單元操作的控制

1、EXIT第第1頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第七章第七章 典型單元操作案例典型單元操作案例EXIT第第2頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 流體輸送設(shè)備的控制流體輸送設(shè)備的控制 泵和壓縮機(jī)是生產(chǎn)過程用來輸送流體或者提高流體壓泵和壓縮機(jī)是生產(chǎn)過程用來輸送流體或者提高流體壓頭的一種重要的機(jī)械設(shè)備，泵是液體的輸送設(shè)備，壓縮機(jī)頭的一種重要的機(jī)械設(shè)備，泵是液體的輸送設(shè)備，壓縮機(jī)是氣體的輸送設(shè)備。是氣體的輸送設(shè)備。 流體輸送設(shè)備自動控制的主要目的：流體輸送設(shè)備自動控制的主要目的： 一是為保證工藝流程所要求的流量和壓力一是為

2、保證工藝流程所要求的流量和壓力二是為確保機(jī)泵本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)二是為確保機(jī)泵本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)EXIT第第3頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、離心泵的控制一、離心泵的控制 離心泵的工作原理是將機(jī)械能通過泵體內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)離心泵的工作原理是將機(jī)械能通過泵體內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的葉片給液體以動能，再由動能轉(zhuǎn)換成靜壓能的葉片給液體以動能，再由動能轉(zhuǎn)換成靜壓能, , 然后排出然后排出泵外。泵外。 由于離心力的作用由于離心力的作用, , 使葉輪通道內(nèi)的液體被排出時使葉輪通道內(nèi)的液體被排出時, , 葉輪進(jìn)口處在負(fù)壓情況之下葉輪進(jìn)口處在負(fù)壓情況之下, , 液體即被吸進(jìn)。液體即被吸進(jìn)。 1

3、 1工作特性工作特性1)1)機(jī)械特性對于一個離心泵，其壓頭機(jī)械特性對于一個離心泵，其壓頭H H和流量和流量Q Q及轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速速n n之間的關(guān)系，稱為泵的機(jī)械恃性，以經(jīng)驗公式表示之間的關(guān)系，稱為泵的機(jī)械恃性，以經(jīng)驗公式表示則為：則為： H=KH=K1 1n n 2 2-K-K2 2Q Q2 2 式中，式中，K1 K1 、 k2 k2 比例系數(shù)。比例系數(shù)。EXIT第第4頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院特性曲線特性曲線 隨著離心泵出口閥的開隨著離心泵出口閥的開啟，排出量就逐漸增大，使啟，排出量就逐漸增大，使壓頭逐漸下降。壓頭逐漸下降。 如果將泵的出口閥完全如果將泵的

4、出口閥完全關(guān)閉，由于葉輪與機(jī)殼有關(guān)閉，由于葉輪與機(jī)殼有空隙，液體可在泵體內(nèi)打空隙，液體可在泵體內(nèi)打循環(huán)，此時排出量循環(huán)，此時排出量Q =0Q =0，壓頭壓頭H H達(dá)某一最高值，但不達(dá)某一最高值，但不等于等于。 依據(jù)這一原理，可用出口閥的開度變化來控制泵的依據(jù)這一原理，可用出口閥的開度變化來控制泵的出口流量。出口流量。 EXIT第第5頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 當(dāng)然在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不宜長期關(guān)閉出口閥門。當(dāng)然在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不宜長期關(guān)閉出口閥門。 因為此時液體在泵內(nèi)打循環(huán)，其排量為零，泵所作的因為此時液體在泵內(nèi)打循環(huán)，其排量為零，泵所作的功將轉(zhuǎn)化為熱能，使

5、泵內(nèi)液體發(fā)熱升溫。功將轉(zhuǎn)化為熱能，使泵內(nèi)液體發(fā)熱升溫。 2)2)管路特性管路特性 實際工作點(diǎn)的位置實際工作點(diǎn)的位置 考慮管網(wǎng)特性一一管網(wǎng)中流體和管網(wǎng)中阻力的關(guān)系考慮管網(wǎng)特性一一管網(wǎng)中流體和管網(wǎng)中阻力的關(guān)系: : 管路兩端靜壓差相應(yīng)的壓頭管路兩端靜壓差相應(yīng)的壓頭hp hp 將液體提升一定高度所需的壓頭將液體提升一定高度所需的壓頭h1 h1 管路摩擦損耗壓頭管路摩擦損耗壓頭hfhf 控制閥兩端壓頭控制閥兩端壓頭hvhv EXIT第第6頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院管路特性管路特性: : hp+h1+hf+hv 當(dāng)流量系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時，泵的特性曲線與管路特性曲線當(dāng)

6、流量系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時，泵的特性曲線與管路特性曲線的交點(diǎn)，就是離心泵的工作點(diǎn)。的交點(diǎn)，就是離心泵的工作點(diǎn)。 EXIT第第7頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2離心泵的控制方案離心泵的控制方案 1) 1) 改變轉(zhuǎn)速的控制方案改變泵的轉(zhuǎn)速，從而改變改變轉(zhuǎn)速的控制方案改變泵的轉(zhuǎn)速，從而改變流量特性曲線的形狀，實現(xiàn)離心泵的調(diào)速，根據(jù)帶動離流量特性曲線的形狀，實現(xiàn)離心泵的調(diào)速，根據(jù)帶動離心泵的動力機(jī)械性能而定。心泵的動力機(jī)械性能而定。 采用這種方案時，在液體輸送管路上不需裝設(shè)控制采用這種方案時，在液體輸送管路上不需裝設(shè)控制閥，因此不存在閥，因此不存在hvhv項的阻力損耗

