设计标准
SEHT 0222-2001
实施日期2001年12月28日中国石化工程建设公司
管式炉炉管系统的设计规定
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目次
1 总则
1.1 目的
1.2 范围
1.3 引用标准
2 设计要求
2.1 炉管规格
2.2 炉管选材
2.3 对流炉管
2.4 急弯弯管和回弯头
2.5 炉管支撑件
2.6 炉管焊接
2.7 炉管系统的设计
2.8 炉管系统的整体压力试验
附录A炉管强度计算的许用应力
附录B炉管金属的最高使用温度
1 总则
1.1 目的
为规范管式炉炉管系统的设计，特编制本标准。
1.2 范围
1.2.1本标准规定了管式炉炉管系统设计的炉管规格﹑炉管选材﹑对流炉管﹑急弯弯管和回弯头﹑炉管支撑件﹑炉管焊接﹑炉管系统的设计﹑炉管系统的整体压力试验
等要求。
1.2.2本标准适用于石油化工新设计管式炉炉管系统的设计；改造和扩建管式炉的设计可参照执行。
1.3 引用标准
使用本标准时，应使用下列标准最新版本。
GB 150 《钢制压力容器》
GB 985 《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》
GB 3323 《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
GB 4334.5 《不锈钢硫酸－硫酸铜腐蚀试验方法》
GB 5310 《高压锅炉用无缝钢管》
GB 9948 《石油裂化用无缝钢管》
GB/T 12605 《钢管环缝熔化焊对接接头射线透照工艺和质量分级》SH/T 3037 《石油化工管式炉炉管壁厚计算方法》
SH 3085 《石油化工管式炉碳钢和铬钼钢炉管焊接技术条件》SH/T 3523 《石油化工铬镍奥氏体钢﹑铁镍合金和镍合金管道焊接规程》
2 设计要求
2.1 炉管规格
2.1.1 炉管常用规格
轧制或挤制炉管外径一般按下列规格选用：
60 mm、76 mm、89 mm、102 mm、114 mm、141 mm、152 mm、168 mm、（180 mm）、219 mm、273 mm。
其中φ76炉管的制造及验收按GB 5310，其余按GB 9948。由于这两个标准中均不包括φ180的规格，故目前设计中暂不推荐采用。
2.1.2 炉管壁厚计算
炉管壁厚应按SH/T 3037进行计算。常年操作管式炉的炉管设计寿命应采用十万小时。计算炉管壁厚时应考虑其制造负公差。
2.1.3 炉管长度限制
2.1.
3.1 底烧立管式炉炉管的有效长度不宜大于18 m。
2.1.
3.2 炉管设计长度超过相应制造标准中规定的最大长度时，允许焊接接长。但其
接头数量应尽量减少。
2.2 炉管选材
2.2.1 设计温度和设计压力
2.2.1.1 炉管的设计温度应考虑被加热介质温度、介质膜温差、焦垢层温差、管壁温
差和各种不均匀系数和管壁金属最高温度。炉管设计温度应不超过所选管材的最高使
用温度，见表2.2.1.1。表2.2.1.1还列出了临界下限温度。短期操作，如
蒸汽－空气烧焦或再生期间，可允许炉管在低于临界下限温度30 ℃的高温下操作。
表2.2.1.1 炉管最高使用温度单位：℃
管材最高使用温度临界下限温度
低碳钢10＃、20＃ 450 720
1 1/4Cr-1/2Mo 550 775
2 1/4Cr-1Mo 600
805
820
5Cr-1/2Mo 600
9Cr-1Mo 650
825
--
18Cr-8Ni 815
16Cr-12Ni-2Mo 815 --
18Cr-10Ni-Ti 815 --
18Cr-10Ni-Nb 815 --
2.2.1.2 炉管的设计压力与设计温度有关。当设计温度低于材料蠕变断裂温度下限时
采用弹性设计，高于材料蠕变断裂温度下限时采用断裂设计。弹性设计压力和断裂设
计压力应按SH/T 3037确定。
2.2.2 管内介质腐蚀
2.2.2.1 对存在硫（包括硫化物）和环烷酸腐蚀的炉管，其材质应根据被加热介质中
的硫含量、酸值和操作温度按表2.2.2.1选用。
表2.2.2.1 硫和环烷酸腐蚀时的炉管选材
腐蚀类别 轻微腐蚀 严重硫腐蚀 环烷酸腐蚀
硫含量（重），% ＜0.5 ≥0.5 -- 酸值，mgKOH /g 油
＜0.5 ＜0.5 ≥0.5 ≤340 ℃ 碳钢
碳钢
碳钢
＞340 ℃～400 ℃
碳钢 Cr5Mo
Cr5Mo
（汽化段TP 316）
＞400 ℃～500 ℃ Cr5Mo Cr5Mo 、Cr9Mo -- ＞500 ℃～600 ℃ Cr5Mo 、Cr9Mo Cr9Mo
--
2.2.2.2 对存在氢和氢加硫化氢腐蚀的炉管，其材质应根据被加热介质的温度、氢分压和硫化氢浓度按图2.2.2.2-1和图2.2.2.2-2选材。
2.2.2.3 加氢精制反应炉（炉前混氢）炉管，当被加热介质内的硫化氢克分子浓度大于0.1 %时，应采用经固溶和稳定化处理的TP 321炉管。
2.2.2.4 加氢裂化炉炉管因设计温度和设计压力均较高，且可能存在连多硫酸和应力腐蚀问题，故宜采用经固溶和稳定化处理的TP 347炉管。其焊缝应经稳定化处理。
图2.2.2.2-2 H2+H2S对碳钢、18-8钢（石脑油稀释）腐蚀曲线注：
①对0 %～9 %Cr钢可查图2.2.2.2-2碳钢腐蚀率，再根据含Cr百分数乘以Fcr值，
Fcr值见表2.2.2.2。
表2.2.2.2 Fcr值
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 含Cr
%
Fcr值 1.00 0.957 0.916 0.8770.84 0.8040.7690.736 0.704 0.675
②如果用轻柴油稀释时，则按本图查得的腐蚀率值应乘以1.896。
2.2.3 管外介质腐蚀
管外介质腐蚀主要考虑高温段的钒腐蚀和低温段的露点腐蚀。由于目前我国燃料油中钒含量较少，尚不能构成钒腐蚀，所以现在设计中可不考虑这种腐蚀。为避免低
