化工儀表及自動(dòng)化：chap15 典型操作單元的控制方案

1、第十五章 典型操作單元的控制方案 第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制 第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 第三節(jié) 精餾塔的控制 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制流體輸送設(shè)備的控制 流體輸送設(shè)備的基本任務(wù)是輸送流體和提高流體的壓頭。 多數(shù)為流量或壓力的控制 還有保護(hù)輸送設(shè)備安全的控制泵、壓縮機(jī)等設(shè)備離心式壓縮機(jī)的防喘振控制定值控制，比值控制或串級(jí)控制 流體輸送設(shè)備控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1控制通道的時(shí)間常數(shù)小。 被控變量和操縱變量是同一物料的流量，只是所處管道位置不同。 控制通道時(shí)間常數(shù)小，放大系數(shù)接近于1，廣義對(duì)象特性中的測量變送及調(diào)節(jié)閥的容量滯后不能忽略。 2測量信號(hào)伴有高頻噪聲。 流量測量常采用節(jié)流元件，流體通過時(shí)湍動(dòng)加大，

2、信號(hào)常伴有高頻噪聲。 不引入微分，以免對(duì)高頻噪聲放大影響系統(tǒng)平穩(wěn)工作。流體輸送設(shè)備的控制 流體輸送設(shè)備控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：1控制通道的時(shí)間常數(shù)小。 2測量信號(hào)伴有高頻噪聲。 3靜態(tài)特性非線性。 流量系統(tǒng)的廣義對(duì)象靜態(tài)特性往往呈現(xiàn)非線性，尤其采用節(jié)流裝置測量而又未加開方器時(shí)更為嚴(yán)重。 適當(dāng)選擇調(diào)節(jié)閥流量特性加以補(bǔ)償，使廣義對(duì)象特性近似為線性，以克服負(fù)荷變化對(duì)控制質(zhì)量的影響。流體輸送設(shè)備的控制第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制一、離心泵的控制方案二、往復(fù)泵的控制方案 一、離心泵的控制 二、往復(fù)泵的控制 三、離心式壓縮機(jī)的控制一、離心泵的控制控制目的是將泵的排量恒定于某一給定值上。 1控制泵的出口阻力泵的流量特

3、性管道的流量特性一、離心泵的控制方案控制目的是將泵的排量恒定于某一給定值上 1控制泵的出口阻力泵的流量特性不變改變管道阻力改變管道流量特性閥門開度減小，管道阻力增加，曲線由C1C2C3，流量Q1Q2Q3注意調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上。 此方案總機(jī)械效率較低，尤其閥小開度時(shí)，閥上壓降較大。對(duì)大功率泵，流量小于正常排量30%時(shí)，損耗功率大，不經(jīng)濟(jì)，不宜采用。一、離心泵的控制方案控制目的是將泵的排量恒定于某一給定值上 2控制泵的轉(zhuǎn)速管道的流量特性不變改變泵的轉(zhuǎn)速改變泵的流量特性轉(zhuǎn)速由n1n2n3減小，曲線由C1C2C3，流量Q1Q2Q3一、離心泵的控制方案控制目的是將泵的排量恒定于某一給定值

4、上 2控制泵的轉(zhuǎn)速若原動(dòng)機(jī)是調(diào)速電機(jī)，可用電動(dòng)調(diào)速裝置控制。如直流調(diào)速裝置、變頻調(diào)速器等； 若是恒速電機(jī)，可在電機(jī)與泵之間安裝調(diào)速機(jī)構(gòu)，見圖（a）；汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心泵，改變蒸汽量即可，見圖（b）。 能耗最為經(jīng)濟(jì)，機(jī)械效率較高，但調(diào)速機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。多用于大功率重要的泵的控制。 一、離心泵的控制方案控制目的是將泵的排量恒定于某一給定值上 3控制出口旁路將部分排出量重新送回到泵的入口管路，改變旁路閥開度控制泵的實(shí)際排量。因調(diào)節(jié)閥前后壓差大，流量小，尺寸可比控制出口流量小得多。 不經(jīng)濟(jì)，因旁路消耗一部分高壓液體能量，使總機(jī)械效率降低，故很少采用。也可由壓力控制代替流量控制第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制一、離