7、；項的阻力損耗； 從泵的特性曲線本身來看，機(jī)械效率也較高。從泵的特性曲線本身來看，機(jī)械效率也較高。 不論是電動機(jī)或聯(lián)接機(jī)構(gòu)的調(diào)速，都比較復(fù)雜。不論是電動機(jī)或聯(lián)接機(jī)構(gòu)的調(diào)速，都比較復(fù)雜。 多用于較大功率的情況。多用于較大功率的情況。EXIT第第8頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2)2)改變管路特性的控制方案改變管路特性的控制方案 常用的方法可以在泵出口管線上裝一個控制閥常用的方法可以在泵出口管線上裝一個控制閥. .此方案控制閥應(yīng)裝在泵的出口管線上，不能裝在吸入管線上。此方案控制閥應(yīng)裝在泵的出口管線上，不能裝在吸入管線上。 ?-?-由于由于hvhv存在，可使泵入

8、口壓頭更存在，可使泵入口壓頭更加下降，可能使液體部分氣化，當(dāng)氣加下降，可能使液體部分氣化，當(dāng)氣化不斷發(fā)生時，就會使壓頭降低，流化不斷發(fā)生時，就會使壓頭降低，流量下降，甚至液體送不出去。同時，量下降，甚至液體送不出去。同時，液體在汲入端氣化后，到排出端受到液體在汲入端氣化后，到排出端受到壓縮而凝結(jié)，這部分空間有周圍液體壓縮而凝結(jié)，這部分空間有周圍液體以極高速度來補(bǔ)充，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊以極高速度來補(bǔ)充，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊力，甚至嚴(yán)重到損壞葉輪和泵殼。力，甚至嚴(yán)重到損壞葉輪和泵殼。EXIT第第9頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3) 3) 改變旁路流量的控制方案改變旁路流

9、量的控制方案 改變旁路流量，即用改變旁路閥開啟程度的改變旁路流量，即用改變旁路閥開啟程度的方法來控制實際的排出量方法來控制實際的排出量 但旁路通道的那部分液體，由泵所供給的能量完全消耗但旁路通道的那部分液體，由泵所供給的能量完全消耗于控制閥，因此總的機(jī)械效率較低。于控制閥，因此總的機(jī)械效率較低。EXIT第第10頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院二、往復(fù)泵的控制二、往復(fù)泵的控制 往復(fù)泵及直接旋轉(zhuǎn)泵它們均是正位移形式的容積泵，往復(fù)泵及直接旋轉(zhuǎn)泵它們均是正位移形式的容積泵，是常見的流體輸送設(shè)備，多用于流量較小、壓頭要求較高是常見的流體輸送設(shè)備，多用于流量較小、壓頭要

10、求較高的場合。的場合。 往復(fù)泵提供的理論流量可按下式計算：往復(fù)泵提供的理論流量可按下式計算： Q Q理論流量理論流量, , 單位單位m m 3 3/h/h；n n每分鐘的往復(fù)次每分鐘的往復(fù)次數(shù)；數(shù)；F F汽缸的截面積，單位汽缸的截面積，單位m m 2 2；S S活塞沖程，單活塞沖程，單位位m m。 從泵體角度來說，影響往復(fù)泵出口流量變化的僅有從泵體角度來說，影響往復(fù)泵出口流量變化的僅有n n、F F、S S等三個參數(shù)，通過改變這三個參數(shù)來控制流量，泵等三個參數(shù)，通過改變這三個參數(shù)來控制流量，泵的排出流量幾乎與壓頭無關(guān)，因此不能在出口管線上安的排出流量幾乎與壓頭無關(guān)，因此不能在出口管線上安裝控制

11、閥控制流量，否則，一旦閥門關(guān)閉，泵容易損壞。裝控制閥控制流量，否則，一旦閥門關(guān)閉，泵容易損壞。采用的流量控制方案有以下三種。采用的流量控制方案有以下三種。Q =60n FS Q =60n FS （m m 3 3/h /h ）EXIT第第11頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院1 1改變回流量改變回流量 改變旁路控制閥的開度大小來改變回流量的大小，達(dá)到改變旁路控制閥的開度大小來改變回流量的大小，達(dá)到穩(wěn)定出口流量的目的。穩(wěn)定出口流量的目的。 這種利用旁路返回來控制流量，雖然消耗功率較大，但由這種利用旁路返回來控制流量，雖然消耗功率較大，但由于控制方案簡單所以應(yīng)用較廣

12、。于控制方案簡單所以應(yīng)用較廣。EXIT第第12頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2改變原動力機(jī)的轉(zhuǎn)速改變原動力機(jī)的轉(zhuǎn)速 當(dāng)原動力機(jī)用蒸汽機(jī)或汽輪機(jī)驅(qū)動，只要改變蒸汽量便當(dāng)原動力機(jī)用蒸汽機(jī)或汽輪機(jī)驅(qū)動，只要改變蒸汽量便可控制轉(zhuǎn)速，從而控制往復(fù)泵的出口流量。可控制轉(zhuǎn)速，從而控制往復(fù)泵的出口流量。 如果泵是由電動機(jī)帶動時，可直接對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速，如果泵是由電動機(jī)帶動時，可直接對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速，或在電動機(jī)和泵的聯(lián)接變速機(jī)構(gòu)上進(jìn)行控制?；蛟陔妱訖C(jī)和泵的聯(lián)接變速機(jī)構(gòu)上進(jìn)行控制。 計量泵常用改變沖程來進(jìn)行流量控制。沖程的調(diào)整可計量泵常用改變沖程來進(jìn)行流量控制。沖程的調(diào)整

13、可在停泵時進(jìn)行，也有可在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行。在停泵時進(jìn)行，也有可在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行。 3 3改變往復(fù)泵的沖程改變往復(fù)泵的沖程EXIT第第13頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院三、離心式壓縮機(jī)的防喘振控制三、離心式壓縮機(jī)的防喘振控制 1 1離心式壓縮機(jī)特性曲線與喘振離心式壓縮機(jī)特性曲線與喘振 離心式壓縮機(jī)的特性離心式壓縮機(jī)的特性曲線是指壓縮機(jī)的出口壓曲線是指壓縮機(jī)的出口壓力與入口壓力之比與進(jìn)口力與入口壓力之比與進(jìn)口體積流量之間的關(guān)系曲線，體積流量之間的關(guān)系曲線，其中壓縮比是指絕對壓力其中壓縮比是指絕對壓力之比。之比。 其特性曲線隨著轉(zhuǎn)速其特性曲線隨著轉(zhuǎn)速不同而上下移動

