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控制报告
燕山大学
专业综合课程设计说明书
题目:
控制系统与调节阀设计
学院(系):
过程装备与控制工程系
年级专业:
10过程装备
学号:
100110040004
学生姓名:
息健
指导教师:
郭奇
教师职称:
教授
过程装备综合课程设计任务书2—容器设计部分
姓名
息健
班级
10过程装备
学号
05
设计题目
蒸汽贮罐设计
设计要求
1.根据给出的载荷参数,进行储罐的结构设计,强度计算。
2.设计计算包括筒体、封头、鞍座、人孔、接管等内容
3.用A3纸绘制储罐的设备图。
相关设计参数(参考卧式贮罐图见附件)
设计参数按下面数据确定:
设备工作压力为0.7MPa;
工作温度170℃;
罐内介质为蒸汽
罐体内径为500mm
罐体Q235R
罐体用双面对接焊,局部无损探伤
指导教师:
郭奇2013年11月
目录
第一章工艺流程简介
工艺流程文字叙述
工艺流程图
第二章调节阀设计计算
调节阀流量系数计算
调节阀原理图;调节阀外型结构图
第三章蒸汽储罐设计
贮罐壁厚设计
封头设计
水压试验校核
支座设计
法兰垫片的选择
第四章控制回路设计
串级控制回路设计
前馈反馈控制回路设计
比值控制回路设计
选择控制回路设计
分程控制回路设计
均匀控制回路设计
按工程标准符号绘制的带控制点的工艺流程图
结语
参考文献
第一章工艺流程简介
1.1文字描述
一方面原料丙烯氯化法制得氯丙烯,另一方面氯气和水送入次氯酸塔T0401中生成次氯酸从塔顶流出送入贮罐V0401,与制得的氯丙烯一起进入二氯丙醇反应器R0401生成二氯丙醇,从塔顶流出进入分离器V0402,一部分分离出的水回流塔底,另一部分已经分离的二氯丙醇与石灰乳进入环氧氯丙烷反应器R0402,残渣从塔底排出,环氧氯丙烷从塔顶排出送入氯化钙塔T0402,用直接蒸汽进行蒸馏,塔底除去氯化钙,塔顶气体经冷凝器E0401冷凝后进入分相回流器V0403,部分回流塔顶,其余进入粗环化物贮槽V0404后送入第一精馏塔T0403,通入蒸气,塔底流出精馏后的环氧氯丙烷,塔顶排出气体经冷凝器E0402冷凝出水和混合液体回流塔顶,精馏后进入第二精馏塔,通入蒸气塔顶排出气体冷凝后经分相回流器V0406,部分回流塔顶,其余为环氧氯丙烷产品,塔底排出残液。
1.2工艺流程图
见附图1
第二章调节阀法计算
2.1调节阀流量系数计算
已知流体介质为二氧化碳,在最大流量条件下的计算数据为:
qm=6900m
/h,ρS=1.977kg/m
,K=1.3,P1=4MPa,P2=1.8MPa,t=50℃
试选择所需的调节阀。
(1)判别是否阻塞流,临界压差比为FkXT
XT值查表得XT=0.7
而
由
小于0.64
处于非阻塞流状态
(2)流量系数的计算
膨胀系数
查表,临界压力pc=74.7×10
Pa
临界温度Tc=304.2K
P
=
T
则Z=0.83
圆整至20
初选用DN=40气动直通单座阀
(3)管件形状修正判别
D=D1=D2=50mm
可不必做此项修正
故选用C100=40Dg=50dg=50的气动直通单座阀
气动直通单座阀DN=40mm,公称压力PN=4.0Mpa,行程L=25mm介质温度为常温型,阀体材质ZG230-450,阀芯材质1Cr18Ni9,上阀盖型式为普通式,H1=131mm。
2.2调节阀原理图
2.2调节阀动作原理
调节信号压力p通入薄膜气室作用于薄膜波纹膜片上,产生向下推力,使推杆向下移动,将弹簧压缩,直到弹簧反作用力与信号压力在波纹膜片上的推力相平衡,使推杆稳定在一个新位置为止。
2.3调节阀外型结构图
见附图2
第三章蒸汽贮罐的设计
3.1贮罐壁厚设计
1.设计题目:
蒸汽贮罐设计
已知条件:
工作压力为0.7MPa,工作温度为170℃,罐体内径
为500mm,罐体材料为Q235R。
罐体采用双面对接焊,局部无损探伤
设计压力:
取最高工作压力的1.1倍,即Pc=0.7×1.1=0.77MPa。
设计温度:
