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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。 FC(b)控制方案HL1HL2 C1HL3C2HC3Q(a)流量特性图91-3 直接节流以控制流量第八章典型化工单元的控制 方案(2)改变泵的转速n HLFC 调转速原动机(b)控制方案Hn3n2n1Q(a)流量特性图91-4 调节转速式控制第八章典型化工单元的控制 方案(3)改变旁路回流量 FC图91-5 旁路控制流量FCPC图91-6 往复泵出口压力和流量控制第八章典型化工单元的控制 方案2容积式泵的控
2、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
3、 p2/plTp2/plQ M1 MQQM图91-7 离心式压缩机工作点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 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
4、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。 喘振区p2/p1 n3n2n1Qp1 Qp2 Qp3Q图91-8离心式压缩机喘振极限线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 n3 n2 n1p2/p1QpQ 图91-10 喘振极限值压缩 机排出吸 入循环FC图91-9 固定极限流量防喘振控制方案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 变极限流量防喘振控制,需解决
5、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 方案喘振极限线安全操作线p2/p1n3n2n1Q2图91-11 喘振极限线及安全线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p2-ap1p2+ r/bk2 p1-r(p2-ap1)/bk2plFC可变极限流量防喘振控制系统之一第八章典
6、型化工单元的控制 方案p2 +p1 -FCp2-ap1plr/bK2可变极限防喘振控制系统之二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: r/bK2p1 FCp2r/bK2p2可变极限防喘振控制系统之三第二节 传热设备的自动控制一概 述 按结构型式来分,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
7、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v二传热设备的特性 逆流单程换热器G1c1 T10G2c2 T20G2c2 T2iG1c1 T1iG1 G2换热器特性T2iT1iT1o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
8、: 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。 2 4T10与G2的静态关系第二节 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: 3 1T10与G1的静态关系第二节 传热设备的自动控制三、一般传热设备的控制 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 载热体 G2
9、TC控制载热体流量的方案工艺介质G1载热体 G2G1工艺 介质TC合流形式载热体流量控制第二节 传热设备的自动控制(2)工艺介质的旁路控制 T1iTCTCFCG1G2G1G2将工艺介质分路的方案换热器前馈串级控制前馈控制模型第二节 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 蒸汽 G2 TC凝液G1控制蒸汽流量的方案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
10、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 蒸汽 凝液TCG1控制冷凝管排放的方案所示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蒸汽 G2G1TC凝液LC图92-13 蒸汽加热器TL串级控制蒸汽 G2G1TC 凝液FC蒸汽加热器前馈控制第二节 传
11、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 气氨液氨TC控制载热剂流量方案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,损坏压缩机。第二节 传热设备的自动控制气氨液氨TCLC冷凝冷却器TL串级控制方案冷凝冷却器选择性控制TCLS液氨LC气氨第二节 传热设备的自动控制(2)控制气氨排量 控制气氨排量方案液氨LCTC气氨冷凝冷却器(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
12、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v四、锅炉及加热炉控制 热空气送往炉膛265DSD过热蒸汽送负荷设备Pm378 给水(由水泵来)1燃料热空气图92-19 锅炉设备主要工艺流程图1一燃烧嘴;2一炉膛;3一汽包;4一减温器;5一炉墙;6一过热器;7一省煤器;8一空气预热器冷空气(由送风机来)4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
13、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、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
14、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WHH1tHt给水流量作用下水位阶跃响应曲线7432816锅炉汽水系统 l给水母管;2给水控制阀;3省煤器;4汽包; 5下降管;6上升管;7过热器;8蒸汽母管5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。 DHH2t H
15、 H1t蒸汽流量扰动作用下的水位相应曲线7432816锅炉汽水系统 l给水母管;2给水控制阀;3省煤器;4汽包; 5下降管;6上升管;7过热器;8蒸汽母管5第二节 传热设备的自动控制(2)单冲量控制系统 给水省煤器蒸汽汽包LC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 蒸汽给水I0IF ICILCI=C1ICC2IFI0GC(a)IF
16、GPDGmFDLL0ICIC2C1GVGPC(b)I0 Gm双冲量控制系统原理图及方块图第二节 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