14、，組成一不同而上下移動，組成一組特性曲線。組特性曲線。 EXIT第第14頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 而且每一條特性曲線都有一個最高點(diǎn)，如把各條曲而且每一條特性曲線都有一個最高點(diǎn)，如把各條曲線最高點(diǎn)連接起來得到一條表征產(chǎn)生喘振的極限曲線線最高點(diǎn)連接起來得到一條表征產(chǎn)生喘振的極限曲線 圖中虛線的左側(cè)是不穩(wěn)定區(qū)，稱為喘振（或飛動）區(qū)，在圖中虛線的左側(cè)是不穩(wěn)定區(qū)，稱為喘振（或飛動）區(qū)，在虛線的右側(cè)則為正常運(yùn)行區(qū)。虛線的右側(cè)則為正常運(yùn)行區(qū)。 右圖是一條在某一右圖是一條在某一固定轉(zhuǎn)速固定轉(zhuǎn)速n n下的特性曲下的特性曲線。線。QBQB是對應(yīng)于最大是對應(yīng)于最大壓縮比（

15、壓縮比（P2/P1P2/P1）B B情情況下的體積流量，它況下的體積流量，它是壓縮機(jī)能否穩(wěn)定操是壓縮機(jī)能否穩(wěn)定操作的分界點(diǎn)。作的分界點(diǎn)。 EXIT第第15頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 由于壓縮機(jī)在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)中由于壓縮機(jī)在繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)中送氣，流量增加，工作點(diǎn)由送氣，流量增加，工作點(diǎn)由c c變到變到D D，D D點(diǎn)對應(yīng)流量點(diǎn)對應(yīng)流量QDQD大于大于QA,QA,超過要求負(fù)荷量，系統(tǒng)壓力被逼高，如壓縮機(jī)工作點(diǎn)超過要求負(fù)荷量，系統(tǒng)壓力被逼高，如壓縮機(jī)工作點(diǎn)不能在不能在A A點(diǎn)穩(wěn)定下來，就會不斷地重復(fù)上述循環(huán)，使工作點(diǎn)穩(wěn)定下

16、來，就會不斷地重復(fù)上述循環(huán)，使工作點(diǎn)點(diǎn)由由A B C D A A B C D A 反復(fù)迅速地突變，好象工作反復(fù)迅速地突變，好象工作點(diǎn)在點(diǎn)在 飛動飛動 ，故對這種現(xiàn)象稱作壓縮機(jī)的飛動。習(xí)慣上又故對這種現(xiàn)象稱作壓縮機(jī)的飛動。習(xí)慣上又稱它為喘振。稱它為喘振。 當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)行工作點(diǎn)當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)行工作點(diǎn)A A，由于某種原因壓縮機(jī)減低，由于某種原因壓縮機(jī)減低負(fù)荷時，即負(fù)荷時，即QBQAQBQA，于是壓縮機(jī)的工作點(diǎn)將由，于是壓縮機(jī)的工作點(diǎn)將由A A至至B B，如果，如果負(fù)荷繼續(xù)降低，則壓縮比將下降，出口壓力應(yīng)減小負(fù)荷繼續(xù)降低，則壓縮比將下降，出口壓力應(yīng)減小 可是與壓縮機(jī)相連接的管路中氣體并不同時下降，其

17、可是與壓縮機(jī)相連接的管路中氣體并不同時下降，其壓力在這一瞬間不變，這時管網(wǎng)中的壓力反而大于壓縮機(jī)壓力在這一瞬間不變，這時管網(wǎng)中的壓力反而大于壓縮機(jī)出口處壓力，氣體就會從管網(wǎng)中倒流向壓縮機(jī)，一直到管出口處壓力，氣體就會從管網(wǎng)中倒流向壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力為止，工作點(diǎn)由網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力為止，工作點(diǎn)由B B下下降到降到C C。EXIT第第16頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 喘振是一種危險現(xiàn)象。喘振是離心壓縮機(jī)固有特性，每喘振是一種危險現(xiàn)象。喘振是離心壓縮機(jī)固有特性，每一臺都有它一定的喘振區(qū)。因此只能采取相應(yīng)的防喘振控一臺

18、都有它一定的喘振區(qū)。因此只能采取相應(yīng)的防喘振控制方案以防喘振的發(fā)生。制方案以防喘振的發(fā)生。 2 2防喘振控制方案防喘振控制方案 離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是由于負(fù)荷降離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是由于負(fù)荷降低，排氣量小于極限值而引起的，只要使壓縮機(jī)的吸氣量低，排氣量小于極限值而引起的，只要使壓縮機(jī)的吸氣量大于或等于該工況下的極限排氣量即可防止喘振。大于或等于該工況下的極限排氣量即可防止喘振。 工業(yè)生產(chǎn)上常用的控制方案有固定極限流量法和可變極限工業(yè)生產(chǎn)上常用的控制方案有固定極限流量法和可變極限流量法兩種。流量法兩種。EXIT第第17頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭

19、州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院1)1)固定極限流量控制方案固定極限流量控制方案 在壓縮機(jī)及管網(wǎng)一定的條件下，設(shè)法使壓縮機(jī)運(yùn)行永在壓縮機(jī)及管網(wǎng)一定的條件下，設(shè)法使壓縮機(jī)運(yùn)行永遠(yuǎn)高于某一固定流量，使壓縮機(jī)避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行。遠(yuǎn)高于某一固定流量，使壓縮機(jī)避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行。 取最大轉(zhuǎn)速下的極限流量作為控制器的給定值，取最大轉(zhuǎn)速下的極限流量作為控制器的給定值，正常操作時，旁路控制閥處于關(guān)閉的狀態(tài)。正常操作時，旁路控制閥處于關(guān)閉的狀態(tài)。 當(dāng)減小負(fù)荷時，控制器當(dāng)減小負(fù)荷時，控制器的測量值小于給定值，控制的測量值小于給定值，控制器輸出開始反向，而將旁路器輸出開始反向，而將旁路閥打開，使壓縮機(jī)的一部分閥打開，使壓縮機(jī)的一

