减压塔

目录
第1章减压塔工艺流程 (1)
第2章塔顶影响因素及系统建模 (2)
2.1塔顶影响因素 (2)
2.2系统建模 (2)
第3章节流装置的计算机辅助设计计算 (4)
3.1 概述 (4)
3.2 程序框图 (5)
3.3计算实例 (6)
第4章调节阀的选型及口径计算 (8)
4.1调节阀的选型 (8)
4.2调节阀口径计算 (8)
4.3计算实例 (9)
参考文献 (12)
第1章减压塔工艺流程
常减压装置是由初馏塔、常压炉、常压塔、减压炉和减压塔等主要设备组成。

如图1-1所示，减压塔顶用蒸汽喷射泵抽真空，使塔顶保持约40 mm汞柱的残压，即塔顶真空度约为720 mm汞柱。

减压塔共设4个填料段，抽出3个侧线。

减一线油一部分直接进入蜡油分配器；另一部分经过空冷和水冷冷至50℃再返回减压塔顶，作为塔顶回流；减二线油一部分经换热至120℃后进入蜡油分配器；另一部分作为减一中回流再返回减压塔Ⅱ段填料段；减三线油大部分作为减二中回流返回减压塔Ⅲ段填料段；减四线油(过汽化油)一部分返回减压塔底或去常压塔一层作为循环油，另一部分作为重洗油又返回重洗段。

减底油一般作为延迟焦化等装置热进料，或冷却至100℃以下送出装置作为渣油产品。

结构的相互关联的子系统描述系统的运动行为，从而得到以子系统级模型表征的分散型模型，从根本上冲破了集中处理方法的束缚，对减压塔质量控制是一个新的突破。

影响减压塔操作的因素很多，但这些因素的变化都集中反映在塔顶真空度、塔顶温度这两个参数的变化上，而真空度是减压塔操作的核心。

如图1-1以塔顶真空度和塔顶温度为控制对象分别进行分析。

图1-1 减压塔工艺流程图
第2章塔顶影响因素及系统建模
2.1塔顶影响因素
1、塔顶真空度影响因素
(1)抽真空蒸汽压力变化：蒸汽压力增大时，真空度上升，反之，真空度下降。

(2)喷淋、软化水压力及温度变化：喷淋大、压力高或水温低，空冷器冷却效果增强，真空度上升，反之，真空度下降。

(3)塔顶温度变化：塔顶温度高，塔顶负荷大，不利于提高真空度；塔顶温度低，塔顶负荷低，有利于提高真空度。

但如果塔顶温度过低，使塔顶负荷过小，易产生增压器倒汽现象，而使整个操作发生异常。

(4)塔顶回流量变化：塔顶回流量减小，则塔顶负荷增大，真空度下降。

2、塔顶温度影响因素
(1)塔顶回流量：塔顶回流量过小，会造成塔顶温度升高，反之温度降低。

(2)塔顶真空度：真空度低，减压塔汽化量小，塔顶温度低；反之温度上升。

(3)进料量及进料性质：进料量增大或性质变轻，塔顶负荷增大，塔顶温度高，反之温度低。

(4)减炉出口温度：减炉出口温度高，则塔顶负荷大，塔顶温度上升，反之塔顶温度下降。

3、塔底液面影响因素：
1）减炉进料量及性质：进料量大，减渣油量大；反之，渣油量小。

常底油性质变轻，汽化率增大，则渣油量减小。

反之，渣油量增多。

2）减炉出口温度：温度升高，渣油量小。

反之，渣油量增多。

3）塔真空度：真空度减小，拔出率下降，渣油量大。

4）测线量变化：测线液面正常控制时，测线量的变化对塔底液面影响不大，但当减三、四集油箱满而溢流时，测线量减少，渣油量上升。

2.2系统建模
减压系统主要生产裂化原料，对馏分要求不高，主要要求是在保证馏出油残碳合格的前提下提高拔出率，减少渣油量。

因此提高减压塔汽化段真空度，提高拔出率是其主要控制目标。

综合上节影响条件，减压塔常用控制方案：
图2-1减压塔控制回路方框图
第3章节流装置的计算机辅助设计计算
3.1 概述
GB/T2624-93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》。

