化工常压炉课程设计.docx
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化工常压炉课程设计
第一章系统流程
1.1工艺流程
原油稳定装置缓冲－换热部分工艺流程中，原油缓冲罐101-1/2及其配套设施可构成冗余系统，接收油站来油，并进行初步的油气分离。
脱出气送深冷装置，原油经泵101-1/2输入换热罐101-1/2102-1/2与泵102-1/2输入的稳油换热后输往加热炉。
图1-1原油稳定装置缓冲－换热部分控制系统流程图
1.2控制系统
原油稳定装置缓冲－换热部分控制系统，单回路2套，液位选择报警（LAS102A/B）和气动调节阀（DG200/150）构成单回路控制系统，通过控制原油的流量来控制原油缓冲罐101-1/2的液位；压力指示控制器（PIC101）和气动调节阀构成另一套单回路控制系统，控制脱出天然气管道的压力。
串级控制系统1套。
液位变送器（LT101A/B）输出信号经液位电磁阀继动器计算器的处理，与流量记录累计控制器（FRQC101）的信号共同作为流量控制器（FC101）的输入构成串级控制系统，控制换热罐101-1/2及102-1/2的进油流量。
此外，还有压力指示，液位指示,液位指示报警，流量累计记录和液位记录控制报警各类控制及显示仪表若干。
第二章调节阀的计算
2.1调节阀的选型
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如下：
①全功能超轻型调节阀→②蝶阀→③套筒阀→④单座阀→⑤双座阀→⑥偏心旋转阀→⑦球阀→⑧角形阀→⑨三通阀→⑩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。
2.2调节阀口径计算
从调节阀的Kv计算到阀的口径确定，一般需经以下步：
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。
2.3原油缓冲罐压力阀PV-101
原油缓冲罐压力阀PV-101设计任务书
介质：
天然气
最大体积流量：
80Nm3/h
介质压缩系数：
0.99
最小体积流量：
30Nm3/h
介质工况密度：
1.5Kg/m3
阀前绝压：
0.41Mpa
管道通径：
50mm
阀后绝压：
0.40Mpa
操作温度：
45oC
介质临界压力：
4.59MPa
表2-1原油缓冲罐压力阀PV-101设计参数
选用双座V型直通阀，查得压力恢复系数为0.9。
程序见附录4.1.1原油缓冲罐压力阀PV-101的计算迭代程序所示。
C=11.160485
查表得PV-101的公称通径：
DN=25mm。
2.4液位流量控制阀FV101
液位流量控制阀FV101设计任务书
介质：
原油
最大体积流量：
183Nm3/h
密度：
820Kg/m3
最小体积流量：
120Nm3/h
操作温度：
45oC
阀前绝压：
2.14Mpa
管道通径：
200mm
阀后绝压：
2.069Mpa
表2-2液位流量控制阀FV101设计参数
选用双座V型直通阀，查得压力恢复系数为0.9。
程序见附录
C=187.54733
查表得FV101的公称通径：
DN=100mm。
第三章标准截流装置的计算
3.1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》。
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。
GB/T2624-93主要特点有：
①以流出系数Kv代替流量系数α；Kv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Kv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。
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。
3.2加热炉燃料流量FRQ102
加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的设计任务书
介质：
天然气
管径：
¢114×4
最大流量：
650Nm3/h
工作温度：
10oC
正常流量：
500Nm3/h
工作压力：
0.3Mpa
最小流量：
400Nm3/h
ρ20=1Kg/m3
标准孔板法兰取压
表3-1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置设计参数表
使用Matlab7.0编制标准截流装置的计算迭代程序，结果在workspace中以矩阵形式输出。
程序见附录4.2.1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的计算迭代程序所示。
计算结果：
1
2
3
4
5
6
7
8
x
0.64034
0.52086
0.53203
0.5321
0.5321
0.5321
0.5321
0
b
0.73434
0.67967
0.68534
0.68538
0.68538
0.68538
0.68538
0
c
0.606
0.74547
0.72779
0.72969
0.7297
0.7297
0.7297
0.7297
E
0
0
0.00015926
3.1135e-6
-3.987e-8
6.6788e-10
1.5663e-12
0
g
-0.089307
0.0092012
