第四篇典型操作单元的控制.doc

第四篇典型操作单元的控制 赵景玉 自动化教研室 2003.3 本篇讲授的主要内容 内容：1、流体输送设备控制 2、传热设备控制 3、精馏塔的控制 4、化学反应器控制 重点掌握：泵、压缩机、换热器、精馏塔及化学反应器的基本控制方法及操作机理。 第4章流体输送设备的控制重点掌握： 1、离心泵、离心压缩机控制 2、正位移泵控制 3、离心压缩机防喘振控制 4.１概述 1、 泵和压缩机 1) 泵 ：输送液体的机械设备 （1）离心泵 （2）正位移泵：容积泵，往复泵，齿轮泵 2) 压缩机：输送气体并提高气体压力的机械设备 （1）往复式压缩机 高、中 压力（2）速度式：离心压缩机 ，中 、低压力（3）通风机 2、基本工艺要求 1）必须满足工艺指标 2）约束条件 3、流体设备控制的基本特点 1）控制通道的对象时间常数小 2）由于阀、测量元件及对象时间常数在同一个数量级可控性差，一般比例度大一些，积分时间在0 ~ 1数分钟。 3）一般不加微分，避免对高频信号的放大，温度性差。 4）静态非线性，适当选择阀的特性。 4.2泵的控制方案 4. 2.1．离心泵的自动控制 1.工作原理： 它是机械能，通过泵体内高速旋转的叶片给液体以动能，将此动能转化成静压能排出体外，其压力随转数增加而提高。 2．机械特性 H和Q的关系 经验公式：H=K1N -K2Q 分析：从特性曲线 （1）同一转述下，流量越大，压头越低。 （2）同一流量下，转速越高，压头越大 3．管网特性 管网特性：管网中流体流量与阻力的关系 管网阻力：HL=hv+hf+hl+hpHp：管路两端静压头 hp=（p2-p1）/pg；p2、P1为系统出口、入口处的压力，p密度，g重力加速度。Hf：管路两端摩擦损失Hv：管路两端节流损失压头，与流量平方成正比。Hl：管路两端液柱高度，即升物高度为恒定值。Hf：管路两端摩擦损失稳定时泵提供的压头H=HL4.工作特性 1）稳定时泵提供压头H等于系统所需要的压头。C 为工作点，提供压头HC，流量QC 2）管网特性变化：由C----A 压头：HA、 QA 3）泵特性变化，不同转速对应不同流量。 分析：泵工作点不同：①提供压头不同 ②流量不同 改变泵的转述，改变工作点、改变H、Q 5．调节方法 1）.改变泵的特性——转速N （1）原理 (2)特点 ①机械效率高 ②输出压力波动大 ③装置复杂 ④应用于大功率上 2）.改变管网特性 （1）出口节流 QA QB Q 特点 ①简单，应用广泛 ②能量损失大——阀门 ③一般低于正常流量30%时使用——效率低 ④检测元件放在上游稳定 (2)旁通调节 ①原理： 未打开时：Hl~Ql,打开时：Ht~Qt,总输出量：Ql=Qt-Qx. ②特点：应用阀门口径小；安装方便;总效率低;应用小流量. 4. 2.2． 正位移泵控制 1. 泵的特性 N3》N2》N1 2.工作原理： 在一定转速下F、S、Q是常数。N—单位时间往复次数 F—汽缸截面积 S---活塞冲程 Q理=60? N ? F ? S ? m3 /h 3.控制方式 （1）改变冲程S （2）往复次数N （3）旁通 4.3离心压缩机的控制 本节课重点掌握内容： 1、离心压缩机系统控制方法 2、离心压缩机约束条件 3、离心压缩机防喘振控制 本节课难点： 1、离心压缩机可变极限防喘振控制 4.3.1概述 1、压缩机在工厂的地位 关键设备，影响生产设备安全。 1）化学反应 2）低沸点气体加压生温，提高沸点。 3）压缩机故障直接影响后道工序生产 2、应用范围 4.3.2离心压缩机的控制 1、保证气体流量、压力满足工艺生产要求 2.约束条件1）为稳定操作防止离心压缩机飞动，压缩机流量Gmin1/2Gc（正常流量）2)压缩比P2/P1是由压缩机结构决定,必须进行压力控；3)防止压缩机各段温度过高,必设温度控制； 4)吸入口分凝器有液位控制，防止压缩机带液；5)对易燃气体,压缩机吸入口流量不能太小,防止抽空爆炸 总结:离心压缩机控制 1)负荷控制;2)压力控制;3)段间温度控制;4)液位控制; 5)保护性控制 ①出口温度过高连锁; ②吸入罐液位过高连锁; ③排出压力过高; ④各段入口流量过低; ⑤润滑油系统. 3.压缩机负荷控制 1).压缩机机械特性 ① 每台压缩机特性由制造厂提供 ② 每条曲线有一个最高点,对应Qm流量-----最低负荷流量 2).压缩机管网特性