除氧器压力控制系统.doc

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目： 除氧器压力控制系统

二级学院 自动化
系别名称 自动化 班级 自本121

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目： 除氧器压力控制系统

二级学院 自动化
系别名称 自动化 班级 自本121
学生姓名 高浩源 学号 24号
指导教师 郭南/梁强 职称 副教授/副教授
课程设计进行地点： 教学F
任 务 下 达 时 间： 2015年7月6 日
起止日期：2015年7月6日起——至2015年7月10日止

系主任 2015 年7月6日批准

除氧器压力控制系统

1.设计主要内容及要求
（1）查找资料，完成题目相关电厂热工系统工艺分析。
（2）画出并分析指定控制系统SAMA图。
（3）完成课程设计说明书。
2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求
（1）课程设计说明书是体现课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。
（2）学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计说明书的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
（3）课程设计说明书要求打印。打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。
（4）课程设计说明书装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
3.时间进度安排
顺序
阶段日期
计 划 完 成 内 容
备注
1
7.6
布置题目，分组，查找资料，分析系统工艺。
1天
2
7.7-8
画出并分析控制系统SAMA图。
2天
3
7.9-10
完成说明书,答辩验收
2天

沈 阳 工 程 学 院
热工过程控制系统 课程设计成绩评定表

二级学院 自动化 系别名称 自动化 专业班级： 自本121 学生姓名：高浩源
指 导 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2

工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，
0.2
5
4
3
2

工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。
0.2
5
4
3
2

说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.5
5
4
3
2

指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计

指 导 教 师 签 名：
年 月 日
评 阅 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力
0.2
5
4
3
2

工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2

说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.3
5
4
3
2

评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计

评 阅 教 师 签 名：
年 月 日
课 程 设 计 总 评 成 绩
分

除氧器压力控制系统

摘要

除氧器是锅炉及供热系统关键设备之一，每年因氧腐蚀而对锅炉给水管道、省煤器和其它附属设备的腐蚀造成的严重损失，已引起国家电力部越来越多的注意。本设计主要是通过几个除氧器的比较选择符合听除氧器。由给定的条件,通过常规设计方法对除氧器的水箱壁厚，水箱封头厚度、除氧筒节厚度、除氧筒节封头厚度、接管的开孔补强、手座，进行强度计算并选择出了除氧器的附属设备.由PID控制手动和自动之间的切换。

关键词 除氧器,常规设计,强度计算,PID

I

除氧器压力控制系统

目录

摘要 I
目录 II
1.除氧器工艺原理 1
1.1锅炉除氧器的分类 1
1.2热力喷雾填料除氧器 1
1.2.1热力喷雾填料除氧器的工作原理 1
1.2.2热力喷雾填料除氧器的优点 1
1.3压力容器的分类 2
1.4除氧器的运行 3
2.除氧器压力控制系统的分析 6
课程设计总结 8
致谢 9
参考文献 10
附录 11

I

除氧器压力控制系统

1.除氧器工艺原理
1.1锅炉除氧器的分类
A、按除氧器压力的不同，可分为真空式，大气式和高压式三种除氧器
B、按除氧器内部结构的不同，可分为水膜式、淋水盘式、喷雾式、喷雾淋水盘式、喷雾填料式五种除氧器，其中喷雾填料式除氧器效果最佳，得到广泛应用。
1.2热力喷雾填料除氧器
1.2.1热力喷雾填料除氧器的工作原理
给水的除氧是防止锅炉腐蚀的主要方法，在容器中，溶解于水中的气体量主要由两个方面决定：一方面与水面上该气体的分压力成正比例（即压力越高，该气体在水中的溶解度就越大，反之则越小），另外一方面与水的温度有关（即水的温度越高，那么该气体在水中的溶解度就越小，当温度为相应工作压力下的饱和温度时，气体在水中的溶解度为零）采用热力除氧的方法，即用蒸汽来加热给水，提高水的温度，且使水面上蒸汽的分压力逐步增大，而溶解气体的分压力则渐渐降低，溶解于水中的气体就不断逸出，当水被加热至相应压力下的饱和温度时，水面上全部是水蒸汽，溶解气体的分压力为零，水不再具有溶解气体的能力，亦即溶解于水中的气体，包括氧气均可被除去。
　　除氧的效果一方面决定于是否把给水加热至相应压力下的饱和温度，另一方面决定于溶解气体的排除速度，谁是否能加热到相应压力下的饱和温度与水和蒸汽的接触表面积的大小有很大的关系，采用旋膜管、水篦子加填料的方式，水通过旋膜管，形成的水膜群下落，与上升的蒸汽流相遇。形成水的膜群大大地增加了水和蒸汽的热交换面积，强化了汽水热交换的效果，形成水膜群的水经过水篦子换热后继续流经无规则堆放的填料层时，受到蒸汽的进一步加热。水迅速被加热，溶解于其中的气体的排除速度也更快。最后除氧水流经除氧水箱，经蒸汽再沸腾管加热，充分的保证了除氧水在工作压力下为饱和温度，因此，虽然水在除氧器中停留时间很短，而除氧效果较彻底。出水含氧量≤0.1mg/l[4]