6.1802e-5
1.2082e-6
-1.5471e-8
2.5917e-10
6.0779e-13
0
表3-2加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置迭代数据表
d20=72.230506mm
3.3对输轻油流量FRQ106
对输轻油流量FRQ106标准截流装置的设计任务书
介质：
轻油
管径¢76×3.5
最大流量5.4m3/h
工作温度77oC
正常流量4.1m3/h
工作压力0.6Mpa
最小流量3.2m3/h
操作状况ρ=559Kg/m3
标准孔板法兰取压
操作状况黏度0.23cp
表3-3对输轻油流量FRQ106标准截流装置的设计参数表
使用Matlab7.0编制标准截流装置的计算迭代程序，结果在workspace中以矩阵形式输出。
程序见附录4.2.2对输轻油流量FRQ106标准截流装置的计算迭代程序所示。
计算结果：
1
2
3
4
5
6
7
x
0.23703
0.35623
0.34116
0.34159
0.34159
0.34159
0
b
0.48025
0.57929
0.56823
0.56855
0.56855
0.56855
0
c
1
0.66537
0.6976
0.69378
0.69389
0.69389
0.69389
E
0
0
0.0014265
5.1191e-6
-5.5454e-10
0
0
g
0.079316
-0.011481
0.00033812
1.2134e-6
-1.3144e-10
0
0
表3-4对输轻油流量FRQ106标准截流装置迭代数据表
d20=39.727068mm
第四章计算程序
4.1阀的计算迭代程序
4.1.1原油缓冲罐压力阀PV-101的计算迭代程序
clear;
clc;
P1=0.41;%阀入口绝压（MPa）
P2=0.40;%阀出口绝压（MPa）
XT=0.99;%压差比系数
K=39000;%比热比
Qg=80;%体积流量（Nm^3/h）
Fg=0.69;
p1=1.5;%工况密度（Kg/m^3）
Wg=Qg*（273+45）/273*1.5;%质量流量（Kg/m^3）
X=（P1-P2）/P1;
i=K*XT/1.4;
f=1.47-0.66*X/（K*XT）;
Kv=Wg*（1/（X*P1*p1））^0.5/（100*Fg*f）;
C=Kv/1.01
clear;
clc;
Fl=0.9;%液体压力恢复系数
P1=2.14;%阀入口绝压（MPa）
P2=2.069;%阀出口绝压（MPa）
Pv=0.5332;%阀入口温度饱和蒸汽压（绝压MPa）
Pc=4.92;%热力学临界压力（绝压MPa）
Ql=（183+120）/2*（273+45）/273;%液体体积流量（m^3/h）
pl=820;%液体密度（Kg/m^3）
Ff=0.96-0.28*（Pv/Pc）^0.5;%液体临界压力比系数
dp=P1-P2;
i=Fl^2*（P1-Ff*Pv）;
ifdpKv=0.01*Ql*（pl/dp）^0.5;
else
Kv=0.01*Ql*（pl/i）^0.5;
end
C=Kv/1.01
4.2标准截流装置的计算迭代程序
4.2.1加热炉燃料流量FRQ102标准截流装置的计算迭代程序
clear;
clc;
D=114-2*4;%工况管道内径（mm）
gm=1*500/（273/（273+20））;%正常质量流量（20'C）
gmmin=1*400/（273/（273+20））;%最小质量流量（20'C）
gmmax=1*650/（273/（273+20））;%最大质量流量（20'C）
t=10;%工况温度（'C）
u=0.0085*0.001;%工况粘度（Pa/s）
lmd=0.000012;%孔板膨胀系数
rd=0.000011;%管道膨胀系数
p=2;%工况密度（p20=1kg/m^3）
P=0.3*1000000;%工作压力（Pa）
k=1.315;%等墒指数
b=zeros（1,10）;c=zeros（1,11）;E=zeros（1,10）;x=zeros（1,10）;g=zeros（1,10）;
e=zeros（1,10）;
c（1,1）=0.6060;
e（1,1）=1;
red=0.354*gm/（D*u）;
B=（1000000/red）;
L=（25.4/D）;%0.2396
C=0.5959+0.312*（b（1,1）^2.1）-0.1840*（b（1,1）^8）+0.0029*（b（1,1）^2.5）*（B^0.75）...
+0.0090*L*（b（1,1）^4）/（1-（b（1,1）^4））-0.0337*L*（b（1,1）^3）;
depmax=（1-b（1,1）^4）*gm^2/（（0.004*C*b（1,1）^2*D^2）^2*p）;%depmax=862.2,取800
depmax=800;
dep=（gm/gmmax）^2*depmax;
a2=gm/（0.004*D^2*（dep*p）^0.5）;
fori=1:
1:
10
ifi<3
x（1,i）=a2/（c（1,i）*e（1,i））;
b（1,i）=（（x（1,i）^2/（1+x（1,i）^2））^0.25）;
e（1,i+1）=（1-（0.41+0.35*b（1,i）^4）*dep/（k*P））;
c（1,i+1）=（0.5959+0.312*（b（1,i）^2.1）-0.1840*（b（1,i）^8）+0.0029*（b（1,i）^2.5）...
