自控工程课程设计电脱盐系统

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1、自控工程课程设计目 录第1章 工艺过程简介11.1 电脱盐的意义11.2 电脱盐的过程1第2章 电脱盐系统工艺流程图2第3章 电脱盐系统控制方案设计33.1 净化水的流量控制33.2 脱盐罐的液位控制3第4章 标准节流装置设计与计算54.1 概述54.2 节流装置设计与计算5第5章 调节阀的选型和口径计算85.1 调节阀的选型85.2 调节阀的口径计算8第6章 电脱盐工艺参数的选取116.1 脱盐温度116.2 电场强度116.3 注水116.4 混合强度126.5 破乳剂126.6 电脱盐界位12结论与体会14参考文献15第1章 工艺过程简介1.1 电脱盐的意义作为原油加工过程的第一道工序,

2、电脱盐装置的主要作用是从原油中脱除盐、水和其他杂质。原油中的无机盐类主要是氯化物,其中氯化钠占75%,氯化钙占10%,氯化镁占15%,氯化物会造成设备管线腐蚀及结垢,严重威胁后续加工装置的长周期安全运行。随着重油催化裂化技术和临氢加工工艺的开发和应用,电脱盐技术不仅仅是一种单纯的防腐手段,已成为降低能耗,减轻设备结垢和腐蚀,防止催化剂中毒,脱除原油中碱金属和重金属以及改善产品质量的重要工艺过程,并直接关系到炼油厂的经济效益。1.2 电脱盐的过程常减压蒸馏装置一般采用二级电脱盐,根据装置运行需要可选用串联和并联两种操作方式。改造后,一般常减压装置采用两罐串联操作。原油与热源换热后,在混合器前注水

3、、注破乳剂,通过混合器提高混合效果后人电脱盐罐。在电脱盐罐中,原油中的水在高压电场作用下沉降分离，将原油中微小水滴聚结成大水滴,靠油水密度差将水和水中无机盐分离,达到脱盐脱水目的。原油点化学脱盐过程一般要经过三个步骤:一是向原油中注水，目的是喜事和洗涤原油中的盐分。二是原油与注入的水充分混合，将原油中的盐水、沉淀物、结晶盐得到充分的稀释或溶解。其三尽可能多的将原油中的盐分分馏出去，以达到原油脱盐的目的。为减少污水外排，降低新鲜水消耗，原油注水国内大部分炼厂采用污水气提后的净化水。净化水与一级脱盐的切水换热后，一般作为二级电脱盐注水，二级电脱盐切水作为一级电脱盐注水，一级电脱盐切水经换热冷却后，

4、外送只污水处理厂原油注水。常用的电脱盐设备有电脱盐罐、电极组合件、原油分配器、界位自动控制系统、高压配电系统、混合器。第2章 电脱盐系统工艺流程图 根据装置加工原油含盐量的高低以及对脱后原油含盐量的要求，电脱盐工艺科采用一级脱盐、二级脱盐、甚至少数炼油企业还采用三级脱盐。但就目前而言，采用二级脱盐的企业居多。电脱盐工艺流程图如图1所示。净化水罐一级电脱盐罐二级电脱盐罐破乳剂净化水原油二级注水脱后原油LIC2307PDIC2300FI2312FCFC2309LC2307LC2307PC2300PC图2-1 电脱盐工艺流程图第3章 电脱盐系统控制方案设计3.1 净化水的流量控制（1）采用反馈控制，

5、净化水的流量作为反馈值返回，与设定值相比较，当存在偏差时，会自动调节阀的开度，使输出值与设定值相一致。系统方框图如下所示：流量控制器控制阀净化水流量测量变送流量流量设定值图3-1 系统方框图（2）控制阀采用气开阀，因为当气源信号断了后，应停止继续注入净化水，否则液位持续上升，会发生危险，则由此推出（3）受控对象测量变送所以因为所以，流量控制器为反作用。（4）分析：当净化水流量上升时，通过流量控制器的反作用，使输出下降，由于是气开阀，则阀的开度也随之下降，是净化水流量减小，达到流量控制的目的。3.2 脱盐罐的液位控制(1)采用串级控制方案，脱盐罐的液位控制器与流量控制器相串联，液位控制器的输出作