1.2.2热力喷雾填料除氧器的优点

旋膜式除氧器经数百家电厂在运行使用中证明具有以下优点：
1：除氧效率高，给水合格率100%。（高压5цɡ/L,低压10цɡ/L）
2：。当负荷突变25%，补水突变10%，水温下降时，除氧器仍不震动，也无汽化情况。
3：适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点外，而且可超出力50％左右运行，尤其供热机组和滑压运行的除氧器更显示出其优越性能。
4：排汽量小于入口水量的0.1%，不需另加排气冷却器，比同出力其它类型热力除氧器少耗能1/3,优化了设备，降低了热耗。[3]
1.3压力容器的分类
压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。 压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他形状。圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、法兰等零件和部件组成，压力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。 压力容器分类 按压力等级分类：压力容器可分为内压容器与外压容器。 内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下 ：
低压(代号L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa;
中压(代号M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa;
高压(代号H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa;
超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
按容器在生产中的作用分类:
反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应。 换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换。 分
离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。
储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。
按安装方式分类 ：
固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。
移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。
上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器的危险程度。 压力容器的危险程度还与介质危险性及其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。 按安全技术管理分类: 《压力容器安全技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法，以有利于安全技术监督和管理。
该方法将压力容器分为三类：
1.第三类压力容器，具有下列情况之一的，为第三类压力容器： 高压容器； 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3 ）； 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5Pa·m3）； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于0.2MPa·m3 ）； 高压、中压管壳式余热锅炉； 中压搪玻璃压力容器； 使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器； 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等； 球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容器（容积大于5m3）。 低温液体储存容器（容积大于5m3）
