第三節(jié) 典型設備的自控流程

第三節(jié)典型設備的自控流程一、泵:P33

①離心泵離心泵流程設計一般包括：（a）泵的入口和出口均需設置切斷閥；一般采用閘閥，不改變介質流向，阻力小，為了維修和開車用。（b）在泵出口與第一個切斷閥之間安裝止回閥，防止停泵時物料回流，靠近出口處安裝。（c）在泵吸入側，入口切斷閥后，入泵前設一Y型過濾器，防止雜物進入泵體.

（d）泵體和泵的切斷閥前后的管線應設置放凈閥。（e）在切斷閥與泵之間接壓力表，離泵愈近愈好，壓力表供泵開車觀察和調節(jié)出口壓力用。（f）根據具體和特殊情況應補加輔助管線，如密封、沖洗、冷卻、平衡、保溫、防凝等。離心泵流量控制大體可采用直接節(jié)流法、旁路調節(jié)法和改變泵的轉速法。

圖2-2離心泵的直接調節(jié)法圖2-3離心泵的旁路調節(jié)法圖2-2,簡單易行普遍采用。不適宜介質正常流量低于泵的額定流量的30%以下的場合。如圖2-3，會使泵的總機械效率降低，優(yōu)點是調節(jié)閥直徑較小，可用于介質流量偏低的場合。當泵的轉速改變時，泵的流量特性曲線會發(fā)生改變，從而達到調節(jié)流量的目的。這種方法的優(yōu)點是節(jié)約能量，但驅動機及其調速設施的投資較高，一般只適用于較大功率的機泵。②往復泵往復泵多用于流量較小，壓頭要求較高的場合，用蒸汽機帶動的往復泵，可通過改變原動機的轉速，控制泵的出口旁路，改變沖程來實現調節(jié)。改變原動機的轉速可借助于改變蒸汽流量的方法方便地控制轉速，進而控制往復泵的出口流量，如圖2-4。

控制泵出口旁路是用改變旁路閥開度的方法來控制實際排出量，如圖2-5。③真空泵真空泵可采用吸入管阻力調節(jié)和吸入支管調節(jié)的方案，如圖2-6(a)和圖2-6(b)所示。

蒸汽噴射泵的真空度可以用調節(jié)蒸汽的方法來調節(jié)，如圖2-7所示。壓縮機的進口壓力調節(jié)一般可采用在壓縮機進口前設置一緩沖罐，從出口端引出一部分介質返回緩沖罐以調節(jié)緩沖罐的壓力，見圖2-8。二、換熱器化工生產常用的傳熱設備主要有換熱器、冷凝器、再沸器及加熱爐等，由于傳熱的目的不同，被控變量也不完全一樣，多數情況下，被控變量是溫度。①兩側均無相變的情況當換熱器兩側流體均無相變時，可采用調節(jié)載熱體的流量，控制載熱體旁路流量，控制被加熱流體自身流量及控制被加熱流體自身流量的旁路幾種方法來實現。a、調節(jié)載熱體的流量通過調節(jié)載熱體的流量穩(wěn)定被加熱介質出口溫度的方法如圖2-9。適用于載熱體流量的變化對溫度影響敏感的場合。若載熱體本身的壓力不穩(wěn)定，可另設穩(wěn)壓系統，或者采用以溫度為主變量，流量為副變量的串級控制系統如圖2-10。

b、調節(jié)載熱體旁路流量若載熱體為工藝流體，其流量須保持恒定，可采用如圖2-11所示的控制方法。c、調節(jié)被加熱流體自身流量若工藝介質的流量允許變化，調節(jié)閥可安裝在被加熱流體進入換熱器的管道上，如圖2-12。

d、調節(jié)被加熱流體自身流體的旁路若被加熱流體的總流量不允許改變，而換熱器的傳熱面積有余量的，可將一小部分被加熱流體由旁路直接流到出口處，使冷熱物料混合來控制溫度，如圖2-13。

②載熱體進行冷凝的加熱器自動控制用蒸汽冷凝來加熱介質，蒸汽由汽相變?yōu)橐合?，放出熱量，加熱工藝介質。此種傳熱過程不同于兩側均無相變的傳熱，蒸汽在整個冷凝過程中溫度不變。傳熱過程分為兩個階段，先冷凝后降溫。若被加熱介質出口溫度為被控變量，可采用以下兩種方法：a、控制蒸汽流量當蒸汽壓力較穩(wěn)定時采用如圖2-14（見上頁）所示的方法較為簡單。通過改變加熱蒸汽量來穩(wěn)定被加熱介質的出口溫度。當閥前蒸汽壓力有波動時，可對蒸汽總管加設壓力定值控制，或者采用溫度與蒸汽量串級控制。通過設壓力定值控制較為方便。b、改變換熱器的有效傳熱面積通過改變傳熱面積控制被加熱介質的出口溫度。若被加熱介質出口溫度高于給定值，說明傳熱量過大，可將凝液控制閥關小，凝液就會積聚起來，減少了有效蒸汽冷凝面積，使傳熱量減小，出口溫度就會降低。反之，若被加熱介質出口溫度低于給定值，可開大凝液控制閥，增大有效傳熱面積，使傳熱量相應增加，圖2-15。

