炼油控制工艺流程.doc

自控工程设计课程设计
目录

第1章 炼油控制工艺流程图简介 1
1.1工艺生产过程概要 1
1.2 减压塔的主要工艺参数及干扰因素 2
1.3减压塔顶部的控制方案 3
1.4 减压塔顶控制工艺流程图 5
第2章 标准节流装置的设计计算及辅助计算 6
2.1 简介 6
2.2计算数据 7
第3章 调节阀口径计算 13
3.1调节阀的选型 13
3.2调节阀口径计算 13
3.3 计算实例 14
参考资料 17

第1章 炼油控制工艺流程图简介
1.1工艺生产过程概要

减压塔是原油蒸馏装置中的一个重要的设备，从常压塔塔底出来的重油经减压炉加热到395 ℃左右，在减压状态下进行分馏，从而得到不同馏份的产品。减压塔根据生产任务的不同可分为润滑油型和燃料型二种，无论是哪一种类型的减压塔，在工艺上侧线产品的质量都是通过侧线温度的控制来实现的。
十多年来产生了许多自校正器，都成功地用于实际过程，但对变时延、变阶次和变参数过程，控制效果不好。因此研制具有鲁棒性的自校正器成为人们关注的问题。Richalet等提出了大范围预测概念，在此基础上，Clarke等提出了广义预测自校正器，该算法以CARIMA模型为基础，采用了长时段的性能指标，结合辨识和自校正机制，具有较强的鲁棒性和模型要求低等特点，并有广泛的适用范围。这个算法可克服广义最小方差（需要试凑控制量的加权系数）、极点配置（对阶的不确定性十分敏感）等自适应算法中存在的缺点。GPC法可看成是迄今所知的自校正控制方法中最为接近具有鲁棒性的一种。现有的常规控制方案通常是采用减压塔一中段回流控制24层气相温度。减二、三、四侧线抽出量控制相应的抽出层温度。由于减压塔塔顶和各个侧线之间存在关联，因此常规的控制方案在出现干扰时，往往由于调节某一侧线要影响另一侧线，从而很难达到较好的控制品质。本文针对减压塔各侧线之间的单向关联特点，设计了一个侧线温度多变量解耦预测控制系统，可克服各侧线之间的耦合作用，从而改善侧线温度的控制性能。
减压塔的抽真空设备常用的是蒸汽喷射器或机械真空泵。蒸汽喷射器的结构简单，使用可靠而无需动力机械，水蒸汽来源充足、安全，因此，得到广泛应用。而机械真空泵只在一些干式减压蒸馏塔和小炼油厂的减压 塔中采用。与一般的精馏塔和原油常压精馏塔相比，减压精馏塔有如下几个特点： 
(1) 根据生产任务不同，减压精馏塔分燃料型与润滑油型两种。润滑油型减压塔以生产润滑油料为主，这些 馏分经过进一步加工，制取各种润滑油。燃料型减压塔主要生产二次加工的原料，如催化裂化或加氢裂化原料 。 
(2) 减压精馏塔的塔板数少，压降小，真空度高，塔径大。为了尽量提高拔出深度而又避免分解，要求减压塔在经济合理的条件下尽可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔顶配备强有力的抽真空设备，同时要减小塔板的压力降。减压塔内应采用压降较小的塔板，常用的有舌型塔板、网孔塔板等。
 (3) 缩短渣油在减压塔内的停留时间塔底减压渣油是最重的物料，如果在高温下停留时间过长，则其分解 、缩合等反应会进行得比较显著，导致不凝气增加，使塔的真空度下降，塔底部分结焦，影响塔的正常操作。 因此，减压塔底部的直径常常缩小以缩短渣油在塔内的停留时间。

1.2 减压塔的主要工艺参数及干扰因素

1.塔顶温度
为了保证减压塔顶温度一定，避免油气损失，在塔顶出管线上装有温度调节器，以调节塔顶回流油量。了提高轻油收率，塔顶轻质油出装置管线装有流量调节器。减一线也设有温度调节器，以控制回流油量。减一线出装置管线上，也装有流量调回流量减少，会使塔顶温度升高，使塔顶产品中重组分含量增加，所以在正常操作时，一般总希望它保持恒定。
2.塔侧线温度
塔侧线温度决定着侧线产品的组成。一般在塔中段循环回流量一定和塔顶温度恒定条件下，它就能维持在一定范围内变化。要进一步控制侧线温度，必须调节侧线返回量，也就是改变内回流量。若侧线馏出量增大，则相应的内回流量就减小，该侧线温度就要升高，侧线油品就变重。若侧线馏出量减小，则作用相反。
3.塔顶压力
减压精馏塔压力控制通过一定控制手段使精馏塔塔压保持某一低于大气压的压力范围(或称具有一定真空度)。减压精馏塔的真空度通常由蒸汽喷射泵或电动真空泵来维持。使用蒸汽喷射泵时，在泵入口管线上吸入一部分空气或惰性气体来控制真空度；使用电动真空泵时，通常把调节阀安装在真空泵的旁路上；被调量均为塔内真空度。
4.进料温度
塔底液位高度决定了塔底油在塔底部的停留时间。停留时间长可使塔底油与过热蒸汽有充分混合的机会，把其中的轻馏分吹上去。因此，塔底油液位要有一定的高度。但液位过高，就会使重质馏分也被过热蒸汽夹带上去，因而影响了塔的侧线产品，这对靠近塔底的侧线产品质量影响最为严重；液位过低，会使停留时间太短，轻质馏分被塔底油带走。塔底液位通常通过对塔底采出量的调节加以控制。
除上述主要工艺参数对减压塔的操作有明显的影响外，塔的进料流量、和进料组分也是比较重要的干扰因素。
1.3减压塔顶部的控制方案
主要的控制回路
（1）减压塔塔顶温度与塔顶回流流量组成串级调节回路；
（2）减压塔上部液位控制；
（3）水封罐内液位控制；
（4）塔顶回流手动控制。
下面分别做一一介绍：
（1）塔顶温度回流控制
本设计中用的是出口温度与回流流量的串级控制系统，系统的方框图如下：