20、部分氣體打循環(huán)，從而使控制器氣體打循環(huán)，從而使控制器的測量值增加，直至與給定的測量值增加，直至與給定值相等。這樣，防止喘振現(xiàn)值相等。這樣，防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。象的發(fā)生。 EXIT第第18頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2)2)可變極限流量控制方案可變極限流量控制方案 由于不同的轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)的喘振極限流量是不同的，由于不同的轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)的喘振極限流量是不同的，所以若按喘振極限曲線來控制壓縮機(jī)，就可以使壓縮機(jī)在任所以若按喘振極限曲線來控制壓縮機(jī)，就可以使壓縮機(jī)在任何轉(zhuǎn)速條件下都不會發(fā)生喘振何轉(zhuǎn)速條件下都不會發(fā)生喘振, ,而且節(jié)約了能量。而且節(jié)約了能量。 這種

21、控制方案這種控制方案, , 即是按某種計算即是按某種計算函數(shù)來計算極限值，將使壓縮機(jī)函數(shù)來計算極限值，將使壓縮機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下，有不同的流量在不同的轉(zhuǎn)速下，有不同的流量, ,其值均略大于該轉(zhuǎn)速下的喘振極其值均略大于該轉(zhuǎn)速下的喘振極限流量值，這種方案對大功率壓限流量值，這種方案對大功率壓縮機(jī)，在生產(chǎn)負(fù)荷變化較多時，縮機(jī)，在生產(chǎn)負(fù)荷變化較多時，可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效果?？梢匀〉昧己玫慕?jīng)濟(jì)效果。EXIT第第19頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第二節(jié)傳熱設(shè)備的控制第二節(jié)傳熱設(shè)備的控制一、換熱器的控制（兩側(cè)無相變）一、換熱器的控制（兩側(cè)無相變） 換熱器自動控制的目的是保

22、證換熱器出口的工藝介質(zhì)溫?fù)Q熱器自動控制的目的是保證換熱器出口的工藝介質(zhì)溫度恒定在給定值上。度恒定在給定值上。 若不考慮傳熱過程中的熱損失，則熱流體失去的熱量應(yīng)若不考慮傳熱過程中的熱損失，則熱流體失去的熱量應(yīng)等于冷流體獲得的熱量，可用下列熱量平衡方程式：等于冷流體獲得的熱量，可用下列熱量平衡方程式： Q=G1C1Q=G1C1（T1o-T1i T1o-T1i ）=G2C2=G2C2（T2i -T2oT2i -T2o） Q Q傳熱速率，傳熱速率，J/SJ/S；G G質(zhì)量流量，質(zhì)量流量，/h/h；C C流體的平均定壓比熱容，流體的平均定壓比熱容，J/J/（）；）；T T溫度，溫度，。式中的下標(biāo)式中的下

23、標(biāo)1 1為冷流體，為冷流體，2 2為載熱體；為載熱體；i i 為入口；為入口；o o為出為出口?？?。 EXIT第第20頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 傳熱過程中傳熱的速率可按下式計算：傳熱過程中傳熱的速率可按下式計算： Q=K Fm Q=K Fm TmTm式中：式中： K K傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)，W/W/（m m2 2）或；）或；W/W/（m m2 2K K）; ; FmFm傳熱面積傳熱面積 , m, m2 2；TmTm平均溫差平均溫差 , , 或或K K。與冷熱流體出口、入口的溫度有關(guān)。與冷熱流體出口、入口的溫度有關(guān)。 控制換熱器介質(zhì)出口溫度，可通過改變換

24、熱控制換熱器介質(zhì)出口溫度，可通過改變換熱器的熱負(fù)荷，器的熱負(fù)荷，EXIT第第21頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 控制載熱體的流量控制載熱體的流量G2, G2, 控制載熱體的流量大小就是改變控制載熱體的流量大小就是改變傳熱速率方程式中的傳熱系數(shù)傳熱速率方程式中的傳熱系數(shù)K K及平均溫差及平均溫差TmTm，這種方案是，這種方案是工廠中最常用的一種控制方案。工廠中最常用的一種控制方案。 常采用以下幾種控制方案。常采用以下幾種控制方案。 1 1控制載熱體流量控制載熱體流量EXIT第第22頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 如果載熱

25、體壓力不穩(wěn)如果載熱體壓力不穩(wěn), ,可另設(shè)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，或者采可另設(shè)穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，或者采用溫度對流量的串級控制系統(tǒng)，在這個串級系統(tǒng)中，溫度用溫度對流量的串級控制系統(tǒng)，在這個串級系統(tǒng)中，溫度為主變量、流量為副變量。為主變量、流量為副變量。 EXIT第第23頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2控制載熱體旁路流量控制載熱體旁路流量 當(dāng)載熱體是利用工藝介質(zhì)回吸熱量時，它的總流量是不當(dāng)載熱體是利用工藝介質(zhì)回吸熱量時，它的總流量是不允許變動的，可以將載熱體分路一部分，以控制冷流體的出允許變動的，可以將載熱體分路一部分，以控制冷流體的出口溫度口溫度T2oT2o。 分路一般

26、可以采用三通閥來達(dá)到。如三通閥裝在入口處分路一般可以采用三通閥來達(dá)到。如三通閥裝在入口處則用分流閥，如三通閥裝在出口處則用分流閥，如三通閥裝在出口處, ,則用合流閥。這樣即可則用合流閥。這樣即可以改變進(jìn)入換熱器的載熱體流量，又可以保證載熱體總流以改變進(jìn)入換熱器的載熱體流量，又可以保證載熱體總流量不受影響。這種方案在載熱體為工藝主要介質(zhì)時，極為量不受影響。這種方案在載熱體為工藝主要介質(zhì)時，極為常見。常見。 EXIT第第24頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第25頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3 3將工藝介質(zhì)分路將工