③用冷卻劑進行汽化的冷卻器當用水或空氣作冷卻劑不能滿足冷卻溫度的要求時，需要用液氨等冷卻劑。液體冷卻劑在冷卻器中由液體汽化為氣體時帶走大量潛熱，從而冷卻工藝介質。a、控制冷卻劑的用量通過改變冷卻劑的進入量來控制介質的出口溫度，如圖2-16。b、溫度與液位的串級控制操縱變量是液氨流量，以液位作主變量構成串級控制系統，用此方案對冷卻劑的液位上限值應加以控制，保證有足夠的蒸發(fā)空間。如圖2-17。c、控制汽化壓力由于氨的汽化溫度與壓力有關，可將控制閥裝在氣氨出口管道上，如圖2-18。

三、反應釜（P38圖2-15）a、控制進料溫度反應物料經預熱器（或冷卻器）進入反應釜，通過改變進入預熱器（或冷卻器）的熱劑量（或冷劑量），可以改變進入反應釜的物料溫度，從而達到維持釜內溫度恒定的目的，如圖2-37。b、改變傳熱量大多數反應釜都有傳熱面，以引入或移除反應熱，所以用改變引入傳熱量多少的方法就能實現溫度控制。如圖2-38為一帶夾套的反應釜，當釜內溫度改變時，可用改變加熱劑（或冷卻劑）流量的方法控制釜內溫度。此方案的結構比較簡單，使用儀表少，但由于反應釜容量大，溫度滯后嚴重。c、串級控級針對反應釜滯后較大的特點，可采用串級控制方案。根據不同情況采用釜溫與加熱劑（或冷卻劑）流量串級控制如圖2-39，釜溫與夾套溫度串級控制如圖2-40，及釜溫與釜壓串級控制如圖2-41。四、塔P39-41圖2-16-17-18-19精餾過程是現代化工生中應用極為廣泛的傳質過程。精餾塔是精餾過程的關鍵設備，在精餾操作中，被控變量多，可選用的操縱變量亦多，它們之間又可以有不同組合，所以控制方案繁多。必須深入分析工藝特性，結合具體情況，才能設計出合理的控制方案，精餾塔自控流程中應注意問題：①塔的進料量由進料罐液控制；②塔的回流量由回流罐液控制；③塔底液面控制塔底出料泵的調節(jié)閥；④由蒸汽流量和塔的溫度控制再沸器的加熱蒸汽流量，并在進入再沸器的蒸汽管道上設置壓力計，在蒸汽進入再沸器前設置疏水器；⑤塔頂設安全閥，防止塔超壓損壞；⑥塔頂餾出線上一般不設閥門，直接進塔頂冷凝器；⑦塔底出料接泵入口，故塔內管口附近設有防渦流板，一般塔底出料泵靠近塔布置，塔底出料管線不設閥門；⑧塔頂和中段回流管線在塔管口處不宜設置切斷閥，側線汽提塔塔頂氣體返回分餾塔的管線上不應設置切斷閥，對同一產品有多個抽出口的塔，其各出口均應設置切斷閥，以下介紹壓力、溫度、進料量及液位的幾種控制方法。

塔頂壓力控制精餾塔根據選擇壓力的不同可分為常壓、減壓、加壓精餾，以下分三種情況討論：a、常壓精餾塔對精餾操作壓力恒定要求不高的情況下，常壓精餾不需要任何壓力調節(jié)系統，僅需要蒸餾設備上設置一個通大氣的管道來平衡壓力，以保證塔內壓力接近大氣壓，如果對精餾操作壓力穩(wěn)定性要求高時，必須設置壓力調節(jié)系統，以維持塔內壓力。b、真空精餾塔改變不凝性氣體的抽吸量。圖2-20所示，如果真空抽吸裝置為蒸汽噴射泵，那么在真空度控制的同時，應在蒸汽管路上設置蒸汽壓力控制系統，如圖2-21所示，由于真空度與蒸汽壓力之間有著嚴重的非線性，不宜用蒸汽壓力或流量來直接控制真空度。如圖2-22。如果真空抽吸裝置采用的是電動真空泵，通常把調節(jié)閥安裝在真空泵返回吸入口的旁路管線上。

（2）改變旁路吸入空氣或惰性氣體量。在回流罐至真空泵的吸入管上，連接一根通大氣或某種惰性氣體旁路，并在該旁路上安裝一調節(jié)閥，即可控制塔的真空度，如圖2-23所示。c、加壓精餾塔加壓精餾塔系指操作壓力大于大氣壓的情況。加壓精餾塔壓力調節(jié)方案的確定與餾出物的狀態(tài)及餾出物中不凝性氣體組成密切相關，以下分幾種情況討論：（1）塔頂氣相餾出物不冷凝此種生產流程工業(yè)上很少采用，壓力調節(jié)閥可設置在塔頂氣相管線上，如圖2-24。