2.第二类压力容器，具有下列情况之一的，为第二类压力容器： 中压容器； 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； 低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）； 低压管壳式余热锅炉；低压搪玻璃压力容器。
3.类压力容器 ,除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。由上知设计的容器为低压容器。[2]
1.4除氧器的运行
运行中除氧器的内压力和水位的稳定是给水泵及锅炉给水系统可靠运行的的保证。除氧器压力下降和水位过低，使给水泵进口压力降低，往往会造成给水泵中水的汽化，可能导致整个电力在运行中造成重大事故，为此在运行中要特别注意防止这种状况的发生。
除氧器运行方式一般采用滑压和定压二种方式，机组在变动负荷的工况下运行时，为了保证除氧器内压力和水位的稳定，一般都装有压力调整器和水位调整器。压力的调整是通过改变加热蒸汽的进汽量来实现的。水位的调整则通过改变补充水的进水量来实现。
在除氧器运行中不允许有自生沸腾现象发生。这是因为有过量的热疏水进入除氧器，热疏水蒸发出的二次蒸汽已足够或超过除氧器所需的加热用汽，因而使除氧器加热抽汽减少至零。除氧器的自身沸腾会破坏除氧效果，增加热损失及工质损失。除氧效果的变坏是因为内部汽水的逆向流动受到破坏或干扰，在除氧器底部会形成不流动蒸汽层，使气体不能顺利排出。工质及热损失的增加则是因为内部压力的升高，排汽量加大的缘故。
（一）除氧器的滑压运行的优点：
除氧器滑压运行即是除氧器的运行压力不是恒定的，而是随着机组负荷和抽汽压力而改变的，所以也称为滑压运行除氧器。这样可使除氧器的工作压力接近向除氧器供汽的抽汽压力,而没有为维持除氧器定压运行时抽汽压力的节流损失，这对提高热经济性、降低热耗、简化系统等方面是有一定的优点如下：
1．避免供除氧器抽汽的节流损失。
2．改进抽汽点的合理分配、提高热效率，同时有可能减少一级加热器、简化系统、降低投资。
（二）除氧器的滑压运行中几个问题：
在负荷稳定或负荷较平稳变动的情况下，除氧器采用滑压和定压运行的工况是基本相同的，除氧器内的给水经常处于沸腾状态，除氧器内的温度和压力是平衡在饱和状态下的，所以对给水除氧效果和给水泵的安全运行来说这二种运行方式是相同的。但当机组的突然变化时，对定压运行的除氧器来说没什么变化，而对滑压运行的除氧器来说给水的温度和压力平衡在饱和状态的情况将被破坏，在这一过渡过程中有时会使除氧给水系统的正常运行有一定困难，但过一段时间后除氧器的运行工况又可在新的压力下处于新的平衡状态。
1．除氧器滑压运行时的给水除氧效果
为了保证给水含氧量合格，应满足下列二个条件：
1) 进除氧器的凝结水在除氧器中应加热到沸腾状态进行除氧。
2) 除氧后的凝结水流到给水箱后，存水表面要处于沸腾状态，使已除氧的水与水表面上的气体相隔绝。
在升负荷时，除氧器内压力将逐渐升高，除氧头下降的凝结水和水箱中的存水须要一定的吸热量，所以温度都不能及时跟上，有滞后现象，破坏了上述要求的二个条件，已析出的气体又重新溶入水中，使凝结水含氧量增加。除氧头中的凝结水由于热容量相对较小些，所以含氧量增加要少一些，恢复合格也快一些。而除氧水箱中的存水量大，含氧量不合格的情况也较为严重，这种情况要一直持续到除氧器在新的压力下接近平衡时为止，才能使除氧效果达到合格。
在减负荷时，抽汽压力降低，由于这时除氧水箱中的存水热容量较大，温度不能及时下降，温度不能及时而高于抽汽压力下相应的饱和温度。要待存水放出一部分热量使水汽化后才能使除氧器内压力下降。因此除氧器内压力下降将使给水箱内存水面发生汽化，汽化的蒸汽上升到除氧头中使进来的凝结水加热除氧，已除氧的凝结水在下降过程中由于除氧器压力不断下降的，自身也将不断汽化，等于再一次除氧。所以在减负荷时强化除氧，除氧效果是十分良好的，负荷下降率越大，对改善除氧效果越好。
2．除氧器滑压运行对给水泵的汽蚀问题：
在除氧器滑压运行的系统中如何使除氧给水系统在机组负荷变动时都能使给泵防止汽化，安全可靠地运行，这是除氧器滑压运行中所要考虑的主要问题。对于给水泵产生汽蚀问题，在机组负荷稳定时滑压与定压运行情况是相同，在机组 升负荷过程中对防止对防止给水泵汽蚀是更为有利，所以关键在于机组减负荷时如何防止给水泵入口汽化现象。
3．除氧器的滑压范围：
从理论上讲，滑压的最高压力即为本机组最大负荷工况的抽汽压力，而最低压力需大于外界大气压，保证把析出的汽体排出即可。但滑压范围过大，升负荷幅度增大，将影响除氧效果。
为了保证机组在启动、降（甩）负荷过程中除氧效果和给水泵的安全运行，应考虑有备用汽源。[1]

