第 1 章 绘制控制工艺流程图 1. 1 工艺生产过程简介 游离水脱除器的界面高度和压力这两个参数目前基奉上是采取 PID 给定点控制方式, 在实际应用中, 由于干扰变化频繁厦多变量系统等因素, 这种控制方式效果并不理想, 必须从控制方案上加以改进。 可以采用多变量状态反馈单值预测控制算法, 算基本思想是利用模型来预洲未来的输出和相应的偏差, 求得最优控制 首先设定游离水脱除器的假设, 选取其中的变量建立数学模型, 在此基础上简化模型及参数设定, 再根据模型进行仿真并得到仿真曲线。 游离水脱除器是联合站脱水转油过程中的主要装置, 游离水脱除器的界面高度和压力是保证其正常运行的重要参数, 在原油脱水转油过程中这两个参数必须控制在工艺要求的范围内。 目前, 对此参数的控制基本上采用 PID 给定点控制,这种控制方案适合于相对比较稳定的工艺, 而游离水脱除器为干扰变化频繁、 变量之间相互关联的多变量系统, 采用 PID 控制油水界面高度和压力效果并不理想。 针对联合站游离水脱除器界面和压力控制所遇到的问题, 通过对象分析, 给出了一种多变量状态反馈预测控制方案 。 1. 2 联合站游离水脱除器控制系统工艺流程图 图 1-1 游离水脱除器控制系统工艺流程图 第 2 章 节流装置的计算机辅助设计计算 2.1 GB/T2624-93 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》。 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 C 代替流量系数 α; C 值的计算中的 β 降阶计算由原流量系数α 计算中的最高阶 β20 降至流出系数 C 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。 在 GB/T2624-93 中规定的标准节流装置有以下几种: 标准孔板: 角接取压; 法兰取压; 径距取压(D-D/2)。 标准喷嘴: ISA1932 喷嘴; 长颈喷嘴。 文丘里管: 文丘里喷嘴; 经典文丘里管。 2.2 计算实例 序号 项 目 符号 单 位 数 值 1 2 3 4 5 6 7 已知条件: 被测介质名称 被测介质温度 被测介质压力 管内径(20℃下实测值) 节流件形式 取压方式 管道材料热膨胀系数 t P D20 λD ℃ Pa m mm/mm℃ 高压瓦斯 60 3500000 0.0800 孔板 角接 0.00001116 8 9 10 11 节流件材料热膨胀系数 最大体积流量 工作状态下密度 工作状态下粘度 管道材料: 20#钢, 新轧制无缝钢管 λd Qv ρ1 μ1 mm/mm℃ m3/h Kg/m3 cp 0.00001660 300 1.4 0.016 12 表 2-1 标准节流装置设计计算 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=300×1.4/3600=0.116666666Kg/s 根据流量标尺取标准流量为 0.125 Kg/s (2) 计算差压上限: 再根据公式1214241PdCqm计算 P 其中 C=0.6,1=1,=0.5,d=20D×,mq代 0.125 Kg/s, 全部代入得 ΔP=135078.47Pa 因国产差变的系列值为 1.0, 1.6, 2.5, 4.0, 6.0×10n , 取 ΔP =160000Pa (3) 求工况下管道直径: D=D20 [1+λD(t-20) ] =0.0800×[1+0.00001338×(60-20)] =0.080042816 m (4) 求雷诺数: ReD=Dgm4 =0800. 0360000016. 0141592654. 34 . 13004 =11605.04793 (5) 求 A2 A2= 1D2RePD =4 . 1160002080042816. 004793.1160500016. 0 =0.109657395 2. 计算初值 (1) 求1  设: C0=C∞=0.6060,0  =1 并令 1X =002CA=0.180952798 又 1  =25. 021211 XX=0.421972831 (2) 求1 因被测介质为液体, 所以11 (3) 求1C 1C=0.5959+0.0312β12.1—0.1840β18+0.0029β12.5(106/ReD)0.75 故1C=0.5959+0.0312×(0.421972831)2.1—0.1840×(0.421972831)8+0.0029×(0.421972831)2.5×(106/11605.04793)0.75=0.610298229 因此 1 =1112CXA  =0.000625927 (4) 精确度判断 所以 211AE=0.005708028 3. 进行迭代计算, 设定第二个假定值 X2 X2=112CA=0.296498972 2 =25. 022221 XX=0.533166913 2  =1 2C =0.5959+0.03121 . 22—0.184082 +0.00295 . 2275. 06/10eDR =0.6041854730 因此 2 =2222CXA  =-0.0000041122 所以 0000232938. 02E 4. 进行迭代计算, 设定第三个假定值3X , 利用快速收敛弦截法公式(n=3 起用) 1212223XXXX=0.2541405981 25. 0232331XX=0.4962970445 3  =1 75. 065 . 23831 . 233/100029. 01840. 00312. 05959. 0eDRC=0.6041852546 因此 33323CXA =0.0000000001 所以 0000000005. 03E 由于 3 E =0.0000000005 精确度达到要求。 5. 