典型化工單元的控制方案

①對于同一的化工單元，了解各種控制方案的異同。②熟悉各種控制方案的優(yōu)缺點及應用。③能夠為化工單元操作過程設計合理的自動控制方案。學習要點第一節(jié)流體輸送設備的控制方案一、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致存在以下三種方法：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。12/11/20224第十一章典型化工單元控制方案轉(zhuǎn)速n一定時，泵的流量特性曲線A與管路特性曲線的交點C即為泵的實際工作點，此時泵所提供的壓頭H正好用來克服管路阻力，其對應的流量即為泵的實際流量。實質(zhì)是改變管路特性。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這種方案簡單，使用廣泛，但通過改變管路阻力，使泵提供的部分壓頭消耗在閥門上，故能量消耗大，效率低，不經(jīng)濟。注意一、離心泵的控制方案12/11/20225第十一章典型化工單元控制方案一、離心泵的控制方案2.控制泵的轉(zhuǎn)速改變泵的轉(zhuǎn)速控制流量曲線1、2、3表示轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3時的流量特性，且有n1＞n2＞n3。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。12/11/20226第十一章典型化工單元控制方案控制蒸汽大小即可達到控制轉(zhuǎn)速的目的。適用于輸送粘度大的介質(zhì)(如焦油、重油等)及易燃、易爆介質(zhì)。一、離心泵的控制方案12/11/20227第十一章典型化工單元控制方案一、離心泵的控制方案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。12/11/20228第十一章典型化工單元控制方案這類泵的運動部件每往復一次或每轉(zhuǎn)一周，所需介質(zhì)的量是一定的，因而對這類泵既不允許控制進口，也不允許控制出口。主要原因是：若出口量減少，出口壓力立即達到最大值，從而導致泵殼及運動部件損壞；若進口量減少，會造成較大的負壓，同樣也會使運動部件損壞。二、位移式泵（容積泵）的控制方案齒輪泵（運動部件：齒輪）計量泵（運動部件：柱塞）往復泵（運動部件：活塞）位移式泵12/11/20229第十一章典型化工單元控制方案二、位移式泵（容積泵）的控制方案1.改變原動機的轉(zhuǎn)速改變轉(zhuǎn)速的方案該方案適用于以蒸汽機或汽輪機作原動機的場合，此時，可借助于改變蒸汽流量的方法方便地控制轉(zhuǎn)速，進而控制往復泵的出口流量。12/11/202210第十一章典型化工單元控制方案二、位移式泵泵（容積泵））的控制方案案2.控制泵的的出口旁路改變旁路流量量該方案由于高高壓流體的部部分能量要白白白消耗在旁旁路上，故經(jīng)經(jīng)濟性較差。。12/8/202211第十十一一章章典典型型化化工工單單元元控控制制方方案案二、、位位移移式式泵泵（（容容積積泵泵））的的控控制制方方案案3.改改變變沖沖程程s往復復泵泵的的特特性性曲曲線線計量量泵泵常常用用改改變變沖沖程程s來進進行行流流量量控控制制。。沖沖程程s的調(diào)調(diào)整整可可在在停停泵泵時時進進行行，，也也有有可可在在運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)狀狀態(tài)態(tài)下下進進行行的的。。