过程控制课程设计(脱丙烷塔控制系统设计 有图)

成绩：

《过程控制工程》

课程设计报告

题目：脱丙烷塔控制系统设计

学院：计算机与电子信息学院

班级：自动化

姓名：

学号：

指导教师：

起止日期：2012年12月31日～2013年01月4日

目录

一、设计任务书 (2)

二、设计说明书 (5)

1、摘要

2、基本控制方案的设计与分析

3、节流装置的计算

4、蒸汽流量控制阀口径的计算

三、参考文献 (11)

四、附图 (15)

一、设计题目：

《脱丙烷塔控制系统设计》

二、设计目的：

1、掌握控制系统的基本构成、原理及设计的方法和步骤。

2、掌握控制方案的设计、仪表选型的方法及管道流程图、仪表接线图、仪表安装等

图的绘制方法。

3、掌握节流装置和调节阀的计算。

4、了解信号报警及联锁系统的设计和顺序控制系统的设计。

5、通过理论联系实际，掌握必须的工程知识，加强对学生实践动手能力和独立完成

工程设计任务能力的培养。

三、设计所需数据：

1、主要工艺流程和环境特征概况

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，塔釜重关键是组分丁二烯。主要工艺流程如图1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。

2、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。

3、再沸器加热蒸汽流量检测系统环室式标准孔板计算数据：

（1）被测流体：饱和水蒸汽

（2）流量：Mmax=1350kg/h; Mcom=900kg/h; Mmin=450kg/h

（3）工作压力：p1=0.15MPa（绝压）; 工作温度：t1=110℃

（4）密度：ρs=0.8528kg/m3;粘度η=25×10-6Pa·s

（5）允许的压力损失：应尽量小

（6）管道内径：D20=200mm

（7）管道材质：20#钢，新无缝管

4、蒸汽流量控制阀口径计算数据：

（1）流体：饱和水蒸汽

（2）正常流量条件下：

阀前绝压：P1=140kPa

阀后绝压：P2=105kPa

阀前温度：t1=110℃

管道内径：D1= D2=200mm

正常流量：MS=900kg/h

密度：ρS=0.8528kg/m3

（3）稳态最大流量：Mmax=1350kg/h

（4）选型：气动单座调节阀，等百分比固有流量特性，流开向型。型号：ZMAP-1.6K

四、主要设计任务

1、确定基本控制方案，要带有信号报警系统（设置3个液位报警上、下限：塔釜液位：30%-90%，冷凝器液位：20%-80%，回流罐液位：30%-80%），并按规范绘制带控制点的工艺流程图。

2、对至少一个回路（再沸器加热蒸汽流量控制系统）进行仪表选型。

3、对至少一个回路（再沸器加热蒸汽流量控制系统）的节流装置和调节阀进行计算。

4、分析所用到的复杂控制系统并绘制复杂控制系统的接线图。

5、设计布置控制室并绘制控制室平面布置图。

6、绘制再沸器加热蒸汽流量检测系统标准孔板制造图。

五、需提交的设计文件

1、设计说明书

2、控制流程图

3、自控设备表

4、复杂系统仪表接线图

5、节流装置及调节阀计算数据表

6、标准孔板制造图

7、控制室平面布置图

其中第1项应包括目录、摘要、正文及参考文献等项；2-7项均应按制图或制表规范来制作，图纸采用3号纸（297×420mm），也可以使用电脑制图，作为附录附在设计说明书后。参考资料

1、《过程控制系统工程设计》.孙洪程,翁唯勤合编.化学工业出版社

2、《实用自动控制指南》.[美]M.G安德鲁，H.B威廉斯.化学工业出版社

3、《炼油化工自控设计手册》

4、《过程控制工程》.王树清等编.化学工业出版社

设计说明书

一、摘要

脱丙烷塔的主要任务是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。

关键字：串级控制，被控变量，分层控制，均匀控制，定值控制，检测。