27、藝介質(zhì)分路 當(dāng)工藝介質(zhì)流量允許控制，而載熱體流量不允許調(diào)整，當(dāng)工藝介質(zhì)流量允許控制，而載熱體流量不允許調(diào)整，可考慮用介質(zhì)的出口溫度控制介質(zhì)的入口流量的方案?？煽紤]用介質(zhì)的出口溫度控制介質(zhì)的入口流量的方案。 如果要使工藝介質(zhì)流量和如果要使工藝介質(zhì)流量和載熱體流量均不允許控制，載熱體流量均不允許控制，而且換熱器傳熱面積有較大而且換熱器傳熱面積有較大裕量時，可將工藝介質(zhì)一小裕量時，可將工藝介質(zhì)一小部分進(jìn)行分路，部分進(jìn)行分路， 一部分經(jīng)換熱器，另一部一部分經(jīng)換熱器，另一部分旁路通過，然后兩端混合分旁路通過，然后兩端混合起來，如圖所示，假若載熱起來，如圖所示，假若載熱體是利用回收熱量系統(tǒng)，這體是利用回收

28、熱量系統(tǒng)，這是很有成效的控制方法。是很有成效的控制方法。 EXIT第第26頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院二、蒸汽加熱器的控制二、蒸汽加熱器的控制在蒸汽加熱器在蒸汽加熱器(steam heater)(steam heater)內(nèi)蒸汽冷凝，由汽態(tài)變成液態(tài)內(nèi)蒸汽冷凝，由汽態(tài)變成液態(tài), , 放出熱量，傳給工藝介質(zhì)。在一般情況下放出熱量，傳給工藝介質(zhì)。在一般情況下, , 用蒸汽作為載熱用蒸汽作為載熱體。在低溫時也可用乙烯、丙烯等烴類蒸氣作載熱體。體。在低溫時也可用乙烯、丙烯等烴類蒸氣作載熱體。在傳熱過程中，介質(zhì)獲得的熱量是在傳熱過程中，介質(zhì)獲得的熱量是 Q=G1c1

29、Q=G1c1（T1o-Ti) T1o-Ti) 但在載熱體方面，要起相的變化（氣相變?yōu)橐合啵?，但在載熱體方面，要起相的變化（氣相變?yōu)橐合啵瑒t載熱體放出熱量為則載熱體放出熱量為 Q=G2 Q=G2 式中式中為飽和蒸汽的比汽化焓，為飽和蒸汽的比汽化焓，J/J/； EXIT第第27頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院至于傳熱速率關(guān)系式仍為：至于傳熱速率關(guān)系式仍為： Q=K FmQ=K Fm TmTm 蒸汽加熱器的被控變量是工藝介質(zhì)的出口溫度蒸汽加熱器的被控變量是工藝介質(zhì)的出口溫度T1oT1o， 常用的操縱變量從以上內(nèi)在關(guān)系出發(fā)有兩種：一是將控制常用的操縱變量從以上內(nèi)在

30、關(guān)系出發(fā)有兩種：一是將控制閥裝在蒸汽入口管線上，改變進(jìn)入加熱器的蒸汽流量閥裝在蒸汽入口管線上，改變進(jìn)入加熱器的蒸汽流量G G；二；二是將控制閥裝在凝液出口管線上，改變冷凝有效面積。是將控制閥裝在凝液出口管線上，改變冷凝有效面積。 1 1控制蒸汽的流量控制蒸汽的流量 介質(zhì)出口溫度為被介質(zhì)出口溫度為被控變量，蒸汽流量控變量，蒸汽流量為操縱變量。為操縱變量。EXIT第第28頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 如果閥前蒸汽壓力有波動如果閥前蒸汽壓力有波動, , 且變化較頻繁，將影響且變化較頻繁，將影響控制質(zhì)量滿足不了工藝要求時，可對總管進(jìn)行壓力控制，控制質(zhì)量滿足不了工

31、藝要求時，可對總管進(jìn)行壓力控制，或采用串級控制，既溫度對閥后壓力（或流量）的串級或采用串級控制，既溫度對閥后壓力（或流量）的串級控制，即采用以壓力為副環(huán)的串級控制?？刂?，即采用以壓力為副環(huán)的串級控制。 當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化如進(jìn)料流量增加，蒸汽冷凝速度增加，引起當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化如進(jìn)料流量增加，蒸汽冷凝速度增加，引起蒸汽加熱器內(nèi)壓力降低即閥后壓力降低，這樣以閥后壓力為蒸汽加熱器內(nèi)壓力降低即閥后壓力降低，這樣以閥后壓力為副變量比采用流量為副變量的控制及時。副變量比采用流量為副變量的控制及時。EXIT第第29頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2控制蒸汽加熱器傳熱面積控制蒸

32、汽加熱器傳熱面積 當(dāng)被加熱的工藝介質(zhì)出口溫度較低，加熱器的傳熱面當(dāng)被加熱的工藝介質(zhì)出口溫度較低，加熱器的傳熱面積裕量又較大時，這種控制蒸汽進(jìn)入流量的方案就不宜采積裕量又較大時，這種控制蒸汽進(jìn)入流量的方案就不宜采用了。用了。 可以控制蒸汽加熱器傳熱面積。該方案由于控制閥裝可以控制蒸汽加熱器傳熱面積。該方案由于控制閥裝在凝液管路上，加熱器內(nèi)的壓力基本上等于蒸汽源壓力，在凝液管路上，加熱器內(nèi)的壓力基本上等于蒸汽源壓力，不會造成負(fù)壓。不會造成負(fù)壓。 控制閥開度的變化，使冷凝液的排出量發(fā)生變化，而控制閥開度的變化，使冷凝液的排出量發(fā)生變化，而在冷凝液液面以下都是冷凝液，它在傳熱中不起相變，在冷凝液液面以

