氨冷却器出口温度控制系统

辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：氨冷却器出口温度控制系统的设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级设计题目氨冷却器出口温度控制系统的设计课程设计（论文）任务设计任务工业中，氨冷却器是利用液氨汽化吸收大量的热来冷却热物料的，工艺要求冷物料的出口温度为135±1℃，同时气氨不能带液，否则将危机氨压缩机的安全，所以当液位达到75%时，就应该采取软保护措施。试设计氨冷却器出口温度控制系统。设计要求1、确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；2、选择传感器、变送器、控制器、执行器（阀），给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式，确定阀的流量特性和开闭形式；4、进行模拟调试或仿真5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数测量范围：温度0～200℃；液位0-4米控制温度：135±1℃；工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天）2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。（1天）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。（2天）4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式（1天），调节阀的气开气关形式以及流量特性选择。（1天）5、上机实现系统的模拟运行或仿真、答辩。（2天）6、撰写、打印设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：指导教师签字：总成绩：年月日本科生课程设计（论文）摘要本文的物料冷却过程主要是借助于氨冷却器来实现的，氨冷却器是利用液氨气化吸收热量，使温度下降来冷却物料这一原理进行的。液氨在氨冷却器中气化需要一定的时间，氨冷却器在某一液位高度上气化面积为最大。因此，当液氨高度超过安全液位高度后，气氨有很大可能夹带液氨输出，进去氨压缩机从而损坏压缩机。正常情况下，如果温度升高，温度控制器输出控制液氨流量。增加液氨量，经液氨的蒸发，使出口温度下降。如果液位上升到安全上限液位仍不能降低温度，由液位控制器取代温度控制器。一旦温度下降，温度控制器就自动取代液位控制器，系统恢复到正常状况。因此为了达到生产过程对控制系统的要求，本文在简单温度控制系统的基础上需要加上一个液位控制系统，构成选择性控制系统。关键字：氨冷却器；出口温度；安全上限液位；选择性控制系统本科生课程设计（论文）目录第1章绪论...............................................................................................1第2章课程设计的方案论证..................................................................22.1概述.................................................................................................................22.2系统方案论证.................................................................................................22.3系统组成总体结构.........................................................................................3第3章各种仪表的仪器设计..................................................................53.1传感器的选择设计.........................................................................................53.1.1温度传感器..........................................................................................53.1.2液位传感器..........................................................................................53.2控制器的选择设计.........................................................................................63.2.1温度调节器..........................................................................................63.2.2液位调节器..........................................................................................73.3执行器的选择设计.........................................................................................73.4选择器高低值型式的选择.............................................................