锅炉循环水控制系统设计——自控工程课程设计

啊呦呦 贡献于2016-05-20

作者 User  创建于2011-12-05 14:11:00   修改者Administrator  修改于2014-03-15 08:22:36字数11252

文档摘要:主要内容: 1.掌握利用Auto-CAD绘制锅炉循环水控制工艺流程图 2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算 3.掌握调节阀的选型及口径计算 基本要求: 1.在工程设计中,必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定 2.边学习标准和规定边上机设计 3.必须按阶段完成任务 4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告
关键词:

 东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 课 程 自控工程课程设计 题 目 锅炉循环水控制系统设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 自动化 级 班 学生姓名 学生学号 指导教师 年 月 日 东北石油大学课程设计任务书 课程 自控工程课程设计 题目 锅炉循环水控制系统设计 专业 自动化 姓名 学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容: 1.掌握利用Auto-CAD绘制锅炉循环水控制工艺流程图 2.掌握节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算 3.掌握调节阀的选型及口径计算 基本要求: 1.在工程设计中,必须严格贯彻执行一系列国家技术标准和规定 2.边学习标准和规定边上机设计 3.必须按阶段完成任务 4.设计完成后交出一份包括上述三个部分符合撰写规范的设计报告 主要参考资料: [1]GB/T2624-1993,流量测量节流装置[S]. [2]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. [3]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. 完成期限 指导教师 专业负责人 年 月 日 1、工艺流程图 2、标准节流装置设计计算原始数据 位号:FRQ102 工作介质:循环水 取压方式:法兰取压孔板 操作温度:150℃ 工况密度:926.012Kg/m3 工作压力:0.7MPa 工况粘度:199×10-6 Pa.S 管道内径:80mm 最大流量:30000 kg/h 管道材质:20#钢 节流件材质:1CR18NI9TI 3、调节阀计算原始数据 位号:PIRAC 工作介质:循环水 单座阀: 操作温度:140℃ 工况密度:926.012Kg/m3 阀前压力:0.7MPa 工况粘度:199×10-6 Pa.S 阀后压力:0.6MPa 最大流量:30000 kg/h 管道内径:80mm 饱和蒸汽压力P=0.016MPa 目 录 第1章 锅炉循环水控制系统工程实例 1 1.1 锅炉循环水控制系统工程背景及说明 1 1.2 CAD流程图 3 第2章 控制系统方案设计 4 2.1 工艺及装置介绍 4 2.2 锅炉控制系统控制任务 5 2.3 控制系统方案设计 5 第3章 控制系统仪表选型 9 3.1 检测元件选型 9 3.2 执行元件 10 第4章 课程设计心得 19 参考文献 20 附 录 21 自控工程课程设计 第1章 锅炉循环水控制系统工程实例 1.1 锅炉循环水控制系统工程背景及说明 人类日常生活离不开水,工业生产也同样离不开水。随着工业生产的发展,用水量越来越大,很多地区已经出现供水不足的现象,因此合理和节约用水已经成为发展工业生产中的一个重要问题。 工业用水主要包括锅炉用水、工艺用水、清洗用水和冷却用水、污水等。其中用水量最大的是冷却用水,约占工业用水量的百分之九十以上。不同的工业系统和不同用途对水质的要求是不同的;但各工业部门使用的冷却水对水质的要求基本上是一致的,这就使得冷却水质控制在近年来作为一门应用技术获得了迅速的发展。在工厂中,冷却水主要用来冷凝蒸汽,冷却产品或设备,如果冷却效果差,就会影响生产效率,使产品的收率和产品的质量下降,甚至于会造成生产事故。 水是比较理想的冷却介质。因为水的存在很普遍,和其它液体相比,水的热容或比热较大,水的汽化潜热(蒸发潜热)和熔化潜热也很高。比热是单位质量的水温度升高一度时所吸收的热量。常用的单位是卡/克·度(摄氏)或英热单位(B.T.U.)/磅·度(华氏)。用这两个单位表示水的比热度时,其数值是相同的。