此题用计算机编程求解时: 工作温度下的管道直径 D=0.080042816 雷诺数 ReD=11605.04793 不变量 A2=0.109657395 matlab 程序如下: clear all; close all; red=11605.4793;error1=1;k=1.4;p1=16000;p2=3500000;e1=1; a1=0.109657395;c1=0.6060; for k=1:1:5000 if error1>=0.0000005 x1=a1/(c1*e1); b1=(x1^2/(1+x1^2))^0.25; e1=1-(0.41+0.35*(1^4))*p1/(k*p2); c1=0.5959+0.0312*(b1^2.1)-0.184*(b1^8)+0.0029*(b1^2.5)*((1000000/red)^0.75); error1=a1-x1*c1*e1; end end d=80*b1; 运行结果 d = 33.7578 b1= 0.4220 把精确度判断定为 5×10-10, 程序参照附录 2, 计算结果列于下表 2-2。 n 1 2 3 X 0.2533795413 0.0030274617 0.2541405981 β 0.4955983337 0.0030274617 0.4962970445 C 0.6041653582 0.0030274617 0.6041852546 δ 0.0004648607 -0.0000051122 0.0000000001 δ 0.0030274617 0.0000332936 0.0000000001 表 2-2 计算结果 6. 计算结果 因此得: β =3  =0.4220 C = 3C =0.6041852546 求 得: d = Dβ =0.080042816×0.4200 = 0.0337578 (m) = 33.7578 (mm) 求 20d 20d =20)(t1d—d =33.73974249 最后得:20d =33.740(mm) 第 3 章 调节阀口径计算 3.1 调节阀的选型和口径计算 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) 调节功能 (2) 泄漏量与切断压差 (3) 防堵 (4) 耐蚀 (5) 耐压与耐温 (6) 重量与外观 2. 综合经济效果确定阀型 (1) 高可靠性。 (2) 使用寿命长。 (3) 维护方便, 备品备件有来源。 (4) 产品价格适宜, 性能价格较好。 3. 调节阀型式的优选次序 根据上述观点, 特提供调节阀的优选次序: 全功能超轻型调节阀→蝶阀→套筒阀→单座阀→双座阀→偏心旋转阀→ 球阀→角形阀→三通阀→隔膜阀。 在这些调节阀中, 我们认为应该尽量不选用隔膜阀, 其理由是隔膜是一个极不可靠的零件, 使其隔膜阀也成为了可靠性差的产品。 从调节阀的 Kv 计算到阀的口径确定, 一般需经以下步骤: (1) 计算流量的确定。 现有的生产能力、 设备负荷及介质的状况, 决定计算流量的 Qmax 和 Qmin。 (2) 阀前后压差的确定。 根据已选择的阀流量特性及系统特点选定 S(阻力系数), 再确定计算压差。 (3) 计算 Kv。 根据所调节的介质选择合适的计算公式和图表, 求得 Kvmax和 Kvmin。 (4) 选用 Kv。 根据 Kvmax,在所选择的产品标准系列中选取>Kvmax 且与其最接近的一级 C。 (5) 调节阀开度验算。 一般要求最大计算流量时的开度≯90%, 最小计算流量时的开度≮10%。 (6) 调节阀实际可调比的验算。 一般要求实际可调比≮10。 (7) 阀座直径和公称直径的确定。 验证合适后, 根据 C 确定。 3.2 计算实例 序号 项 目 符 号 单 位 数 值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 已知条件: 调节阀类型 被测介质名称 被测介质温度 最大体积流量 阀前压力 阀后压力 管道内径 工作状态下密度 工作状态下运动粘度 t Qmax P1 P2 D ρ1 ν1 ℃ m3/h mPa mPa mm kg/m3 Pa·s 单座阀 燃料油 130 1.087 1.4 1.33 50 920 0.00506 表 3-1 调节阀口径计算任务书 计算过程: (1) 计算vK 4 . 1246. 133. 1920087. 192001. 001. 021maxPPWKv (2) 选定口径 vK 值圆整、 放大 查产品目录, 取vK =1.6(20ND6 . 1) ,选单座阀(JP) 其放大系数为:28. 1246. 1m 查表 2, 知满足 m=1.28 时, 阀最大开度〉90%, 所以vK 值应再向上取一挡, 即取vK =2(20ND), 此时225. 12M m 值满足要求。 开度验算 823. 050lg2lg1lglg1RmLl 开度 82.3%可满足要求 (3) 结论 选定单座阀, 取20ND为选定口径, 因为非阻塞流工况, 故不作噪音预估及管件形状修正。 因为3QMAXQMIN,397.184 . 030R,可调比满足要求。 第 3 章 总结与体会 通过本次课程设计, 使我学到了很多的东西, 把以前学过的知识又重新学了一遍, 用 到最多的就是我们大一所学过的画图工具, 使我进一步的掌握了Word,CAD 等软件的操作, 同时也对 C 语言进行了再学习。 并且学会了怎么样做好一个课程设计, 使我的理论知识与实践相结合, 锻炼了我的实际动手操作能力。 这次的课程设计对我马上要开始的毕业设计作了一个很好的铺垫, 我学会了怎么选题, 如何查资料, 怎么样做好一个设计等等, 我相信我会做好大学里最后的一次作业。 随着不断的联系总结我深知做学问的艰辛, 使得我对本专业的认识又加深了一步, 为将来的就业增加了机会, 使得自己对于今后的工作生活充满了信心。 在这里对学校开设这门课程的做法非常的感谢。