12/8/202212第十十一一章章典典型型化化工工單單元元控控制制方方案案這里里不不作作詳詳細細介介紹紹，，它它與與泵泵的的控控制制相相似似。。但但一一般般采采用用控控制制旁旁路路的的方方案案，，以以防防““喘喘振振””現(xiàn)現(xiàn)象象的的發(fā)發(fā)生生而而對對風風機機造造成成損損害害。。三、、壓壓氣氣機機的的控控制制方方案案12/8/202213第十十一一章章典典型型化化工工單單元元控控制制方方案案第二二節(jié)節(jié)傳傳熱熱設設備備的的自自動動控控制制方方案案一、、冷冷熱熱介介質(zhì)質(zhì)都都不不發(fā)發(fā)生生相相變變的的換換熱熱器器控控制制方方案案（1）控制載載熱體的流量量改變載熱體流流量控制溫度度利用控制載熱熱體流量來穩(wěn)穩(wěn)定被加熱介介質(zhì)出口溫度度的控制方案案。采用該控制方方案時，載熱體必須是是可控的才行行。這種方案是應應用最廣泛一一種，多用于于載熱體流量量的變化對溫溫度影響較靈靈敏的場合。注意12/8/202214第十一章典典型化工單單元控制方案案一、冷熱介質(zhì)質(zhì)都不發(fā)生相相變的換熱器器控制方案換熱器串級控控制系統(tǒng)如果載熱體本本身壓力不穩(wěn)穩(wěn)定，可另設設穩(wěn)壓系統(tǒng)，，或者采用以溫度為主變變量、流量為為副變量的串級控制系系統(tǒng)。12/8/202215第十一章典典型化工單單元控制方案案采用該法時，，載熱體為工工藝主要介質(zhì)質(zhì)，其總量是是不可控的。。但應注意的的是不能直接將控控制閥置于旁旁路而采用控控制載熱體流流經(jīng)旁路的量量。主要是因為若若換熱器內(nèi)部部阻力小，則則控制閥前后后的壓差就小小，阻力比S就小，一方方面導致控制閥的流量量特性發(fā)生突突變，另一方面導導致控制閥口徑DN要大[KV=10Q（ρρ/ΔP）0.5，ΔP小，KV大，DN大]。一、冷熱介質(zhì)質(zhì)都不發(fā)生相相變的換熱器器控制方案（2）控制載載熱體旁路流流量用載熱體旁路路控制溫度12/8/202216第十一章典典型化化工單元控控制方案一、冷熱介介質(zhì)都不發(fā)發(fā)生相變的的換熱器控控制方案（3）控制制被加熱流流體自身流流量用介質(zhì)自身身流量控制制溫度只能用在工工藝介質(zhì)的的流量允許許變化的場場合。12/8/202217第十一章典典型化化工單元控控制方案一、冷熱介介質(zhì)都不發(fā)發(fā)生相變的的換熱器控控制方案（4）控制制被加熱流流體自身流流量的旁路路用介質(zhì)旁路路控制溫度度當被加熱流流體的總流流量不允許許控制，而而且換熱器器的傳熱面面積有余量量時，可將將一小部分分被加熱流流體由旁路路直接流到到出口處，，使冷熱物物料混合來來控制溫度度。12/8/202218第十一章典典型化化工單元控控制方案（1）控制制蒸汽流量量用蒸汽流量量控制溫度度通過改變加加熱蒸汽量量來穩(wěn)定被被加熱介質(zhì)質(zhì)的出口溫溫度。當閥閥前蒸汽壓壓力有波動動時，可對對蒸汽總管管加設壓力力定值控制制，或者采采用溫度與與蒸汽流量量（或壓力力）的串級級控制。加熱器串級級控制系統(tǒng)統(tǒng)凝液蒸汽二、、載載熱熱體體進進行行冷冷凝凝的的加加熱熱器器控控制制方方案案12/8/202219第十一章章典典型化工工單元控控制方案案該方法實實質(zhì)是控控制換熱熱器的有效傳熱熱面積。