管式加热炉出口温度串级控制系统设计说明

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1、课程设计任务书1. 设计目的：L VV R VVBTe W VV R VTSTB VT W STB VT R STB VT R STB VT VT STB VT VV STB n VT（1） 培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识，结合毕业实习 中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计一个过程控制系统的能力。（2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制 系统的设计过程、设计要求、完成的工作容和具体的设计方法。（3）培养学生独立工作能力和创造力； 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技 术问题的能力；（4）培养查阅图书资料、

2、产品手册和各种工具书的能力；（5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。2. 设计容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：* *!P *!«-!2* n !* H * *!*| W !* H | W !* n !0T H !* H ! n *!H I经过过程检测仪表与控制课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策 略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。在此基础上，针对实践环节中的被控 对象（控制装置），独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控 制效果。1. 确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，给出控制流程图；2. 现场仪表选型，编制有关

3、仪表信息的设计文件；3. 给出控制系统方框图；4. 分析被控对象特性，选择控制算法；5. 进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；6. 写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并 对所完成的设计作出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。3 .设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等：ad At a a sad 44 = a -u. = aa a At a a sad 44 = a -u. = a4a> a a u a a - 3 44 = a -u. a

4、 a4a> a a u a a d-t - 3 44 = a -u. a aa a u a a - 3 44 = a d-t a aa a u a a - 3 44 = a d-t a a4a> a a -s-l a a tad 44 = a -u. a a4a> a a -b-l a a tad 44 = a -u. a aa al a a tad = a -u. a a亠4 a al a a t a1. 确定系统整体控制方案、仪表选型、系统控制流程图、选择控制算法。2. 撰写课程设计说明书一份（A4纸）。4. 主要参考文献:1过程装备控制技术及其应用王毅主编化学工业2过程

5、自动化及仪表俞金寿主编化学工业3工业过程控制工程王树青主编化学工业4控制仪表及装置吴勤勤主编化学工业过程控制仪表徐春山主编冶金工业过程装备成套技术设计指南工程黄振仁主编化学工业7过程控制装置永德主编化学工业8化工单元过程及设备课程设计匡国柱主编化学工业9化工设备设计设计手册（上、下）朱有庭主编化学工业10工业过程检测与控制孟华主编化学工业5. 设计成果形式及要求：提供课程设计说明书一份，要求容与设计过程相符，且格式要符合规定要求;系统控制流程图一份；6. 工作计划及进度：2013年1月7日-1月9日 确定系统整体控制方案以及系统的构成方式， 画出 控制流程图，完成仪表选型，接线图；1月10日-

6、1月13日 控制系统方框图，分析被控对象特性，选择控制算法；1月14日-1月15日 进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；1月16日-1月17日 编写课程设计说明书1月18日答辩系主任审查意见：签字:年 月 日1管式加热炉概述 11.1管式加热炉在石油工业中的重要性 11.2管式加热炉的基本构成与组成 11.3管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义 12管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求 22.1管式加热炉出口温度控制系统工作原理 22.2管式加热炉出口温度控制系统控制要求 23管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计 .23.1管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析 23.2管式加热炉

7、出口温度控制系统的工艺流程设计 24管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图 34.1控制系统中温度检测元件的选型 34.2控制系统中变送器的选型44.3控制系统中执行器（调节阀）的选型 44.4控制系统中调节器的选型54.5控制系统中的连锁保护与接线图65管式加热炉出口温度串级控制系统分析 75.1 控制系统方框图与工作过程 75.2 主、副调节器规律选择 75.3 主、畐寸调节器正反作用方式确定 75.4控制器参数工程整定86管式加热炉出口温度串级控制系统的 MATLAB SIMULIN仿真与分析 96.1传递函数的选择96.2系统的参数的选择 96.3系统的仿真分析 1011117

8、感受与体会8参考文献1管式加热炉概述1.1管式加热炉在石油工业中的重要性加热温度高(火焰温度1000C以上)，传热速率快。是整个石油加工和石油化工过程中能耗最大的设备之一是控制运转周期及自动化及自动化程度的关键设备。1.2管式加热炉的基本构成与组成管式加热炉是一种直接受热加热设备主要用于加热气体或液体化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主。管式加热炉一般由辐射室、余热回收系统、对流室、燃烧器和通风系统等五部分组成，图1如图1所示。(1) 辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射 传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高(600-1600C),是热交换的主要场所(

9、约占热负荷的 70-80%)。(2) 余热回收系统：用以回收加热炉的排烟余热。有空气预热方式和废热锅炉方式两 种方法。(3) 对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。(4) 燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油 燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。(5) 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式 和强制通风方式。其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙(衬)、燃烧器、孔类配件等。1.3管式加热炉出口温度控制系统设计目的及意义加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求围，由于 管式加热炉具有强耦合

10、、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、 回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗 很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要 质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境， 在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到 减排的目的。2管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求2.1管式加热炉出口温度控制系统工作原理控制原理如图2所示，管式加热炉的主要任务是把物料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，物料流过炉

11、膛四周的排管中,就被加热到出口温度。在燃料油管道上装设一个调节阀， 物用它来控制燃油量以达到所需出口温度 T,的目的。2.2管式加热炉出口温度控制系统控制要求影响出口温度Ti变化的因素有很多种，主要表现在：（1）被加热物料的流量与初温Di。（2）燃料热值的变化、压力波动、流量的变化 D（3）烟窗挡板位置的改变、抽力的变化 Da其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用专门的调节器保持其稳定，以便把扰动因素减小到最低限度，能够及时准确的实现控制过程。工艺上对出口温度要求不高，一般希望波动围不超过土 12%3管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计3.1管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析由于从燃料油调节阀