6、为流量控制器的设定值，两个控制器各有独立的测量输入，只有一个控制器的给定由外部设定。系统方框图如下所示：设定值液位液位控制器流量控制器控制阀脱前原油脱后原油流量流量测量变送液位测量变送图3-2 系统方框图(2)其中控制阀采用气开阀，因为当气源信号断了后，应停止向脱盐罐内继续注入原油，否则液位持续上升，会发生危险，则由此推出(3)副回路中： 因为0，所以0反作用，即流量控制器为反作用。主回路中： 因为，所以正作用,即 液位控制器为反作用。其中正反作用都是将测量值作为控制器的输入。（4）分析：如果脱后原油液位升高，则通过液位控制器的反作用，输出下降，即流量控制器的设定值下降，偏差为设定值减去测量值

7、，设定值不变，则相当于测量值上升，则通过液位控制器的反作用，使输出下降，通过气开阀后，阀的开度减小，是原油流量下降，达到了控制液位的目的。第4章 标准节流装置设计与计算4.1 概述节流装置是在充满管道的流体流经管道内的一种流装置，流束将在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差（或称节流式流量计）。节流式流量计是一种典型的差压式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常用的一种流量仪表据调查统计，在炼钢厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有(7080)左右是节流式流量计在整个工业生产领域中，节流式流量计也占流量仪表总数的一半以上。 不少国

8、家对节流装置做了很多研究工作经过多年的校订出版了适合于孔板、喷嘴和文丘里管的国际标准ISO 5167我国也于1981年出版了流量测量节流装置的国家标准GB2624，对角接取压、法兰取压的标准孔板和角接取压标准喷嘴做了具体规定使用标准节流装置时，流体的性质和状态必须满足下列条件：流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体，溶液和分散性粒子小于0.1 m的胶体在气体中有不大于2(质量成分)均匀分散的固体微粒，或液体中有不大于5(体积成分)均匀分散的气泡，也可认为是单相流体但其密度应取平均密度。流体流经节

9、流件时不发生相交。流体流量不随时间变化或变化非常缓慢。流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。标准节流装置不适用于动流和临界流的流量测量。4.2 节流装置设计与计算标准节流装置设计计算原始数据工作介质：软化水 取压方式：法兰取压孔板操作温度：143 工况密度：926.012Kg/m3工作压力：0.7MPa 工况粘度：19910-6 Pa.S管道内径：80mm 最大流量：30000kg/h管道材质：20#钢 节流件材质：1CR18NI9TI由已知可得辅助计算（1）求工况下的管道直径 管道内径 管道材料热膨胀系数 被测介质温度（2）求雷诺数最大质量流量工作状态下粘度（3）求P=0.7M

10、Pa初值计算（1）求设： （2）求（3）求（4）精确度判断达到了精度要求，无需迭代。3计算结果， 求得：求第5章 调节阀的选型和口径计算5.1 调节阀的选型调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过接受调节控制单元的输出控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体介质压力为动力的电液动调节阀，另外，按其功能和特性分，还有电磁阀、电子式、智能式、现场总线型调节阀等。调节阀的产品类型很多，结构也多种多样，而且还在不断更新和变化。一般来说阀是

11、通用的，既可以与气动执行机构匹配，也可以与电动执行机构或其它执行机构匹配。1 从使用功能上选阀需注意的问题（1）调节功能 （2）泄露量与切断压差 （3）防堵（4）耐蚀 （5）耐压与耐温 （6）重量与外观 2 综合经济效果确定阀型（1）高可靠性 （2）使用寿命长（3）维修方便，备用备件有来源 （4）产品价格适宜，性能价格较好 5.2 调节阀的口径计算 调节阀的口径选这是由调节阀流量系数C值决定的。流量系数C的定义为：在给定的开度下，当调节阀两端压差为0.1MPa，流体密度1g/cm3时，流经调节阀流体的体积流量数即位在该开度下流量系数，其单位为m3/h。同理，在上述条件下，在调节阀最大开度下流经

12、调节阀流体的体积流量数即位最大开度下的流量系数。该流量系数即位该调节阀的额定流量系数。由制造厂作为调节阀的基本参数提供给用户。调节阀系数C表示调节阀容量的大小，是一个表示调节阀流通能力的参数。因此，调节阀流量系数C又称调节阀的流通能力。从调节阀的流量系数C的具体计算到阀的口径确定，一般需经以下步骤：（1） 最大体积流量或质量流量（2） 正常体积流量或质量流量（3） 正常情况下调节阀上的压降（4） 阀前压力（5） 正常情况下的阀阻比（6） 液体密度（7） 液体的运动粘度（8） 介质临街压力（9） 阀入口温度下介质饱和蒸汽压力（10）阀上游管道直径和阀下游管道直径调节阀计算原始数据工作介质：软化水