5、心泵的控制方案二、往復(fù)泵的控制方案 一、離心泵的控制 二、往復(fù)泵的控制 三、離心式壓縮機(jī)的控制二、往復(fù)泵的控制方案往復(fù)泵是利用活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)來輸送流體。多用于流量較小、壓頭較高的場合。 理論流量為：n每分鐘往復(fù)次數(shù)；F氣缸截面積，m2；s活塞沖程，m；通過改變n、F、s來控制流量。 二、往復(fù)泵的控制方案1改變原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 與離心泵調(diào)轉(zhuǎn)速相同。汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)可改變蒸汽流量則改變往復(fù)次數(shù)，控制出口流量。 二、往復(fù)泵的控制方案2控制泵出口旁路 改變旁路閥開度控制實(shí)際排量。因高壓流體部分能量白白消耗在旁路上，故經(jīng)濟(jì)性較差。3改變沖程s 計(jì)量泵常采用改變沖程s進(jìn)行流量控制。 二、往復(fù)泵的控制方案 往

6、復(fù)泵出口管道上不允許安裝控制閥。因往復(fù)泵活塞每往返一次，總有一定體積流體排出。在出口管線上節(jié)流時(shí)，壓頭H會(huì)大幅度增加。 在一定轉(zhuǎn)速n下，隨QH。因此改變出口管道阻力既達(dá)不到控制流量目的，又極易導(dǎo)致泵體損壞。嚴(yán)禁采用控制出口阻力的控制方案。注：第十五章 典型操作單元的控制方案 第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制 第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 第三節(jié) 精餾塔的控制 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 一、傳熱設(shè)備的靜特性 二、一般傳熱設(shè)備的控制 三、加熱爐的控制一、傳熱設(shè)備的靜特性U：傳熱系數(shù)；Am：傳熱面積；Tm：傳熱平均溫度1、熱量平衡冷流體吸收的熱量等于熱流體放出的熱量G：質(zhì)量流量；c：比熱容

7、；2、傳熱速率方程兩物體的溫差是傳熱的動(dòng)力，溫差越大，傳熱速率越大T1、t1已知，T2 、 t2未知一、傳熱設(shè)備的靜特性1、熱量平衡2、傳熱速率方程第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 一、傳熱設(shè)備的靜特性 二、一般傳熱設(shè)備的控制 三、加熱爐的控制二、一般傳熱設(shè)備的控制1、控制載熱體流量 改變載熱體流量就改變了傳熱量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)出口溫度的目的。 適用于載熱體上游壓力比較平穩(wěn)及生產(chǎn)負(fù)荷變化不大的場合。二、一般傳熱設(shè)備的控制1、控制載熱體流量 若載熱體上游壓力不平穩(wěn)，則可采取溫度與流量（或壓力）的串級(jí)控制方案。二、一般傳熱設(shè)備的控制1、控制載熱體流量 當(dāng)主要干擾是來自生產(chǎn)負(fù)荷（即工藝介質(zhì)），且工藝對(duì)出口溫度又

8、要求較高時(shí)，可采用前饋-反饋控制方案。二、一般傳熱設(shè)備的控制2、工藝介質(zhì)分路 載熱體流量增加到一定程度后其控制作用就很弱?？刹捎猛唤橘|(zhì)冷熱直接混和的方法。 縮短了控制通道的滯后，反應(yīng)迅速及時(shí)，但載熱體流量一直處于高負(fù)荷下，對(duì)于采用專門的熱劑時(shí)是不經(jīng)濟(jì)的。第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 一、傳熱設(shè)備的靜特性 二、一般傳熱設(shè)備的控制 三、加熱爐的控制三、加熱爐的控制1、簡單控制 適用于對(duì)爐出口溫度要求不十分嚴(yán)格，燃料總管壓力比較平穩(wěn)，外來干擾緩慢且較小，爐膛容量較小的場合。三、加熱爐的控制2、爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制 副回路能控制較多干擾，如燃料熱值變化、燃料壓力波動(dòng)。 副回路不能克服的原料方面(入

9、口流量/溫度/組分）干擾，通過主回路克服。三、加熱爐的控制3、爐出口溫度與燃料油壓力的串級(jí)控制 該方案主要用以克服燃料總管的壓力干擾，一般燃料的壓力測量往往較流量測量簡便，特別是在以燃料油為燃料，管道又較細(xì)，流量測量較困難的場合。第十五章 典型操作單元的控制方案 第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制 第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 第三節(jié) 精餾塔的控制 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制第三節(jié) 精餾塔的控制 一、精餾塔的干擾因素 二、精餾塔的自動(dòng)控制要求 三、精餾塔的控制方案一、精餾塔的干擾因素進(jìn)料流量F 的波動(dòng)進(jìn)料成分ZF的變化進(jìn)料溫度及進(jìn)料熱焓QF的變化再沸器加熱劑壓力變化冷卻劑壓力波動(dòng)環(huán)境溫度的變化 第三節(jié) 精餾塔

