过程控制课程设计

目录第一章课程设计任务 (2)1.1总体设计任务 (2)1.2 具体设计任务 (2)第二章 T1808的过程控制图的分析 (3)2.1 工艺流程分析 (3)2.1.1工艺流程图 (3)2.1.2 工艺流程图说明 (3)2.2仪表分析 (5)2.2.1带控制点工艺流程图 (5)2.2.2图中仪表的类型、安装形式、位置、位号、功能 (5)2.3控制回路分析 (8)第三章 T1808的过程控制图的设计 (10)3.1 控制回路设计 (10)3.1.1设计后的控制点工艺流程图 (11)3.1.2液位控制框图 (12)3.2 仪表选型 (13)3.2.1调节器正反作用选择 (13)3.2.2控制规律选择 (14)3.3 参数整定 (17)3.3.1调节器的参数整定的步骤 (17)3.3.2调节器参数整定的方法 (17)第四章课程设计总结 (19)参考文献 (20)第一章课程设计任务1.1总体设计任务脱丙烷塔要求实现物料平衡；T1808的中部8段的温度严格控制，并对其显示记录，对其影响较大的是进入塔底的蒸汽流量；塔底液位要求严格控制并要求记录液位并有高低限位报警，塔底流出物流量对其影响较大；课题中的控制流程图是否满足要求，若不满足，如何设计回路，满足控制要求。

1.2 具体设计任务1 分析工艺过程；2 仪表分析；3 控制回路分析；4 根据控制任务目标，设计控制回路；5 对设计的控制回路的仪表选型；6 对设计回路的参数整定；7 写课程设计总结。

第二章 T1808的过程控制图的分析2.1 工艺流程分析2.1.1工艺流程图图2－1脱丙烷塔工艺流程图2.1.2 工艺流程图说明利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。

塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。

其中丙烷占 10，丁二烯占 89，其它杂质占 1。

为了满足脱丙烷塔的自动控制的质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。

设计包括提馏段的温度与蒸汽流量的串级控制；塔顶鸭梨为被控变量，气态丙烯与去尾气管线组成分层控制；进料流量的简单均匀控制；回流罐的液位与回流管的回流量组成串级均匀控制；回流量的定制控制；以及进料、回流、塔顶、塔釜的温度检测，塔压检测，回流量的流量检测等。

工艺对脱丙烷塔操作的基本要求是希望塔内能进行传质过程。

塔顶轻关键组分和塔底重组分能达到规定的分离纯度。

尽量提到产品的回收率，以获得较高的产量；尽量节约能源，使精馏过程中消耗的能源最少。

为此脱丙烷塔的自动控制也必须满足质量指标，物料平衡及余数条件等制要求脱丙烷塔的主要任务是切割 C3 和 C4 混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔釜重关键是丁二烯。

主要工艺流程如图所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。

进料温度为 32℃，塔顶温度为 8.9℃，塔釜温度为 72℃。

塔内操作压力为 0.75MPa(绝压)。

采用的回流比约为 1.13。

冷凝器由 0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的 0.15 MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的 0.6 MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。

和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、内在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。

脱丙烷塔的自动控制应满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。

脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。

主导风向由西向东。

仪表选型说明所选仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。

电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，最好全部选用电动Ⅲ型仪表。

采用安全栅，可构成本质安全防爆系统。

可操作变量有进料流量、塔底及底的采出流量、及再沸器加热量等.脱丙烷塔的主要任务是切割C3和C4混合馏分。

混合液进入精馏塔内。

（主要含C3和C4）进料为气态混合物。

液化率0.28.进料温度32摄氏度，塔顶89摄氏度塔底72摄氏度。

塔内绝对压0.75MPa采用回流比1.13.冷凝液由0摄氏度丙烯蒸发制冷，再沸器加热用的是0.15MPa减压蒸汽是又来自裂解炉的0.6MPa底压蒸汽与冷凝水混合制得的。

进料混合瘤分经过脱丙烷塔切割分离，塔顶瘤分被冷凝器冷凝后送至回流管中。

根据流程图可以知道本课题虽满足大部分要求，物料基本可以达到平衡。

但是由于T1808的中部8段的温度对塔底的蒸汽流量影响很大，因此，要设计一个控制回路对流量进行控制，塔底液位的流量也要严格控制.需要在塔底设计一个液位控制装置。

2.2仪表分析2.2.1带控制点工艺流程图图2－2带控制点工艺流程图带控制点的工艺流程图中的右边的两个通道均为系统的流入通道，分别为来自第一脱乙烷塔和第二蒸出塔塔釜，来自减压蒸汽总管；而左边的则为流向通道，分流向冷凝器；回流罐；去脱丁烷塔。

2.2.2图中仪表的类型、安装形式、位置、位号、功能图例符号的统一规定：a 仪表位号：如：TRC-131，其中，“T”为被测量变量字母代号，“RC”功能字母代号，“1”工序号，“31”顺序号；b仪表的安装图例：图2-3集中仪表盘面安装仪表图2-4 就地安装仪表c 被测量变量字母代号：A-分析、B-烧嘴（火焰）、C-电导率、D-密度、E-电压、F-流量、G-供选用、H-手动、I-电流、J-功率、K-时间（时间程序）、L-物位、M-水分或湿度、N-供选用、O-供选用、P-压力（真空）、Q-供选用、R-核辐射、S-速度（频率）、T-温度、U-多变量、V-振动（机械监视）、W-重量（力）、X-未分类、Y-事件（状态）、Z-位置（尺寸）；d 功能字母代号：RC-控制记录、IC-控制指示、C-控制、CV-自力式控制阀、R-记录、I-指示、SH-开关或报警高、SL-开关或报警低、SHL-高低组合、RT-记录变送、IT-指示变送、T-变送、Y-电磁阀（继动器、计算器）、E-检测元件、P-测试点、W-套管或探头、G-视镜观察、SV-安全装置；e 仪表电动、气动型式的选择应符合下列要求：信号传送距离较远（譬如超过100m），或要求信号处理迅速，或运算规律比较复杂，以及要与数据处理或计算机系统联用时，都应选用电动式仪表。