温段的露点腐蚀，对流室炉管和空气预热器换热面的金属壁温不应低于图 2.2.3所示
图2.2.3 燃料含硫量与最低金属壁温
2.2.4 选用ASTM标准炉管时的注意事项
2.2.4.1 Tnbe管适用于胀接回弯头的连接，但Tube管亦可与回弯头或急弯弯管进行焊接。
2.2.4.2 Pipe管仅适用于与回弯头或急弯弯管的焊接，不适用于胀接。但在采用胀接回弯头，而又采用Pipe管的特定条件下，其外径公差应能与回弯头上的管孔正确配合，且其管端硬度不得大于相应的Tube管的规定。
2.3 对流炉管
2.3.1 对流室烟气入口处的前二至三排炉管为遮蔽管。这部分炉管因受辐射和对流两种传热的作用，其热强度高，故应采用光管。
2.3.2 遮蔽管后面的对流管排，可选用钉头管或翅片管。钉头管和翅片管的使用范围应按表2.3.2确定。
表2.3.2 钉头管和翅片管的使用范围
类别单燃气油、气混燃
以气为主
单燃油或
以油为主
钉头管可以采用钉头直径≥12 mm
高度≥25 mm
钉头直径≥12 mm
高度≤25 mm
翅片管翅片间距≥5 mm
≤25 mm
厚度≥1.2 mm
翅片间距≥8 m
≤19 mm
厚度≥1.2 mm
不推荐
2.3.3 钉头和翅片的材料应根据其端部的最高计算温度按表2.3.3选用。
表2.3.3 钉头、翅片使用温度
钉头材料
最高使用温度
℃
翅片材料
最高使用温度
℃
碳钢 510 碳钢 450 5Cr -1/2Mo 600
-- --
11Cr ～13Cr 650 11Cr ～13Cr 600 18Cr -8Ni 815 18Cr -8Ni 815 2.3.4 钉头管、翅片管单管水压试验压力按式（2.3.4）计算。
'2D S r )
(][δσ?××=P （2.3.4）
式中：
P r ——单管水压试验压力，MPa ；
[σ]’——许用应力，MPa ，碳钢、铬钼钢：[σ]’=80 %σS ，铬钼奥氏体钢：
[σ]’=70 %σS ，σS 按表2.8.1选取；
S ——管壁厚度，mm ；
δ——考虑钉头和翅片焊接时可能使炉管外壁受伤而减薄的厚度，mm ，
火花焊钉头管：δ一般取3，高频焊翅片管：δ一般取1.5；
D 0——管子外径，mm 。 2.4 急弯弯管和回弯头
2.4.1 急弯弯管的材质应和相连炉管的材质相同，其壁厚不得小于炉管的厚度。 2.4.2 堵头式回弯头的设计压力与所连炉管相同，其设计温度应等于管内被加热介质
的温度加30 ℃。
2.4.3 当采用堵头式回弯头并需要机械法清除管内的结焦和积垢时，应采用双孔堵头
式。在立管炉上采用带堵头的回弯头时，盘管上部应为双孔堵头式，而下部则可采用单孔式。
2.4.4 对急弯弯管连接的盘管，如需在检修时对炉管内部进行检查或放空，可在适当
部位设置堵头式回弯头。
2.4.5 180°急弯弯管和回管头的常用管心距应按表2.4.5选用。
表2.4.5 180°急弯弯管和回弯头的管心距单位：mm 炉管外径管心距炉管外径管心距
60 120 150 141 254 282
76 130 152 152 275 304
89 150 178 168 304 336
102 172 203 180 324 360
114 203 230 219 372 438
127 215 250 273 478 546 注：表 2.4.5中较大管心距的急弯弯管和回弯头，一般用于辐射管和对流钉头管或翅片管
的连接；较小管心距的急弯弯管和回弯头则常用于对流光管的连接。
2.5 炉管支撑件
2.5.1 炉管支撑件的设置原则
2.5.1.1 水平辐射炉管的支撑间距一般不应大于炉管外径的30倍，水平对流炉管的支
撑间距一般不应大于炉管外径的35倍。当炉管的设计温度与管材的极限使用温度接近
时，水平炉管的支撑间距应通过计算确定。
2.5.1.2 下部支撑的立式炉管长度不宜超过表2.5.1.2的规定。当用急弯弯管连接时，
应在炉管上部1/4处设置导向架。当下部为集合管连接时，应在上部设置恒力弹簧吊
架。
表2.5.1.2下部支撑的立式炉管长度限制单位：mm 上下均用急弯弯管连接下部与集合管连接，上部为门形结构炉管外径最大长度炉管外径最大直管长度
60 4100 60 6700
76 5400 76 8700
89 6300 89 10200
102 7300 102 11800 114 8300 114 13200 127 9300 127 14600 141 10400 141 16300
152 10800 152 17700
168 12400 ----
180 13000 ----
219 16000 ----
2.5.1.3 管长超过表2.5.1.2所列数值时，应采用上部支撑结构。在下部约1/4管长
处设置导向架，并在下部急弯弯管的底端设置定位导向管。导向管应能在炉底套管内
自由滑动。炉底套管的下端（位于炉外）应设有易于拆装的密封盖。
2.5.2 炉管支撑件的设计温度
辐射管和遮蔽管的中间管板、管架和导向架的设计温度应按火墙温度加110 ℃确定。
但其最低设计温度不得低于870 ℃。
2.5.2.2 对流管中间管板的设计温度应按各管板处的最高烟气温度加60 ℃确定。
2.5.2.3 通过一片对流中间管板的烟气最大温差不应超过220 ℃。
2.5.3 管板的结构设计
2.5.
3.1 对流段的两端管板和中间管板的分块应保持相同。
2.5.
3.2 两端管板上的管套内径与光管或钉头、翅片管的外径之差（总间隙）不得小
于表2.5.3.2所列值。
表2.5.3.2 管板管套内径与炉管之间的总间隙
炉管外径，mm φ60 φ89 φ102～φ141 ≥φ152
总间隙，mm 8 9 10 12
2.5.
3.3 管板的设计应考虑能使炉管便于穿入和拆除，并避免炉管造成机械损伤。
2.5.
3.4 在管板支撑处的钉头管和翅片管上应设置支撑助或支撑环。如果采用钉头或
翅片直接座落在管板上的结构，则座落在管板上的钉头应不少于三排；座落在管板上
的翅片应不少于五圈。
2.5.
3.5 管板的结构与固定应考虑管板自身的热胀与冷缩。
2.5.
