過程控制系統(tǒng)及工程課件

過程控制系統(tǒng)及工程信息學院自動化系：孫洪程

Email:Sunhc@第15章流體輸送設備控制

過程控制系統(tǒng)及工程課件第1頁流體輸送設備控制15.1流體輸送設備控制15.2泵和壓縮機控制15.3離心式壓縮機防喘振控制第15章教學進程過程控制系統(tǒng)及工程課件第2頁15.1概述

流體：液體或氣體液體傳送——泵，氣體傳送——風機或壓縮機

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

離心泵葉輪在電動機帶動下做高速旋轉(zhuǎn)運動，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

揚程H9~125m

進口直徑150~600mm

過程控制系統(tǒng)及工程課件第4頁15.2泵和壓縮機控制離心泵控制15.2.1離心泵特征曲線另外，管路系統(tǒng)壓力也對泵特征有影響a,壓頭Hn3n2n1n4排出量Q離心泵特征曲線a過程控制系統(tǒng)及工程課件第5頁所以，能夠經(jīng)過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過程控制系統(tǒng)及工程課件第6頁注意，控制閥一定要裝在閥出口位置，不然會出現(xiàn)“氣縛”和“氣蝕”現(xiàn)象，對離心泵產(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)流閥開度，改變平衡工作點位置C(a)流量特征

HQHL1

HL2

C1

HL3

C3C2

過程控制系統(tǒng)及工程課件第7頁離心泵控制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出口，受壓縮重新凝聚成液體，對泵內(nèi)機件產(chǎn)生沖擊●優(yōu)點：調(diào)解方便●缺點：機械效率低（消耗在閥上）●場所：慣用，排量小于正常排量30%時要調(diào)整過程控制系統(tǒng)及工程課件第8頁FC調(diào)轉(zhuǎn)速原動機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)過改變泵轉(zhuǎn)速改變工作點當前主要經(jīng)過變頻器控制電機轉(zhuǎn)速變頻器近年發(fā)展比較快，功效、可靠性大大提升，價格下降。此方法也能夠取代控制閥，實現(xiàn)流量控制過程控制系統(tǒng)及工程課件第9頁離心泵控制15.2.1●優(yōu)點：機械效率高，節(jié)能●缺點：調(diào)速復雜（離心泵較多時使用）●場所：少用，用于大功率離心泵過程控制系統(tǒng)及工程課件第10頁（3）改變旁路回流

離心泵控制15.2.1FC●優(yōu)點：控制閥口徑

，調(diào)整方便●缺點：回路，能量消耗大（未充分使用）●場所：有一定使用過程控制系統(tǒng)及工程課件第11頁容積式泵控制方案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關，只取決于泵沖程及往復頻率過程控制系統(tǒng)及工程課件第12頁常見控制方案：

（1）

變頻調(diào)速（2）

旁路法

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

氣體增壓及輸送設備離心式、往復式離心式應用比較多●優(yōu)點：●缺點：氣量大，無脈動過程控制系統(tǒng)及工程課件第14頁（4）軸推力、軸位移及連鎖保護控制壓縮機控制方案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（電氣控制）過程控制系統(tǒng)及工程課件第15頁15.3離心式壓縮機防喘振控制喘振現(xiàn)象及原因15.3.1

離心式壓縮機負荷低于一定值后，氣體正常輸送被破壞，氣量乎多忽少，發(fā)生強烈振蕩——“氣喘”聲音，嚴重破壞機器設備。

過程控制系統(tǒng)及工程課件第16頁T點對應流量——極限流量喘振現(xiàn)象及原因15.3.1p2/pl

p2/pl～Q

M1

MTQM

Q圖離心式壓縮機工作曲線喘振產(chǎn)生原因：T點右惻，穩(wěn)定工作區(qū)P2/P1↓Q↑P2/P1↑T點左惻，不穩(wěn)定工作區(qū)P2/P1↓Q↓P2/P1↓喘振區(qū)過程控制系統(tǒng)及工程課件第17頁產(chǎn)生喘振直接原因是負荷下降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程控制系統(tǒng)及工程課件第18頁（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程控制系統(tǒng)及工程課件第19頁（2）

管路阻力改變阻力

p2/p1

Q喘振現(xiàn)象及原因15.3.1過程控制系統(tǒng)及工程課件第20頁防喘振控制系統(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：限制壓縮機流量大于極限流量Q1>Qp，過程控制系統(tǒng)及工程課件第21頁Q1>Qp，旁路閥關死Q1<Qp，旁路閥打開，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值是關鍵.

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

可變極限流量幾個常見操作線方程防喘振控制系統(tǒng)15.3.2設置極限流量隨轉(zhuǎn)速而變關鍵：確定壓縮機喘振極限線方程p2/p1

Q2

過程控制系統(tǒng)及工程課件第23頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，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過程控制系統(tǒng)及工程課件第24頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，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過程控制系統(tǒng)及工程課件第25頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，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過程控制系統(tǒng)及工程課件第26頁壓縮機串、并聯(lián)運行及防喘振控制15.3.3經(jīng)過一個LS，不論哪個壓縮機出現(xiàn)喘振，都