要求功能丰富、操作灵活、精确、高度可靠时，宜选用电动式仪表中带微处理器的智能型仪表，并根据智能化要求的高低，分别选用其中较完善或简易的品种。

对于比较简单的显示、调节系统，可选用一般的数字式仪表或其它简易式电动仪表。

仪表投资较少、系统简单、技术经济指标（包括增加气源装置的投资等）合理时，可选用气动式仪表。

就地仪表盘安装的仪表，应考虑环境条件。

对于环境比较恶劣，要求防爆、防腐、防潮等的就地仪表盘，一般可选用气动仪表。

当选用电动式仪表时，这些仪表必须具备相应的防护功能。

根据以上规定并结合带控制点工艺流程图分析得出表2-1的一表具体信息：表2－1仪表信息根据工艺知，脱丙烷塔的进料为单管传输，流量较平衡，回路扰动不大，控制要求不高。

为了保证液位稳定在一定的范围内，从而保证生产的正常进行，可采用均匀控制的方案，从经济和控制效果的角度综合考虑进料回路可选用简单均匀控制方案。

各回路具体框图如图2－3：○1入口流量控制回路X(t)图2－3入口流量控制回路入口流量控制回路：根据工艺知，脱丙烷塔的进料为单管道输入，输入流量较平缓，回路扰动不大，控制要求不高，易容易实现。

被控变量：流进物回；流量操纵变量：流进物回流量○2回流控制回路X(t)图2-4回流控制回路回流控制回路：为了保证液位稳定在一定的范围内，从而保证生产的正常进行，可采用均匀控制的方案，从经济和控制效果的角度综合考虑回流控制可选用简单均匀控制方案。

被控变量：流进物流量；操纵变量：流进物流量。

X(t)图2－5回路框图流出物流量控制回路：出口流出物流向脱丁烷塔，也是一个单道输料管，因此，也采用一个单回路控制就克实现流出物流量的平衡。

被控变量：流出物流量；操纵变量：流进物流量。

第三章 T1808的过程控制图的设计3.1 控制回路设计在系统结构上，串级控制系统中主、副调节器是串联工作的。

主调节器的翰出作为副调节器的给定值，系统通过副调节器的输出去操纵执行器动作，实现对主变最的定值控制。

所以在串级控制系统中，主回路是个定值控制系统，而副回路是个随动控制系统。

在串级控制系统中，主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。

控制系统设计的目的就在于稳定这一变量，使它等于工艺规定的给定值。

所以，在串级控制系统中，主变量的选择原则与简单控制系统中介绍的被控变童选择原则是一样的。

在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引人，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质童。

由于增加了副回路作用，因此具有一定的自适应能力，可用于负荷和操作条件有较大变化的场合。

对于一个控制系统来说，调节器参数是在一定的负荷，一定的操作条件下，按一定的质量,指标整定得到的。

因此，一组调节器参数只能适应一定的负荷和操作条件。

如果对象具有非线性，那么，随着负荷和操作条件的改变，对象特性就会发生变化，需要调节器参数跟着变化。

这样的问题，在单回路控制系统中是难于解决的.在串级控制系统中，主回路是一个定值系统，副回路却是一个随动系统。

当负荷或操作条件发生变化时，主调节器能够适应这一变化，及时改变副调节器的给定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在新的负荷和操作条件下，控制系统仍然具有较好的控制质量。

由于申级控制系统具有上述特点，所以当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强且频繁，负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，采用串级控制系统是适宜的。

脱丙烷塔T1808温控采用串级控制方案，为了保证塔底。

产品质量的要求，以塔釜温度作为控制指标，生产工艺要求塔釜温度控制在一个较小的变化范围内，而在实际生产过程中，蒸汽压力变化剧烈，而且变化幅度大于如此大的扰动变化性，若采用简单控制系统，很难达到最好的整定效果。

塔釜的温度差变化剧烈难以满足工艺生产要求。

而以蒸汽流量为副变量，提溜段温度为主变量的串级控制系统把蒸汽压力这个主要干扰包括在副回路中充分运用串级控制系统对进入副回路扰动具有较强抑制能力的特点，增加一个液位与釜地流量串级控制环。

这样完全满足设计的基本要求。

3.1.1设计后的控制点工艺流程图图3－1 带控制点工艺流程根据课题要求实现物料平衡，T1808的中部8段的温度严格控制，并对其显示记录，对其影响较大的是进入塔底的蒸汽流量；塔底液位要求严格控制，要求记录液位并有高低限位报警，塔底流出物流量对其影响较大，在结合带控制点工艺流程图的分析可知，除了釜底液位外，其余功能基本均已经满足，因此需要在设计一个液位控制回路控制液位平衡，可以使简单回路也可以是回路又因为釜底部位流出物的流量对其液位影响很大，我们便设计一个串级环来控制其液位，有效地抑制扰动。