3.6 在两端管板的烟气侧应设置耐火隔热层，当采用轻质耐热混凝土隔热时，其
厚度：对流管板不应小于75 mm；辐射管板不应小于125 mm。耐火隔热层应采用保
温钉固定。
2.5.4 辐射炉管支撑件的设计荷载
2.5.4.1 水平炉管中间管架的强度计算应考虑由静荷载引起的竖向荷载和由磨擦产生
的水平荷载。竖向计算荷载取管架自重和最大跨度炉管充水总重 1.5倍之和；水平荷
载取0.3倍竖向计算荷载。
2.5.4.2 立管上部吊架的静荷载应按所吊炉管、管件及管内充水总重的1.5倍确定。
2.6 炉管焊接
2.6.1 炉管、急弯弯管、回弯头、法兰、集合管等炉管系统相焊件的坡口应符合GB 985
的要求。
2.6.2 碳钢、铬钼钢炉管焊接应符合SH 3085的要求。
2.6.3 铬镍奥氏体钢、铁镍合金、镍合金炉管焊接应符合SH/T 3523的要求，当需要
作晶间腐蚀试验时，应加注：“焊接工艺评定时应按GB 4334.5进行晶间腐蚀倾向试验”。
2.6.4 炉管焊缝射线检验执行标准GB 3323，焊缝合格等级为Ⅱ级。但对于操作条件
荷刻的炉管（如加氢炉），有些固定口，特别是对流室的固定口，难以用X射线透照时，可采用γ射线透照，因此应加注：“对于用X射线透照有困难的部位，允许用γ射线透照”，执行标准为GB/T 12605，焊缝合格等级为Ⅱ级”。
2.7 炉管系统的设计
2.7.1 炉管与炉墙的相对尺寸
2.7.1.1 辐射管中心距炉壁内表面的最小距离一般应为管子外径的1.5倍。
2.7.1.2 对流室光管外表面、钉头管钉头部或翅片管外圆距对流室两侧炉墙的距离不
应小于40 mm。
2.7.2 炉管伸出两端管板外表面的距离不得小于表2.7.2所列尺寸。
表2.7.2 炉管伸出两端管板外表面的距离A
炉管壁厚
6 8 10 12 14 16 18 20
mm
距离A
110 120 130 140 150 160 165 170 mm
2.7.3 炉管的热膨胀及其补偿
2.7.
3.1 炉管的热膨胀量应按操作状态下的最高管壁温度计算。对于需要蒸汽－空气
烧焦的炉子,则应按烧焦状态下的最高管壁温度计算。
2.7.
3.2 水平炉管的弯头箱门内表面（当弯头置于炉内时，则为炉墙内表面）至弯头
的外边缘之间的最小距离应大于该处单根炉管的热膨胀量。
2.7.
3.3 下支撑立管式炉的对流管至辐射管的转油线应能补偿辐射室入口炉管的热膨
胀量。转油线应采用弹簧支吊架支撑。辐射室出口炉管的热膨胀量应用书面通知管道
设计（配管）专业，由工艺配管予以补偿。其余辐射管顶弯头的上表面至炉顶内表面
之间的距离应大于单根炉管的热膨胀量。
2.7.
3.4 上支撑立管式炉的辐射管下部弯头的下表面至炉底衬里上表面的距离应大于
单根炉管的热膨胀量。 2.7.4 多管程炉管系统
当采用集合管连接各管程炉管时，集合管的内截面积与各支管的内截面积总和之
比，当管内介质为液体时，应为1.2～1.5；为气体时，应大于1。 2.7.5 管件公称压力
与炉管相连接的法兰和铸造回弯头的公称压力不得低于PN2.5。 2.8 炉管系统的整体压力试验 2.8.1 水压试验
水压试验应按式（2.8.1－1）计算。 [][]
t
σσ25.1×
×=P r P （2.8.1－1）
式中：
P r ——水压试验压力，MPa ； P ——设计压力，MPa ；
[σ]——试验温度下的材料许用应力，MPa ； [σ]t ——设计温度下的材料许用应力，MPa 。
其中[σ]t 按SH /T 3037-1991中附表2-1至附表2-15查取。[σ]则根据该标准中
规定的常温屈服强度σs 的最小值按以下关系确定： a) 碳钢：[σ]=65 %σs ； b) 铬钼钢：[σ]=55 %σs ；
c) 常用材料的[σ]和σ，见表2.8.1。
表2.8.1 常用材料的[σ]和σs 材料
σs ，MPa [σ]，MPa
10＃ 205 133
碳钢GB 9948
20＃ 245 159
铬钼钢（ASTM A200），T5，T9等 172 95 不锈钢（ASTM A271），TP321，TP347等 205
185
试验压力下的管材应力:对优质碳素钢和合金钢不得大于屈服强度σs 的80%；对不
锈耐热钢不得大于屈服强度的70 %。
试验压力下的管壁应力按式（2.8.1-2）计算： σ=S
D P T ××20
（2.8.1-2）
式中：
σ——管壁应力，MPa ； D 0——炉管公称外径，mm ； S ——炉管公称壁厚，mm 。
管内被加热介质为烃类时，P r 值不得小于3.7 MPa 。有回弯头和法兰连接的盘管，
水压试验压力P r 值不得大于回弯头或法兰的试验压力。
水压试验应采用洁净水。对奥氏体不锈钢盘管的试压用水，其中氯离子含量不得
超过25 PPm ，水温不得低于5 ℃。 2.8.2 气压试验
如因设计要求或其它原因不能采用水压试验时，应采用气压试验。气压试验压力P T 按式（2.8.2）计算。
[][]t
σ
σ
P ×
×=P T 15.1 （2.8.2） 式中：
P T ——气压试验压力，MPa ；
管内被加热介质为烃类时，P T 值不得小于3.4 MPa 。
试验压力下的管材应力：对优质碳素钢和合金钢不得大于屈服强度的70 %；对不
锈耐热钢不得大于屈服强度的60 %。
有回弯头和法兰连接的盘管，气压试验的P T 值不得大于回弯头或法兰的试验压
力。
气体试验所用气体，应采用干燥洁净的空气、氮气或其它隋性气体，气体温度不
低于15 ℃。
附录A炉管强度计算的许用应力
炉管强度计算的许用应力是按SH/T 3037规定的许用应力曲线查取的，因此水压
试验温度下（即常温）的材料许用应力[σ]也应按同样方法确定。查这些图中曲线可得
弹性许用应力和最小屈服强度σs之比，见表A-1。
表A-1 弹性许用应力和最小屈服强度σs之比
材质碳钢 Cr5Mo Cr9Mo
18-10-Ti 18-10-Nb
[σ]/σS，% -- 55.5 55.5 89.3 89.3 由本标准第 2.1.2中的数值和各国钢材标准中的常温最小屈服强度可计算其相应
的[σ]值，见表A-2。
表A-2 [σ]值单位：MPa GB 9948 JISG 3467 ASTM A161，A106，A200，A271材质σS[σ]材质σS[σ]材质σS[σ]
10 20 205
245
133.25
159.25
STF42 245
159.2
5
A161低碳钢
A106 B类
179
240
116.35
156
Cr5Mo Cr9Mo 195 107.25
STFA25
STFA26
205
205
112.75
A200 T5
T9
172 94.6
18-10-Ti 18-10-Nb 205 --
SUS321TF
SUS347TF
205 184.5
A271 TP321
TP347
205 184.5
由此确定表2.8.1的值，其中，碳钢按GB 9948取值，考虑到铬钼钢和不锈钢一般为进口炉管，按ASTM取值。
钢材 低碳钢
10＃，20＃ 1 1/4Cr-1/2Mo
2 1/4Cr-1Mo
5Cr-1Mo 9Cr-1Mo 18Cr-8Ni 16Cr-12Ni-2Mo 18Cr-10Ni-Ti 18Cr-10Ni-Nb ASTM 钢号 A106 B 类 A161低碳 T11 P11
T22
P22
T5 P5
T9 P9
TP304 TP304H
TP316 TP316H
TP321 TP321H
TP347 TP347H
断裂数据可靠值上限
温度，℃ 540 595650650705815815815815临界下限温度，℃720
775805820825-- --
--
--
