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1、第八章典型化工单元的控制方案,第一节、流体输送设备的控制方案 1离心泵的控制方案 (1)直接节流法 改变直接节流阀的开度，即改变了管路特性，从而改变了平衡工作点C的位置，达到控制的目的。,第八章典型化工单元的控制方案,(2)改变泵的转速n,第八章典型化工单元的控制方案,(3)改变旁路回流量,第八章典型化工单元的控制方案,2容积式泵的控制方案 由于容积式泵的排出平均流量与管路阻力无关，所以不能采用出口节流的方法来控制流量，一旦出口阀关死，将造成泵体损坏。 容积式泵常用的控制方式有： 改变原动机的转速。 调节回流量。,第八章典型化工单元的控制方案,二、压缩机的常规控制方案 气量控制系统。即出口排量
2、或压力控制，也就是负荷控制系统。控制方式与离心泵的控制类似，如直接节流法，改变转速和改变旁路回流量等。 防喘振控制系统。喘振现象是由离心式压缩机结构特性所引起的，而且对压缩机的正常运行危害极大。为此，必须专门设置防喘振控制系统，确保压缩机的安全运行。,第八章典型化工单元的控制方案,三、离心式压缩机的防喘振控制 1喘振现象及原因,图示为在某一转速下离心式压缩机的特性曲线，是压缩机的出口绝压p2与入口绝压pl之比和入口体积流量Q的关系曲线。由图中可看出，这种驼峰型的特性曲线具有极值点T。工作点建立在极值点右侧是稳定的，极值点左侧则为不稳定的。当系统受一个干扰而偏离该工作点后，系统能否自动返回到原来
3、的工作点？ 极值点右侧的工作点M1。由于某种原因使系统压力p2 下降时，工作点沿特性曲线下滑，随之压缩机的排量Q增大。因整个管网系统是定容积的，Q的增大必将使系统压力p2回升，也就自动地把工作点拉回到原来的Ml点上。,第八章典型化工单元的控制方案,T点左侧的工作点。由于某种原因使系统压力p2下降，工作点同样沿特性曲线下滑，随后压缩机的排量Q也下降，对于定容系统来说，将进一步导致压力下降，工作点继续沿特性曲线下滑而不能返回M点，所以是不稳定的工作点。,第八章典型化工单元的控制方案,2防喘振控制系统 (1)固定极限流量防喘振控制,第八章典型化工单元的控制方案,(2)可变极限流量防喘振控制 变极限流
4、量防喘振控制，需解决以下两个问题： 安全操作线的数学方程的建立。 用仪表等技术工具实现上述数学方程的运算。 安全操作线可用一个抛物线方程来近似。操作线方程一般由厂家给出，如：,第八章典型化工单元的控制方案,通常气量的测量用差压法，因此还需对公式作进一步的推导。把式中流量Ql以差压法测得的pl来代替： 整理后可得: 根据公式可演化出多种表达形式，从而组成不同形式的可变极限流量防喘振控制系统。,第八章典型化工单元的控制方案,第八章典型化工单元的控制方案,第八章典型化工单元的控制方案,在某些引进装置中，有时也采用简化形式，令a=0，此时安全操作线方程简化为：,第二节 传热设备的自动控制,一概 述 按
5、结构型式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等。 传热的目的主要有下列三种： (1)使工艺介质达到规定的温度。对工艺介质进行加热或冷却。有时在工艺过程进行中加入或除去热量，使工艺过程在规定的温度范围内进行。 (2)使工艺介质改变相态。根据工艺过程的需要，有时加热使工艺介质汽化，也有冷凝除热，使气相物料液化。 (3)回收热量。,第二节 传热设备的自动控制,二传热设备的特性,第二节 传热设备的自动控制,整理后可得：,第二节 传热设备的自动控制,a工艺介质入口温度T1i对出口温度T10的影响，即T1iT10通道的静态放大倍数。 对公式进行增量化，令T2i=0，则可得： 表明，T10与T1i之间为
6、线形关系，其静态放大倍数为小于1的常数。,第二节 传热设备的自动控制,b载热体入口温度T2i对工艺介质出口温度T10的影响，即T2iT10通道的静态放大倍数。增量化，令T1i=0，可得： 表明，T10与T2i之间也为线形关系。,第二节 传热设备的自动控制,c载热体流量G2对工艺介质出口温度T10的影响，即G2T10通道的静态放大倍数。可通过求导，求取静态放大倍数为： 可见，G2T10通道的 静态特性是一个非线性关系。,第二节 传热设备的自动控制,d工艺介质流量Gl对其出口温度T10。的影响，即GT10通道的静态放大倍数。同样可通过求导求得，其结果相似：,第二节 传热设备的自动控制,三、一般传热