热容大或比热大的物质升高温度时需要吸收大量的热量,而本身温度并不明显升高,因此水具有良好的贮热性能。潜热是物态发生转变时所吸收或放出的热量。一克分子水蒸发成为一克分子蒸汽需要吸收近一万卡的热量,因此水蒸发时能吸收大量的热量,从而使水温下降,这种依靠水份蒸发带走热量的过程称为蒸发散热。 和水一样,空气也是一种常用的冷却介质。水和空气的导热性能都很差,在0℃时,水的导热系数是0.49千卡/米·小时·℃,空气的导热系数是0.021千卡/米·小时·℃,但水与空气相比,水的导热系数要比空气高24倍左右。因此,当冷却效果相同时,用水冷却比用空气冷却的设备要小得多。大型工业企业和用水量大的工厂一般都采用水冷却。常用的水冷系统可以分成三类,即直流系统、密闭系统和敞开蒸发系统,后两种冷却水都是循环使用的,故又称为循环冷却水系统。 冷却水系统用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。冷却水系统通常有两种:直流冷却水系统和循环冷却水系统。 直流冷却水系统在直流冷却水系统中,冷却水仅仅通过换热设备一次,用过后水就被排放掉,因此,它的用水量很大,而排出水的温升却很小,水中各种矿物质和离子含量基本上保持不变。 循环冷却水系统又分封闭式和敞开式两种。封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水系统又称为密闭式循环冷却水系统,如图1-1。在此系统中,冷却水用过后不是马上排放掉,而是回收再用。敞开式循环冷却水系统。敞开蒸发系统是目前应用最广、类型最多的一种冷却系统。它也是以水冷却移走工艺介质或换热设备所散发的热量,然后利用热水和空气直接接触时将一部分热水蒸发出去,而使大部分热水得到冷却后,再循环使用这样的系统也称敞开循环冷却水系统如图1-2。 自控工程课程设计 热 水 换热器 工艺热流体换热器 热空气 工艺热流体 冷空气 工艺冷流体 循环水泵 密闭冷 却水池 补充水 图1-1 密闭式循环冷却水系统 冷却水池 循环水泵 换热器 冷却塔 补充水 蒸发损失水量 风吹损失水量 工艺热流体 空气 空气 排污水量 工艺冷流体 图1-2 敞开式循环冷却水系统 1.2 CAD流程图 锅炉循环水控制系统的CAD工艺流程图如图1-3所示。 自控工程课程设计 图1-3 CAD流程图 第2章 控制系统方案设计 2.1 工艺及装置介绍 自控工程课程设计 一般的锅炉结构主要由一下几部分组成: (1) 汽锅:由上下锅筒和废水管组成。水在管内受管外烟气加热,因而在管簇内发生自然循环流动,并逐渐汽化,产生的饱和蒸汽聚集在锅筒里面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽,在上锅炉筒中还装有汽水分离设备,下锅炉作为连接沸水管之用,同时储存水和水垢。 (2) 炉膛:是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料由传送设备直接送入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入,燃尽的灰渣被炉排带到除灰口,入灰斗中。高温烟气依次经过各个受热面,将热量传递给水以后,由烟囱排到大气中。 (3) 过热器:是将锅炉所产生的饱和蒸汽继续加热为合格蒸汽的换热器件,亦称为过热蒸汽换热器。 (4) 省煤器:是利用烟气预热锅炉的给水,以降低烟气温度的换热器件。省煤器由蛇形管组成。 (5) 空气预热器:是继续利用离开省煤器后的烟气余热,加热燃料所需要的空气的换热器。通常,大、中型锅炉中均设有空气预热器。 (6) 引风设备:包括引风机、烟囱、烟道几部分,将锅炉中的烟气连续排出。 (7) 送风设备:由送风机和风道组成,供应燃料燃烧所需要的空气。 (8) 给水设备:由给水泵和给水管组成。给水泵用来克服给水管路和省煤器的流动阻力和锅炉的压力,把水送入锅筒。 (9) 水处理设备:用来清除水中杂质和降低给水硬度,防止锅炉受热面上结水垢或腐蚀锅炉,从而提高锅炉的经济性和安全性。 (10) 燃料供给设备:由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成,保证锅炉所需要燃料的供应。 (11) 除灰除尘设备:分别为收集锅炉灰渣并运往存灰场地及除去烟气中灰粒的设备,以减少对周围环境的污染。 自控工程课程设计 原煤或煤粉 鼓风机 炉排 预热器 汽包 汽水分离 过热器 过热蒸汽 省煤器 给水 引风机 烟囱 炉 膛 图2-1 锅炉工作流程示意图 由图2-1可以看出,燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧,生成的热量传递给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽。然后经过热器,形成一定温度、压力的过热蒸汽,汇集至蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产负荷设备使用。与此同时,燃烧过程中产生的烟气,除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外,还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气,最后经引风机送往烟囱,排入大气。 2.2 锅炉控制系统控制任务 燃煤蒸汽锅炉的生产任务是根据负荷设备的要求,生产具有一定参数(压力及温度)的蒸汽,为了满足负荷设备的要求,保证锅炉本身运行的安全性和经济性,工业锅炉控制主要有下列自动调节任务: 1、保持汽包水位在设定范围,汽包水位是锅炉正常运行的主要指标,关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量,也是确保安全生产的重要参数。对于汽包水位的调节,调节参数可以选用给水阀的开度。 2、维持蒸汽压力的预定值,蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标,是蒸汽锅炉的重要工艺参数。控制蒸汽压力,是安全生产的需要,也是保证燃烧经济性的需要。 3、维持锅炉燃烧的经济性,必须使空气和燃料维持适当的比例,使锅炉燃烧过程工作在最佳工况下,使锅炉热效率最高,达到节能降耗的目的。 4、维持炉膛负压的在一定范围内,炉膛负压的变化,反映了引风量与送风量的不相适应。要使蒸汽压力、炉膛负压和燃烧经济性能指标保持在允许范围内。 2.3 控制系统方案设计 为了实现上述调节任务,将锅炉设备控制划为若干控制系统。主要控制系统如下: 1、锅炉汽包水位控制系统,被控量是汽包水位,操纵变量是给水流量。它主要考虑汽包内部的物料平衡,使给水量适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在工艺允许的范围内。 2、锅炉燃烧控制系统,有三个被控量,蒸汽压力、烟气成分和炉膛负压。其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料与空气量之间保持一定的比值,以保证经济燃烧,提高锅炉的燃烧效率;使引风量与送风量相适应,以保持锅炉负压在一定的范围内。操纵变量也有三个,即燃料量、送风量、和引风量。 自控工程课程设计 3、过热蒸汽温度控制系统,过热蒸汽温度是锅炉生产工艺的重要参数,过热蒸汽温度控制的任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定温度,形成过热蒸汽。被控变量一般是过热器出口温度,操纵变量是减温器的喷水量。 (1) 锅炉汽包液位控制 汽包液位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持汽包液位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。 a、 如果液位过低,则由于汽包内水量较少,而负荷却很大,水的汽化速度又很快,因而汽包内的水量变化速度很快,如果不及时控制,就会使汽包内的水全部汽化,导致锅炉烧坏和爆炸。 b、液位过高会影响汽包的汽水分离,产生蒸汽带液的现象,会使过热器管壁结垢导致破坏,同时过热蒸汽温度急剧下降,该蒸汽作为汽轮机的动力,还会损坏汽轮机叶片,影响运行的安全和经济性。 LC(s) FC(s) Gp2(s) Gwv(s) Ghd(s) Gmd(s) Gmw(s) Gmh(s) R —— H D Ps —— W Pw Pc 在汽包液位控制中有单冲量、双冲量和三冲量控制方案,由于单冲量控制系统不能克服假水位带来的控制问题,双充量控制系统还有不能做到的静态补偿以及不能对给水系统干扰及时克服两个的弱点。因此在实际应用中汽包液位控制系统都采用三冲量控制系统。即蒸汽流量、给水流量、汽包液位三个冲量作为输入量,给水调节阀作为控制变量,来控制汽包液位。 图2-2 三冲量液位控制系统方框图 (2) 锅炉燃烧控制系统 锅炉燃烧控制系统的基本任务是保证锅炉经济、安全运行的同时使燃料燃烧所产生的热量适应水温负荷的需求。在燃烧控制系统的三个子系统中,通常通过调节燃料量维持蒸汽压力的恒定,调节送风量以保证燃烧的经济性,调节引风量维持炉膛负压的稳定。本系统由蒸汽压力控制炉排的给进速度,燃料量对锅炉系统负荷变化较大,本系统在汽包压力控制回路中引入蒸汽流量作为前馈信号。为保证燃料充分燃烧,送风量应该与燃料量作协调变化。汽包压力调节器的输出信号作为前馈信号被引至送风副调节器。