GB 150最高设计温
度，℃
475
--
-- 600-- --
--700--
ASME 最高设计温
度，℃
540 650--650--815--815-- 锅炉监察规程最高使
用温度，℃ 480（受热面管子） 430（集箱，蒸汽管道）--
--
--
--
--
--
--
氧化起皮 门限温度，℃ 480 -- -- 620675900900900900使用温度限制及理由
425 石墨化
565 氧化起皮
--
620 氧化起皮
--
480（高碳）碳化物析出
--
900 氧化起皮
--
σ相 最快生成温度，
℃上限
-- -- -- -- --
593704760 843 -- 593 704 耐氧化极限温度，℃565 590635650705850～900850～900850～900 -- 十万小时氧化率，mm （℃） 1.6（450） 3.2（565） 0.8（550）1.6（600） 1.6（600） 2.4（635） 1.6（600）
2.5（650） 1.6（705） 0.8（820）0.8（820）0.8（820） --
最高使用温度，℃450 550600600650820820820--
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炉管金属的最高使用温度的确定，要综合考虑金属的抗氧化、石墨化、σ相析出及断裂数据可靠值上限等因素，为此根据现有
资料列出下表B ，由此确定表2.2.1.1的值。
附录B 炉管金属的最高使用温度
表B 断裂数据可靠值上限
步进式加热炉加热质量控制系统的设计 摘要：目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。本文通过对步进式加热炉加热质量控制系统的设计，从而反映出当今自动化技术的发展方向。同时,介绍了软件设计思想和脉冲式燃烧控制技术原理特点及在本系统的应用。 一、引言 加热炉是轧钢工业必须配备的热处理设备。随着工业自动化技术的不断发展，现代化的轧钢厂应该配置大型化的、高度自动化的步进梁式加热炉，其生产应符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求，以提高其产品的质量，增强产品的市场竞争力。 我国轧钢工业的加热炉型有推钢式炉和步进式炉两种，但推钢式炉有长度短、产量低，烧损大,操作不当时会粘钢造成生产上的问题,难以实现管理自动化。由于推钢式炉有难以克服的缺点,而步进梁式炉是靠专用的步进机构,在炉内做矩形运动来移送钢管,钢管之间可以 留出空隙，钢管和步进梁之间没有摩擦,出炉钢管通过托出装置出炉，完全消除了滑轨擦痕,钢管加热断面温差小、加热均匀，炉长不受限制，产量高,生产操作灵活等特点,其生产符合高产、优质、低耗、节能、无公害以及生产操作自动化的工艺要求。 全连续、全自动化步进式加热炉。这种生产线都具有以下特点：
①生产能耗大幅度降低。②产量大幅度提高。③生产自动化水平非常高,原加热炉的控制系统大多是单回路仪表和继电逻辑控制系统,传动系统也大多是模拟量控制式的供电装置，现在的加热炉的控制系统都是PＬC或DCＳ系统，而且大多还具有二级过程控制系统和三级生产管理系统。传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 本工程是某钢铁集团新建的φ1８0小口径无缝连轧钢管生产线中的热处理线部分的步进式加热炉设备。 二、工艺描述 本系统的工艺流程图见图1 ?图1 步进式加热 炉工艺流程图 淬火炉和回火炉均为步进梁式加热炉。装出料方式：侧进，侧出;炉子布料：单排。活动梁和固定梁均为耐热铸钢，顶面带齿形面，直径小于１41.3mm钢管，每个齿槽内放一根钢管。直径大15 ３.7mm的钢管每隔一齿放一根钢管。活动梁升程180mm，上、下各90mm，齿距为１90mm，步距为145mm。因此每次步进时，
基于单片机的电加热炉温度控制系统设计 2010-07-28 12:56:38 作者：王丽华郑树展来源:高等职业教育：天津职业大学学报 关键字：电加热炉控温固态继电器飞升曲线 引言 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。 单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。 1 单片机炉温控制系统结构 本系统的单片机炉温控制系统结构主要由单片机控制器、可控硅输出部分、热电偶传感器、温度变送器以及被控对象组成。如图1所示。 炉温信号T通过温度检测及变送，变成电信号，与温度设定值进行比较，计算温度偏差e和温度的变化率de/dt，再由智能控制算法进行推理，并得控制量u，可控硅输出部分根据调节电加热炉的输出功率，即改变可控硅管的接通时间，使电加热炉输出温度达到 理想的设定值。 2 系统硬件设计 2.1 系统硬件结构 以AT89C51单片机为该控制系统的核心，实现对温度的采集、检测和控制。该系统的工作流程如图2所示。系统由变送器经A/D转换器构成输入通道，用于采集炉内的温度信号。
变送器可以选用DBW，型号，它将热电偶信号(温度信号)变为0～5 V电压信号，以供A/D转换用。转换后的数字量与炉温数字化后的给定值进行比较，即可得到实际炉温和给定炉温的偏差及温度的变化率。炉温的设定值由BCD 拨码盘输入。由AT89C51构成的核心控制器按智能控制算法进行推算，得出所需要的控制量。由单片机的输出通过调节可控硅管的接通时间，改变电炉的输出功率，起到调温的作用。 2.2 系统硬件的选择 a)微型计算机的选择：选择AT89C51单片机构成炉温控制系统。它具有8位CPU，3 2根I/O线，4 kB片内ROM存储器，128 kB的RAM存储器。AT89C51对温度是通过可控硅调功器实现的。在系统开发过程中修改程序容易，可以大大缩短开发周期。同时，系统工作过程中能有效地保存一些数据信息，不受系统掉电或断电等突发情况的影响。AT89C51单片机内部有128 B的RAM存储器，不够本系统使用，因此，采用6264(8 kB)的RAM作为外部数据存储器。 b)热电偶的选择：本设计采用DBW型热电偶--镍络-镍硅(线性度较好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和复现性较好，抗氧化性强，价格便宜)对温度进行检测。由于温度是非线性输出的，而与输入的mV信号成线性关系，所以在软件上将此非线性关系加以修正，以便正确反映输入mV信号与温度之间的关系。ADC0809把检测到的连续变化的温度模拟量转换成离散的数字量，输人到单片机中进行处理。 c)键盘输入的选择：采用4片BCD拨码盘作为温度设定的输入单元，输入范围为0～9999，可满足本系统的要求。每位BCD码盘占4条线，通过上拉电阻接入8255可编程并行I/O扩展口。4片BCD码盘占8255的A、B两口，8255工作方式设为"0 模式"，A、B 两口均为输入方式。开机后，CPU读8255口操作，即可将BCD码盘的设定温度读入并存人相应的存储单元。 d) 显示器的选择：采用字符型LCD(液晶显示器)模块TC1602A，并且它把LCD控制器、ROM和LCD显示器用PCB(印制板)连接到一起，只要向LCD送人相应的命令和数据便可实现所需要的显示，使用特别方便灵活。第1行显示设定温度，第2行显示实际温度，这样，温差一目了然，方便控制。 3 系统软件设计
