13_流体输送设备的控制.ppt

引言 石油、化工等生产过程，是由一系列基本单元操作的设备和装置组成的生产线来完成的。 单元操作主要有：流体输送、传热、传质和化学反应等。 本篇主要介绍各典型单元操作的控制：典型单元操作的背景、控制的需要、动静态特性的分析、整体控制方案的确定。 分析步骤：首先对各典型单元操作进行概要的介绍；然后从控制的需要，对它的动静态特性作必要的分析，最后结合上一篇过程控制系统的知识，视各单元操作的控制要求，确定控制方案。 引言 单元操作中的控制方案设置主要考虑的四个方面：1）物料平衡控制；2）能量平衡控制；3）质量控制；4）约束条件控制。其中前两个方面的控制主要是为了保证单元操作能平稳进行；第三个是满足单元操作的规定质量要求；第四个是从确保单元操作的生产安全出发的。 第13章 流体输送设备的控制 13.0 概述 13.1 泵的常规控制 13.2 压缩机的常规控制 13.3 离心式压缩机的防喘振控制 13.0 概述 流体：输送的物料流和能量流。流体分为液体、气体。 流体输送设备：用于输送流体和提高流体压头的机械设备。流体输送设备分：泵（输送液体和提高其压头的机械）、风机和压缩机（输送气体并提高其压力的机械）。 对流体输送设备的控制主要保证物料平衡的流量和压力控制。 离心式压缩机的防喘振控制是保护设备安全的约束控制。 由于流体输送设备的控制主要是保证物料平衡的流量控制，因此流量控制系统中的有关问题再作简要叙述： 2、流量测量常用节流装置，由于流体通过节流装置时喘动加大，使被控变量的信号常有脉动情况出现，并伴有高频噪声。所以应考虑对信号的滤波，在控制系统中也不能引入微分作用。工程上有时还在变送器与控制器之间接入反微分器（相当于惯性环节），以提高系统的控制质量。 3、流量系统的广义对象静态特性的非线性问题。 4、对于流量信号的测量精度要求，一般除直接作为经济核算外，无需过高，只要稳定，变差小就行。 13.1 泵的常规控制 泵可分为离心泵和容积泵两大类 容积泵有往复泵、旋转泵之分。在石油化工等生产过程中，离心泵的使用最为广泛，下面主要介绍离心泵的特性及其控制方案。 一、 离心泵的控制方案 2、离心泵特性 由于离心泵的叶轮和机壳之间存在空隙，泵的出口阀全闭，液体在泵体内循环，泵的排量为零，压头最大；随着出口阀的逐步开启，排出量随之增大，出口压力将慢慢下降。 3、管路特性 4、离心泵的控制方案 1）直接节流法 “气缚”是指由于hv的存在，使泵的入口压力下降，从而可能使液体部分气话，造成泵的出口压力下降，排量降低甚至到零，离心泵的正常运行遭到破坏。 “气蚀”是指由于hv的存在，造成部分气话的气体达到排出短时，因受到压缩而重新凝聚成液体，对泵内的机件会产生冲击，将损伤泵壳与叶轮，犹如高压差控制阀所受到的那种气蚀，因此，气蚀将会造成泵的损坏。 基于以上原因，控制阀一般宜装在检测元件（如孔板）的下游，这样将对保证测量精度有好处。 直接节流法的优点是简单易行。但在小流量时总的机械效率较低。一般不宜用在流量低于正常排量的30%的场合。 2）改变泵的转速n 2）改变泵的转速n 3）改变旁路回流量 二、容积式泵的控制方案 容积式泵有两类：一类是往复泵，包括活塞式、柱塞式等；另一类是直接位移旋转泵，包括椭圆齿轮式、螺杆式等。 它们有共同的结构特点：泵的运动部件与机壳之间的空隙很小，液体不能在缝隙中流动，所以泵的排量大小与管路系统基本无关。 往复泵流量只取决于单位时间内的往复次数及冲程的大小； 旋转泵流量仅取决于转速。 由于这类泵的排量与管路阻力基本无关，故绝不可在出口处安装控制阀来控制流量，一旦出口阀关死，将造成泵损、机毁的危险， 容积式泵常用的控制方案： ①改变原动机的转速；（同离心泵的调速法） ②改变往复泵的冲程； ③ 调节回流量；（方案构成与离心泵的相同，是此类泵最简单易行而常用的控制方式） ④采用旁路调节来控制出口压力，然后用直接节流阀控制其流量。同时控制压力和流量两个参数，两个控制系统之间相互关联。要达到正常运行，必须在两个系统的参数整定上加以考虑。通常是把压力控制系统整定省非周期的调节过程，从而把两个系统之间的工作周期拉开，达到消弱关联的目的。 13.2 压缩机的常规控制方案 压缩机与泵一样，也有往复式与离心式之分。 压缩机的流量（压力）控制方案与泵基本相似，即调速、旁路、节流等。 往复式压缩机主要用于流量小、压缩比较高的场合，可采用吸入管节流的控制方案。 离心式压缩机向着高压、高速、大容量和高度自动化方向发展。与往复式压缩机相比较，具有以下优点： 离心式压缩机的优点： 体积小，重量轻，流量大； 运行效率高，易损件少，维修简单； 供气均匀，运转平稳，气量控制的变化范围广； 压缩机的润滑油不会污染被输送的