化工仪表及自动化之典型化工单元的控制方案.pptx

化工仪表及自动化第十七章 典型化工单元的控制方案 内容提要流体输送设备的自动控制离心泵的自动控制方案往复泵的自动控制方案压气机的自动控制方案传热设备的自动控制两侧均无相变化的换热器控制方案载热体进行冷凝的加热器自动控制冷却剂进行汽化的冷却器自动控制精馏塔的自动控制精馏塔的干扰因素及对自动控制的要求1内容提要精馏塔的控制方案化学反响器的自动控制化学反响器的控制要求釜式反响器的温度自动控制固定床反响器的自动控制流化床反响器的自动控制2第一节 流体输送设备的自动控制一、离心泵的自动控制方案 离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。 离心泵的流量控制大体的三种方法1. 控制泵的出口阀门开度 当干扰作用使被控变量〔流量〕发生变化偏离给定值时，控制器发出控制信号，阀门动作，控制结果使流量回到给定值。 3图17-1 改变泵出口阻力调流量图17-2 泵的流量特性曲线与管路特性曲线注意 控制阀一般应该安装在泵的出口管线上，而不应该安装在泵的吸入管线上（特殊情况除外）。 第一节 流体输送设备的自动控制4图17-3 改变泵的转速调流量第一节 流体输送设备的自动控制2.控制泵的转速 图17-3中曲线1、2、3表示转速分别为n1、n2、n3时的流量特性，且有n1＞n2＞n3。 该方案从能量消耗的角度来衡量最为经济，机械效率较高，但调速机构一般较复杂，所以多用在蒸汽透平驱动离心泵的场合，此时仅需控制蒸汽量即可控制转速。 5图17-4 改变旁路阀调流量第一节 流体输送设备的自动控制3.控制泵的出口旁路 将泵的局部排出量重新送回到吸入管路，用改变旁路阀开启度的方法来控制泵的实际排出量。 控制阀装在旁路上，压差大，流量小，因此控制阀的尺寸较小。 该方案不经济，因为旁路阀消耗一局部高压液体能量，使总的机械效率降低，故很少采用。 6往复泵提供的理论流量可按下式计算 （17-1）第一节 流体输送设备的自动控制二、往复泵的自动控制方案 往复泵多用于流量较小、压头要求较高的场合，它是利用活塞在汽缸中往复滑行来输送流体的。 7图17-5 改变转速的方案第一节 流体输送设备的自动控制1.改变原动机的转速 该方案适用于以蒸汽机或汽轮机作原动机的场合，此时，可借助于改变蒸汽流量的方法方便地控制转速。8图17-6 改变旁路流量第一节 流体输送设备的自动控制2.控制泵的出口旁路 该方案由于高压流体的局部能量要白白消耗在旁路上，故经济性较差。 9图17-7 往复泵的特性曲线第一节 流体输送设备的自动控制3.改变冲程 s 计量泵常用改变冲程s来进行流量控制。冲程s的调整可在停泵时进行，也有可在运转状态下进行的。10第一节 流体输送设备的自动控制三、压气机的自动控制方案压力机的分类 其作用原理不同可分为离心式和往复式两大类； 按进、出口压力上下的差异，可分为真空泵、鼓风机、压缩机等类型。 11第一节 流体输送设备的自动控制1.直接控制流量 对于低压的离心式鼓风机，一般可在其出口直接用控制阀控制流量。由于管径较大，执行器可采用蝶阀。其余情况下，为了防止出口压力过高，通常在入口端控制流量。因为气体的可压缩性，所以这种方案对于往复式压缩机也是适用的。 为了减少阻力损失，对大型压缩机，往往不用控制吸入阀的方法，而用调整导向叶片角度的方法。 12图17-9 分程阀的特性图17-8 分程控制方案第一节 流体输送设备的自动控制13图17-10 控制压缩机旁路方案第一节 流体输送设备的自动控制2.控制旁路流量 对于压缩比很高的多段压缩机，从出口直接旁路回到入口是不适宜的。这样控制阀前后压差太大，功率损耗太大。 为了解决这个问题，可以在中间某段安装控制阀，使其回到入口端，用一只控制阀可满足一定工作范围的需要。 14第一节 流体输送设备的自动控制3.调节转速 压气机的流量控制可以通过调节原动机的转速来到达，这种方案效率最高，节能最好。 问题在于调速机构一般比较复杂，没有前两种方法简便。 15第一节 流体输送设备的自动控制“喘振〞现象 当负荷降低到一定程度时,气体的排送会出现强烈的振荡,从而引起机身的剧烈振动。这种现象称为“喘振〞。 喘振会造成事故,操作中必须防止喘振现象产生。 防喘振的控制方案有很多种,其中最简单的是旁路控制方案。16图17-11 简单的防喘振方案第一节 流体输送设备的自动控制旁路控制方案17若不考虑传热过程中的热损失图17-12 改变载热体流量控制温度第二节 传热设备的自动控制一、两侧均无相变化的换热器控制方案1. 控制载热体的流量 图17-12表示利用控制载热体流量来稳定被加热介质出口温度的控制方案。采用传热根本方程式的工作原理。 18传热过程中传热的速率可按下式计算整理后，得移项后改写为第二节 传热设备的自动控制19图17-13 换热器串级控制系统第二节 传