压缩空气管路系统设计与安装 苏州卓锐机械空气压缩机的应用范围是广泛的，正确安装是重要的关键，注意任何应用类型所共有的安装基本原则，将可确保空压机发挥最高效率和性能。 压缩空气作为动力源泉已经有一个多世纪的历史，随着科学技术的发展，特别是人类对其生存空间环境要求的提高，推动了压缩技术的发展。现在人们不再只是满足于“动力源”了，而是对空气品质以及机器对环境的影响有了更高的要求，即对压缩机有了更高的要求：----机器对环境的影响最小； ----使机器最大程度地满足于各种环境的要求； ----人机间有良好的关系。 就空压站而言，其设计与安装，对能源消耗、生产工艺要求、空气品质、用气量满足等生产成本均有直接的因素。常见有： ----选用的压缩机规格过大。其后果：停机与空转时间长； ----选用的压缩机设备规格过小。其后果：用气终端压力过小，降低工效； ----空气压缩机通风不足。其后果：压缩机流量下降； ----管道及其配件的安装不符合要求。其后果：空气泄漏或压力降过大，气量不足或空气品质下降； ----压缩空气罐尺寸错误。其后果：设备磨损加快； ----管路、干燥器、过滤以及输入/输出气道尺寸过小。其后果：压力损失增加。 我们从事压缩空气工作者，必须清楚认识到压缩空气设备的选型、配置、供给实施设计正确具有重要的意义。 安装场所之选定 压缩机安装场所之选定最为工作人员所疏忽。往往空压机购置后就随便找个位置，配管后立即使用，根本没有事前的规划。殊不知如此草率的结果，却形成日后空压机故障、维修困难及压缩空气品质不良等后果。所以适当的安装场所乃是正确使用空压系统的先决条件。 1、须宽阔采光良好的场所，以利操作和检修。 2、空气之相对湿度宜低、灰尘少、空气清净且通风良好。 3、环境温度宜低于40℃，因环境温度越高，则空压机之输出空气量越少。 4、如果工厂环境较差，灰尘多，须加装前置过滤设备以维持空压机系统零件之使用寿命。
密级： NANCHANGUNIVERSITY 学士学位论文THESIS OF BACHELOR （2006 —2010年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6
南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统
首钢迁钢2#热轧工程 步进梁式加热炉汽化冷却系统设计说明 1、汽化冷却系统的设计概述 1.1汽化冷却系统的冷却效果取决于汽化水的热量吸收。对于步进梁式加热炉，汽化冷却系统设计为强制循环系统。系统产生的饱和蒸汽进入车间蒸汽管网，或者在紧急情况下排入大气。 1.2循环系统的主要设备如下： ——炉底水梁及立柱 ——汽包 ——循环水泵（共3台） ——旋转接头组 给水供应系统主要设备如下： ——电动给水泵 ——除氧器 16
——除盐水箱 ——电动除盐水泵 ——柴油机给水泵 ——加药装置 加热炉炉底水梁，其外表面包扎有耐高温的保温层。 活动梁：4根； 固定梁：4根； 每根固定梁分为3段；每根活动梁分为3段； 另外，在均热段设两根单独固定梁，各自并联进相邻的固定梁；梁的编号为： 活动梁（串联结构）：2#、4#、5#、7#； 固定梁（串联结构）：1#、8#； 固定梁（串并联结构）：3#、6#。 16
每段梁均由一根双水平管和若干立柱组成，其中一根立柱为双管立柱，是支撑梁冷却水进水和出水的接管；其它为采用带有芯管的单管立柱。 1.3主要运行参数 汽包设计工作压力：0.8—1.3MPa（g） 工作温度：对应压力下的饱和温度 蒸发量： 13.0t/h（保温完好，10%排污率时） 对应给水量： 14.3 m3/h 蒸发量： 16t/h（10%保温脱落，10%排污率时） 对应给水量： 17.6 m3/h 蒸发量： 25t/h（40%保温脱落，10%排污率时） 对应给水量： 27.5m3/h 给水温度： 102~104℃ 系统总循环水量： 700—600 m3/h 16
湖南理工学院南湖学院 课程设计 题目：电加热炉温度控制系统设计专业:机械电子工程 组名：第三组 班级：机电班 组成员:彭江林、谢超、薛文熙
目录 1 意义与要求 (2) 1.1 实际意义 (2) 1.2 技术要求 (2) 2 设计内容及步骤 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 详细设计 (3) 2.2.1 主要硬件介绍 (3) 2.2.2 电路设计方法 (4) 2.2.3 绘制流程图 (7) 2.2.4 程序设计 (8) 2.3 调试和仿真 (8) 3 结果分析 (9) 4 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (10) 附录............................................................ 10-27
1 意义与要求 1.1 实际意义 在现实生活当中，很多场合需要对温度进行智能控制，日常生活中最常见的要算空调和冰箱了，他们都能根据环境实时情况，结合人为的设定，对温度进行智能控制。工业生产中的电加热炉温度监控系统和培养基的温度监控系统都是计算机控制系统的典型应用。通过这次课程设计，我们将自己动手设计一个小型的计算机控制系统，目的在于将理论结合实践以加深我们对课本知识的理解。 1.2 技术要求 要求利用所学过的知识设计一个温度控制系统，并用软件仿真。功能要求如下： （1）能够利用温度传感器检测环境中的实时温度； （2）能对所要求的温度进行设定； （3）将传感器检测到得实时温度与设定值相比较，当环境中的温度高于或低于所设定的温度时，系统会自动做出相应的动作来改变这一状况，使系统温度始终保持在设定的温度值。 2 设计内容及步骤 2.1 方案设计 要想达到技术要求的内容，少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD显示屏、直流电动机等。其中单片机用作主控制器，控制其他器件的工作和处理数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中进行数值对比；LCD显示屏用来显示温度、时间的数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工作情况，转动表示电加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断
二 步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 (1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃ 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3)煤气不预热：t 煤气=20℃ 表1-1 焦炉煤气干成分(%) 废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃ 2.2 热工计算 2.2.1 焦炉煤气干湿成分换算 查燃料燃烧附表5，3/9.18m g g = 10000124.0100124.0222?+= 干 干 湿O H O H g g O H 100 100%%2湿 干 湿 O H X X -?= 由上式得 %2899.22=湿O H
