典型化工單元控制方案

1、典型化工單元控制方案典型化工單元控制方案2動(dòng)量傳遞過程傳熱過程傳質(zhì)過程反應(yīng)過程化工單元過程化工單元過程泵、壓縮機(jī)換熱器、加熱爐分餾塔、閃蒸罐反應(yīng)器典型化工單元控制方案3內(nèi)容提要流體輸送設(shè)備的自動(dòng)控制離心泵的自動(dòng)控制方案往復(fù)泵的自動(dòng)控制方案壓氣機(jī)的自動(dòng)控制方案?jìng)鳠嵩O(shè)備的自動(dòng)控制兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制典型化工單元控制方案4第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的自動(dòng)控制典型化工單元控制方案5流體輸送設(shè)備在石油、化工等生產(chǎn)過程中，用于輸送流體和提高流體壓力的機(jī)械設(shè)備，統(tǒng)稱為流體輸送設(shè)備。泵：輸送液體和提高其壓力的機(jī)械。風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)：輸送氣體并提高其壓

2、力的機(jī)械。在生產(chǎn)過程中，通過管路調(diào)節(jié)被控對(duì)象流量的變化。典型化工單元控制方案61.1 離心泵的自動(dòng)控制方案 離心泵流量控制的目的是要將泵的排出流量恒定于某一給定的數(shù)值上。 離心泵特性曲線管路特性曲線兩個(gè)方面典型化工單元控制方案7(1) 離心泵特性曲線 泵的特性：描述泵的壓力H、流量Q及轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。 n1n2n3QH典型化工單元控制方案8(2) 管路特性曲線管路特性：管路系統(tǒng)中流體的流量和管路系統(tǒng)阻力的相互關(guān)系。 典型化工單元控制方案9(2) 管路特性曲線典型化工單元控制方案10(3) 管路的操作典型化工單元控制方案11(4) 控制泵的出口閥門開度 當(dāng)干擾作用使被控變量（流量）發(fā)生變化偏離

3、給定值時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，閥門動(dòng)作，控制結(jié)果使流量回到給定值。 典型化工單元控制方案12(4) 控制泵的出口閥門開度 通過管路閥門調(diào)節(jié)流量控制時(shí)，閥門應(yīng)該安裝在泵出口管路上。 氣 縛氣 蝕兩個(gè)現(xiàn)象典型化工單元控制方案13(5) 離心泵的轉(zhuǎn)速控制 當(dāng)干擾作用使被控變量（流量）發(fā)生變化偏離給定值時(shí)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，改變泵的轉(zhuǎn)速，控制結(jié)果使流量回到給定值。 典型化工單元控制方案14(5) 離心泵的轉(zhuǎn)速控制泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此，改變泵的轉(zhuǎn)速，從能量消耗的角度衡量最為經(jīng)濟(jì)，機(jī)械效率較高。調(diào)速機(jī)構(gòu)一般較復(fù)雜。多用在蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心泵的場(chǎng)合，此時(shí)僅需控制蒸汽量即可控制轉(zhuǎn)速。 典型化工單元

4、控制方案15(6) 旁路控制方案 將泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改變旁路閥開啟度的方法來控制泵的實(shí)際排出量。 控制閥裝在旁路上，壓差大，流量小，因此控制閥的尺寸較小。不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榕月烽y消耗一部分高壓液體能量，使總的機(jī)械效率降低，故很少采用。 典型化工單元控制方案161.2 往復(fù)泵的自動(dòng)控制方案 往復(fù)泵多用于流量較小、壓頭要求較高的場(chǎng)合，它是利用活塞在汽缸中往復(fù)滑行來輸送流體的。 往復(fù)泵提供的理論流量可按下式計(jì)算： 典型化工單元控制方案17(1) 改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 該方案適用于以蒸汽機(jī)或汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，此時(shí)，可借助于改變蒸汽流量的方法方便地控制轉(zhuǎn)速。典型化工單元控制方案18(2)

5、控制泵的出口旁路 該方案由于高壓流體的部分能量要白白消耗在旁路上，故經(jīng)濟(jì)性較差。 典型化工單元控制方案19(3) 改變沖程 s 計(jì)量泵常用改變沖程s來進(jìn)行流量控制。沖程s的調(diào)整可在停泵時(shí)進(jìn)行，也有可在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行的。典型化工單元控制方案201.3 壓氣機(jī)的自動(dòng)控制方案壓力機(jī)的分類其作用原理不同可分為離心式和往復(fù)式兩大類；按進(jìn)、出口壓力高低的差別，可分為真空泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等類型。 典型化工單元控制方案21“喘振”現(xiàn)象當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度時(shí),氣體的排送會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩,從而引起機(jī)身的劇烈振動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為“喘振”。喘振會(huì)造成事故,操作中必須防止喘振現(xiàn)象產(chǎn)生。防喘振的控制方案有很多種,其中最簡(jiǎn)