图1-1塔顶温度回流控制系统方框图

该串级控制系统的主被控变量是塔顶出口气体的温度，副被控变量是回流管内液体流量，使用串级控制的目的是控制住控变量温度稳定。这如前面所述，温度对产品以及产品的纯度有很大的影响，以便于分流部分能够正常进行。在串级控制系统中干扰可能作用于主回路、副回路也可能同时作用与主副回路。
（2）减压塔上部液位控制
本设计中用的是单回路控制系统，系统的方框图如下：

图1-2 减压塔上部液位控制系统方框图

（3）水封罐液位控制
本设计中用的是单回路控制系统，系统的方框图如下：

图1-3 水封罐液位控制系统方框图

1.4 减压塔顶控制工艺流程图

第2章 标准节流装置的设计计算及辅助计算
2.1 简介
由于节流装置具有应用历史悠久、稳定性好、结构简单、安装方便等优点，被广泛应用于发电、石油、化工、纺织、钢铁等工业部门。同时由于使用和安装条件不同，节流装置的分类较细；①按取压方式分类:分为角接取压法、法兰取压法、径距取压法(见图2)、特殊取压法等。②按测量流体分类：a，用于一般测量分，角接取压标准孔板(包括八槽孔板主要主要用于发电厂,高压透镜垫孔板主要用于化工厂)、法兰取压标准孔板、径距取压标准孔板、角接取压标准喷嘴(包括八槽喷嘴主要主要用于发电厂,高压透镜垫喷嘴主要用于化工厂)、径距取压长颈喷嘴等；b，用于水平管线测量脏污介质，角接取压圆缺孔板及偏心孔板(均为非标准节流装置)；c，用于低雷诺数流量，1/4圆喷嘴、双重孔板、锥形入口孔板(均为非标准节流装置)；d，用于要求压力损失较低的场合，标准文丘利管、标准文丘利喷嘴；e，用于较小管径(管道内径5㎜≤D≤49㎜)，角接取压小孔板、小喷嘴，法兰取压小孔板((均为非标准节流装置)；另外有耐磨孔板、端头节流装置(孔板、喷嘴等)、双重文丘利管、限流孔板、V型锥、弯管、矩形文丘利管、环型孔板，楔形孔板，音速喷嘴等非标准节流装置。另外我厂还生产双室平衡器、单室平衡器、沉降器、隔离器、集气器等节流装置附件。
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。
整体安装，对于不宜整体安装的，应保证两法兰的平行度、同轴度及与管线的垂直度。b、新装管路系统，必须在管路冲冼或扫线后再进行节流件的安装。c、注意节流件的安装方向“→”号应于流束的流动方向一致。d、节流装置安装在垂直管线上时，取压口的位置可在取压装置的平面上任意选择。

2.2计算数据

表2-1 标准节流装置设计计算任务书
序号
项 目
符号
单位
数值

已知条件：

1
被测介质名称

减一线油
2
被测介质温度
t

55 ℃
3
被测介质压力
P

9.3 MPa
4
管内径
D

100mm
5
节流件形式

孔板
6
取压方式

角接
7
工况密度
ρ1

810 kg/m3
8
工况粘度
μ1

2.132
9
最大流量

20.2

节流件材料选，其热膨胀系数为0.0000166；管道材料为20#钢，其热膨胀系数为0.00001116。
1.辅助计算
(1)计算流量标尺
因被测介质为液体，应求出质量流量。
所以qm= qv ×ρ1 =810×20.2=16362Kg/h

(2)计算差压上限
由
其中C=0.6，=0.5，=1，
得5313.0208Pa
因国产差变的系列值为1.0，1.6，2.5，4.0，6.0,取=6000.00 Pa。