33、下都是冷凝液，它在傳熱中不起相變，其給熱系數(shù)遠(yuǎn)較液面上的汽相冷凝給熱小，所以冷凝液其給熱系數(shù)遠(yuǎn)較液面上的汽相冷凝給熱小，所以冷凝液液位的變化實質(zhì)上等于傳熱面積的變化。液位的變化實質(zhì)上等于傳熱面積的變化。 EXIT第第30頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 這種控制傳熱面積的方法，傳熱量的變化比較和緩，這種控制傳熱面積的方法，傳熱量的變化比較和緩，可以防止局部過熱，這對熱敏性介質(zhì)有好處可以防止局部過熱，這對熱敏性介質(zhì)有好處 但冷凝液流量至液位，是一個積分過程，因此控制起但冷凝液流量至液位，是一個積分過程，因此控制起來比較遲鈍，而且必須要有較大的傳熱面積，以便有控

34、來比較遲鈍，而且必須要有較大的傳熱面積，以便有控制余地。制余地。 EXIT第第31頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院三、低溫冷卻器的控制三、低溫冷卻器的控制以氨冷器為常見，下面以它為例介紹幾種控制方案。以氨冷器為常見，下面以它為例介紹幾種控制方案。 1 1控制冷劑的流量控制冷劑的流量EXIT第第32頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2控制傳熱面積控制傳熱面積EXIT第第33頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3 3控制汽化壓力控制汽化壓力EXIT第第34頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職

35、業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院四、加熱爐的控制四、加熱爐的控制 在生產(chǎn)過程中有各式各樣的加熱爐，按工藝用途來分有在生產(chǎn)過程中有各式各樣的加熱爐，按工藝用途來分有加熱用的爐子及加熱加熱用的爐子及加熱- -反應(yīng)用的爐子兩類。對于加熱用爐子，反應(yīng)用的爐子兩類。對于加熱用爐子，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時進(jìn)行氣化，其工藝介質(zhì)溫度的高工藝介質(zhì)受熱升溫或同時進(jìn)行氣化，其工藝介質(zhì)溫度的高低，會直接影響后一工序的工況和產(chǎn)品質(zhì)量，同時當(dāng)爐子低，會直接影響后一工序的工況和產(chǎn)品質(zhì)量，同時當(dāng)爐子溫度過高時會使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦，而溫度過高時會使物料在加熱爐內(nèi)分解，甚至造成結(jié)焦，而燒壞爐管。加熱爐平穩(wěn)操作可以延

36、長爐管使用壽命燒壞爐管。加熱爐平穩(wěn)操作可以延長爐管使用壽命, , 因此因此加熱爐出口溫度必須嚴(yán)加控制。加熱爐出口溫度必須嚴(yán)加控制。 影響加熱爐出口溫度的干擾因素有：工藝介質(zhì)進(jìn)料的流影響加熱爐出口溫度的干擾因素有：工藝介質(zhì)進(jìn)料的流量、溫度、組分，燃料方面有燃料油（或氣）的流量、壓量、溫度、組分，燃料方面有燃料油（或氣）的流量、壓力、成分力、成分, ,燃料油的霧化情況，空氣過量情況，噴嘴的阻力，燃料油的霧化情況，空氣過量情況，噴嘴的阻力，煙囪抽力等等。煙囪抽力等等。EXIT第第35頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 為了保證爐出口溫度穩(wěn)定，加熱爐主要控制系統(tǒng)以加熱

37、為了保證爐出口溫度穩(wěn)定，加熱爐主要控制系統(tǒng)以加熱爐出口溫度為被控變量，燃料油（或氣）的流量作為操作爐出口溫度為被控變量，燃料油（或氣）的流量作為操作變量，變量， 1 1簡單控制方案簡單控制方案 EXIT第第36頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2加熱爐的串級控制方案加熱爐的串級控制方案EXIT第第37頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院EXIT第第38頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3 3加熱爐的前饋加熱爐的前饋反饋控制方案反饋控制方案 有時遇到生產(chǎn)負(fù)荷即進(jìn)料流量、溫度變化頻繁有時遇到生產(chǎn)

38、負(fù)荷即進(jìn)料流量、溫度變化頻繁, ,干擾幅干擾幅度又較大，且又屬不可控。串級控制難于滿足工藝指標(biāo)要度又較大，且又屬不可控。串級控制難于滿足工藝指標(biāo)要求時，可采用前饋求時，可采用前饋- -反饋控制系統(tǒng)，如圖反饋控制系統(tǒng)，如圖7 72828所示。前饋所示。前饋控制是克服進(jìn)料流量（或溫度）的干擾作用，而反饋控制控制是克服進(jìn)料流量（或溫度）的干擾作用，而反饋控制克服其余干擾作用?？朔溆喔蓴_作用。 EXIT第第39頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第三節(jié)精餾塔的控制第三節(jié)精餾塔的控制一、精餾塔工藝操作工藝要求一、精餾塔工藝操作工藝要求 1) 1)質(zhì)量指標(biāo)塔頂或塔底產(chǎn)品之

39、一應(yīng)保證合乎規(guī)定的純質(zhì)量指標(biāo)塔頂或塔底產(chǎn)品之一應(yīng)保證合乎規(guī)定的純度度, , 另一產(chǎn)品成分亦應(yīng)維持在規(guī)定范圍內(nèi)。另一產(chǎn)品成分亦應(yīng)維持在規(guī)定范圍內(nèi)。 2) 2)物料平衡物料平衡, , 能量平衡以保證塔的平穩(wěn)操作，當(dāng)然塔能量平衡以保證塔的平穩(wěn)操作，當(dāng)然塔壓是否恒定，對塔的平穩(wěn)操作有很大影響。壓是否恒定，對塔的平穩(wěn)操作有很大影響。 3)3)約束條件為了使塔正常操作，必須滿足一些約束條件。約束條件為了使塔正常操作，必須滿足一些約束條件。例如：塔內(nèi)部氣相速度限。例如：塔內(nèi)部氣相速度限。 太低會使氣液接觸不好太低會使氣液接觸不好, , 塔板效率降低，太高會產(chǎn)生液泛塔板效率降低，太高會產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，將完全破壞

