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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