(3)求工况下管道直径

=0.1×[1+0.00001116×(55-20)]
=0.100039
管道内径（下实测值）
管道材料热膨胀系数
被测介质温度

(4)求雷诺数

=
27132.35333
最大质量流量
工作状态下粘度

(5)求

=
0.185469367

2.初值计算
(1)求
设：=0.6，=1
令 =0.309115611
又=0.543440717
求

=0.9822356335

(2)求

=0.6100240298

0.0004648607

(3)精确度判据

=
没有达到精度要求，继续求解。

3．进行迭代计算，设定第2个假定值
=
(1)求

(2)求

(3)精确度判据

没有达到精度要求，继续求解。

4．进行迭代计算，设定第三个假定值，利用快速收敛玄截法公式

(1)求

(2)求

0.000014072369402

(3)精确度判据

没有达到精度要求，继续求解。

5．同上法，继续迭代计算：
得

精确度达到要求。
计算结果
因此得

得：
确定最小直管段长度

第3章 调节阀口径计算
3.1调节阀的选型

调节阀的选择一般应遵循的原则有如下几点。
一.调节阀的结构型式：应能满足介质温度、压力、流动性、流向、调节范围以及严密性的要求。
二.调节阀的流量特性：应能满足系统特性进行合理的补偿。调节阀的流量特性是指介质流过阀的相对流量与阀杆相对位移间的关系，数学表达式如下：Q/Qmax=f（l/L），式中Q/Qmax为相对流量，为调节阀在某一开度时流量Q与全开流量Qmax之比；l/L为相对位移，调节阀在某一开度时阀芯位移l与全开位移L之比。
选择的总体原则是调节阀的流量特性应与调节对象特性及调节器特性相反，这样可使调节系统的综合特性接近于线性。选择流量特性通常在工艺系统要求下进行，但是还要考虑下述实际情况。
1、直线性流量特性适用范围： ① 差压变化小，几乎恒定；② 工艺流程的主要参数的变化呈线性；③ 系统压力损失大部分分配在调节阀上（改变开度，阀上差压变化相对较小）；④ 外部干扰小，给定值变化小，可调范围要求小。
2、等百分比特性适用范围：① 实际可调范围大；② 开度变化，阀上差压变化相对较大；③ 管道系统压力损失大；④ 工艺系统负荷大幅度波动；⑤ 调节阀经常在小开度下运行。
3、除了以上两种常用的流量特性之外，还有抛物线特性和快开特性等其他流量特性的调节阀。
三.调节阀的口径：应能满足工艺上对流量的要求。
根据已知的流体条件，计算出必要的Kv值，选取合适的调节阀口径。

3.2调节阀口径计算
一、确定使用条件
1、介质名称，性质及主要物化参数
2、工艺参数（流量、阀前、后压力、温度等）
3、配管情况(型式、阀前、后直径、系统阻力计算、预估压降比S值等)
4、自控对象类型、特点，如主调参数及主要干扰因素等
5、调节性能要求，如对泄漏量、稳定性等要求。
二、初选阀型
1、根据使用条件初选阀型，并决定流向及流量特性
2、按初选的阀型找到该产品系列参数，如DN、PN、Kv等
三、Kv值计算公式
Kv是国际单位的流量系数。它定义为：温度为5℃至40℃的水，在压降105Pa下，流过调节阀的每小时立方米。在目前常采用的几种符号中，Cv=1.167C,Kv≈C,除此以外，还有用Cg表示气体，Cs表示蒸汽的流量系数。
Kv值的计算公式有很多种，下面介绍的是一种计算简单，涉及的物化参数较少的计算公式。

3.3 计算实例
表3-1 调节阀口径计算任务书
序号
项 目
符 号
单 位
数 值

1
2
3
4
5
6
7
8
9
已知条件：
被测介质名称
被测介质温度
最大流量
阀前压力
阀后压力
最小流量
管道内径
工作状态下密度
工作状态下运动粘度

t
Qmax
P1
P2
Qmin
D
ρ1
ν1

℃
m3/h
mPa
mPa
mm
mm
kg/m3
cp

减顶油
58
0.93
6.1
4
0.57
50
820
2.132
1.根据已知条件可选单座阀(JP) ,选直径流量特性. R=50
2.按照非阻塞流计算其流量系数：

18.3772374
液体体积流量
被测介质工况密度
阀前压力
阀后压力
3.根据需要对Kv值进行低雷诺数修正
计算调节阀雷诺数Reu
Reu

9.9945773
液体体积流量
运动粘度
液体压力恢复系数
属于低雷诺数，需要修正，修正以后的流量系数

雷诺数系数
因为选的是单座阀，所以无需进行管件形状修订
4.选定口径
Kv值圆整放大
查产品目录，取Kv27.5()
其放大系数为：m1.3
查相关资料，知满足时，确定阀开度：
由m得

调节阀的可调比，R50
即开度，可满足要求。
5.结论
选定单座阀(JP)，取DN40为选定口径，非阻塞流工况，不作噪声预估。

参考资料

[1]HG/T20636～20639-1998，化工装置自控工程设计规定(上下卷)[S] .
[2]GB/T2624-1993，流量测量节流装置 [S] .
[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.

17