6、單的是旁路控制方案。典型化工單元控制方案22(1) 直接控制流量對(duì)于低壓的離心式鼓風(fēng)機(jī)，一般可在其出口直接用控制閥控制流量。由于管徑較大，執(zhí)行器可采用蝶閥。其余情況下，為了防止出口壓力過高，通常在入口端控制流量。因?yàn)闅怏w的可壓縮性，所以這種方案對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)也是適用的。為了減少阻力損失，對(duì)大型壓縮機(jī)，往往不用控制吸入閥的方法，而用調(diào)整導(dǎo)向葉片角度的方法。 典型化工單元控制方案23(1) 直接控制流量典型化工單元控制方案24(3) 控制旁路流量 對(duì)于壓縮比很高的多段壓縮機(jī)，從出口直接旁路回到入口是不適宜的。這樣控制閥前后壓差太大，功率損耗太大。 為了解決這個(gè)問題，可以在中間某段安裝控制閥，使其

7、回到入口端，用一只控制閥可滿足一定工作范圍的需要。 典型化工單元控制方案25(3) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 壓氣機(jī)的流量控制可以通過調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來達(dá)到，這種方案效率最高，節(jié)能最好。調(diào)速機(jī)構(gòu)一般比較復(fù)雜，沒有前兩種方法簡(jiǎn)便。 典型化工單元控制方案26旁路控制方案典型化工單元控制方案27第二節(jié) 傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制典型化工單元控制方案28傳熱設(shè)備的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型典型化工單元控制方案292.1 兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案(1) 控制載熱體的流量典型化工單元控制方案302.1 兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案(1) 控制載熱體的流量典型化工單元控制方案312.1 兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案(2) 控制載熱體旁

8、路典型化工單元控制方案322.1 兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案(3) 控制被加熱流體自身流量典型化工單元控制方案332.1 兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案(4) 控制被加熱流體自身流量的旁路典型化工單元控制方案342.2 載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制 在蒸汽加熱器中，蒸汽冷凝由汽相變液相，放熱，通過管壁加熱工藝介質(zhì)。如果要加熱到200以上或30以下時(shí)，常采用一些有機(jī)化工物作為載熱體。這種傳熱過程分兩段進(jìn)行，先冷凝后降溫。 當(dāng)僅考慮汽化潛熱時(shí)，熱量平衡方程: 傳熱速率方程:典型化工單元控制方案35(1) 控制蒸汽流量2.2 載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制典型化工單元控制方案36(2) 控制換

9、熱器的有效換熱面積2.2 載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制用凝液排出量調(diào)溫度溫度-液位串級(jí)系統(tǒng)溫度-流量串級(jí)系統(tǒng)典型化工單元控制方案37(3) 兩種方案比較2.2 載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制控制蒸汽流量法 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行、過渡過程時(shí)間短、控制迅速。缺點(diǎn)：需選用較大的蒸汽閥門、傳熱量變化比較劇烈，有時(shí)凝液冷到飽和溫度以下，這時(shí)加熱器內(nèi)蒸汽一側(cè)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，造成冷凝液的排放不連續(xù)，影響均勻傳熱。 典型化工單元控制方案38(3) 兩種方案比較2.2 載熱體進(jìn)行冷凝的加熱器自動(dòng)控制控制換熱器的有效換熱面積法缺點(diǎn)：控制通道長(zhǎng)、變化遲緩，且需要有較大的傳熱面積裕量。優(yōu)點(diǎn)：防止局部過熱，對(duì)一些過熱后會(huì)引起化

10、學(xué)變化的過敏性介質(zhì)比較適用。另外，由于蒸汽冷凝后凝液的體積比蒸汽體積小得多，所以可以選用尺寸較小的控制閥門。 典型化工單元控制方案39(1) 控制冷卻劑的流量2.3 冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制典型化工單元控制方案40(2) 溫度與液位的串級(jí)控制2.3 冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制典型化工單元控制方案41(3) 控制汽化壓力2.3 冷卻劑進(jìn)行汽化的冷卻器自動(dòng)控制典型化工單元控制方案42例題分析典型化工單元控制方案43（1） 試判斷下圖中泵的控制方案是否正確。典型化工單元控制方案44圖 (a)是離心泵的流量控制方案。為了控制出口流量的大小，控制閥一般應(yīng)該直接裝在出口管線上。這是因?yàn)殡x心泵吸入高度是有限的，如果控制閥裝在吸入管線上，會(huì)產(chǎn)生壓降，這樣一來，進(jìn)口端壓力就有可能過低，因?yàn)橐后w氣化，使泵失去排液能力,產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象?；蛘邏旱匠隹诙擞旨彼倮淠?，沖蝕厲害，產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。這兩種情況都要避免發(fā)生。所以控制閥一般不應(yīng)安裝在離心泵的入口管線上。 圖 (b)為往復(fù)泵出口流量控制方案。從往復(fù)泵的特性來看,只要轉(zhuǎn)速一定,排出的流量是基本不變的。因此采用出口節(jié)流的方法來控制出口流量是不行的。解：典型化工單元控制方案45（2） 如下圖所示的加熱器,如果兩側(cè)無相變,載熱體流量很大,且進(jìn)出口溫差(T20-T21)很小時(shí),采用圖示溫控方案是否合理?典型化工單元控制方案46從分析對(duì)象(