常减压加热炉温度控制系统的设计(共24页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上常减压加热炉温度控制系统的设计摘 要随着我国国民经济的快速发展,加热炉的使用范围越来越广泛。而加热炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响这产品的质量和产量。以前加热炉的控制系统大多数是采用模拟控制系统,且各种数据只在加热炉系统中进行单独储存和通过加热炉自己的仪表进行观察、判断故障。随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理的目标,要求在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况及生产情况。因此,过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用。它是加热炉控制系统的重要部分,是对以及控制系统的一个总领和扩
2、充。现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制,以保证在加热过程中温度的准确控制,这就为工业生产提供了有利条件。加热炉是工业生产中的一个重要装置,它的任务是把原料加热到一定温度,以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用,直接关系到产量、能源、污染、人工劳动强度等等。以前加热炉的控制多数采用老式的人工控制,需要操作人员完全手动控制燃料、原料阀的开度,进行烧炉。这样一来,流量控制的精度极差,操作的及时性也大大降低。在引入过程控制系统之后,这一情况得到了大大的改善。如何保证原料出口出原料温度是实现加热炉温度控制的基本前提。关键词:加热炉,过程控制系统,出口温度,温度控制Hea
3、ting furnace temperature control system design AbstractWith the rapid development of Chinas national economy, increasingly widely used for heating furnace. Heating furnace temperature control is often encountered in the process of industrial production process control, temperature control effect of
4、some process on their direct impact on product quality and output. Previously most used is the simulation of control system of heating furnace control system, and a variety of data in the system of heating furnace for the separate storage and through your instruments for observation, judgment fault
5、of heating furnace. With the development of network technology and fully achieve the goal of two-level automatic management throughout the plant, requires through the corresponding terminal at the process level to understand any one device or a device of control and production. Therefore, process co
6、ntrol systems in a wide range of applications in the system of heating furnace. It is an important part of heating furnace control system was a total renewal and expansion of the system and control. Modern furnace production process to achieve a high degree of process control, in order to ensure the
7、 accuracy of the temperature during heating control, which provides favourable conditions for industrial production. Industrial production is an important device in heating furnace, its task is the raw material is heated to a certain temperature in order to ensure smooth progress of the next procedu
8、re. Heating furnace temperature control plays a pivotal role, directly related to the production, manual labor, energy, pollution, and so on. Previously controlled most of the heating furnace using the old manual controls need operators full manual control of valve opening of fuels, raw materials, f
9、urnace. In this way, flow control precision is extremely bad, timeliness of actions is also much lower. After the introduction of process control systems, this situation has been greatly improved. How to ensure the temperature of raw material exports raw materials is the basic premise of heating fur
10、nace temperature control. Keywords: heating furnace, process control system, exit temperature, temperature controlled目 录摘要引言第一章 常减压加热炉结构及生产工艺简介1.1 加热炉一般结构与控制原理1.1.1 两段式加热炉1.1.2 三段式加热炉1.1.4 推钢式加热炉1.2 控制系统工艺流程及控制要求 1.2.1 生产工艺介绍1.2.2 控制要求第二章 相关控制理论和控制系统简介2.2 加热炉温度调节系统- 10 -第三章 总体控制方案设计3.1 简单控制系统3.2 串级控