送风调节采用串级控制方式,其主调节信号为送风压力,副调节器信号时燃料量,调节器的输出通过控制变频器达到调节电机转速的目的。锅炉引风控制的控制目标是保证炉膛压力稳定,为了使引风机能快速跟随送风量的变化,将送风调节器的输出信号引入引风调节器,作为前馈信号。 自控工程课程设计 液位变送器 差压变送器 差压变送器 压力变送器 汽包液位 蒸汽流量 送风压力 炉膛负压 调节器 变频器 炉排电机 主调节器 变频器 副调节器 送风机 引风机 变频器 调节器 图2-3 锅炉燃烧控制系统框图 (3) 过热蒸汽温度控制系统 蒸汽温度是重要的工艺参数。锅炉过热蒸汽系统的控制任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围内,并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。锅炉蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器等。 自控工程课程设计 I — — Tsp Gm2(s) Gm1(s) Gc1(s) Gc2(s) Gv(s) Gp2(s) Gp1(s) 图2-4 过热蒸汽温度串级控制系统框图 第3章 控制系统仪表选型 3.1 检测元件选型 1、液位传感器选型 由于该设计的目的是控制水位稳定,而整个控制系统的基础是对水位的准确测量,因此水位能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择水位传感器在水位控制系统的设计中有关键作用。知道汽包水位应该控制在300±30 mm,根据过程控制仪表量程选择原则:仪表量程应该为被测量参数的4/3~3/2倍。因此所选传感器的最大量程为:400~450 mm。而且汽包水位应该控制在300±30 mm,因此所选水位传感器的精度应该高于10/450=6.7% FS。CR-6031型智能锅炉汽包液位计,采用独特结构,耐高温、高压,其中变送器利用液位变化与其对测量探极产生的电容变化之间的关系,通过专用模式系统软件将检测的电容变化经各种补偿计算后输出与物位成正比的4-20maDC 标准信号。选择测量围为:100~500 mm,测量精度在1% FS的型号可以满足控制要求。该型号的传感器主要技术参数如下: 量程:100~500 mm(水位高/深度) 综合精度:1.0% FS 输出信号:4~20 ma(二线制)、0~5V、1~5V、0~10V(三线制) 供电电压:24DCV(9~36DCV) 负载电阻:电流输出型:最大800Ω;电压输出型:大于50KΩ 绝缘电阻:大于2000MΩ(100VDC) 密封等级:IP68 长期稳定性能:0.1% FS/年 振动影响:在机械振动频率20Hz~1000Hz内,输出变化小于0.1% FS 自控工程课程设计 电气接口(信号接口):紧线防水螺母与五芯通汽电缆连接 机械连接(螺纹接口):投入式 使用时可以采用24V直流电源为水位传感器供电保证其正常工作,将1~5V电压信号作为反馈量引入PLC模拟量输入端口进行控制运算。 2、流量传感器的选型 根据控制方案可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量,这两个信号可以有效地改善控制质量,因此合理的选择流量传感器能够有效的改善整个系统的控制质量。知道所要控制的是35t/h锅炉的汽包水位,即该锅炉正常工作时每小时蒸发35t蒸汽也就是有35t水被蒸发成为蒸汽,水位稳定时定时供水量为:35/h。LUGB-99型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计,它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点,广泛应用于封闭工业管道中液体、汽体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。该流量计的技术参数如下: (1)测量介质:蒸汽、汽体、液体 (2)传感器的感应元件不直接与被测介质接触,性能稳定、可靠性高 (3)传感器内无可动部件,结构简单而牢固,压损小维扩量小、使用寿命长。 (4)范围度宽达10:1~15:1 (5)测量范围:正常工作范围,雷诺数为20,000~7,000,000;输出信号不受液体温度、压力、粘度及组份影响。