（2）塔頂餾出物部分冷凝通常采用壓力調節(jié)器調節(jié)氣相餾出物，如圖2-2。（3）塔頂餾出物含微量不凝性氣體（a）調節(jié)冷卻水流量調節(jié)冷卻水量以改變氣體在冷凝器中冷凝的速度。以調節(jié)塔壓，如圖2-26。（b）熱氣體旁通法控制塔壓如圖2-27所示，此法優(yōu)點是調節(jié)系統滯后小，調節(jié)閥尺寸小，便于維修。缺點是冷卻水的耗量大。下列情況下可采用此法調節(jié)塔壓：①塔頂氣體溫度過高，不能采用調節(jié)冷卻水量來調節(jié)壓力時；②塔設備容量過大，用調節(jié)冷卻水流量法過渡時間太長；③回流罐底高于冷凝器時。

（c）調節(jié)塔頂氣相流量控制塔壓壓力調節(jié)系統的調節(jié)閥直接裝在冷凝管線上，以調節(jié)冷凝面積，如圖2-28。（d）用冷凝器排液量與熱旁路相結合的方案控制塔壓，如圖2-29，這時壓力調節(jié)器的輸出控制兩只調節(jié)閥而構成分程控制，這樣可以擴大調節(jié)閥的可調范圍，缺點是需采用兩個調節(jié)閥，增加了投資。

（e）當冷凝器位于回流罐下方時，可采用浸沒式冷凝器塔壓控制方案，如圖2-30所示。這時調節(jié)閥安裝在通回流罐的氣相管路上。這種控制方法，一般希望進入冷凝器的冷劑量大，保持過冷，用改變壓差的方法使傳熱面積發(fā)生變化，以改變氣相的冷凝量，從而達到控制塔壓的目的。（4）塔頂餾出物中含少量不凝性氣體。當塔頂氣相中不凝性氣體的含量小于塔頂氣相總量的2%時，或者在塔的操作中預計只在部分時間里產生不凝性氣體時，就不能采用將不凝性氣體放空的方法控制塔壓。因為這樣做損失太大，會有大量未被冷凝下來的產品被排放掉。此時可采用圖2-31所示的分程控制方案對塔壓進行控制。首先用冷卻水調節(jié)閥控制塔壓，如冷卻水閥全開塔壓還降不下來時，再打開放空閥，以維持塔壓的恒定。（5）餾出物中有較多不凝性氣體當塔頂餾出物中含有不凝性氣體比較多時，塔壓可能通過改變回流罐的氣相排放量來實現，如圖2-32所示。

②精餾塔的溫度控制a、精餾塔提餾段的溫控如圖2-33是常見提餾段溫控的一種方案。此方案主要控制系統是以提餾段塔板溫度為被控變量，加熱蒸汽量為操縱變量。

采用提餾段溫控的場合：（1）由于采用了提餾段溫度作為間接質量指標，因此，它能較直接反映提餾段產品情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地保證塔底產品和質量達到規(guī)定值。所以在以塔底產品為主要產品，對塔釜成分要求比餾出物為高時，常采用提餾段溫控方法。（2）全部為液相進料時，由于液相進料比氣相進料或氣液進料帶入的熱量較少，塔操作必須由再沸器供給較大的熱量，進料量或進料成分的變化首先要影響塔底的成分，故用提餾段溫控就比較及時，動態(tài)過程也比較快。（3）當塔頂或精餾段塔盤上的溫度不能很好的反映組成變化時。即當組成變化時，精餾段塔盤上溫度變化不顯著，或者由于進料中含有比塔頂產品更輕的組分雜質，而這些雜質會影響溫度與組成的關系。（4）當實際回流比較最小回流比大好幾倍時。則回流流量的較小變化對操作影響很不顯著，而較大變化又反而會對穩(wěn)定操作帶來干擾，這時用精餾段溫控得不到好的效果，而應考慮采用提餾段溫度調節(jié)。b、精餾段溫控如圖2-34是常見的精餾段溫控的一種方案，它的主要控制系統是以精餾段塔板溫度為被控變量，而以回流量為操縱變量。

精餾段溫控的主要特點與使用場合：（1）由于采用了精餾段溫度作為間接質量指標，因此，它能較直接地反映精餾段的產品情況，當塔頂產品純度要求比塔底嚴格時，一般采用精餾段溫控方案。（2）當全部為氣相進料時，由于進料量的變化首先影響塔頂的成分，采用精餾段控制就比較合理。（3）當塔底或提餾段塔盤上的溫度不能很好的反映組成變化時。圖2-35雙溫差控制方案c、精餾塔的溫差控制及雙溫差控制

上述兩種方案，均以溫度作為被控變量，對于一般的精餾操作是可行的，但在精密精餾時，產品純