过程控制课程设计 (2)

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1、 第 1 页 共 18 页 1 引言 1.1 研究背景 管式加热炉是炼油厂和石油化工厂的重要设备之一， ，它利用燃料在炉膛内 燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源，加热在炉管中高速流动的介质，使其达 到工艺规定的温度，以供给介质再进行分馏、裂解或反应等加工过程中所需要的 热量，保证生产正常进行。与其它加热方式相比，管式加热炉的主要优点是加热 温度高(可达 l 273 K)， 传热能力大和便于操作管理。 近年来， 管式炉的发展很快， 它已成为近代炼油和石油化工工业中必不可少的工艺设备之一。 1.2 课题重要性 在生产中，为延长炉子的寿命，保证下一道工序精馏分离的质量，控制炉出 口温度 t 的稳定是

2、十分重要的。 而目前， 在国内仍有相当部分工业企业所用的窑、 炉干生产线存在着控制精度不高，炉内温度均匀性差等问题，达不到工艺要求， 造成装备运行成本费用高，产品的品质低下，严重影响企业经济效益。其主要原 因是温度控制具有工况复杂、 参数多变、 控制滞后等特点， 所以在实际的控制中， 温度的准确性和精度很难控制。由此可以看出，准确地测量和控制温度，对于新 材料的研究与生产、获得正确的科研数据和保证产品质量都是十分重要的。管式 加热炉工艺上要求炉出口温度在2内波动，而影响加热炉出口温度的干扰因 素主要有管式加热炉的扰动，包括被加热流体的进料量、进料温度、燃料压力、 燃料的热值、雾化状况、空气量助

3、燃风量、烟道抽力等。同时，温度控制的大滞 后特点增加了控制的困难性。因此，研究管式加热炉的温度控制是十分重要的。 1.3 通常控制策略 长期以来，国内外科技工作者对温度控制进行了广泛深入的研究，产生了大 批温度控制器，如性能成熟、应用广泛的 PID 调节器、智能控制 PID 调节器、 自适应控制等。 通常， 温度控制的策略有经典的 PID 控制， 基于智能控制策略 （专 家系统、神经网络、模糊控制系统、自适应控制、学习控制等）的 PID 控制，基 于先进控制的控制策略等。 针对控制对象特点及 PID 控制的重要性， 我们研究了 被控对象的特性及 PI、PID 控制策略在加热炉中的控制性能及其仿

4、真验证。 关键词 管式加热炉管式加热炉 温度温度 PID 控制控制 串级控制串级控制 第 2 页 共 18 页 2 加热炉控制对象分析 2.1 加热炉工作流程 图 2.1 加热炉工作流程图 燃料由管道进入加热炉中，通过电子设备打火，在炉底燃烧，加热炉内物料 至指定温度，在入口处设置阀门以控制燃气流量。待加热物料由入口管道进入加 热炉中，在炉中弯曲辐射受热，加大了受热面积，在出口处设置温度传感器，以 检测是否到达指定温度，如不符合指标则进行调节，加大或减小燃气流量，使出 口物料稳定在要求值。 2.2 系统参数设定 1. 物料以恒定速度进入管道，流速为 20L/s，管道直径为 10cm，不考虑物 料浓度变化、压力变化等其他条件。 2. 物料在加热炉内的长度为 5m，假定物料受热均匀，并在 4s 后上升至指 定温度。 3. 假定燃气混合浓度不变，物料温度上升只受燃料流量影响。 4. 不考虑环境温度、燃料热值等影响，主要考虑燃料流量的扰动。 2.3 问题描述及模型建立 工艺介质受热升温或同时进行汽化， 其温度的高低会直接影响后一工序的操 作工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会