13、 单座阀 操作温度：140 工况密度：926.012Kg/m3阀前压力：0.7MPa 工况粘度：19910-6 Pa.S阀后压力：0.6MPa 最大流量：30000 kg/h管道内径：80mm 饱和蒸汽压力P=0.016MPa调节阀的流量系数Kv，是调节阀的重要参数，它反映调节阀通过流体的能力，也就是调节阀的容量。根据调节阀流量系数Kv的计算，就可以确定选择调节阀的口径。为了正确选择调节阀的口径，必须正确计算出调节阀的额定流量系数Kv值。调节阀额定流量系数Kv的定义是：在规定条件下，即阀的两端压差为10Pa，流体的密度为lg/cm，额定行程时流经调节阀以m/h或t/h的流量数。液体的Kv值计算

14、 选定调节阀的类型，并据此查表得到压力恢复系数，根据已知条件可选单座阀，压力恢复系数=0.90判别式：P（） 经此判断此液体为非阻塞流计算公式：Kv10 30000=3式中：压力恢复系数 流体临界压力比系数，0.960.28=0.68 阀入口温度下，介质的饱和蒸汽压（绝对压力），kPa 流体热力学临界压力（绝对压力），kPa 液体流量 液体密度 阀前压力（绝对压力）kPa 阀后压力（绝对压力）kPa计算出Kv后，通过查表就可求出调节阀的口，也可通过Q流体体积流量被测介质工况密度阀前压力阀后压力根据需要对C值进行雷诺数修正计算调节阀雷诺系数 Q-液体体积流量V-运动粘度由则选定单座阀（JP），取

15、为选定口径245mm，非阻塞工况，不作噪声预估,气开阀第6章 电脱盐工艺参数的选取6.1 脱盐温度脱盐温度是电脱盐操作中的一个重要控制参数，设计控制一般都是采用原油与其他热流介质进行换热，温度的高低对乳化液破乳和水滴沉降速度有显著影响。根据斯托克斯公式：降低油相的粘度，增加油水的密度差，增大水滴直径，可加快水滴的沉降速度。为了保证最大的沉降速度，脱盐温度选择原则是:油水密度差尽可能大，原油粘度尽可能小。脱盐原油温度升高以后，原油粘度降低，水滴运动阻力减小，有利于水滴运动，温度升高还使油水界面的张力降低，水滴受热膨胀，使乳化液膜减弱，有利于破乳和聚结，另外温度升高，增大了布朗运动速度，也增强了水

16、滴的碰撞几率，适当提高温度有利用于破乳和水滴的沉降。但原油脱盐温度的提高要有一定的限度，目前，常减压装置设计原油进脱盐罐温度一般为120140，具体设计时，可根据生产状况和原油密度适当提高设计温度。6.2 电场强度小水滴间的聚结力F与电场强度的平方成正比，同样大小水滴间的聚结力可以表示为：F=6KEr（r/L）式中 F：水滴间的聚结力K：常数E：电场强度R：水滴半径L：两水滴间的中心距离根据公式，提高电场强度，可提高水滴间的聚结力，有利于电脱盐，但超过一定的范围再提高电场强度，对提高脱盐率效果不大。因此国内各炼厂今年来所采用的电场强度都有所降低，一般弱电厂区的电场强度为0.30.4Kv/cm，

17、强电厂区的电场强度为0.71.0 Kv/cm。6.3 注水1、注水水质电脱盐所注洗涤水碱性过高会促进油水乳化，因此在操作条件优化过程中对所采用的洗涤水性质进行了分析，从分析数据看：软化水最佳；新水pH值适宜但盐含量相对较高；净化水盐含量较低但pH值高。如果净化水的pH值控制在8以下，可以代替软化水作为洗涤水。2、注水量注水的作用是溶解原油中的无机盐及部分有机物，随着洗涤水的排出而脱除盐分。适当提高注水量可以提高水滴间的凝聚力，利于水滴聚结。当然，注水量不是越多越好，注水过多会影响电场的稳定，不利于点脱盐操作。注水量大小应根据原油的性质来调整，目前注水量一般控制在原油量的58。6.4 混合强度混

18、合强度是点拖延的一个重要参数，原油含盐脱除率，在很大程度上取决于原油与洗涤水和破乳剂的混合程度，充分的混合，能够保证洗涤水、破乳剂与原油的含盐水滴良好的接触，使原油的含盐水滴得到有效的稀释，混合强度小很难保证脱盐效果，混合强度大使乳化层太稳定不易破乳。最优混合强度的选择因原油品种和脱盐罐内部结构的不同而各异，但其依据应是原油脱后含盐量变化的总趋势。电脱盐系统可根据所加工的原油品种和脱盐罐内部结构的实际情况选择最优的混合强度，提高原油脱盐效果。根据实际生产数据，加工较低密度的原油时，混合阀压差采用3080kPa；加工较高密度的原油时，混合阀压差采用50130kPa。6.5 破乳剂在脱盐过程中注入