最高工作温度为170℃,一般当
>15℃时,介质设计温度应在工作温度的基础上加15~30℃,故可取设计温度为200℃。
Pc=0.77MPa,设计温度为200℃,综合考虑安全性和经济性,查询有关资料,Q235R,假设壳体厚度在3—16mm范围内,查表可得
=126.5MPa。
考虑采用双面对接焊,局部无损擦伤,焊接接头系数取
。
则有:
取C1=0.3C2=1则有:
δn=δ+C1+C2+圆整值=1.80+0.3+1+圆整值=4mm
对于Q235R,δmin≥3mm
则筒体设计厚度δd=δ+c2=1.80+1=2.80mm
则筒体名义厚度δn=4mm
δn=4mm介于3—16mm之间,满足条件。
3.2封头壁厚设计
选用标准椭圆形封头,其形状系数
,封头采用钢板整体冲压而成,焊接接头系数取
,故封头计算壁厚:
取C1=0.3
则封头设计厚度δd=δ+C2=1.79+1=2.79mm
则封头名义厚度δn=δ+C1+C2+圆整值=1.79+0.3+1+圆整值=4mm
δn=4mm介于3—16mm之间,满足条件。
3.3液压试验应力校核:
Q235R在小于常温时的许用应力均为148MPa.
试验压力
1.25×0.77×148/126.5=1.13MPa
δe=δn-C1-C2=4-1-0.3=2.7mm
故
1.13×(500+2.7)/2×2.7=105.2MPa
而0.9φRel=0.9×0.85×345=264.0MPa
液压试验应力校核合格。
3.4支座设计
DN<=900,容器厚度>3mm,选用Q235为支座材料,本不需要设置垫板,考虑问题压力内部压力比较大,可直接选择使用鞍式支座。
由前边各项数据已定,由JB/T4712.3-2007,选用JB/T4712.3-2007鞍式支座。
3.5法兰、垫片、材料确定
法兰如图
选用带颈对焊钢制管法兰,按GB20595-2009标准,都是FM(凹面),凹凸面安装时易于对中,且能有效地防止垫片被挤出压紧面,使用于PN≤6.4MPa的容器法兰和管法兰。
选用尺寸见表1。
符号
公称直径
连接尺寸标准
连接面形式
钢管外径
法兰外径D
螺栓孔中心圆直径K
a,e
20
凹面
25
105
75
b
200
PN25DN200
凹面
219
320
280
c.d
50
凹面
57
165
125
螺栓孔直径L
螺栓孔数量n
螺纹Th
法兰厚度
N
S
R
H
质量/kg
A,e
14
4
M12
18
40
2.3
4
40
10
b
18
8
M16
20
105
3.2
8
58
50
C,d
16
4
M16
18
75
2.9
6
48
30
垫片的选择
垫片是螺栓法兰连接的核心,决定密封性能,选用非石棉纤维橡胶,尺寸见表4。
公称直径DN
垫片内径
垫片外径
垫片厚度T
包边宽度b
20
27
61
1.5
3
50
61
107
1.5
3
200
220
239
3
3
材料的选择
筒体、封头、鞍座为Q345R,考虑焊接性能,接管选用20号钢。
布置图见附图3,罐体装配图见附图4
第四章控制回路设计
4.1前馈反馈控制回路设计
冷凝器E0401的温度控制为前馈反馈控制系统,系统的被控变量是换热器出口被冷却流体温度。
其控制原理图、方框图如下:
调节阀为气开阀,调节器为反作用。
当由于干扰作用流体出口温度升高时,信号被变送到加法器,同时此时物料的温度情况也由检测信号输送到加法器,由于调节器为副作用会是气动阀的信号减弱,开度减小。
而前馈补偿可以克服温度带来的滞后。
使调节阀达到合理的开度,使调节准确迅速。
4.2比值控制回路设计
为变比值控制系统,系统的被控变量是水的流量。
,其控制原理图、方框图如下:
调节阀为气关阀,调节器为正作用。
当氯气的流量变大时,前馈检测会式信号传送到流量调节器内。
由于为正作用会是调节阀的开度减小,流量下降,流量趋于稳定。
同时通过比例器使水的流量增加,进而使氯气得到充分反映。
同时氯气为有毒气体,所以需要现场监控。
4.3串级均匀控制回路设计
为串级均匀控制系统,系统的被控变量是管道内物料的流量,