................8第4章控制规律....................................................................................10第5章系统仿真....................................................................................12第6章课程设计总结............................................................................14参考文献...................................................................................................15本科生课程设计（论文）1第1章绪论氨冷却器是工业生产中用的很多的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。通常需要被冷却物料出口温度稳定。此时液氨液位在一定允许范围内。而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的安全上限的，所以需要使用选择控制方法，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过低值选择器自动根据工况实现。本文设计主回路采用了温度控制系统，在正常工况下系统的输出物料进行控制。随着系统的正常工作运行，液位会逐渐升高，当升高到超出安全限制的时候。很可能发生事故，对系统加以液位控制系统，则会避免事故的发生，即会组成温度液位选择性控制系统。当液位超过限制的时候，系统立即切换到液位控制系统，限制液位的升高。当系统稳定后，再次切换到温度控制系统，进行正常情况下的系统输出。由于本次任务的要求，同时对温度和液位进行检测和控制，单一控制回路无法满足任务的要求，双回路控制成了任务的目标控制系统。由于温度是主被控量，液位过高又容易发生事故，所以将液位作为副被控量进行检测，当液位超过限制的时候，系统应立即降低液位，以保证系统的安全运行，即选用温度液位选择性控制系统。本科生课程设计（论文）2第2章课程设计的方案论证2.1概述氨冷却器是工业生产中用的很多的一种换热设备，它利用液氨的蒸发吸取大量的气化热，来冷却流经管内的被冷却物料。通常需要被冷却物料出口温度稳定。此时液氨液位在一定允许范围内。而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的上限的，所以需要使用选择性控制系统，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过低值选择器实现。2.2系统方案论证工艺上要求被冷却物料的出口温度稳定为某一定值，所以将被冷却物料的出口温度作为被控变量，以液态氨的流量为控制变量，构成正常工况下的单回路温度控制系统如图2.1所示。从安全角度考虑，当无压力信号时调节阀必须关闭，避免液位超过上限损坏压缩机，因此调节阀选用气开式，又由于液氨流量越大，出口温度越小，因此根据回路必须符合负反馈的特性，所以温度控制器选择正作用方式。这一控制方案实际上是基于改变换热器列管淹没在液态氨中的多少，以改变传热面积来达到控制温度的目的。所以液面的高度也就间接反映了传热面积的变化情况。图2.1温度控制系统本科生课程设计（论文）3在正常的工况下，操纵液氨流量使被冷却物料的出口温度得到控制，而液位在允许的一定范围内变化。如果突然出现非正常工况，假设有杂质油漏入被冷却物料管线，使导热系数下降，原来的传热面积不能带走同样多的热量，只有使液位升高，加大传热面积。如果当液位升高刀全部淹没换热器的所有列管时，传热面积以达到极限，出口温度任没有降下来，温度控制器会不断的开大调节阀门，使液位继续升高。这时就可能导致生产事故。这时因为气化氨要经过压缩机后，变成液态氨重复使用，如果液位太高，会导致氨中夹带液氨进入压缩机，损坏压缩机叶片。为了保护压缩机安全，要求氨蒸发器有足够的气化空间，这就限制了氨液面的上限高度（安全软限），这是根据工艺操作所提出的限制条件。为此，需要在温度控制系统的基础上，增加一个液位控制系统取代温度单回路控制系统，如图2.2所示。显然，从工艺上看，控制变量只有液氨的流量一个，而被控变量却有温度和液位两个，从而形成了对被控变量的选择性控制系统。由于液氨流量越大，液位越高，根据回路必须符合负反馈的特性，所以液位调节器为反作用。图2.2温度液位选择性控制系统2.3系统组成总体结构根据以上对液态氨冷却器的工艺分析，可以画出整个系统的原理框图如图2.3所示。本科生课程设计（论文）4图2.3氨冷却器控制系统结构框图本科生课程设计（论文）5第3章各种仪表的仪器设计3.1传感器的选择设计3.1.1温度传感器在本文中，温度传感器选用的是如图3.1所示的铂热电阻PT100。图3.1铂热电阻PT100技术参数：标准化输出信号：0mA-10mA和4mA-20mA（或1V~5V）的直流电信号温度的采集范围：-200℃～+200℃湿度采集范围是：0%～100%3.1.2液位传感器在本文中，液位传感器选用的是如图3.2所示的CR-602电容式液位计。图3.2CR-602电容式液位计本科生课程设计（论文）6CR-602系列高温高压液位计，适用于工业生产过程中各种高压设备、容器中液位(物位)的连续性测量，变送输出4-20mA直流标准信号，可直接用于电Ⅲ型仪表及计算机联接使用、自动控制等。探极采用特殊材料可在250℃环境下长期工作，独创的自动密封结构，压力越大密封越严，完全杜绝介质的泄露。技术参数：检测范围：0.01～5m精度:0.5级承压范围:-0.1MPa～32MPa探极耐温:-50～250℃输出信号:4～20mA供电电压:12～28VDC3.2控制器的选择设计3.2.1温度调节器在本文中，温度调节器选用的是如图3.3所示的SH300高温温度调节器。图3.3SH300高温温度调节器技术参数：操作方便、抗干扰能力强控温范围：0~300℃负载电流：7A仪表