7、设备的控制 一般传热设备通常指换热器、蒸汽加热器、再沸器、冷凝冷却器等。 1换热器的控制 （1）控制载热体流量,第二节 传热设备的自动控制,（2）工艺介质的旁路控制,第二节 传热设备的自动控制,2蒸汽加热器的控制 (1)控制载热剂蒸汽的流量,所示为调节蒸汽流量的温度控制方案。其传热机理是同时改变传热速率方程中的T和传热面积F。当加热器的传热面没有富裕时，以改变T为主；而在传热面有富裕时，以改变传热面F为主。这种控制方案控制灵敏，但是当采用低压蒸汽作为热源时，进入加热器内的蒸汽一侧会产生负压。此时，冷凝液将不能连续排出，采用此方案就需谨慎。,第二节 传热设备的自动控制,(2)控制冷凝液排量,所示
8、为调节冷凝液流量的控制方案。是通过冷凝液排放量，改变了加热器内凝液的液位，导致传热面F的变化，从而改变传热量，以达到对出口温度的控制。这种方案利于凝液的排放，传热变化较平缓，可防止局部过热，有利于热敏介质的控制。此外，排放阀的口径也小于蒸汽阀。但这种改变传热面的方案控制比较迟钝。,第二节 传热设备的自动控制,第二节 传热设备的自动控制,3冷凝冷却器的控制 (1)控制载热剂流量,所示为冷凝冷却器调节载热剂流量的控制方案。这种方案的机理也是通过改变传热速率方程中的传热面F来实现。该方案调节平稳，冷量利用充分，且对压缩机入口压力无影响。但这种方案控制不够灵活，另外蒸发空间不能得到保证，易引起气氨带液
9、，损坏压缩机。,第二节 传热设备的自动控制,第二节 传热设备的自动控制,(2)控制气氨排量,冷凝冷却器(氨冷器)控制气氨排量的方案如图所示。该方案的机理是调节传热速率方程中的平均温差T。采用这种方案，控制灵敏迅速。但制冷系统必须许可压缩机入口压力的波动，另外冷量的利用不充分。为确保系统正常运行，还需设置一个液位控制系统。,第二节 传热设备的自动控制,四、锅炉及加热炉控制,第二节 传热设备的自动控制,锅炉设备要有如下主要的控制系统: 锅炉汽包水位控制。被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。这是保证了锅炉
10、、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的重要指标。 锅炉燃烧系统的控制。有三个被控变量：蒸汽压力(或负荷)、烟气成分(经济燃烧指标)和炉膛负压。可选用的操纵变量也有三个：燃料量、送风量和引风量。组成的燃烧系统的控制方案要满足燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要；使燃料与空气量之间保持一定的比值，保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行；使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在一定范围内。,第二节 传热设备的自动控制,过热蒸汽系统的控制。被控变量为过热蒸汽温度，操纵变量为减温器的喷水量。使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超出工艺允许的温度。 锅炉水处理过程的控制。主要使锅炉给水的水性能
11、指标达到工艺要求。一般采用离子交换树脂对水进行软化处理。通常应用程序控制，确保水处理和树脂再生正常交替运行。 1锅炉汽包水位的控制 (1)汽包水位的动态特性 汽包水位在给水流量作用下动态特性，即控制通道特性。,第二节 传热设备的自动控制,第二节 传热设备的自动控制,汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性，即干扰通道的动态特性。,第二节 传热设备的自动控制,(2)单冲量控制系统,这种控制系统结构简单，对于汽包内水的停留时间长，负荷变化小的小型锅炉，单冲量水位控制系统可以保证锅炉的安全运行。 单冲量控制系统存在三个问题： 当负荷变化产生虚假液位时，将使控制器反向错误动作； 对负荷不灵敏； 对给水干扰不