19、破乳剂，以破坏油水乳化膜，并防止洗涤水滴外面生成乳化膜。破乳剂的注入量随原油的性质、脱盐的要求、脱盐的工艺条件的不同而变化，一般水溶性破乳剂的注入量在2040mg/L 、油溶性破乳剂的注入量在325 mg/L。破乳剂也是一种表面活性剂，如果注入量过大，会造成脱盐原油乳化加剧，进而影响原油的脱盐效果，同时还会造成含盐污水水质变差，给污水的净化带来困难。原油破乳剂的使用具有很强的针对性，不同性质、不同类型的原油，使用破乳剂的类型也不尽相同，因此在破乳剂的使用上要严格筛选。一般要求所选用的破乳剂有如下特点：1、具有较强的表面活性；2、具有良好的湿润性能；3、具有足够的絮凝能力；4、具有很高的凝结能力

20、。破乳剂在使用时，对水溶性破乳剂要先在专用容器中配制成12的水溶液、油溶性破乳剂以原有的商品状态使用，用专用的小容量计量泵加进原油中。6.6 电脱盐界位油水界面控制适当才能保证稳定工作，是脱盐脱水和排水含量都控制到最好的情况。脱盐罐的油水界面为油水接触的过渡区，必须保持在低于脱盐罐下极板的某个位置，界位太低易造成切水带油，较高的界位可使若电场场强得到提高，从而改善脱盐效果，但界位过高易使原油带水，引起脱盐电流波动造成脱盐变压器跳闸因此在实际操作中，要控制适宜的脱盐界位。对于设有脱盐界位检查口的点脱盐罐，要保证最上部的检查口不能见水最下部的检查口不能见油，油水界位最好能控制在中间两个检查口之间。

21、原油电脱盐最佳工艺条件操作压力： 0.981.11MPa操作温度：120140注水量：58（占原油）注破乳剂量： 25PPm（占原油）工作电压： 19KV输入电流： 22A油水界位控制：5256%混合阀压差：较低密度的原油采用3080kPa；较高密度的原油采用50130kPa。排污水温度：7580结论与体会经过一周多的努力，终于完成了这份课程设计。本来以为自己对可编程序控制器原理的知识掌握的还比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。值得鼓励的是我们全体组员不懈努力，我们一直地突破，一直地完善，一直地积极地寻找各种解决

22、问题的方法。我很兴奋，因为整个过程都是我们自己去设计的。尽管有过争执，有过激励的争辩，但是我可以很骄傲地说，这个设计是我们自己的东西，是我们自己努力而完成的。通过这次课程设计，我对电脱盐工艺有了进一步了解，它作为原油加工过程的第一道工序,主要作用就是从原油中脱除盐、水和其他杂质。电脱盐有多种不同技术，各个工厂会根据实际情况进行选择。在脱盐过程中，主要工艺参数应该被考虑进去，因为任何一个变量都会影响电脱盐的效果。因此，在实际生产过程中，要把每个参数控制在它最合适的范围内。通过对控制回路的分析，是我对串级控制系统及反馈系统的分析过程进一步加深。除了对工艺流程的了解外，更进一步巩固了组态王的使用，用

23、其绘制工艺流程图。组态王能够快捷地设计画面，方便地采集并显示实时数据，但是，由于其提供的命令语言环境较弱，比如，没有提供数组定义功能，对所编程序的大小也有限制等，使得较复杂的控制算法较难实现。另外，组态王提供的报表输出开发功能较弱，提供的报表格式一般不能满足实际工程或实际标准的需要。虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些

24、，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我获益良多，只要用心去学习，不怕困难，团结一心，不管多么艰难，我们都能取得成功，在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。参考文献1 侯侠，王静影响电脱盐脱盐效率的因素分析见J石油化工应用，2006(4)2 侯国锋，严罅.原油电脱盐存在的问题及对策J.石油炼制与化工,2003.3 房槐,邓岗.高速电脱盐和高效电脱盐组合式工艺工业应用J.石油化工设备,2007,36(1).4 陈燕斌.高速电脱盐技术的应用J.石油炼制与化工,2002,38(2).5 唐孟海，胡兆灵.原油蒸馏M.中国石化出版社,2007.6 程丽华.石油炼制工艺学M.中国石化出版社,2007.15