00 00 25741.56100 2899.21009.57%H =-? =湿 00 00 48184.24100 2899.21004.25%CH =-? =湿 0000 7939.8100 2899.21009%CO =-=湿 0000428336.2100 2899.21009.2%H C =-?=湿 000022702.1100 2899.21003.1%N =-?=湿 000023909.0100 2899.21004.0%O =-?=湿 000020290.3100 2899.21001.3%CO =-?=湿 代入表2—1中，得 表2-1 焦炉煤气湿成分(%) 2.2.2 计算焦炉煤气低发热值 ） （低 +?+?+?+??=424214100%8550%2580%3046187.4H C CH H CO Q = ()0 00 000 8336 .2141008184 .2485505741.5625807939 .83046187.4?+?+?+?? =17094.6830 KJ/m 3 误差%557.0%10017000 17000 6830.17094%=?-= 计算值与设计值相差很小，可忽略不计。 2.2.3 计算理论空气需要量L 0 )3322220/(1023)4(212176.4m m O S H H C m n H CO L m n -??? ? ???-++++=∑ 把表2-1中焦炉煤气湿成分代入
目录 一、工艺介绍 (2) 二、功能的设计 (4) 三、实现的情况以及效果 (6)
一、工艺介绍 在钢厂中轧钢车间在对工件进行轧制前需要将工件加热到一定的温度，如图1表示其中一个加热段的温度控制系统。在图中采用了6台设有断偶报警的温度变送器、3台高值选择器、1台加法器、1台PID调节器和1台电器转换器组成系统。 利用阶跃响应便识的，以控制电流为输入、加热炉温度为输出的系统的传递函数为： 温度测量与变送器的传递函数为： 由于，因此，上式中可简化为： 在实际的设计控制系统时，首先采用了常规PID控制系统，但控制响应超调量较大，不能满足控制要求。
图1 对如图1所示的加热炉多点平均温度系统采用可变增益自适应纯滞后补偿进行仿真。 加入补偿环节后，PID调节器所控制的对象包括原来的对象和补偿环节两部分，于是等效对象的特性G（s）可以写成： 即补偿后的广义被控对象不在含有纯延迟环节，所以，采用纯滞后的对象特性比原来的对象容易控制的多。 但实际应用中发现，加热锅炉由于使用时间长短不同及处理工件数量不同，会引起特性变化，导致补偿模型精度降低，从而使纯滞后补偿特性变差，很难满足实际生产的稳定控制要求。
为改善调节效果，在控制线路中加入两个非线性单元——除法器与乘法器，构成如图所示的加热炉多点温度控制纯滞后自适应控制系统。 二、功能的设计 1、系统辨识 经辨识的被控对象模型为： 所以，带可变增益的自适应补偿控制结构框图如图
图2 加热炉多点温度控制纯滞后自适应补偿系统控制框图2、无调节器的开环系统稳定性分析 理想情况下，无调节器的开环传递函数为： 上式中所示广义被控对象的Bode图如下图所示。 图3
《给水排水管道系统》课程设计 计算说明书 题目：杭州市给水排水管道工程设计 学院：市政与环境工程学院 专业：给排水科学与工程 姓名： 学号：02 指导老师：谭水成张奎宋丰明刘萍 完成时间：2013年12月25日
河南城建学院 2013年12月25日 前言 给水排水管道工程是给水排水工程的重要组成部分，可分为给水管道工程和排水管道工程两大类。 给水管道工程是论述水的提升，输送，贮存，调节和分配的科学。其最基本的任务是保证水源的原料水送至水处理构筑物及符合用户用水水质标准的水输送和分配到用户。这一任务是通过水泵站，输水管，配水管网及调节构筑物等设施的共同工作来实现的，它们组成了给水管道工程。设计和管理的基本要求是以最少的建中造费用和管理费用，保证用户所需的水量和水压，保证水质安全，降低漏损，并达到规定的可靠性。 给水排水管网工程是给水排水工程中很重要的组成部分,所需(建设)投资也很大,同时管网工程系统直接服务于民众,与人们生活和生产活动息息相关,其中任一部分发生故障,都可能对人们生活、生产及保安消防等产生极大影响。因此,合理地进行给水排水管道工程规划、设计、施工和运行管理,保证其系统安全经济地正常运行,满足生活和生产的需要,无疑是非常重要的。 室外给水排水工程是城镇建设的一个重要组成部分，其主要任务就是为城镇提供足够数量并符合一定水质标准的水；同时，把人们在生活、生产过程使用后的污水汇集并输送到适当地点进行净化处理，达到一定水质标准后，或重复使用，或灌溉农田，或排入水体。 室内给水排水工程的任务是将室外给水系统输配的净水组织供应到室内各个用水点，将用后的污水排除汇集到室外排水系统中去。 做为工程类专业学生，实践学习和设计是我们自身获取知识和经验的最好环节。学
步进式加热炉温度均匀性研究 摘要温度均匀性是步进式加热炉综合性能评定中最关键的一个要素，也是确定加热炉是否符合工艺要求的基本标准。钛合金棒材在锻造前要通过步进式加热炉进行加热，步进式加热炉温度均匀性的好坏直接影响着钛合金棒材的组织性能和产品质量。本文从步进式加热炉工作方式、温度控制系统、温度测试系统和测试结果分析等几个方面对温度均匀性进行了研究。 关键词步进式加热炉；温度控制系统；温度测试系统；温度均匀性 0 引言 钛合金棒材步进式加热炉的最大优点在于采用了步进式结构，由于此结构设计合理，棒料从入炉口进，经加热后从后炉口滚落到输送辊道进入到下一工序，实现了连续式作业。与传统箱式炉相比，提高了生产效率，节约了能源，缩短了产品加工周期。目前西部超导公司钛合金加热炉的加热方式全采用电阻式加热，此加热方式的优点在于无粉尘污染，温度控制系统技术成熟，温度均匀性易于控制。目前在温度控制系统中，利用控制热电偶、二次仪表和三相电力调整器的合理优化控制，以此来控制电阻炉的发热功率，最终实现温度均匀性的合理控制，从而达到稳定产品质量的目的。 1 钛合金步进式加热炉 1.1 工作方式及分区 钛合金步进式加热炉的工作方式：将摆放整齐的钛合金棒料置于上料台架上，PLC棒材控制系统根据程序指令，驱动液压翻转机构实现一根根进料，并自动落进固定梁上用耐火材料制作的V型槽内，依靠水冷金属梁的上升、前进、下降、后退，将钛合金棒料向前运送并滚落进入静止梁等一系列连贯的操作，来实现钛合金棒料连续性的运送，在棒材连续送进过程中逐渐将棒料加热，直至完成加热。 钛合金步进式加热炉沿炉膛长度方向分为四个独立加热区，分为预热段和均热段。钛合金棒料首先进入步进式加热炉第一区，即预热段进行预热，由于进入预热段的棒料，都是从常温下进入开始预热的，为快速弥补被棒料吸收的热量，避免第一区温度持续下降，一般在第一区的功率设计时，就稍微加大了发热功率，这样才能保证棒料预热后达到一定的温度，以此来提高炉子的效率。均热段是主要的加热段，这里炉子温度高，可以将预热过的棒料快速提高温度，以达到工艺要求的目标温度。均热段位于第二、三、四区，在这里炉子的温度和棒料的温度相近，从而确保经步进炉加热后的棒料温度满足工艺要求。 1.2 温度控制系统
2 10 步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 （1） 炉子生产率：p=245t/h （2） 被加热金属： 1） 种类：优质碳素结构钢（20#钢） 2） 尺寸：250 >2200 >3600 （mm ）（板坯） 3） 金属开始加热（入炉）温度：t 始=20r 4） 金属加热终了（出炉）表面温度：t 终=1200C 5） 金属加热终了（出炉）断面温差：t < 15C （3） 燃料 1） 种类：焦炉煤气 2） 焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3） 煤气不预热：t 煤气=20 °C 表1-1焦炉煤气干成分（％） ⑷ 出炉膛烟气温度：t 废膛=800C ⑸空气预热温度（烧嘴前）：t 空 =350 C 2.2燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L c 1 1 m L o 4.76 —CO -H 2 (n —)C n H m 2 2 4 把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 1 1 3 3 3 -H 2S O 2 2 2 3 3) 10 (m /m )