12、能及时克服。,第二节 传热设备的自动控制,(3)双冲量控制系统,第二节 传热设备的自动控制,双冲量控制系统实质上是一个前馈(蒸汽流量)加单回路反馈控制的前馈反馈控制系统。 为确保双冲量控制系统能按照设计意图正常运行，必须正确选定控制阀的开闭形式、控制器的正反作用以及运算器的符号。 a.阀的开闭形式选定。从工艺安全角度来考虑，若以保护锅炉安全为主，选气闭式；如以保护汽轮机用户安全为主，则选气开式。 bLC控制器的正反作用。把控制系统视为负反馈系统，因此当气闭阀时为正作用，气开阀时则为反作用。 c运算器符号：气闭阀时 IC1IcC2IFI0； 气开阀时 IC1IcC2IFI0。,第二节 传热设备的
13、自动控制,(4)三冲量控制系统,第二节 传热设备的自动控制,2蒸汽过热系统的控制 过热蒸汽温度过高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的。过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀，而严重影响安全运行；过热蒸汽温度过低，一方面使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损。 过热蒸汽温度控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，所以组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求。,第二节 传热设备的自动控制,第二节 传热设备的自动控制,3锅炉燃烧过程的控制 燃烧过程的控制基本要求有三个： 保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自
14、动增减燃料量。 燃烧良好，供气适宜。既要防止由空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失。 保证锅炉安全运行。保持炉膛一定的负压，以免负压太小，甚至为正，造成炉膛内热烟气往外冒出，影响设备和工作人员的安全；如果负压过大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加。此外，还需防止燃烧嘴背压(对于气相燃料)太高时脱火，燃烧嘴背压（气相燃料）太低时回火的危险。,第二节 传热设备的自动控制,(1)蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统,第二节 传热设备的自动控制,（2）燃烧过程的烟气氧含量闭环控制,第二节 传热设备的自动控制,(3)炉膛负压控制与有关安全保护系统,蒸汽,汽包,P1C,LS,PS
15、A,P3C,K,图92-33 炉膛负压与安全保护控制系统,燃料,AO,AO,空气,P2C,3,1,2,炉膛负压控制系统 防脱火系统 防回火系统,第三节 精馏塔的自动控制,1精馏塔的静态特性,(1)物料平衡关系,(2)能量平衡关系,第三节 精馏塔的自动控制,2精馏塔的动态特性,第三节 精馏塔的自动控制,3精馏塔的整体控制方案 （1）传统的物料平衡控制,保持DF(或BF)和VF(或回流比)一定，完全按物料及能量平衡关系进行控制。它适用于对产品质量要求不高以及扰动不多的情况。,第三节 精馏塔的自动控制,（2）质量指标反馈控制,第三节 精馏塔的自动控制,第四节 化学反应器的自动控制,化学反应器的控制目
16、标: 转化率 产率 收率,第四节 化学反应器的自动控制,一、化学反应器的控制要求 (1)物料平衡控制 对化学反应器来说，从稳态角度出发，流入量应等于流出量，如属可能常常对主要物料进行流量控制。另外，在有一部分物料循环系统内，应定时排放或放空系统中的惰性物料。 (2)能量平衡控制 要保持化学反应器的热量平衡，应使进入反应器的热量与流出的热量及反应生成热之间相互平衡。能量平衡控制对化学反应器来说至关重要，它决定反应器的安全生产，也间接保证化学反应器的产品质量达到工艺的要求。,第四节 化学反应器的自动控制,(3)约束条件控制 要防止工艺参数进入危险区域或不正常工况，为此，应当配置一些报警、联锁和选择性控制系统，进