*（B^0.75）+0.0090*L*（b（1,i）^4）/（1-（b（1,i）^4））-0.0337*L*（b（1,i）^3））;
g（1,i）=a2-x（1,i）*c（1,i+1）*e（1,i）;
else
x（1,i）=（x（1,i-1）-g（1,i-1）*（x（1,i-1）-x（1,i-2））/（g（1,i-1）-g（1,i-2）））;
b（1,i）=（（x（1,i）^2/（1+x（1,i）^2））^0.25）;
e（1,i+1）=（1-（0.41+0.35*b（1,i）^4）*dep/（k*P））;
c（1,i+1）=（0.5959+0.312*（b（1,i）^2.1）-0.1840*（b（1,i）^8）+0.0029*（b（1,i）^2.5）...
*（B^0.75）+0.0090*L*（b（1,i）^4）/（1-（b（1,i）^4））-0.0337*L*（b（1,i）^3））;
g（1,i）=a2-x（1,i）*c（1,i+1）*e（1,i）;
E（1,i）=（g（1,i）/a2）;
ifabs（E（1,i））<0.0000000002
break;
end
end
end
d=D*b（1,i）;
d20=d/（1+lmd*（t-20））
4.2.2对输轻油流量FRQ106标准截流装置的计算迭代程序
clear;
clc;
D=76-2*3.5;%工况管道内径（mm）
gm=（4.1*559）;%正常质量流量
gmmin=3.2*559;%最小质量流量
gmmax=5.4*559;%最大质量流量
t=77;%工况温度（'C）
u=0.23*0.001;%工况粘度（Pa/s）
lmd=0.000012;%孔板膨胀系数
p=559;%工况密度（Kg/m^3）
P=0.6*1000000;%工作压力（Pa）
e=1;%因为液体
b=zeros（1,11）;c=zeros（1,11）;E=zeros（1,10）;x=zeros（1,10）;g=zeros（1,10）;
c（1,10）=1;
red=0.354*gm/（D*u）;
b（1,1）=0.5;%red=51124,b取0.5
B=（1000000/red）;
L=（25.4/D）;%0.3681
C=0.5959+0.312*（b（1,1）^2.1）-0.1840*（b（1,1）^8）+0.0029*（b（1,1）^2.5）*（B^0.75）...
+0.0090*L*（b（1,1）^4）/（1-（b（1,1）^4））-0.0337*L*（b（1,1）^3）;
depmax=（1-b（1,1）^4）*gm^2/（（0.004*C*b（1,1）^2*D^2）^2*p）;%depmax=862.2,取800
depmax=800;
dep=（gm/gmmax）^2*depmax;
a2=gm/（0.004*D^2*（dep*p）^0.5）;
fori=1:
1:
10
ifi<3
x（1,i）=a2/（c（1,i）*e）;
b（1,i）=（（x（1,i）^2/（1+x（1,i）^2））^0.25）;
c（1,i+1）=（0.5959+0.312*（b（1,i）^2.1）-0.1840*（b（1,i）^8）+0.0029*（b（1,i）^2.5）...
*（B^0.75）+0.0090*L*（b（1,i）^4）/（1-（b（1,i）^4））-0.0337*L*（b（1,i）^3））;
g（1,i）=a2-x（1,i）*c（1,i+1）*e;
else
x（1,i）=（x（1,i-1）-g（1,i-1）*（x（1,i-1）-x（1,i-2））/（g（1,i-1）-g（1,i-2）））;
b（1,i）=（（x（1,i）^2/（1+x（1,i）^2））^0.25）;
c（1,i+1）=（0.5959+0.312*（b（1,i）^2.1）-0.1840*（b（1,i）^8）+0.0029*（b（1,i）^2.5）...
*（B^0.75）+0.0090*L*（b（1,i）^4）/（1-（b（1,i）^4））-0.0337*L*（b（1,i）^3））;
g（1,i）=a2-x（1,i）*c（1,i+1）*e;
E（1,i）=（g（1,i）/a2）;
ifabs（E（1,i））<0.0000000002
break;
end
end
end
d=D*b（1,i）;
d20=d/（1+lmd*（t-20））
结束语
在张老师的耐心指导下，为期半个月的课程设计终于完成了。
通过这次课程设计，使我进一步的熟悉了AUTOCAD的应用，并掌握了节流装置的计算方法和计算机辅助设计计算，以及调节阀分得选型及口径计算。
这次课程设计为以后毕业设计积累了宝贵的经验，为工作奠定了良好的实践基础，也使我对以前所学习的课有更深刻的理解，实现了理论与实际相结合。
参考文献
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大庆石油学院，1999.
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[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.
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化学工业出版社，2003.
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化学工业出版社，2007.
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化学工业出版社,2004.
[8]郑阿奇,徐文胜.AUTOCAD实用教程[M].北京:
电子工业出版社,2003
大庆石油学院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
葡北油气处理厂原油稳定装置缓冲－换热部分控制系统
学生姓名
池光辉
学号
0116
指导教师姓名
张天春
职称
副教授
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：
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