流体输送设备的控制简介.pptx

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：1、流量控制对象的被控变量和操纵变量是同一物料的流量，因此控制通道的时间常数很小，基本上是放大倍数接近1的放大环节。所以广义对象特性中测量变送及控制阀的惯性滞后不能忽略，各环节的时间常数在数量级上相同且数值不大，组成的控制系统可控性较差、频率较高。为此控制器的比例度必须放得大些，可引入积分作用消除余差。控制阀一般不安装阀门定位器，以免因为阀门定位器引入所组成的传机副环，其振荡频率与主环频率相当，而造成振荡。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1、离心泵工作原理 离心泵主要由叶轮和机壳组成，叶轮在原动机带动下作高速旋转运动，离心泵的出口压力由旋转叶轮作用于液体而产生离心力，转速越高，离心力越大，压头也越高。a’↑压头Hn4n3n2an1排出量Q→ 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。泵的压头H，排量Q和转速n之间的函数关系:H=R1n2 – R2Q2p2hvhLhfp13、管路特性HL=hp+hL+hf +hv4项阻力：1)管路两端的静压差引起的压头hp；2)管路两端的静压柱高度hL ；3)管路中的摩擦损失压头hf ；4)控制阀两端节流损失压头hv ；C↑压头HLHLHhvhfhLhp排出量Q→ 当系统达到稳定工作状态时，泵的压头H必然等于HL，这是建立平衡的条件。左图中泵的特性曲线与管路特性曲线的交点C，即是泵的平衡工作点。 工作点C的流量应符合工艺预定的要求，可以通过改变hv或其它手段来满足这一要求，这是离心泵的压力（流量）的控制方案的主要依据。管路特性曲线FCHL1↑压头HHL2HL3C1C2C3排出量Q→ 4、离心泵的控制方案1）直接节流法注意：直接节流法的控制阀应安装在泵的出口管道上，而不能装在泵的吸入管道上。否则会出现“气缚”及“气蚀”现象。“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改变泵转速的方法有两类：一类是调节原动机的转速：以汽轮机为原动机时可调节蒸汽流量或导向叶片的角度；若以电动机作原动机时，采用变频调速等装