10、的控制 一、精餾塔的干擾因素 二、精餾塔的自動(dòng)控制要求 三、精餾塔的控制方案二、精餾塔的自動(dòng)控制要求1、保證質(zhì)量指標(biāo) 應(yīng)使塔頂或塔底產(chǎn)品之一合乎規(guī)定的濃度，間接指標(biāo)是溫度。2、保證操作平穩(wěn) 應(yīng)使塔頂或塔底的平均采出量之和等于平均進(jìn)料量，且變動(dòng)較為緩和，便于上下工序的平穩(wěn)操作。 應(yīng)使塔的輸入、輸出能量維持平衡，使塔的操作壓力維持穩(wěn)定。二、精餾塔的自動(dòng)控制要求3、約束條件的要求液泛限：氣相速度限，塔內(nèi)氣相上升速度過高，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，液相從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛。漏液限：最小氣相上升速度限。過小，則產(chǎn)生塔板漏液。壓力限：塔的操作壓力限，不能過大，否則會(huì)影響塔內(nèi)的氣液平衡。第三節(jié) 精餾塔

11、的控制 一、精餾塔的干擾因素 二、精餾塔的自動(dòng)控制要求 三、精餾塔的控制方案三、精餾塔的控制方案被控變量： 塔頂產(chǎn)品濃度（溫度）； 塔底產(chǎn)品濃度（溫度）； 回流罐液位； 塔底液位； 塔壓； 操縱變量： 物料平衡： 塔頂產(chǎn)品D；塔底產(chǎn)品B能量平衡： 回流量LR； 再沸器加熱量H；冷凝器冷卻量C； 三、精餾塔的控制方案1、提餾段溫度控制提餾段溫控的主要特點(diǎn)與使用場合： 采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，因此它能較直接地反映提餾段產(chǎn)品情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定值。當(dāng)干擾首先進(jìn)入提餾段時(shí)，用提餾段溫控就比較及時(shí)，動(dòng)態(tài)過程也比較快。 三、精餾塔的控制方案1、提餾段溫度

12、控制主控系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)塔底采出和塔頂餾出液位均勻控制；進(jìn)料定值（均勻）控制；塔頂壓力、回流定值系統(tǒng)；塔底采出為主要產(chǎn)品，塔釜成分要求比塔頂餾出液高。 提餾段塔板溫度為被控變量，加熱蒸汽為操縱變量。H精餾塔回流罐底部產(chǎn)品B冷卻劑C頂部產(chǎn)品D再沸器回流LRTTTCFTFCPTPCFCFTLTLCLTLC三、精餾塔的控制方案2、精餾段溫度控制精餾段溫控的主要特點(diǎn)與使用場合： 采用了精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，因此它能較直接地反映精餾段的產(chǎn)品情況。當(dāng)塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底嚴(yán)格時(shí)，一般宜采用精餾段溫控方案。如果干擾首先進(jìn)入精餾段，采用精餾段溫控就比較及時(shí)。 三、精餾塔的控制方案2、精餾段溫度控制主控系

13、統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)塔底采出和塔頂餾出液位均勻控制；進(jìn)料定值（均勻）控制；塔頂壓力、再沸器熱源定值系統(tǒng)；塔頂采出為主要產(chǎn)品，塔頂餾出液要求比塔釜成分高 以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量的間接參數(shù)，改變回流量作為控制手段。H精餾塔回流罐底部產(chǎn)品B冷卻劑C頂部產(chǎn)品D再沸器回流LRFCFTFCPTPCTCTTLTLCLTLCFT第十五章 典型操作單元的控制方案 第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制 第二節(jié) 傳熱設(shè)備的控制 第三節(jié) 精餾塔的控制 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制 一、反應(yīng)器的控制要求 二、反應(yīng)器的控制方案一、反應(yīng)器的控制要求化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)一般指反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的規(guī)定濃度。常以溫度作為被控變量，反映質(zhì)量指標(biāo)。1、質(zhì)量指標(biāo)2、物料平衡為使反應(yīng)正常，轉(zhuǎn)化率高，必須維持反應(yīng)器的物料平衡和能量平衡，配比符合要求。常采用流量定值控制或比值控制維持物料平衡；采用溫度控制維持能量平衡。3、約束條件對(duì)于反應(yīng)器，要防止工藝變量進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或不正常工況，應(yīng)當(dāng)配備一些報(bào)警、聯(lián)鎖裝置或設(shè)置取代控制系統(tǒng)。 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)器的控制 一、反應(yīng)器的控制要求 二、反應(yīng)器的控制方案二、反應(yīng)器的控制方案1、單回路溫度控制系統(tǒng) 反映熱量由冷劑帶走，通過控制冷劑流量來穩(wěn)定反應(yīng)溫度。 冷劑流量相對(duì)較小，釜溫與冷劑溫差大，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部溫度不均勻時(shí)，易造成局部過熱或過冷。二、