40、塔的操作。塔本身還有最高壓力限，越現(xiàn)象，將完全破壞塔的操作。塔本身還有最高壓力限，越過這個壓力，容器的安全就沒有保障。過這個壓力，容器的安全就沒有保障。EXIT第第40頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院精餾塔精餾塔EXIT第第41頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院二、精餾塔的干擾因素二、精餾塔的干擾因素1)1)進(jìn)料量進(jìn)料量F F波動的影響波動的影響 2)2)進(jìn)料成分波動的影響進(jìn)料成分波動的影響 3)3)進(jìn)料溫度波動的影響進(jìn)料溫度波動的影響 4)4)塔的蒸氣速度和加熱量波動的影響塔的蒸氣速度和加熱量波動的影響 5)5)回流量及冷

41、劑量波動的影響回流量及冷劑量波動的影響 6)6)塔頂（或塔底）產(chǎn)品量的影響塔頂（或塔底）產(chǎn)品量的影響EXIT第第42頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院在實際生產(chǎn)過程中，由于不同的物料性質(zhì)，不在實際生產(chǎn)過程中，由于不同的物料性質(zhì)，不同的精餾方法對產(chǎn)品純度的要求不同，可采用同的精餾方法對產(chǎn)品純度的要求不同，可采用各種不同的控制方法。各種不同的控制方法。 從上述干擾分析來看，有些干擾是可控的從上述干擾分析來看，有些干擾是可控的, ,有些干擾是不可控的。有些干擾是不可控的。 一般對可控的主要干擾可采用定值控制系統(tǒng)一般對可控的主要干擾可采用定值控制系統(tǒng)加以克服。加以克服

42、。然而對不可控的干擾，它們最終將反映在塔頂然而對不可控的干擾，它們最終將反映在塔頂餾出物與塔底采出量的變化上。餾出物與塔底采出量的變化上。最直接的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)就是產(chǎn)品成分。最直接的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)就是產(chǎn)品成分。EXIT第第43頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院三、精餾塔的基本控制三、精餾塔的基本控制1 1提餾段溫度控制提餾段溫度控制由主要控制系統(tǒng)由主要控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)兩部分組成。兩部分組成。 EXIT第第44頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 提餾段溫度控制系統(tǒng)提餾段溫度控制系統(tǒng), ,既提餾段溫度為被控變量，既

43、提餾段溫度為被控變量，其測溫元件裝在提餾段，塔釜熱劑量為操作變量。其測溫元件裝在提餾段，塔釜熱劑量為操作變量。 由于這個控制系統(tǒng)的測溫元件和控制手段都在塔的下部，由于這個控制系統(tǒng)的測溫元件和控制手段都在塔的下部，所以它對克服首先進(jìn)入提餾段的干擾比較有效。所以它對克服首先進(jìn)入提餾段的干擾比較有效。 測溫元件在提餾段，所以它能直接地反映提餾段的產(chǎn)測溫元件在提餾段，所以它能直接地反映提餾段的產(chǎn)品質(zhì)量情況。品質(zhì)量情況。 它的控制效果要比用回流量作為操縱變量來得迅速、它的控制效果要比用回流量作為操縱變量來得迅速、及時。提餾段溫度控制能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。及時。提餾段溫度控制能較好地保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)

44、量。 1)1)主要控制系統(tǒng)主要控制系統(tǒng) EXIT第第45頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2)2)輔助控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng) 回流量的定值控制系統(tǒng)回流量的定值控制系統(tǒng) 塔頂引出管線上設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，塔頂引出管線上設(shè)置壓力控制系統(tǒng)， 進(jìn)料設(shè)置定值控制系統(tǒng)進(jìn)料設(shè)置定值控制系統(tǒng) 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng) EXIT第第46頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2 2精餾段溫度控制精餾段溫度控制1)1)主要控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)。精餾段溫度控制精餾段溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)，被控變量被控變量為精餾段溫度，為精餾段溫度，其測溫元件在精其測溫元件在精

45、餾段，餾段，操作變量為回流操作變量為回流量。量。 EXIT第第47頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2)2)輔助控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng) 再沸器加熱量的定值控制。再沸器加熱量的定值控制。 回流罐與塔釜液位控制回流罐與塔釜液位控制 進(jìn)料量控制等進(jìn)料量控制等 精餾段溫控的適用場合為：精餾段溫控的適用場合為：1)1)塔頂產(chǎn)品純度比塔底要求嚴(yán)格；塔頂產(chǎn)品純度比塔底要求嚴(yán)格；2)2)全部為氣相進(jìn)料。全部為氣相進(jìn)料。EXIT第第48頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第四節(jié)第四節(jié) 鍋爐設(shè)備的控制鍋爐設(shè)備的控制一、概述一、概述 EXIT第第49頁

46、頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3 3鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)有三個。鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)有三個。1 1鍋爐汽包液位控制鍋爐汽包液位控制2 2蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)的控制EXIT第第50頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院二、鍋爐汽包液位的控制二、鍋爐汽包液位的控制 鍋爐汽包液位控制的目的是維持汽包中液位在工藝允許鍋爐汽包液位控制的目的是維持汽包中液位在工藝允許范圍內(nèi)，以保證鍋爐的安全運(yùn)行。范圍內(nèi)，以保證鍋爐的安全運(yùn)行。 前鍋爐汽包水位控制常采用單沖量、雙沖量及三沖量前鍋爐汽包水位控制