其控制原理图、方框图如下:
调节阀为气关阀,流量调节器为正作用、温度调节器为反作用。
当塔底温度升高时,TC得到的信号变强,由于为副作用则其输出信号下降。
蒸汽流量通过前馈补偿作用克服滞后,以Tc的输出为给定的信号流量调节器为正作用,使气关阀的开度减小,那么蒸汽流量减小,内部温度下降。
TC来改变流量调节器的给定值,使温度与流量在规定变化范围内作均匀缓慢地变化,达到了均匀控制的目的。
4.4串级控制回路设计
精馏塔提留段的温度与蒸汽流量控制为串级控制系统,FRC-101为副回路,对加热蒸汽流量进行控制;TRC-102为主回路,对提馏段温度进行控制。
当加热蒸汽压力波动不大时,通过“主/串”切换开关可使主控制器的输出直接去控制执行器,实现主控。
其控制原理图、方框图如下:
调节阀为气关阀,副调节器为正作用,主调节器为反作用。
副回路:
当蒸汽流量增大时,测量信号增强,调节器为正作用,则输出增强,调节阀为气关阀,信号增强,阀开度减小,使蒸汽流量减小。
主回路:
当塔底温度升高时,主调节器的测量信号增强,主调节器为反作用,则输出信号减小。
主输出作为副给定,副调节器的给定值减小,相当于测量值增大,副调节器为正作用,测量值增大,输出信号增大,调节阀为气关阀,信号增大,阀开度减小,蒸汽量减小,塔釜温度降低。
带控制点的管道仪表流程图见附图5
第五章结语
在课程设计过程中,我们对整套设备控制进行了设计研究,设计了规定的阀门和储罐。
在设计过程中我遇到许多实际问题,通过与其他老师讨论的方法。
这次课程设计历时一个多星期左右,通过这两个多星期的学习,发现了自己的很多不足和很多的知识漏洞,真实的感觉到自己实践经验的缺乏,理论联系实际的能力还急需提高。
通过查阅课程设计指南和先关书记和标准,我了解熟悉了国家标准的同时也对具体的设计过程有了一定的认识。
这段时间里,我初步学会了如何选择管道、法兰、垫片的形式以及它们的配合,并且对公称通径有了更清晰的了解。
树立了工程意识,由老师的指导下,我更深刻地理解了控制技术这门课程的意义。
在老师的细心指导与指点下,学到了很多课本上找不到的知识,受益匪浅。
参考文献
【1】《过程设备设计》第二版,郑津洋,董其伍,桑芝富,化学工业出版社,2005
【2】GB150-1998《钢制压力容器》
【3】HGJ20580-20585-1998《钢制化工容器设计基础规定》
【4】JB/T4712.1-4712.4-2007《容器支座》
【5】HG/T20592-20635-2009《钢制管法兰,垫片,紧固件》
【6】材料与零部件
【7】JB/T4736-2002《补强圈》
【8】JB/T4736《钢制压力容器用封头》
【9】《压力容器安全技术监察规程》
【10】HG/T21514-21535-2005《钢制人孔和手孔》
【11】JB/T4731-2005《钢制卧式容器》
【12】TSGR004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语:
该生在课程设计工作期间态度(认真、较好、一般、较差);工作(积极主动、较主动、不积极主动)。
(能正确、基本能)提出设计方案;工作中有(强的、较强的、一般的)创新意识;相关基础理论(扎实、较扎实、一般、较差);图面质量(很好、较好、一般、较差);(基本上、一般地、较好地、出色地)完成了课程设计任务书所规定的任务。
同意参加答辩。
成绩:
指导教师:
郭奇
2013年12月
评阅人评语:
说明书书写质量(一般、较好、良好、优秀),逻辑性(一般、较强、强),概念(较清楚、清楚、准确),图表质量(一般、较好、很好),是一篇水平(一般、较好、好、优秀)的课程设计说明书。
成绩:
评阅人:
2013年12月
答辩小组意见:
在答辩过程中,该同学(基本能、较好地、圆满地)回答了教师所提出的问题。
课程设计总成绩:
答辩小组成员签字:
2013年12月
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