油水分离自动控制.doc

过程控制工程课程小设计

——油水分离器自控设计

指导教师： 施云贵老师
班 级 : 11自动化《2》
姓 名 : 徐辽
学 号 : 21106061096

小组成员任务分配
徐 辽
小组长，分配任务
徐本波
徐帆
流程图分析及控制方案的选择
吴柏银
谢凯凯
CAD带控制点的工艺流程图绘制
邢佳君

吴子健
仪器仪表选型
徐辽
谢斌
设计构思及报告整理

目 录

第一章 工艺简介 ……………………………………………2
第二章 控制原理及方案的选择 …………………………3
2.1 确定控制目标
2.2 确定测量参数
第三章 仪器仪表型号的选择……………………………… 5
第四章 调节阀的选择 …………………………………… 9
结 论 …………………………………………………… 10
附录 ……………………………………………………10
带控制点的工艺流程图 …………………………………… 11

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第1章 工艺简介

1.1工艺流程及简要说明
油水分离器是吉化炼油厂催化裂化车间的一个装置，其工艺流程如图2.8所示。
油水分离器的进料来自催化工段分馏塔（T—2003）的反应油气，进入油水分离器后，反应油气分出三种物料，即富气（气体）、粗汽油（液体）、水。而粗汽油的密度小于水，且粗汽油不溶于水，在油水分离器中分成两层，上层为汽油，下层为水。水则由油水分离器底部管线W-03放掉；粗汽油则从管线W-06出料，然后分成两部分，一部分作为冷回流，一部分作为产品去下一工段；富气则从分离器顶部管W-04被富气压缩机抽掉。

附图 油水分离器工艺流程图
1.2有关数据和已知条件
① 油水分离器液面调节通道的动态特性可以近似地看成一阶惯性环节的对象。
设其放大倍数KP=0.8,T=0.7分。
② 粗汽油：流量Qmax=60m3/h, QC=48m3/h，压力P=12kpf/cm2,T=70℃。
③ 分离水：流量Qmax=15m3/h，压力P=2kpf/cm2, T=70℃。
④ 粗汽油密度 ρ=0.8/cm3
⑤ 本装置在室内安装，要求用就地仪表盘。
⑥ 要求记录粗汽油量、反应来油气温度、油水分界面高度粗汽油液面。

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⑦ 泵后要求现场指示压力。
⑧ 要求控制粗汽油液面、油水界面、粗汽油流量不能变化太大。
⑨ 设计尺寸如下图所示。

第2章 控制原理及方案的选择

油水分离器的进料来自催化工段分馏塔（T—2003）的反应油气，进入 油水分离器后，反应油气分出三种物料，即富气（气体）、粗汽油（液体）、水。而粗汽油的密度小于水，且粗汽油不溶于水，在油水分离器中分成两层，上层为汽油，下层为水。水则由油水分离器底部管线W-03放掉；粗汽油则从管线W-06出料，然后分成两部分，一部分作为冷回流，一部分作为产品去下一工段；富气则从分离器顶部管线W04被富气压缩机抽掉。

控制目标：
为确保油水分离的质量，需维持油水分离器内油水液面的稳定，及测量粗油液位L油，水液位L水。为了安全性，油水温度
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保持在70度。
测量参数：温度，压力，液位，流量。及T油，T水，L油，L水，P油，P水，Q油，Q水。
控制方案： 单回路控制，串级控制。
控制算法：PID算法。

第三章 仪器仪表型号的选择

本系统中所选仪表具体参数如下：
序号
模块类型
型号

备注
数量
1
数显压力变送器
WTCYB-5

测量范围宽：0～5KPa～100MPa
1

2
椭圆齿轮流量变送器
HJ-LCB-25C-B

工作温度： 0～60℃（防爆型）；60～120℃
1
3
导压式液位变送器
TD-24

供电：12~36VDC（24VDC） 输出：4mA~20mA/0mA~10mA 1V~5V/0V~5V（RS485）
1
4
温度变送器
SBWZ/R

输入：热电阻Pt100、Cu50、Cu100，PT1000等；
1
5
精密数字压力计

HC-YBS-WY（Ⅲ）

分辨率: 压力:Min 1Pa

1
6
电接点双金属温度计

WSSX-412

0-+100℃

1
表4-1 模块选型表

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IO控制点具体参数如下：
表 4-2 IO点表和仪器选型表

序号
名称
位号
I/O点类型
信号类型

AI/AO
1
泵后原油压力检测
PIC101
AI
4-20mA
2
泵后原油压力调节阀
PV101
AO
4-20mA
3
泵后原油流量就地指示
PI111

4-20mA
4
泵后原油温度就地指示
TI121

4-20mA
5
饱和蒸汽流量检测
FIC112
AI
4-20mA
6
饱和蒸汽流量调节阀
FV112
AO
4-20mA
7
加热原油出口温度检测
TIC122
AI
4-20mA
8
加热原油出口温度就地显示
TI123

4-20mA

DI/DO
1
PUMP故障检测

DI
1-5V
2
PUMP启动状态检测

DI
1-5V
3
PUMP启动控制

DO
1-5V
4
PUMP停止状态检测

DI
1-5V
5
PUMP停止状态控制

DO
1-5V

各选用仪表的主要特点：
（一）数显压力变送器/本安防爆压力变送器型号：WTCYB-5
l 测量范围宽：0～5KPa～100MPa
l 精度高：优于0.1%FS
l 稳定性好：优于0.1%FS/年
l 31/2位LED显示
l 零点、满量程输出可调
l 抗电磁干扰设计，适合恶劣使用环境
l 防腐性强：316L或陶瓷膜片