二、載熱熱體進行行冷凝的的加熱器器控制方方案（2）控控制換熱熱器的有有效換熱熱面積用凝液排排出量控控制溫度度溫度-液液位串級級控制系系統(tǒng)溫度-流流量串級級控制系系統(tǒng)12/8/202220第十一章章典典型化工工單元控控制方案案二、載熱熱體進行行冷凝的的加熱器器控制方方案控制換熱熱器的有有效換熱熱面積法法缺點：控控制通道道長、變變化遲緩緩，且需需要有較較大的傳傳熱面積積裕量。。優(yōu)點：防防止局部部過熱，，對一些些過熱后后會引起起化學變變化的熱熱敏性介介質(zhì)比較較適用。。另外，由由于蒸汽汽冷凝后后凝液的的體積比比蒸汽體體積小得得多，所所以可以以選用尺尺寸較小小的控制制閥門。。12/8/202221第十十一一章章典典型型化化工工單單元元控控制制方方案案三、、冷冷劑劑進進行行汽汽化化的的冷冷卻卻器器控控制制方方案案（1））控控制制冷冷卻卻劑劑的的流流量量用冷冷卻卻劑劑流流量量控控制制溫溫度度該方方案案不不以以液液位位為為被被控控變變量量，，但但液液位位不不能能過過高高，，過過高高會會造造成成蒸蒸發(fā)發(fā)空空間間不不足足，，使使出出去去的的氨氨氣氣中中夾夾帶帶大大量量液液氨氨，，引起氨壓縮機機的操作事故故。這種控制方案案帶有上限液液位報警，或或采用溫度-液位自動選選擇性控制，，當液位高于于某上限值時時，自動把液液氨閥關(guān)小或或暫時切斷。。12/8/202222第十一章典典型化工單單元控制方案案三、冷劑進行行汽化的冷卻卻器控制方案案（2）溫度與與液位的串級級控制溫度-液位串串級控制該方案的實質(zhì)質(zhì)是改變傳熱熱面積。但采采用了串級控控制，將液氨氨壓力變化而而引起液位變變化的這一主主要干擾包含含在副環(huán)內(nèi)，，從而提高了了控制質(zhì)量。。12/8/202223第十一一章典典型化化工單單元控控制方方案三、冷冷劑進進行汽汽化的的冷卻卻器控控制方方案（3））控制制汽化化壓力力用汽化化壓力力控制制溫度度工作原原理：：基于當當控制制閥的的開度度變化化時，，會引引起氨氨冷器器內(nèi)汽汽化壓壓力改改變，，于是是相應應的汽汽化溫溫度也也就改改變了了。這種種方方案案控控制制作作用用迅迅速速，，只只要要汽汽化化壓壓力力稍稍有有變變化化，，就就能能很很快快影影響響汽汽化化溫溫度度，，達達到到控控制制工工藝藝介介質(zhì)質(zhì)出出口口溫溫度度的的目目的的。。但是是由由于于控控制制閥閥安安裝裝在在氣氣氨氨出出口口管管道道上上，，故故要要求求氨氨冷冷器器要要耐耐壓壓，，并并且且當當氣氣氨氨壓壓力力由由于于整整個個制制冷冷系系統(tǒng)統(tǒng)的的統(tǒng)統(tǒng)一一要要求求不不能能隨隨意意加加以以控控制制時時，，這這個個方方案案就就不不能能采采用用了了。。12/8/202224第十一章章典典型化工工單元控控制方案案底部產(chǎn)品頂部產(chǎn)品冷卻劑回流罐精餾塔加熱劑精餾塔的物料流程回流進料再沸器冷凝器精餾是將將液體混混合物分分離使其其達到規(guī)規(guī)定純度度的傳質(zhì)質(zhì)過程。。精餾塔是是精餾過過程的關(guān)關(guān)鍵設備備。在精餾操作作中，被控控變量多，，可選用的的操縱變量量也多，被被控對象的的通道多，，內(nèi)在機理理復雜，變變量又互相相關(guān)聯(lián)，而而要求一般般又較高。。第三節(jié)精精餾塔的自自動控制12/8/202225第十一章典典型化化工單元控控制方案精餾操作的的工藝要求求①操作要處處于合適的的工況，以以保證塔的的平穩(wěn)操作作，確保產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，，提高塔的的效率。②節(jié)能降耗耗能耗：熱劑劑(主要是是蒸汽)、、冷劑(水水、冷凍鹽鹽水)的消消耗。