11、制系统3.3 系统控制方案3.4 系统结构和控制流程图3.5 控制系统设计3.5.1 系统控制参数确定3.5.2 被控参数选择3.5.3 控制参数选择第四章 硬件系统设计4.1 控制仪表的选型和配置4.1 测温元件4.2 一体化温度变送器4.3 DX2000型无纸记录仪4.5 执行器4.5.1 执行器选型4.6 电气阀门定位器ZPD014.7 安全栅4.8.1 动能与特征4.11 联锁保护- 21 -第五章 软件设计- 21 -第六章 结束语参考文献致谢引言由于加热炉的温度对于保证产品的指标是非常重要的,控制效果好,即能保证产品质量又能提高产量。某些加热炉出口温度控制非常困难,波动幅度大,控制
12、不理想的原因在于被控对象十分复杂:1、原料的流量变化造成温度波动很大;2、处理量频繁提降也造成出口温度的波动;3、产品的不断切换也使炉口的温度产生较大的波动;4、加热炉的温度存在较大的时滞。可以看出加热炉系统是一个时变、大时滞、多干扰的复杂系统。从加热炉工作特性可以看出,燃料量的多少是加热炉温度变化的决定因素。但是其变化过程是:燃料量的变化首先引起炉膛温度产生变化,进而引起炉出口温度的变化,由此可见,对炉出口温度的控制采用炉膛温度与炉出口温度进行控制方案是合理而且可行的,这种方案也有助于对一系列干扰的克服。第一章 常减压加热炉结构及生产工艺简介1.1 加热炉一般结构与控制原理目前钢铁企业轧钢系
13、统采用的加热炉一般为两段或三段式加热炉,钢坯在炉内的运动形式一般为步进式或推钢式,下面就将这几种形式简要介绍一下。 1.1.1、两段式加热炉沿路长分为加热段和预热段两部分;按加热方式又可分为“单面加热”和“双面加热”两种炉型。一般当坯料厚度大于100是采用双面加热。在两段式加热炉的加热过程中,为保证产量通常加大加热段炉温设定点,这就使出炉钢坯表面和中心存在较大的温差,严重时影响正常轧制。所以,两段式加热炉在实际使用中产量受到一定限制。1.1.2 三段式加热炉目前钢铁企业各轧钢厂加热炉普遍使用的一种炉型。它分为预热段、加热段和均热段,相对于两段式加热炉它增加了均热段。该类型加热炉加热段炉温一般比
14、两段式50100,在进入均热段时钢坯表面温度已达到或高出出炉温度,在均热段钢坯断面温度逐渐均匀,并在一定程度上消除“黑印”。三段式加热炉非常利于轧机产量的提高。1.1.3 步进式加热炉依靠步进梁的顺序往复运动使被加热钢坯从炉尾移动到出料端,中间经过各加热段,最终是钢坯达到规定的温度后出炉。由于钢坯在加热炉内前、后、上、下均匀受热,所以加热效果良好。加热后,钢坯断面受热均匀,钢坯表面不产生“黑印”、不“粘钢”,工人操作方便,所以目前加热炉内钢坯的运动形式大部分采用“步进式”。1.1.4推钢式加热炉将钢坯用推钢机从炉尾推入加热炉内,靠推力使钢坯在炉内移动的一种加热炉。推钢式加热炉具有炉内钢坯排列紧
15、密、生产率高的特点,但它对加热控制要求较严格,对操作工人的经验要求较高,容易出现“过烧”、“粘钢”等现象。目前在棒线材生产中已逐渐被“步进式”加热炉取代。1.2 控制系统工艺流程及控制要求1.2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备,它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源,又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大,作为动力和热源的过滤,也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼,工艺流程多种多样,常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等
16、组成。本加热炉环节中,燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧,生成的热量传递给物料。物料被加热后,温度达到生产要求后,进入下一个工艺环节。用泵将从初馏塔底得到的拔顶油送入加热炉中加热到360 370 后,再送入常压分馏塔中。经分馏,在塔顶可得到低沸点汽油馏分,经冷凝和冷却到30 40 时,一部分作为塔顶回流液,另一部分作为汽油产品。此外,还设有12个中段回流。在常压塔中一般有34个侧线,分别馏出煤油、轻柴油。侧线产品是按人们的不同需要而取的不同沸点范围的产品,在不同的流程中并不相同。有的侧线产品仅为煤油和轻柴油,而重油为塔底产品;有的侧线为煤油、轻柴油和重柴油,而塔底产品为常压渣油。 初底
17、油用泵加压后与高温位的中段回流、产品、减渣进行换热,一般换后温度能达到260C以上,如果换热流程优化的好,换热温度可达到310C左右。初底油在进入常压炉进一步加热至365C( 各装置设定的炉出口温度随所炼不同原油的组成性质而差异,一般都在360C至370C之间)。最后初底油进入常压塔进行分离。 加热炉设备主要工艺流程图如图5-1所示。图5-1 加热炉设备主要工艺流程图1.2.2 控制要求加热炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要,供应热量,同时要使加热炉在安全、经济的条件下运行。按照这些控制要求,加热炉设备将有主要的控制要求:加热炉燃烧系统的控制方案要满足燃烧所产生的热量,适应物料负荷的需要,保
18、证燃烧的经济型和加热炉的安全运行,使物料温度与燃料流量相适应,保持物料出口温度在一定范围内。第二章 相关控制理论和控制系统简介2.1 加热炉温度控制系统原理加热炉沿路长分为预热段、加热段、均热段。加热段不布置烧嘴。钢坯进入加热炉后,首先利用加热段和均热段排出的高温烟气缓慢加热钢坯,这是考虑到钢坯加热速度在塑性范围外不能太大,这样钢坯开始升温速度不大,温度应力小,不会造成裂纹或断裂。钢坯运行到加热段时,钢坯中心温度已超过500,进入塑性范围。此时快速加热钢坯表面,温度迅速上升到出炉温度,当钢坯进入均热段时表面温度不再升高,各断面温差逐渐缩小达到均热。这样,钢坯经过预热、加热、均热三个过程就被加热
19、成温度适宜、温差较小、可供轧制的钢坯。2.2 加热炉温度调节系统2.2.1 串级控制系统在简单控制的基础上再在炉膛设置主回路温度传送器,由其带动主回路温度控制器进行对干扰的消除。这样,便构成了以原料出口温度为主要被控参数,以炉膛温度为辅助被空参数的串级控制系统如图1所示。2.2.2 简单控制系统利用对燃料量的控制最终来实现对原料出口处原料温度的控制。在原料出口处设置温度转送器,由其带动回路温度控制器从而进行对燃料阀的流量控制。这样便构成了以燃料出口温度为主要被控参数的加热炉简单温度控制系统如图3所示。图3 加热简单炉温度控制系统图3.1 加热炉温度单回路反馈控制系统结构框图第三章 总体控制方案
20、设计3.1 简单控制系统简单控制系统温度调节器TIC是根据原料的出口温度1(t)与设定值的偏差进行控制。当燃料部分出现干扰后,控制系统并不能及时产生控制作用,克服干扰对被控参数1(t)的影响控制质量差。当生产工艺对原料出口温度1(t)要求很严格时,简单控制系统很难满足要求。3.2 串级控制系统串级控制系统中,由于引入了副回路不仅能迅速克服作用与副回路内的干扰,也能加速克服主回路的干扰。副回路具有先调、粗调、快调的特点;主回路具有后调、细调、慢调的特点,对副回路没有完全克服的干扰影响能彻底加以消除。由于主副回路相互配合、相互补充,使得控制质量显著提高。串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,
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