L0 4.76 8.7939 険5741 2 24?8184 3 2?8336。碍 2 10 =4.3045m3/m3
V n V CO 2 V H 2O V N 2 V O 2 224计算实际空气需要量Ln 查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入 L n nL o 1.1 4.3045 4.7317 标 m 3/标 m 3 实际湿空气消耗量 L n 湿(1 0.00124g) nL o =(1 0.00124 18.9) 4.7317 =6.0999 标 m 3/标 m 3 2.2.5计算燃烧产物成分及生成量 V c°2 (CO nC n H m CO 2) 100 1 79 1.2702 丄 79 4.7317 100 100 =3.7507 标m 3/标m 3 V 02 (L n L 0)标 m /标 m 100 21 4.7317 4.3045 100 =0.0897 标 m 3/标 m 3 燃烧产物生成总量 (56.5741 2 1 24.8184 2 2.8336 2.2899) 100 0.00124 18.9 4.7317 标m 3/标m 3 标m 3/标m 3 (24.8184 8.7939 2 2.8336 3.0290) 1 100 =0.4231 标 m 3/标 m 3 V H 2O (H 2 m C H n m 2 H 2S H 2O) 1 100 0.00124gL n 标 m 3/标 m 3 V N 2 N 2 100 100 Ln 标说标 m =1.2526
过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍
2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定
性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 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。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。
基于单片机的电加热炉温度控制系统设计 王丽华1郑树展2 （1、天津职业大学，天津300402；2、天津航空机电有限公司，天津300123） 摘要：温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，其控制系统本身的动态特性属于一阶纯滞后环节。以8051单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。该控制系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗干扰能力强等特点。 关键词：电加热炉控温固态继电器飞升曲线 0引言 传统的以普通双向晶闸管（SCR）控制的高温电加热炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。这种移相方式输出一种非正弦波，实践表明这种控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。 1电加热炉温度控制系统的硬件设计 电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部件组成，它以8051单片机为核心，外扩键盘输入和LED显示温度。电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的电压信号，通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿，经运算放大器7650放大到0～5V，再经过有源低通滤波器滤波后，由A/D转换成数字量。此数字量经数字滤波、标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来；另一方面，将该温度值与被控温度值进行比较，根据其偏差值的大小，采用PID控制，通过PWM脉冲调宽功率放大器控制SSR固态继电器来控制电加热炉炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡。 1.1 热电偶的选取 热电偶是温度测量传感器，对它的选择将直接影响检测误差的大小。目前多选K型或S 型（镍铬-镍硅）热电偶。两者相比，K型有较好的温度—热电势的线性度，但它不适宜于长时间在高温区适用；S型有高的精度，但温度—热电势的线性度较差。 A/D转换器 图1中A/D转换芯片采用ADC0809，其转换精度是1/256。若电加热炉工作温度是256℃，这样在（0～256）℃范围A/D的转换精度为256℃/256＝1℃/bit，即一个数字量表示1℃，这显然不能满足控制精度为±0.5℃要求。为了提高控制精度，可以选用更高位的A/D转换器，如10位、12位、16位A/D转换器，其控值精度均能满足要求。然而根据实际需要温度控制情况，也可以通过具有零点迁移和冷端补偿功能的温度变送桥路，缩小测温的范围，如
第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。
步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 (1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃ 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3)煤气不预热：t 煤气=20℃ 表1-1 焦炉煤气干成分(%) 废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃ 2.2 燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L 0 )3322220/(1023)4(212176.4m m O S H H C m n H CO L m n -??? ? ???-++++=∑ 把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 2 0103909.08336.238184.2425741.56217939.82176.4-??? ????-?+?+?+?=L =33/3045.4m m