2.除氧器压力控制系统的分析

（1）PID功能块

图2.1
如图2.1，PID的TS为跟踪标志，TR为跟踪值，TS=0时跟踪TR的块地址。若控制站为手动方式则A=0，TS=0，PID处于跟踪状态，跟踪控制站的输出；若为自动方式,则PID输出偏差值。
PID输出：图中PV为被调量，SP为设定值，除氧器压力经过除2逻辑后在逻辑内部经过比较如果超过限值就输出左边的除氧器压力故障，不超限就则送到PID到达PV形成被调量。控制站的手自动信号与设定值SP经过速率限制器送到PID的SP形成设定值，PID的设定值与被调量求差后经过超前滞后和高低限值若偏离正常值则输出除氧器压力调节故障并进行报警。否则由PID的O输出送到控制站。
（2） M/A功能块
图2.2
如图2.2，控制站的MI为切换手动信号的块地址，当MI=1时切换到手动。当除氧器压力故障、除氧器压力调节故障、除氧器压力站输出故障这三个条件有任何一个满足时MI=1控制站处于手动方式，此时A=0手动方式送到S30取非后S30=1，手操站的设定值输出SP跟踪手操站的输入PV，此时PID的被调量与设定值相等，PID入口偏差为0，以便下一时刻切换到自动时实现无扰切换。当除氧器压力故障、除氧器压力调节故障、除氧器压力站输出故障、输汽供汽阀门前截止门关、输汽供汽阀门后截止门关这五个条件有任何一个满足时TS=1控制站跟踪TR的值，跟踪值为0，此时控制站输出0，快速准确跳闸，保护系统安全。切换到自动方式后控制站的A=1此时PID的设定值SP与被调量PV经过偏差运算后由PID输出送到控制站的A—自动信号的块地址，然后由控制站的O输出。
（3） 控制站的输出

图2.3
图2.3控制站的输出信号分两条支路，一路送到执行器调节辅气至除氧器压力阀门开度，另一条支路将信号送到加减器，将控制器的输出信号与位置开关的开度信号比较后送到高低限值，若偏离正常值则输出除氧器压力站输出故障且进行报警。同时检测位置开关的质量，若有问题则也输出除氧器压力站输出故障且进行报警。

课程设计总结

通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，有些问题经过这次设计，都一一得以解决，我相信这本书中还有很多我为搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。
虽然这次课程是那么短暂的1周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对这几年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。如果时间可以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。
总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师 ，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着我们对学习的热爱，同时也增加我们对知识的追求和欲望度。

致谢

首先我要感谢郭楠和梁强还有朱晓娟这三位老师，你们对工作的态度深深影响着我。从课设选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨。如今，伴随着这个课程设计的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。那种感觉就宛如在一场盛大的颁奖晚会上，我在晚会现场看着其他人一个接着一个上台领奖，自己却始终未能被念到名字，经过了很长很长的时间后，终于有位嘉宾高喊我的大名，这时我忘记了先前漫长的无聊的等待时间，欣喜万分地走向舞台，然后迫不及待地开始抒发自己的心情，发表自己的感想。这个课程设计更加使我们对热工控制系统这门课程有了更加深刻的认识。
在为期一个星期的课程设计时间中，我们所有同学都是十分的卖力不断的上网查资料，在QQ去群上和老师进行交流，过程虽然很是辛苦但是我们广大同学都在这一过程中收获了很多，老师细致耐心的讲解给我们留下了深刻的认识。让我们对这门课程有了跟好的了解，为今后打下了坚实的基础。我们所有同学都应该感谢我们这几位可爱的老师正是因为有他们的细心教育，才使得我们有了如此长远的进步。特别感谢我的老师郭楠教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

参考文献

[1] 王永初, 吴茂绩, 潘秦秀. 多台除氧器压力控制系统的改进设计分析[J]. 化工自动化及仪表, 1984,
[2] 栾强利;蒋德伟;杨津;单东日;;数控转台抱闸机构设计分析[J];机床与液压;2011年14期
[3] 纪超;王晶;于建梅;;基于SMPT-1000实验平台的锅炉控制实验设计[J];实验技术与管理;2011年07期
[4] 王志;;小热电自动控制系统问题的初探[J];黑龙江科技信息;2011年19期

附录

- 11 -