测量可能范围,雷诺数8,000~7,000000 (6)精度等级:液体,指示值的±1.0%;蒸汽,指示值的±1.5% 输出信号:a、电压脉冲 低电平:0-1V;高电平:大于4V;占空比为50% b、电流:4~20ma(三线制) (7) 电源电压:24DCV (8) 壳体材料:碳钢;不锈钢(1Cr18Ni9Ti) (9) 规格:(管道内径)20、25、32、40、50、65、80、125、150、200、250、300(大于DN300 口径为插入式) 根据过程控制仪表量程选择原则仪表量程应该为被测量参数的4/3~3/2倍,流量计应当能够检测的最大流量为:46.5~52/h,因此汽包送水管道直径选用50 mm并用LUGB-99型涡街流量计检测流量可以检测的流量范围是3~50/h,可以满足设计要求进行检测汽包给水流量信号。 由于LUGB-99型涡街流量计既可用于液体流量检测也可用于蒸汽流量检测,因此还可以选择该流量计作为汽包负荷蒸汽流量的检测传感器。正常工作时汽包蒸汽压力大约是0.5MP,由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大约是2700 Kg/ m3,根据过程控制选择仪表量程原则仪表量程应该为被测量参数的4/3~3/2倍,流量计应当能够检测的最大流量为:17.2~19.2 自控工程课程设计 /h因此汽包蒸汽管道直径选用20 mm,并用LUGB-99型涡街流量计检测流量可以检测的流量范围是8~80/h,可以满足设计要求进行检测蒸汽流量信号。 3.2 执行元件 一、 GB/T2624-1993概述 在石油化工生产中,流量计的应用非常广泛,而流量计中差压式流量计又占大部分。因而节流装置的选型及其设计是自控工程设计的重要组成部分。 1993年2月3日由国家技术监督局批准GB/T2624-1993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。 GB/T2624-1993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》。其主要特点有: 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α0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。 5、管道粗糙度不再参加计算,而是在计算结果出来后验证。 所谓“标准节流装置”就是他们的结构、尺寸和技术条件都有统一标准,有关计算步骤和方法都经过系统试验而有统一规定。按统一标准规定进行设计制造的节流装置,不必经过个别标定就可以使用。 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。 二、 标准节流装置设计的原则和依据 1、设计原则 (1)测量的精度应尽可能高; (2)流出系数C稳定; (3)节流件前后所需直管段长度,就尽可能短; (4)流体流经节流件的压力损失尽可能小。 上述四点要求之间是存在矛盾的,而标准节流装置的设计计算,则主要是根据具体情况统一考虑,妥善解决这些矛盾,找出合理的方案。 2、标准节流装置设计计算的依据 主要依据是工艺生产所提供的流量测量条件、要求和有关数据,具体的原始数据有: 自控工程课程设计 (1)被测流体的名称、状态、组分; (2)被测流体的流量:最大流量qmax; (3)被测流体的工作状态:工作压力P1、工作温度t1、及其变化范围; (4)被测流体的物理参数:这一部分较难确定; (5)允许的压力损失; (6)管道材质在20℃时管道内径D20、管道内表面情况; (7)节流装置安装地点的平均大气压; (8)管道敷设情况和局部阻力形式; (9)其它方面的要求。 三、 标准节流装置计算程序设计流程 标准节流装置设计计算需编制计算机程序实现,程序见附录。程序设计流程框图如图3-1所示。 <=510-10 d=D d20= Xn=Xn+1-e-1[Xn+1-Xn-2]/[n+1-n-2](当n=3时) D20 ,P, qm P, t , ,,,d, D D=D20[1+D(t-20)] ReD= 令 设:Xn=Az/(eC) (当n=1,2时) 1=[Xn2/(1+ Xn2)]0.25 C用公式18 用公式19 n=A2-XnC 自控工程课程设计 图3-1 节流装置程序设计流程图 四、 标准节流装置设计 表3-1标准节流装置设计计算任务书 序 号 项 目 符 号 单 位 数 值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 位号 工作介质名称 操作温度 工作压力 管内径(20℃下实测) 节流件形式 取压方式 管道材料热膨胀系数 节流件材料热膨胀系数 最大质量流量 工作状态下密度 工况粘度 管道材质 节流件材质 t P D20 λ D λ d Q m ρ1 μ1 20#钢 1CR18NI9TI ℃ Pa mm mm/mm.℃ mm/mm.