熔盐炉温度控制系统的设计

学号：课程设计题目熔盐炉温度控制系统的设计学院自动化学院专业自动化专业班级姓名指导教师邓燕妮2015年1月10日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：邓燕妮工作单位：自动化学院题目:熔盐炉温控制系统的设计初始条件粒碱生产的工艺流程图如下成品液碱(质量分数为50%)通过两段降膜蒸发浓缩为质量分数为99%的熔融碱,再进一步通过负压闪蒸达到99.5%以上,送造粒塔造粒,形成直径小于1mm的颗粒碱,进行冷却、入仓库保管。产品质量的关键是熔盐炉温度控制。炉温是通过重油燃烧控制的。设计控制系统使炉温维持在680±2℃。要求完成的主要任务：1、了解粒碱生产工艺2、绘制熔盐炉温度控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书时间安排1月2日选题、理解课题任务、要求1月3日方案设计1月4-9日参数计算撰写说明书1月10日答辩指导教师签名：2014年12月30日系主任（或责任教师）签名：2015年1月20日目录摘要........................................................................................................................11粒碱生产工艺介绍............................................................................................22控制系统............................................................................................................22.1简单控制系统.........................................................................................22.2比值控制系统.........................................................................................23熔盐炉温度控制系统设计................................................................................33.1熔盐炉温度控制系统工作原理.............................................................33.2各环节的正反作用选择.........................................................................53.3控制器.....................................................................................................53.4传感器及变送器.....................................................................................63.4.1温度传感器..................................................................................63.4.2孔板流量计.................................................................................73.4.3温度变送器..................................................................................73.4.4差压变送器.................................................................................83.5执行器.....................................................................................................93.5.1电/气转换器.................................................................................93.5.2气动调节阀..................................................................................93.6调节规律选择.......................................................................................103.7调节器参数整定...................................................................................104调节过程分析..................................................................................................11心得体会..............................................................................................................12参考文献..............................................................................................................13武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书1摘要由于熔融盐类热载体不爆炸、不燃烧、耐热稳定性好，其泄漏蒸汽无毒，传热系数是其他有机载体的2倍等优势，所以在需要低压高温的工业生产中经常被用到。而熔融盐的温度需要很好地控制才能保证生产流程的顺利进行，所以熔盐炉温控制系统是粒碱生产工艺中至关重要的一环。本文综合了简单控制和开环比值控制，构建了一个温度控制系统。简单控制主要是通过调节重油的流量用来控制加热炉出口的熔盐温度，而增加比值控制是为了让燃料重油充分燃烧，既节省原料又减少烟尘对大气的污染。关键字：熔盐炉、温度控制、比值控制、简单控制系统武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书21粒碱生产工艺介绍粒碱生产装置是把原有的离子膜法生产的成品液碱（质量分数为50%）通过常用的两段降膜蒸发浓缩为质量分数为99%的熔融碱，再进一步通过负压闪蒸打到99.5%以上，送造粒塔造粒，形成直径小于1mm的颗粒碱，进行冷却、自动包装、码垛、打包、入仓库保管。此装置突出的特点是用熔融盐作为热载体，对液碱进行蒸发浓缩。热载体温度要控制在680℃，传统热源不能提供如此高的温度，而在360℃以下，熔盐又会凝固，堵塞管路；温度过高，熔盐汽化，体积膨胀，管路破裂，造成重大危害。因此，对熔融盐的控制系统要求十分严格。2控制系统2.1简单控制系统所谓简单控制系统，是指由一个测量元件及变送器、一个控制（调节器）器、一个调节阀和一个被控过程（调节对象）组成，并只对一个被控参数进行控制的单闭环反馈控制系统。图2-1为简单控制系统的典型框图。图2-1简单控制系统框图2.2比值控制系统实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书3在需要保持比值关系的两种物料中必有一种物料处于主导地位，称为主物料，气流量称为主流量，用1Q表示；而另一种物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，因此称为从物料，其流量称为副流量，用2Q表示。比值控制系统就是要实现副流量随主流量成一定比值关系，满足如下关系式：12QQK比值控制系统有多种，如开环比值控制、单闭环比值控制、双闭环比值控制、变比值控制系统。需根据控制精度及工艺要求选择合适的控制系统，本文用到的是开环比值控制，其系统构成如图2-2。图2-2开环比值控制系统构成3熔盐炉温度控制系统设计3.1熔盐炉温度控制系统工作原理由粒碱生产工艺知，熔盐加热系统是对熔盐在高温加热后作为热载体在熔盐炉与用热设备之间进行加热循环的热传递体系。所以在对熔盐炉进行温度控制的这个系统中，熔盐炉是被控对象，被加热的熔融盐出口温度是被控参数，重油的流量是控制变量，而风的流量是随重油流量变化的副流量。图3-1为粒碱生产装置中熔盐炉温度控制系统工艺图。1QFFFTFC2Q武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书4图3-1熔盐炉温度控制系统工艺图影响熔盐出口温度的的干扰有熔盐入口温度，熔盐流量，风的流量等。若在干扰的作用下，熔盐的出口温度降低，温度检测变送器会立马检测到，然后把测量值反馈给控制器，与设定值比较后，做出相应的控制信号，去控制调节阀的开度，从而改变重油的流量，使出口温度尽快恢复到设定值。同时，重油流量改变后，经比值控制系统，风的流量也做出相应调节，保证重油充分燃烧。熔盐炉温度控制系统框图如图3-2所示。图3-2熔盐炉温度控制系统框图调节器1重油流量调节阀1熔盐炉熔盐出口温度检测变送器1比值控制器风流量调节阀2重油流量变送器2风熔融盐出口温度熔融盐TCTTFCFT重油熔盐炉武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书53.2各环节的正反作用选择从安全角度出发，重油流量调节阀在没有控制信号时，应该是全关的，所以调节阀1应选气开型，即正作用；对于被控对象熔盐炉而言，在重油流量增大后，熔盐出口温度会增加，所以是正作用；根据构成负反馈的条件，就是反馈环中需要奇数个反作用，所以调节器1应该是反作用。同理，风流量调节阀应选气关型，即反作用；比值调节器则是正作用。3.3控制器DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度，仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂，炼油厂的防爆要求。它采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4-20mA,控制室联络信号为DC1-5V，信号电流与电压的转换电阻为250。这种信号制的主要优点是电器零点不是从零开始，而是从4mA开始，容易识别断电、电线等故障。它采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高，维修工作量减少。整套仪表壳构成安全火花型防爆系统。DDZ-III型PID调节器框图如图3-3所示，其主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路组成。图中，调节器接收由温度传感器来的测量信号DC，在输入电路中与给定信号进行比较，得出偏差信号。然后在PD与PI电路中进行PID运算，最后由输出电路转换为4-20mA直流电流输出。武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书6图3-3DDZ-III型调节器结构框图输入电路的首要任务是实现测量信号与给定信号的相减，得到偏差信号电压。另外，由于DDZ-III型仪表电路供电电压时DC+24V，而电路中的运放在单电源+24V供电时，输出不可能为负，但偏差是有正有负的，因此偏差信号的零点电压不能为0V，必须在输入电路中进行电平移动，把偏差电压的电平抬高到以+10V为起点变化的电压，这样后面的PID运算电路就能够正常工作了，而输入电路采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。DDZ-III型调节器的运算电路是PD与PI两个运算电路串联组成的。