（二）椭圆齿轮流量变送器（防爆） 型号：HJ-LCB-25C-B
1）精确度高，受液体粘度变化的影响较小；
2）采用无触点发信技术；
3）本质安全型防爆，防爆标志：Ex ia Ⅱ CT5
国家级仪器仪表防爆安全监督检验站防爆合格证 证号 GYB071236
4）基本误差限：士0.5%
5）工作温度： 0～60℃（防爆型）；60～120℃
6）公称压力： 1.6（铸铁）；3.2（不锈钢）；4.0（铸钢）Mpa
7）压力损失： 0.1 Mpa（被测液体粘度在5～15mPa·s范围内，最大流量时的压力损失）
8）液体粘度： 2～75mPa?s

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9）输出波形： 矩形波
10） 电 源： 5V DC（防爆型外接安全栅LB960）
（三） 导压式液位变送器 TD-24
1、 压力形式：表压/绝压/负压
2、 量程：0~1米~50米
3、 介质：高温液体 粘稠 腐蚀性污水
4、 精度：0.1级 0.2级 0.3级
5、 供电：12~36VDC（24VDC）
6、 输出：4mA~20mA/0mA~10mA 1V~5V/0V~5V（RS485）
7、 负载电阻：R=（U-12.5）/0.02-RD 其中：U为电源电压，RD为电缆内阻
8、 过载能力：200%FS
9、 响应时间：《1ms
10、 接口：投入式一体化
11、 温度：-20~300℃
12、 防爆等级：本安型ExiaIICT6
（四）温度变送器 SBWZ/R
1、输入：热电阻Pt100、Cu50、Cu100，PT1000等；
2、输出：在量程范围内输出4～20mA直流信号可与热电阻温度计的输出电阻信号成线性，可与热电阻温度计的输入温度信号成线性；可与热电偶输入的毫伏信号成线性也可与热电偶温度计的输入温度信号成线性；
3、基本误差：±0.2%、±0.5%；
4、传送方式：二线制；
5、变送器工作电源电压最低12V，最高35V，额定工作电压24V。
6、负载：极限负二载电阻按下式计算
RL（max）=50×（V-12）

即24V时负载电阻可在0～600Ω范围内选用）额定负载250Ω。
注：量程可调式变送器，改变量程时零点与满度需反复调试；电偶型变送器在调试前须预热30分钟。
7、环境温度影响≤0.05%1℃
8、正常工作环境：
a、环境温度 -25℃～ 80℃
b、相对湿度5%～95%
c、机械振动f≤55Hz振幅＜0.15mm

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（五） 精密数字压力计
1、电流:0～22mA
2、电压:0～10V
3、准确度: 0.02%F.S0.05%F.S0.1%F.S
4、分辨率: 压力:Min 1Pa
5、使用温度:（0～50℃超过使用温度范围精度有所下降）
6、精密数字压力计 电源及功耗:
内制6V镍氢（锂离子）电池，功耗＜80mAh
充电时:AC220V 50Hz 1.5VA
（六） 电接点双金属温度计
1、产品执行标准：JB/T8803-1998、GB3836-83
2、标度盘公称直径：100
3、精度等级：1.0、1.5
4、热响应时间：≤40s
5、防护等级：IP55
6、电气参数
额定功率（VA）
最高工作电压（V）
最大允许电流（A）
10
220VAC
0．7A
24VDC

（七）HR-WP6012-DI-EXA系列开关量输入/输出检测端隔离式安全栅
1、功能：
将来自危险区的有源或无源开关量信号，通过隔离安全栅传输到安全场合，输出方式有继电器或集电极输出方式，同时可进行正、反作用选择。

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第4章 调节阀
1调节阀口径的选择
调解阀的口径必须很好选择，在正常工况下，阀门开度处于１５%～８５%之间。口径选择过小，当经受较大扰动时，阀门很可能运行到全开时的饱和非线性工作状态，使系统处于暂时失控情况。口径过大，阀门经常处于小开度。这时，流体对阀芯、阀座的冲蚀严重。且在小开度时，阀芯由于受不平衡力的作用，容易产生震荡现象，这就更加重了阀芯和阀座的损坏，甚至造成控制失灵。

2确定气开与气关
气动调节阀有气开（有信号压力时阀开）和气关（有信号压力时阀关）两种。调节阀的气开气关主要根据工艺装置的安全要求决定。一般在调节阀气源中断时应切断选入装置和设备的原料、热源，停止向装置外输出产品。考虑到控制系统的安全和经济问题，控制饱和蒸汽流量和泵后原油流量的压力调节阀均选择气开形式。

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结论
通过对油水分离器的自控设计，我们巩固了所学的理论知识，对过程控制理论有了更清晰的认识，过程控制这门学科是一门比较综合的学科，设计的过程中包括方案的选择和调节阀的选择，以及算法的选用，就是必须从系统的角度去分析问题，既要有全局观，又要注重细节。同时，也让我们明白了团队合作的重要性，对于一个比较大的项目，我们每个人要学会承担自己的那份责任，再将模块通过修改连成整体。总之，通过这次学习，不仅提高分析解决问题的能力，更提高了合作的能力。

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