℃ Kg/h Kg/m3 Pa.S FRQ102 循环水 150 700000 80 孔板 法兰取压 0.00001116 0.0000166 30000 926.012 199×10-6 1、辅助计算 (1)求工况下的管道直径 ——管道内径 ——管道材料热膨胀系数 自控工程课程设计 ——被测介质温度 (2)计算差压上限 再根据公式计算 其中C=0.6,=1,=0.5,d=×,代8.3000Kg/s,全部代入得 =58121.29 因国产差变的系列值为1.0,1.6,2.5,4.0,6.0×10n ,取=100000.00 (3)求雷诺数 ——最大质量流量 µ——工作状态下粘度 (4)求 ΔP=0.1MPa 2、初值计算 (1)求 设: 自控工程课程设计 (2)求 (3)求 (4)精确度判断 所以 =0.17888 3、进行迭代计算,设定第二个假定值X2 X2= =0.2541489676 自控工程课程设计 = =0.4963047208 =1 =0.5959+0.0312—0.1840 +0.0029 =0.6041854730 因此 =— = - 0.0000051122 所以 4、进行迭代计算,设定第三个假定值,利用快速收敛弦截法公式(n=3起用) =0.2541405981 =0.4962970445 =1 =0.6041852546 因此 =0.0000000002 所以 由于 =0.0000000005精确度达到要求。 5、计算机编程计算结果 , 求 自控工程课程设计 计算程序见附录。 五、 调节阀的选型及计算 1、调节阀的选型 调节阀的阀体类型:选择阀体的选择是调节阀选择中最重要的环节。调节阀阀体种类很多,常用的有直通单座、直通双座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋转、蝶形、套筒式、球形等10种。在选择阀门之前,要对控制过程的介质、工艺条件和参数进行细心的分析,收集足够的数据,了解系统对调节阀的要求,根据所收集的数据来确定所要使用的阀门类型。在具体选择时,可从以下几方面考虑: (1)阀芯形状结构主要根据所选择的流量特性和不平衡力等因素考虑。 (2)耐磨损性当流体介质是含有高浓度磨损性颗粒的悬浮液时,阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重摩擦。因此阀门的流路要光滑,阀的内部材料要坚硬。 (3)耐腐蚀由于介质具有腐蚀性,在能满足调节功能的情况下,尽量选择结构简单阀门。 (4)介质的温度、压力当介质的温度、压力高且变化大时,应选用阀芯和阀座的材料受温度、压力变化小的阀门。 (5)防止闪蒸和空化闪蒸和空化只产生在液体介质。在实际生产过程中,闪蒸和空化不仅影响流量系数的计算,还会形成振动和噪声,使阀门的使用寿命变短,因此在选择阀门时应防止阀门产生闪蒸和空化。 对于双作用的气动、液动、电动执行机构,一般都没有复位弹簧。作用力的大小与它的运行方向无关,因此,选择执行机构的关键在于弄清最大的输出力和电机的转动力矩。对于单作用的气动执行机构,输出力与阀门的开度有关,调节阀上的出现的力也将影响运动特性,因此要求在整个调节阀的开度范围建立力平衡。 执行机构类型的确定:对执行机构输出力确定后,根据工艺使用环境要求,选择相应的执行机构。对于现场有防爆要求时,应选用气动执行机构,且接线盒为防爆型,不能选择电动执行机构。如果没有防爆要求,则气动、电动执行机构都可选用,但从节能方面考虑,应尽量选用电动执行机构。对于液动执行机构,其使用不如气动、电动执行机构广泛,但具有调节精度高、动作速度快和平稳的特点,因此,在某些情况下,为了达到较好调节效果,必须选用液动执行机构,如发电厂透明机的速度调节、炼油厂的催化装置反应器的温度调节控制等。 2、 调节阀的口径计算 表3-2调节阀口径计算任务书 自控工程课程设计 序 号 项 目 符 号 单 位 数 值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 工作介质名称 操作温度 阀前压力 阀后压力 管内径(20℃下实测) 单座阀 饱和蒸汽压力 最大质量流量 工作状态下密度 工况粘度 T P P D20 P Qv ρ1 μ1 ℃ MPa MPa m MPa Kg/h Kg/m3 Pa.S 循环水 140 0.7 0.6 0.08 0.016 30000 926.012 199×10-6 (1)计算Kv (2)选定口径 a、Kv值圆整、放大 查产品目录,取Kv=16(),选双座阀(Vn) 其放大系数为: 查表12-9知满足m=1.18时,阀最大开度〉90% ,所以Kv值应再向上取一挡,即取Kv=25(),此时 b、开度验算 ,即开度82%可满足要求 (3)结论 选定双座阀,取为选定口径,因为非阻塞流工况,故不作噪音预估及管件形状修正。因为,,可调比满足要求。 第4章 课程设计心得 自控工程课程设计 通过这次课程设计,让我很好的锻炼了理论联系实际,我对自控等专业课有量更深入的了解,为了做好这次设计,必须在掌握理论知识的同时,加强上机实践。