過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程信息學(xué)院自動(dòng)化系：孫洪程

Email:Sunhc@第15章流體輸送設(shè)備控制

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第1頁(yè)流體輸送設(shè)備控制15.1流體輸送設(shè)備控制15.2泵和壓縮機(jī)控制15.3離心式壓縮機(jī)防喘振控制第15章教學(xué)進(jìn)程過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第2頁(yè)15.1概述

流體：液體或氣體液體傳送——泵，氣體傳送——風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)

控制目標(biāo)：流量、壓力控制，安全保護(hù)控制過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第3頁(yè)15.2泵和壓縮機(jī)控制離心泵控制15.2.1

離心泵葉輪在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心力。泵速越高，離心力越大，出口壓頭越高。出口流量增大，出口壓力降低。離心泵特征公式：■性能

流量Q140~1800m3/h

揚(yáng)程H9~125m

進(jìn)口直徑150~600mm

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第4頁(yè)15.2泵和壓縮機(jī)控制離心泵控制15.2.1離心泵特征曲線另外，管路系統(tǒng)壓力也對(duì)泵特征有影響a,壓頭Hn3n2n1n4排出量Q離心泵特征曲線a過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第5頁(yè)所以，能夠經(jīng)過(guò)hv或其它伎倆改變H壓力（流量）

離心泵控制15.2.1管路阻力：（1）管路兩端靜壓差hp（2）管路兩端靜液柱高度，即升揚(yáng)高度hL（3）管路摩擦損失hf（4）控制閥兩端節(jié)流損失hv管路總壓力阻力HL=hp+hL+hf+hv系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)則有泵壓頭等于管路總壓頭：H=HL=hp+hL+hf+hvp2HLhvhvH壓頭HLhLChfhfp1hLhp排出量Q過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第6頁(yè)注意，控制閥一定要裝在閥出口位置，不然會(huì)出現(xiàn)“氣縛”和“氣蝕”現(xiàn)象，對(duì)離心泵產(chǎn)生損壞。

(b)控制方案FC離心泵控制15.2.1（1）直接節(jié)流法改變直接節(jié)流閥開(kāi)度，改變平衡工作點(diǎn)位置C(a)流量特征

HQHL1

HL2

C1

HL3

C3C2

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第7頁(yè)離心泵控制15.2.1“氣縛”——hv使得入口壓力下降，使液體部分汽化，使泵出口壓力下降，排量降至零“氣蝕”——hv使得部分汽化氣體抵達(dá)出口，受壓縮重新凝聚成液體，對(duì)泵內(nèi)機(jī)件產(chǎn)生沖擊●優(yōu)點(diǎn)：調(diào)解方便●缺點(diǎn)：機(jī)械效率低（消耗在閥上）●場(chǎng)所：慣用，排量小于正常排量30%時(shí)要調(diào)整過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第8頁(yè)FC調(diào)轉(zhuǎn)速原動(dòng)機(jī)HLn3

n2

n1

H

Q(a)流量特征(b)控制方案離心泵控制15.2.1（2）改變泵轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)改變泵轉(zhuǎn)速改變工作點(diǎn)當(dāng)前主要經(jīng)過(guò)變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速變頻器近年發(fā)展比較快，功效、可靠性大大提升，價(jià)格下降。此方法也能夠取代控制閥，實(shí)現(xiàn)流量控制過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第9頁(yè)離心泵控制15.2.1●優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械效率高，節(jié)能●缺點(diǎn)：調(diào)速?gòu)?fù)雜（離心泵較多時(shí)使用）●場(chǎng)所：少用，用于大功率離心泵過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第10頁(yè)（3）改變旁路回流

離心泵控制15.2.1FC●優(yōu)點(diǎn)：控制閥口徑

，調(diào)整方便●缺點(diǎn)：回路，能量消耗大（未充分使用）●場(chǎng)所：有一定使用過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第11頁(yè)容積式泵控制方案15.2.2不能采取節(jié)流方法控制

n1

n2

n3

排出量Q

H壓頭往復(fù)泵：活塞式、柱塞式旋轉(zhuǎn)泵：齒輪式、螺桿式排量大小與管路阻力無(wú)關(guān)，只取決于泵沖程及往復(fù)頻率過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第12頁(yè)常見(jiàn)控制方案：