物耗：產(chǎn)出出(產(chǎn)品量量)與投入入(原料量量)的比例例。第三節(jié)精精餾塔的自自動控制精餾操作對對控制方案案的要求①盡量預先先克服進塔塔前主要的的可控干擾擾（如進料料量波動、、進料溫度度波動等））②保證質(zhì)量量指標（頂頂、底產(chǎn)品品的純度達達到質(zhì)量指指標的要求求）③保證塔的的平穩(wěn)操作作（滿足F=D＋W物料平衡衡關(guān)系）12/8/202226第十一章典典型化化工單元控控制方案一、精餾塔塔的提餾段段溫度控制制方案采用以提餾餾段溫度作作為衡量質(zhì)質(zhì)量指標的的間接指標標，而以改改變再沸器器加熱量作作為控制手手段的方案案，就稱為為提餾段溫控控。（見控制流流程圖）這種方案主主要用于以塔底為主主要產(chǎn)品，對塔釜的的成分要求求比塔頂餾餾出液高時時。此外，對塔塔頂和塔底底產(chǎn)品質(zhì)量量要求相近近，在液相相進料時，，也往往采采用此方案案。因為液液相進料流流量Ｆ的的變化先先影響到釜釜液成分，，故用提餾餾段控制較較及時。采用該方案案時，冷劑劑消耗較大大。12/8/202227第十一章典典型化化工單元控控制方案提餾段溫控控的控制方方案示意圖圖返回冷卻劑回流罐精餾塔再沸器冷凝器TCLCLCFCFCPC12/8/202228第十一一章典典型化化工單單元控控制方方案二、精精餾塔塔的精精餾段段溫度度控制制方案案采用以以精餾餾段溫溫度作作為衡衡量質(zhì)質(zhì)量指指標的的間接接指標標，而而以改改變回回流量量作為為控制制手段段的方方案，，就稱稱為精餾段段溫控控。（見控控制流流程圖圖）這種方方案主主要用用于以塔頂頂為主主要產(chǎn)產(chǎn)品，對塔塔頂?shù)牡某煞址忠笄蟊人尊s餾出液液高時時。此外，，對塔塔頂和和塔底底產(chǎn)品品質(zhì)量量要求求相近近，在在氣相相進料料時，，也往往往采采用此此方案案。因因為氣氣相進進料流流量ＦＦ的的變變化先先影響響到頂頂液成成分，，故用用精餾餾段控控制較較及時時。采用該該方案案時，，熱劑劑消耗耗較大大。12/8/202229第十一章章典典型化工工單元控控制方案案精餾段溫溫控的控控制方案案示意圖圖返回冷卻劑回流罐精餾塔再沸器冷凝器TCLCLCFCFCPC12/8/202230第十一章章典典型化工工單元控控制方案案第四節(jié)反反應器器的自動動控制１.改改變進料料溫度的的控制方方案改變進料料溫度控控制釜溫溫以反應釜釜溫度為為被控變變量，以以加熱劑劑為控制制手段，，用改變變進料溫溫度的方方法使反反應器溫溫度穩(wěn)定定。一、釜式式反應器器的溫度度自動控控制方案案12/8/202231第十一章章典典型化工工單元控控制方案案2.改改變傳熱熱量的控控制方案案由于大多多數(shù)反應應釜均有有傳熱面面，引入入或移去去反應熱熱，所以以用改變變引入傳傳熱量多多少的方方法就能能實現(xiàn)溫溫度控制制。改變加熱熱劑或冷冷卻劑流流量控制制釜溫一、釜式式反應器器的溫度度自動控控制方案案12/8/202232第十一章典典型化化工單元控控制方案3.串級級控制方案案一、釜式反反應器的溫溫度自動控控制方案如果冷卻水水壓力波動動不大，則則以反應釜釜溫度為主主環(huán)，夾套套水溫為副副環(huán)構(gòu)成溫溫度---溫度串級級控制方案案。如果冷卻水水壓力經(jīng)常常波動為主主要擾動，，以反應釜釜溫度為主主環(huán)，冷卻卻水流量為為副環(huán)構(gòu)成成溫度---流量串串級控制方方案。釜溫與冷劑劑流量的串串級控制釜溫與夾套套溫度的串串級控制12/8/202233第十一章典典