提高了自己组织数据及编写大型程序的能力。培养了基本的、良好的程序设计技能以及合作能力。这次课程设计同样提高了我的综合运用所学知识的能力。程序的编写需要有耐心,有些事情看起来很复杂,但问题需要一点一点去解决,分析问题,把问题一个一个划分,划分成小块以后就逐个去解决。再总体解决大的问题。这样做起来不仅有条理也使问题得到了轻松的解决。 在运用自控原理进行计算的时间浪费了很多时间。用AutoCAD画图时也重复了很多次。这次的课程设计使我对于专业课的学习有了更加深刻的认识,以为现在学的知识用不上就加以怠慢,等到想用的时候却发现自己的学习原来是那么的不扎实。以后努力学好每门专业课,为以后的工作积累了经验,增强了信心。 不积跬步何以至千里,课程设计是大学学习阶段非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次课程设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合,锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力,提高了查阅文献资料、设计手册的能力,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,使得能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。 参考文献 [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. 自控工程课程设计 附 录 程序: #include "math.h" main() { Double D20=0.08,zp=100000,qm=8.333,t=150, s=926,u=0.000199, h=0.00001166,k=0.0000166; double X[10],B[10],C[10],g[10],E[10],D,Red,A2,e,d20,d,L1; int i=0,n=0; C[0]=0.6060; e=0.0000000005; D=D20*(1.0+h*(t-20.0)); L1=25.4/D; Red=4.0*qm/(3.141592654*D*u); A2=u*Red/(D*sqrt(2.0*zp*s)); printf("****************\nD=%f\nRed=%f\nA2=%f\n",D,Red,A2); do { i++; if ( i<3 ) X[i]=A2/C[i-1]; else X[i]=X[i-1]-g[i-1]*(X[i-1]-X[i-2])/(g[i-1]-g[i-2]); B[i]=pow(X[i]*X[i]/(1.0+X[i]*X[i]),0.25); C[i]=0.5959+0.0312*pow(B[i],2.1)-0.1840*pow(B[i],8)+0.0029* pow(B[i],2.5)*pow(1000000/Red,0.75); g[i]=A2-X[i]*C[i]; E[i]=fabs(g[i]/A2); 自控工程课程设计 } while( E[i]>e ); n=i; d=D*B[n]; d20=d/(1.0+k*( t-20.0)); for( i=1;i<=n;i++ ) printf( "n=%d\nX=%-12.10f,B=%-12.10f,C=%-12.10f,g=%-12.10f, E=%-12.10f\n",i,X[i],B[i],C[i],g[i],E[i] ); printf( "d20=%12f\n",d20 ); } 程序运行结果为: 东北石油大学课程设计成绩评价表 课程名称 自控工程课程设计 题目名称 锅炉循环水控制系统设计 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 序号 评价项目 指 标 满分 评分 1 工作量、工作态度和出勤率 按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。 20 2 课程设计质量 课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。 45 3 创新 工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。 5 4 答辩 能正确回答指导教师所提出的问题。 30 总分 评语: 指导教师: 年 月 日

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