化工儀表及自動化教案第17章

1、第十七章 典型化工單元的控制方案內(nèi)容提要:1.流體輸送設(shè)備的自動控制2.精餾塔的自動控制1.流體輸送設(shè)備的控制一、離心泵的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。 離心泵的流量控制大體的三種方法1. 控制泵的出口閥門開度當干擾作用使被控變量（流量）發(fā)生變化偏離給定值時，控制器發(fā)出控制信號，閥門動作，控制結(jié)果使流量回到給定值。 改變泵出口阻力控制流量泵的流量特性曲線與管路特性曲線注意：控制閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上，而不應(yīng)該安裝在泵的吸入管線上（特殊情況除外）。 2.控制泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速控制流量圖中曲線1、2、3表示轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3時的流量特性，且

2、有n1n2n3。 該方案從能量消耗的角度來衡量最為經(jīng)濟，機械效率較高，但調(diào)速機構(gòu)一般較復雜，所以多用在蒸汽透平驅(qū)動離心泵的場合，此時僅需控制蒸汽量即可控制轉(zhuǎn)速。 3.控制泵的出口旁路改變旁路閥控制流量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際排出量?？刂崎y裝在旁路上，壓差大，流量小，因此控制閥的尺寸較小。該方案不經(jīng)濟，因為旁路閥消耗一部分高壓液體能量，使總的機械效率降低，故很少采用。 二、壓氣機的控制方案壓力機的分類：其作用原理不同可分為離心式和往復式兩大類；按進、出口壓力高低的差別，可分為真空泵、鼓風機、壓縮機等類型。 1.直接控制流量對于低壓的離心式鼓風機，

3、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。因為氣體的可壓縮性，所以這種方案對于往復式壓縮機也是適用的。為了減少阻力損失，對大型壓縮機，往往不用控制吸入閥的方法，而用調(diào)整導向葉片角度的方法。 分程控制方案分程閥的特性2.控制旁路流量控制壓縮機旁路方案對于壓縮比很高的多段壓縮機，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。為了解決這個問題，可以在中間某段安裝控制閥，使其回到入口端，用一只控制閥可滿足一定工作范圍的需要。 3.調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速壓氣機的流量控制可以通過調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速來達到，這種方案效

4、率最高，節(jié)能最好。問題在于調(diào)速機構(gòu)一般比較復雜，沒有前兩種方法簡便。 2.精餾塔的自動控制一、工藝要求1.保證質(zhì)量指標對于一個正常操作的精餾塔，一般應(yīng)當使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品達到規(guī)定的純度要求，另一個產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)當取塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制系統(tǒng)需要能測出產(chǎn)品成分的分析儀表。 2.保證平穩(wěn)操作為了保證塔的平穩(wěn)操作，必須把進塔之前的主要可控干擾盡可能預先克服，同時盡可能緩和一些不可控的主要干擾。為了維持塔的物料平衡，必須控制塔頂餾出液和釜底采出量，使其之和等于進料量，而且兩個采出量變化要緩慢，以保證塔的平穩(wěn)操作。塔

5、內(nèi)的持液量應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)?？刂扑?nèi)壓力穩(wěn)定，對塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。 3.約束條件為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為約束條件。4.節(jié)能要求和經(jīng)濟性在精餾操作中，質(zhì)量指標、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中質(zhì)量指標是必要條件，在質(zhì)量指標一定的前提下，應(yīng)在控制過程中使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時能量消耗盡可能低一些。 二、精餾塔的干擾因素精餾塔的物料流程圖1.進料流量F的波動（）2.進料成分ZF的變化（）3.進料溫度TF及進料熱焓QF的變化4.再沸器加熱劑（如蒸汽）加入熱量的變化5.冷卻劑在冷凝器內(nèi)除去熱量的變化6.環(huán)境溫度的變化 三、精餾塔的控制方案1.精餾塔的提餾段溫控如果

6、采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標的間接指標，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為提餾段溫控。 提餾段溫控的控制方案示意圖提餾段溫控的主要特點與使用場合： （1）采用了提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標，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)量達到規(guī)定值。（2）當干擾首先進入提餾段時，用提餾段溫控就比較及時，動態(tài)過程也比較快。 2.精餾塔的精餾段溫控如果采用以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標的間接指標，而以改變回流量作為控制手段的方案，就稱為精餾段溫控。 精餾段溫控的控制方案示意圖精餾段溫控的主要特點與使用場合： 采用了精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標，因此它能較直接

7、地反映精餾段的產(chǎn)品情況。當塔頂產(chǎn)品純度要求比塔底嚴格時，一般宜采用精餾段溫控方案。 如果干擾首先進入精餾段，采用精餾段溫控就比較及時。 在采用精餾段溫控或提餾段溫控時，當分離的產(chǎn)品較純時，由于塔頂或塔底的溫度變化很小，對測溫儀表的靈敏度和控制精度都提出了很高的要求，但實際上卻很難滿足。解決這一問題的方法，是將測溫元件安裝在塔頂以下或塔底以上幾塊塔板的靈敏板上，以靈敏板的溫度作為被控變量。 3.精餾塔的溫差控制及雙溫差控制采用溫差作為衡量質(zhì)量指標的間接變量，是為了消除塔壓波動對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 T-x曲線溫差與產(chǎn)品純度之間并非單值關(guān)系。雙溫差控制方案雙溫差控制就是分別在精餾段及提餾段上選取溫差信號，然后將兩個溫差信號相減，作為控制器的測量信號（即控制系統(tǒng)的被控變量）。 4.按產(chǎn)品成分或物性的直