自控工程课程设计指导书

《自控工程课程设计》指导书

编制自动化教研室

东北石油大学电气信息工程学院自动化系

一、自控工程课程设计目的

“自控工程课程设计”是自动化专业的必修课，自控工程设计能力是自动化专业学生应具备的基本功，同时是“过程控制”、“自动检测技术”等课程非常有益的课外实践补充。学生通过本门课程的学习，使学生获得自控工程设计的基础知识，掌握工程设计方法及CAD制图方法，掌握利用计算机辅助设计来完成节流装置的选型及计算、调节阀的选型及口径计算。能够培养学生理论与实践相结合的能力，工程设计能力及创新能力，为今后走上工作岗位奠定良好基础。

二、自控工程课程设计任务及要求

1. 本课程设计的主要任务如下：

(1)利用Auto-CAD绘制任务书中给出的控制工艺流程图。

(2)掌握节流装置的计算方法，编制计算程序，得出节流装置设计结果。

(3)掌握调节阀的选型及口径计算方法，给出相应的设计结果。

2. 自控工程课程设计基本要求

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。

三、自控工程课程设计内容

（一）、Auto-CAD制图

Auto-CAD是自动化专业的专业基础课程，学生通过本课程的学习掌握了绘制机械，电气等图样，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，在本课程设计中学生可以利用已掌握的理论知识很好的应用于实践当中，要求学生能够独立完成自控工程设计所要求的工艺流程图，在完成图样的绘制过程中，学生应全面系统地运用Auto-CAD知识，从中感悟出Auto-CAD的功能，特点和应用技巧。

在设计过程当中，学生应熟练掌握以下功能，即交互式作图，图形编辑，尺寸标注，图形存储和图形输出，Auto-CAD提供一组图素，如直线，圆，弧，椭

圆，文字串等，用于构造各种复杂的二维图形，只要从键盘上输入所需的命令或在菜单中选择相应的项，对所绘制的图素输入必要的参数（如点的坐标值，长度数据或角度数据等），即可在屏幕上指定的位置显示出所绘图形，对于已给的图形，可用多种方式进行编辑修改，如擦除，拷贝，移动，修剪、圆角、倒角等等。尺寸是工程图的重要组成部分，标注尺寸是一件细致而繁琐的工作。对于以绘出的图形或经编辑修改的图形，可用图形文件的形式存储在硬盘上，也可以在打印上输出精确的工程样图，比手工绘制的图样更加精确和漂亮。并且存储在硬盘上的图形，可根据需要随时调出进行修改或多次绘制输出。

（二）、节流装置设计计算

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0α计算中的最高阶20β降至流出系数C 计算中的最高阶8β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.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q max；

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；

、管道内表面情况；

⑥管道材质、在20℃时管道内径D

20

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；

⑨其它方面的要求。

3.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μ1、密度ρ1。对于气体还要求出对比压力P r ，对比温度T r ，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Re D ；

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。

新标准中视为已知条件，由工艺人员或仪表人员自行确定。

(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。

)3(212111时当≥---=-----=n n n n n n n X X X X δδδ

计算出X 、δ，直到∣δn ∣值小于某个规定值 （即1021010-⨯<=

A E n n δ）时，说明计算已达到规定的精确度，迭代计算完毕。

(3)验算

质量流量的不确定度的计算公式。

⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝

⎛=224224*********d d D D C C q q m m δβδββεδεδδ 2/121124141⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆+ρδρδP P

4. 节流装置程序设计流程

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，程序设计流程框图如下图所示。