国内的压差流量计经历了仿制、统一标准设计和自行设计等阶段：我国1959年由国家推荐的苏联27-54规程作为我国的暂行规程。

1993年2月3日由国家技术监督局批准GB/T2624-93代替GB2624-81，1993年8月1日实施。

该标准第一次等效采用ISO5167（1991）与国际接轨，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，以取得了突破性的进展。

GB/T2624-93主要特点有：
①以流出系数Kv代替流量系数α；Kv值的计算中的β降阶计算由原流量
系数α0计算中的最高阶β20降至流出系数Kv计算中的最高阶β8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。

标准孔板是用于在圆形管道中测量单相稳定流体(液体、气体或蒸汽)的体积流量的差压发生装置，与差压变送器配套组成差压式流量计。

由于其结构简单，无需实验流校验、其设计和制造要求已由GB/T2624-93（ISO-1991）完全规定的标准化节流装置，因而广泛用于流程管道内流体的流量测量。

在满足安装条件下，良好加工的孔板，可保证达到1%的测量精度。

有以下功能:
1、测量介质
2、工作温度及变化范围
3、工作压力及变化范围
4、最大流量
5、常用流量
6、最小流量
7、管道内径
8、管道壁厚
9、管道材质
10、管路新旧程度
11、压损要求
12、孔板前后直管段距离
3.2 程序框图
图3-1 标准节流装置程序框图
表3-1 标准节流装置设计计算任务书
节流件材料选Ti Ni Cr 9181，其热膨胀系数为0.0000186；管道材料为20#钢，其热膨胀系数为0.00002224。

1.辅助计算
(1)求工况下管道直径
()20120D D D t λ=+-⎡⎤⎣⎦=0.1007m
20D -管道内径（20C 下实测值）
D λ-管道材料热膨胀系数 t -被测介质温度 (2)求雷诺数
4m
ed g R D πμ
⨯=
⨯⨯=971.819
m g -最大质量流量
μ-工作状态下粘度
(3)求2A
P ∆=0.016MPa
2A =
(1)求1β
设：0C =0.6060，ε=1 令2
10A X C ε
=
⨯ =3.924 又1β=25.02
12
1
]1[X X += 0.98439 (2)求1C
C 1 = 0.5959+0.0312β12.1
—0.1840β18
=0.463847124
(3)精确度判断
1211A X C δε=-⨯⨯
=0.413399-0.682177⨯0.597777⨯0.998298 =0.557863885
112
||E A δ
==1.23e-2,达到了精度要求，无需迭代。

3．计算结果求得：、
d D β=⨯＝0.099128m
求20d
()20120d d
d t λ=
+-⎡⎤⎣⎦
＝0.098445m
第4章调节阀的选型及口径计算
4.1调节阀的选型
调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。

调节阀一般由执行机构和阀门组成。

如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。

调节阀的产品类型很多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。

一般来说阀是通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其它执行机构匹配。

(1)从使用功能上选阀需注意的问题
①直通单座调节阀该阀具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点，适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合，但小规格的阀（如DN15、20、25）亦可用于压差较大的场合，是应用最广泛的阀之一。

②直通双座调节阀与单座阀相反，具有泄漏大、许用压差大的特点，适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合，是应用最为广泛的阀之一。

③套筒调节阀套筒阀具有单密封、双密封两种结构，前者相当于单座阀，后者相当于双座阀，适用于双座阀场合，除此之外，套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点，但价格比单双座阀贵50％~200％，还需要专门的缠绕密封垫。

是仅次于单、双座阀应用较为广泛的阀。

④角形调节阀节流型式相当于单座阀，但阀体流路简单，适用于泄漏要求小、压差不大的不干净介质场合以及要求直角配管的场合。

⑤三通调调节阀具有3个通道，可代替两个直通单座阀用于分流和合流及两相流温度差成≤150℃的场合，当DN<；80mm，仪表工程应用的设计工作。

4.2调节阀口径计算
调节阀的口径选择是由调节阀流量系数C值决定。

流量系数C的定义为：在
g cm时，流经调节阀给定的开度下，当调节阀两端压差为0.1MPa，流体密度13
流体的体积流量数即位在该开度下流量系数，其单位为3m h。

