天然气分子筛脱水装置设计与控制研究

发布时间：2017-04-13 10:34

  本文关键词：天然气分子筛脱水装置设计与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：脱水装置是对原料天然气进行净化处理的重要单元,为保证脱除饱和水后的净化天然气能够达到出厂要求,在设计脱水装置时必须严格遵循相关设计标准,全面考虑工艺条件,合理设计工艺流程,确保脱水后的产品气满足露点要求。近年来,随着天然气需求量的不断增加,国内外大型气田陆续开发,新建天然气净化厂逐步投产,天然气净化受到了广泛关注。作为天然气处理的重要环节,脱水装置的设计与控制研究具有重要意义。本文以哈萨克斯坦让纳若尔油田湿气回注工程为研究背景,以日处理量为430×104m3/d的天然气分子筛脱水装置为研究对象,介绍其工艺流程。选用P-R方程建立脱水装置的HYSYS稳态工艺模型,模拟运行得出工艺参数。设计分子筛吸附塔,拟合吸附曲线和穿透曲线,研究其吸附性能,经吸附操作后干气的水露点低于-40℃,符合设计要求。分析分子筛再生、冷却控制系统,建立压力、流量调节阀的数学模型,研究调节器算法,运用MATLAB Simulink仿真,实现系统压力和流量的稳定控制,保障装置的生产安全。分析再生环节加热炉温度控制系统,设计再生气出口温度串级控制方案,针对被控过程大时滞和难以取得精确数学模型的特点,在传统PID控制的基础上,采用Smith预估器和模糊控制对温度控制系统进行改进。Simulink仿真结果表明,改进后的系统响应速度明显加快,调节时间大幅缩短,抗干扰能力显著增强,取得了理想的控制效果。最后采用罗克韦尔ControlLogix1756系列PLC和EVIEW 5000组态软件实现了分子筛脱水装置的远程监控。
【关键词】：分子筛脱水 吸附塔设计 再生冷却环节控制 加热炉温度控制 算法仿真
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 研究目的及意义8-10
• 1.2 国内外研究概况10-12
• 1.2.1 天然气脱水方法研究现状10-11
• 1.2.2 工业控制方法的发展现状11-12
• 1.3 课题来源及主要研究内容12-13
• 1.4 论文的结构安排13-14
• 第2章 天然气脱水装置工艺分析14-21
• 2.1 天然气脱水方法选择14-15
• 2.2 分子筛吸附特性研究15-17
• 2.2.1 分子筛物理特性15
• 2.2.2 分子筛吸附理论15-16
• 2.2.3 3A分子筛吸附性能分析16-17
• 2.3 分子筛脱水工艺模型的建立17-20
• 2.3.1 分子筛脱水工艺流程介绍17-19
• 2.3.2 HYSYS建模理论基础19
• 2.3.3 HYSYS物流、能流设定19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 分子筛脱水吸附塔的设计21-30
• 3.1 分子筛脱水关键参数分析21-25
• 3.1.1 分子筛脱水操作周期21
• 3.1.2 吸附塔允许空床气速21-22
• 3.1.3 分子筛的湿容量22-23
• 3.1.4 吸附床层尺寸23-24
• 3.1.5 气体通过吸附床的压降24
• 3.1.6 传质区长度24
• 3.1.7 转效时间24-25
• 3.2 吸附塔设计流程25-26
• 3.3 脱水塔吸附性能研究26-29
• 3.3.1 分子筛吸附塔参数设计26-27
• 3.3.2 吸附曲线和穿透曲线27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 脱水装置再生冷却环节压力与流量控制30-42
• 4.1 分子筛再生和冷却环节控制分析30-32
• 4.2 调节阀特性分析与模型建立32-39
• 4.2.1 气动执行器简介32-34
• 4.2.2 调节阀的调节比34
• 4.2.3 调节阀的理想流量特性34-36
• 4.2.4 对数流量特性分析36
• 4.2.5 气体介质调节阀数学模型的建立36-39
• 4.3 系统压力和流量控制仿真39-41
• 4.3.1 调节器PID控制算法39-40
• 4.3.2 调节阀控制仿真分析40-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第5章 脱水装置再生环节加热炉出口气温度控制42-58
• 5.1 加热炉出口气温度控制分析42-44
• 5.2 加热炉温度控制方案44-47
• 5.2.1 温度单参数控制方案44-45
• 5.2.2 串级控制方案45-46
• 5.2.3 出口气温度串级控制系统设计仿真46-47
• 5.3 出口气温度Smith-PID控制47-50
• 5.3.1 Smith预估补偿原理47-48
• 5.3.2 Smith-PID温度控制系统仿真48-50
• 5.4 出口气温度Smith-模糊PID控制50-57
• 5.4.1 模糊控制的应用50
• 5.4.2 模糊控制原理50-53
• 5.4.3 自整定模糊PID控制器设计53-55
• 5.4.4 Smith-模糊PID温度控制系统仿真55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 第6章 分子筛脱水装置控制系统实现58-68
• 6.1 系统概述58-60
• 6.1.1 系统架构概述58
• 6.1.2 系统网络结构概述58-59
• 6.1.3 系统硬件配置清单59-60
• 6.2 控制系统冗余功能60-62
• 6.2.1 冗余控制器配置60-61
• 6.2.2 冗余控制器功能设置61-62
• 6.3 系统软件组态操作说明62-67
• 6.3.1 脱水装置工艺界面62-64
• 6.3.2 阀组工艺手动、自动监控界面64-66
• 6.3.3 系统参数监控界面66-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 总结与展望68-69
• 7.1 总结68
• 7.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附录73-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果75

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