng)圖圖7串行控制系統(tǒng)仿真圖這里Kc=10，Ti=1，D=0采用PID控制器，有仿真圖可看出隨著P的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，振蕩幅度降低。液位控制系統(tǒng)仿真分析圖8選擇性控制系統(tǒng)圖