同理，在上述条件下，在调节阀最大开度下流经调节阀流体的体积流量数即位最大开度下的流量系数。

该流量系数即位该调节阀的额定流量系数。

由制造厂作为调节阀的基本参数提供给用户。

调节阀流量系数C表示调节阀容量的大小，是一个表示调节阀流通能力的参数。

因此，调节阀流量系数C又称调节阀的流通能力。

从调节阀的流量系数C 的具体计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤: ①最大体积流量Qmax(3m )或质量流量Wmax(kg/h )； ②正常体积流量Qn （3m ）或质量流量Wn （kg/h ）；
③正常情况下调节阀上的压降△Pn(SI 制单位用kPa ，MKS 制单位用2kg )； ④阀前压力P 1（SI 制单位用kPa ，MKS 制单位用2kg cm ）； ⑤正常情况下的阀阻比
n s ；
⑥液体密度ρ（3g cm ）； ⑦液体的运动粘度v （cts 厘司）；
⑧介质临界压力 c p （SI 制单位用kPa ，MKS 制单位用2kg cm ）；
⑨阀入口温度下介质饱和蒸汽压力v p （SI 制单位用kPa ，MKS 制单位用2kg cm ）； ⑩阀上游管道直径1D （mm ）和阀下游管道直径2D （mm ）。

4.3计算实例
C 值计算步骤：
1.选定调节阀的类型，并据此查表得到压力恢复系数L F 根据已知条件可选单座阀(JP) ,压力恢复系数L F =0.90
2.按下式计算液体的临界压力比系数F ：
F F
3.判断流体是否为阻塞流 经判断为非阻塞流 按SI 制
()
2110P P Q C -⨯⨯⨯=ρρ
=33.80
-Q 液体体积流量
-ρ被测介质工况密度
P -1阀前压力 2P -阀后压力
4.根据需要对C 值进行低雷诺数修正 计算调节阀雷诺数Red
Red =C v Q
70700=59474
-Q 液体体积流量
-v 运动粘度
5. 由0541.0d /2=C
即得：选调节阀的口径为190mm 。

6. 结论
选定单座阀(JP)，取为选定口径，非阻塞流工况，不作噪声预估。

结论与体会
通过这次的课程设计，是我对减压塔的工艺流程有了深刻的认识。

减压塔是石油炼制工业中的重要设备，它的质量控制受到多方面的关注，出现多种控制方案。

基于专家经验的PID控制方案对减压塔中的关键质量指标进行串级控制。

有效的增强了系统控制的精确性和抗干扰性，但应用的成功与否建立在对装置模型的正确估计之上。

减压塔质量控制中各个指标因素相互约束，运动特性一般都存在非线性，显然是一类比较复杂的模型。

当控制系统在运行过程中出现局部故障，希望进行局部检修，而其余部分仍正常运行时，需要对控制算法进行改进。

开放和关联系统的行为方法，是解决一类复杂系统控制问题的一种新方法。

通过结构分解，以控制关联链描述开放和关联系统动态行为的链系统方法也是一种较好的方法，并且在实际系统中成功应用。

通过对减压塔的质量控制进行分析，找出影响塔顶温度和真空度的主要控制关系链，建立了由4个子系统根据系统本质结构组成的链系统模型，该模型具有很强的稳定性，抗干扰性和容错性。

通过对链系统结构建立动态数学模型，并经过预估和控制达到了提高产品质量的目标。

通过这次课程设计，我受益匪浅。

不但使我对自动控制工程流程和实施有了一定认识，而且掌握了Auto-CAD绘制常减压装置减压塔的控制工艺流程图，掌握了节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算，以及掌握调节阀的选型和口径计算。

使我对于国家的技术标准和规定也有了一定的了解。

由于边学习标准和规定边进行上机设计，是我的理论知识得到了丰富的同时，实践能力、计算能力和学习能力也得到了提高。

参考文献
[1]HG/T20636～20639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)[S]．北京：国际工业出版社，2000
[2]GB/T2624-1993，流量测量节流装置[S]．北京：国际工业出版社,2001
[3]奚文群，翁维勤．调节阀口径计算指南[M]．兰州：化工部自控设计技术中心站，1991.
[4]董德发，张天春．自控工程设计基础[M]．大庆：大庆石油学院，1999.
[5]王骥程，祝和云．化工过程控制工程[M]．北京：化学工业出版社，2003.。