（1）

變頻調(diào)速（2）

旁路法

容積式泵控制方案15.2.2過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第13頁(yè)壓縮機(jī)控制方案15.2.3需要確保運(yùn)行安全性，如“喘振”、功率大、轉(zhuǎn)速快

氣體增壓及輸送設(shè)備離心式、往復(fù)式離心式應(yīng)用比較多●優(yōu)點(diǎn)：●缺點(diǎn)：氣量大，無(wú)脈動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第14頁(yè)（4）軸推力、軸位移及連鎖保護(hù)控制壓縮機(jī)控制方案15.2.3主要自控系統(tǒng)：（1）氣量控制：和離心泵相同（2）防喘振控制（3）油路控制：油溫、油壓聯(lián)鎖安全保護(hù)（電氣控制）過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第15頁(yè)15.3離心式壓縮機(jī)防喘振控制喘振現(xiàn)象及原因15.3.1

離心式壓縮機(jī)負(fù)荷低于一定值后，氣體正常輸送被破壞，氣量乎多忽少，發(fā)生強(qiáng)烈振蕩——“氣喘”聲音，嚴(yán)重破壞機(jī)器設(shè)備。

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第16頁(yè)T點(diǎn)對(duì)應(yīng)流量——極限流量喘振現(xiàn)象及原因15.3.1p2/pl

p2/pl～Q

M1

MTQM

Q圖離心式壓縮機(jī)工作曲線喘振產(chǎn)生原因：T點(diǎn)右惻，穩(wěn)定工作區(qū)P2/P1↓Q↑P2/P1↑T點(diǎn)左惻，不穩(wěn)定工作區(qū)P2/P1↓Q↓P2/P1↓喘振區(qū)過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第17頁(yè)產(chǎn)生喘振直接原因是負(fù)荷下降QQp1Qp2Qp3

p2/p1

n1

n2n3喘振區(qū)

喘振現(xiàn)象及原因15.3.1不一樣轉(zhuǎn)速，離心泵極限流量也不一樣過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第18頁(yè)（1）

氣體吸入狀態(tài)改變管路特征

喘振線

T1M1p1p2/p1

Q喘振現(xiàn)象及原因15.3.1另外，有些工藝原因也能夠造成喘振過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第19頁(yè)（2）

管路阻力改變阻力

p2/p1

Q喘振現(xiàn)象及原因15.3.1過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第20頁(yè)防喘振控制系統(tǒng)15.3.2方法：部分回流，既滿足工藝要求，又使Q1>Qp控制喘振：限制壓縮機(jī)流量大于極限流量Q1>Qp，過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第21頁(yè)Q1>Qp，旁路閥關(guān)死Q1<Qp，旁路閥打開(kāi)，部分出口氣體返回到入口，使Q1>Qp此種方案中，Qp是固定值，正確選擇Qp值是關(guān)鍵.

選擇最大轉(zhuǎn)速下Qp作為FC設(shè)定值，（1）固定極限流量排出循環(huán)壓縮機(jī)吸入FC防喘振控制系統(tǒng)15.3.2過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第22頁(yè)（2）

可變極限流量幾個(gè)常見(jiàn)操作線方程防喘振控制系統(tǒng)15.3.2設(shè)置極限流量隨轉(zhuǎn)速而變關(guān)鍵：確定壓縮機(jī)喘振極限線方程p2/p1

Q2

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第23頁(yè)（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關(guān)系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統(tǒng)。P2+p2-ap1

∑

×r/bk2p1-

Δplr（p2-ap1）/bk2FC防喘振控制系統(tǒng)15.3.2過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第24頁(yè)（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關(guān)系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統(tǒng)。防喘振控制系統(tǒng)15.3.2p2+

∑

p1–r/bK2Δplp2-ap1

÷

FC過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第25頁(yè)（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關(guān)系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統(tǒng)。p2

×r/bK2

Δp1

p2r/bK2

FC防喘振控制系統(tǒng)15.3.2過(guò)程控制系統(tǒng)及工程課件第26頁(yè)壓縮機(jī)串、并聯(lián)運(yùn)行及防喘振控制15.3.3經(jīng)過(guò)一個(gè)LS，不論哪個(gè)壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振，都