2.2.4 计算实际空气需要量Ln 查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入 7317.43045.41.10=?==nL L n 标m 3/标m 3 实际湿空气消耗量 0)00124.01nL g L n ?+=（湿 =7317.4)9.1800124.01(??+ =6.0999 标m 3/标m 3 2.2.5 计算燃烧产物成分及生成量 100 1 )(22? ++=∑CO H nC CO V m n CO 标m 3/标m 3 100 1)0290.38336.227939.88184.24(?+?++= =0.4231 标m 3/标m 3 n m n O H gL O H S H H C m H V 00124.0100 1 )2(2222+? +++=∑ 标m 3/标m 3 7317 .49.1800124.01001)2899.28336.228184.2425741.56(??+?+?+?+= = 1.2526 标m 3/标m 3 n N L N V 100 79100122+? = 标m 3/标m 3 7317.4100 7910012702.1?+? = =3.7507 标m 3/标m 3 )(100 21 02L L V n O -= 标m 3/标m 3 ()3045.47317.4100 21 -= =0.0897标m 3/标m 3 燃烧产物生成总量 2222O N O H CO n V V V V V +++=
第十章 管道系统的设计 第一节 管道系统压力损失计算 一 管道内气体流动的压力损失 包括两种：a 摩擦压力损失或沿程压力损失：由于气体本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压 力损失 b 局部压力损失：气体流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失 总压力损失=沿程压力损失＋局部压力损失 1．沿程压力损失ΔP l m s L lR v R l P ==?242 ρλ 其中 242 v R R s m ρλ= 式中 R m —单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损(或比摩阻)，Pa ／m ； l —直管段长度，m ； 入——摩擦压损系数； v ——管道内气体的平均流速；m ／s ； ρ——管道内气体的密度，kg/m 3； Rs ——管道的水力半径，m ．它是指流体流径直管段时，流体的断面积A(m2)与润湿周边x(m) 之比，即 Rs=A/x (m) （1）圆形管道（流体为气体） Rs=nd 2／4／d=d ／4 R m =入/d*pv 2/2 (Pa ／m) （2）矩形管道： ①流速当量直径计算法： 假设：矩形管道和某圆形管道的压损系数相等，即入圆=入矩； 圆形管道的流速与矩形管道的流速亦相等，即v 圆=v 矩； 当圆形管道比压损与矩形管道比压损相等时，则该圆形管道的直径就称为此矩形管道的流速当量直径，以dv 表示 由dv 值，再由dv 和矩形管道内的实际流速去查圆形管道的比压损计算表，得到的R m 值或入／d 值即可作为矩形管道的R m 或入／d 值 ②用“计算表”直接计算：上述的“计算表”已经考虑到了矩形风管和圆形风管的差异，并已在相应表中作了变换。使用时，可根据已知的流量和选取的流速在“计算表”中直接查出需要设计的管道尺寸和RL 值。 2．局部压力损失ΔP m 气体流经管道系统中的异形管件(如阀门、弯头、三通等)时，由于流动情况发生骤然变化，所产生的能量损失称为局部压力损失。局部压力损失在管道系统的总压力损失中占有很大比重。 局部压力损失一般用动压头的倍数表示，即
密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2006 —2010 年） 题目锅炉控制系统的设计 学院：环境与化学工程系化工 专业班级：测控技术与仪器 学生姓名：魏彩昊学号：5801206025 指导教师：杨大勇职称：讲师 起讫日期：2010-3至2010-6
南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊指导教师：杨大勇 摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。 本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。 关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统
轧钢车间加热炉设计 创建时间：2008-08-02 轧钢车间加热炉设计(design of reheating furnace for rolling mill) 对型钢、中厚板、热轧带钢及线材等轧钢厂坯料加热炉的设计。设计内容包括炉型选择、确定装出料方式与炉子设施的平面布置、炉子加热能力与座数选择、炉温制度与炉型结构选择、炉子供热负荷计算及其分配比例、炉子尺寸设计以及炉子的检测与自动化操作。 炉型选择轧钢车间加热炉主要有推钢式加热炉和步进式加热炉两大类型。一般在设计前期根据原料和燃料、生产规模与产品大纲、车间布置、加热与轧制工艺要求以及整个轧制线的装备水平等原始条件综合考虑选择。步进式加热炉始建于20世纪60年代中期，与传统的推钢式加热炉相比，具有加热质量好、热工控制与操作灵活、劳动环境好等优点，特别是炉长不受推钢长度的限制，可以提高炉子的容量和产量，更适应当代轧机向大型化、高速化与现代化发展的需要。步进式加热炉在配合连铸坯热装时有明显的优越性，一般采用炉底分段传动方式，即在连铸开始浇铸时停止向炉内装料，而炉子仍按轧制节奏连续出钢，炉子装料侧一段炉底空出，当热连铸坯送到后即迅速装入炉内，尽量减少热坯的散热损失，同时集中加热热连铸坯可以有效地提高炉子产量和降低燃料消耗。推钢式加热炉和步进式加热炉的主要技术经济指标，如单位炉底面积产量和热耗，基本相同或相近，但步进式加热炉的最高小时产量则可大大超过推钢式加热炉，热耗也较低。步进式加热炉的钢坯在炉时间短，其钢坯氧化烧损率、脱碳率及废品率低于推钢式加热炉。步进梁式加热炉的冷却水消耗量比推钢式加热炉约多一倍，因此水系统投资要高一些，对操作及维护水平的要求也较高。 现在新建的具有经济规模的各类轧钢厂基本上都选用了步进式加热炉；一些老厂如美国底特律钢厂热轧车间、法国索拉克和恩西俄厂的热轧车间、日本和歌山热连轧厂与鹿岛厚板厂以及加拿大汉密尔顿的多发斯科厂等，在改建或扩建中都选用了步进式加热炉替代原有的推钢式加热炉。中国在70年代设计和建设步进式加热炉，但当前轧钢加热炉，特别是中小型轧钢厂推钢式加热炉仍较多，这与中国的原燃料条件等多种因素有关，加热短小钢锭不能采用步进式加热炉。 设计加热炉时还要决定炉子的热工制度、结构型式、主要技术经济指标、燃烧装置的型式与数量、排烟和余热利用方式、出渣方式等。 装出料方式与炉子设施的平面布置按照工艺要求确定加热炉的装出料方式及炉子在车间的位置。炉子的平面布置设计，包括燃烧系统管道设施、排烟系统及热回收设施、冷却水与汽化冷却系统、排渣设施以及炉子区域操作检修平台等的平面布置。炉子仪表室及计算机房的位置、尺寸及炉子设施占用的轧钢跨、原料跨等按设计要求确定。 装出料方式装料方式有端装和侧装两种，出料方式也有端出和侧出之分。(1)端装料。其结构一般用炉后辊道上料，中小型加热炉也有用固定台架、活动台架上料的。(2)侧装料。分辊道装料和推入机装料。辊道装料用于步进式炉，由安装在炉内后端的悬臂辊道将坯料送入炉内，由炉后推钢杆将其推到固定梁上，也有直接由步进梁托到固定梁上的；推入机装料借炉外辊道将坯料送至炉侧装料门前再用侧推入机推到炉内的固定炉床上，由炉后推钢机向前推送，可用于推钢式炉与步进式炉。(3)端出料。有重力滑坡式出料及托出机出料两种。滑坡式结构用得比较普遍，炉内滑道与炉前出料辊道高差约1．2～2m，用斜坡滑道连接，滑坡俯角约32。～35。，坯料可借自重克服摩擦阻力滑至炉前辊道上，辊道对面设缓冲器。各部尺寸及斜坡与辊道之间的弧形滑板设计多凭经验确定。这种结构的主要缺点是：出料口低于炉内坯料表面，炉子易吸