47、常采用單沖量、雙沖量及三沖量等三種控制方案等三種控制方案 1 1單沖量液位控制系統(tǒng)單沖量液位控制系統(tǒng) 適用于停留時間較長，負(fù)荷變化小的小型低壓鍋爐（一適用于停留時間較長，負(fù)荷變化小的小型低壓鍋爐（一般為般為1010噸噸/ /小時以下）小時以下） EXIT第第51頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蒸汽負(fù)荷突然大幅蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時，由于汽包內(nèi)度增加時，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力瞬間下降，水蒸汽壓力瞬間下降，水的沸騰加劇，汽泡量迅的沸騰加劇，汽泡量迅速增加，形成汽包內(nèi)液速增加，形成汽包內(nèi)液位升高的現(xiàn)象。位升高的現(xiàn)象。 這種升高的液位不這種升高的液位不代表汽包內(nèi)貯液

48、量的代表汽包內(nèi)貯液量的真實情況，所以稱為真實情況，所以稱為“假液位假液位”。 EXIT第第52頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 這時液位控制系統(tǒng)測量值升高，控制器把去錯誤地關(guān)這時液位控制系統(tǒng)測量值升高，控制器把去錯誤地關(guān)小給水控制閥，減少給水量，等到這種暫時的閃急汽化現(xiàn)小給水控制閥，減少給水量，等到這種暫時的閃急汽化現(xiàn)象一旦平穩(wěn)下來，由于蒸汽量增加，送入水量反而減少，象一旦平穩(wěn)下來，由于蒸汽量增加，送入水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動很厲害，嚴(yán)重時會使汽包水位降將使水位嚴(yán)重下降，波動很厲害，嚴(yán)重時會使汽包水位降到危險區(qū)內(nèi)，甚至發(fā)生事故。到危險區(qū)內(nèi)，甚至發(fā)

49、生事故。 產(chǎn)生產(chǎn)生“假液位假液位”主要是蒸汽負(fù)荷量的波動，如果把蒸主要是蒸汽負(fù)荷量的波動，如果把蒸汽流量的信號引入控制系統(tǒng)，就可以克服這個主要干擾，汽流量的信號引入控制系統(tǒng)，就可以克服這個主要干擾，這樣就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。這樣就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。 EXIT第第53頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 這是一個前饋這是一個前饋-反反饋控制系統(tǒng)。饋控制系統(tǒng)。蒸汽流量是前饋量。蒸汽流量是前饋量。借助于前饋的校正作用，借助于前饋的校正作用，可避免蒸汽量波動所產(chǎn)生可避免蒸汽量波動所產(chǎn)生的的“假液位假液位”而引起控制而引起控制閥誤動作，改善了控制質(zhì)閥誤動作，改善了控

50、制質(zhì)量，防止事故發(fā)生。量，防止事故發(fā)生。2 2雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)EXIT第第54頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 雙沖量控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)是不能克服給水壓力的干擾，雙沖量控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)是不能克服給水壓力的干擾，當(dāng)給水壓力變化時，會引起給水流量的變化。當(dāng)給水壓力變化時，會引起給水流量的變化。 一些大型鍋爐則把給一些大型鍋爐則把給水流量的信號亦引入水流量的信號亦引入控制系統(tǒng)，以保持汽控制系統(tǒng)，以保持汽包液位穩(wěn)定。這樣，包液位穩(wěn)定。這樣，作用控制系統(tǒng)共有三作用控制系統(tǒng)共有三個參數(shù)的信號，故稱個參數(shù)的信號，故稱為三沖量控制系統(tǒng)。為三沖量控制系統(tǒng)。 3 3三沖量

51、控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng) 屬于前饋屬于前饋串級控制系統(tǒng)。蒸汽流量作為前饋信號串級控制系統(tǒng)。蒸汽流量作為前饋信號, , 汽包水位為主變量，給水流量為副變量。汽包水位為主變量，給水流量為副變量。 EXIT第第55頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院三、過熱蒸汽系統(tǒng)的控制三、過熱蒸汽系統(tǒng)的控制 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制過熱蒸汽系統(tǒng)的控制的目的是保持過過熱蒸汽系統(tǒng)的控制過熱蒸汽系統(tǒng)的控制的目的是保持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。工作溫度。 蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、一級過熱器。蒸汽過

52、熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、一級過熱器。 過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水通道中溫度最高的地方。過熱過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水通道中溫度最高的地方。過熱器正常運(yùn)行時的溫度一般接近材料所允許的最高溫度。如器正常運(yùn)行時的溫度一般接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會使汽輪機(jī)果過熱蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，也會使汽輪機(jī)內(nèi)部過度膨脹，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全；過熱蒸汽溫度過低，內(nèi)部過度膨脹，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全；過熱蒸汽溫度過低，則設(shè)備效率降低。同時使通過汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度則設(shè)備效率降低。同時使通過汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損。因此對過熱器出口蒸汽溫度應(yīng)加以增加，引起

53、葉片磨損。因此對過熱器出口蒸汽溫度應(yīng)加以控制，使它不超出規(guī)定的范圍?？刂疲顾怀鲆?guī)定的范圍。 EXIT第第56頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 影響過熱蒸汽溫度的干擾因素很多，例如燃燒工況、蒸影響過熱蒸汽溫度的干擾因素很多，例如燃燒工況、蒸汽流量、減溫水的流量和溫度、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流汽流量、減溫水的流量和溫度、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等都會影響過熱蒸汽溫度。速等都會影響過熱蒸汽溫度。 采用以采用以減溫器減溫器出出口溫度為副變口溫度為副變量的串級控制量的串級控制系統(tǒng)系統(tǒng) EXIT第第57頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)

54、技術(shù)學(xué)院雙沖量控制系統(tǒng)，這種方案實質(zhì)上是串級控制系統(tǒng)的變形。雙沖量控制系統(tǒng)，這種方案實質(zhì)上是串級控制系統(tǒng)的變形。 EXIT第第58頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院四、鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制四、鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制基本任務(wù)是使燃料燃燒鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制基本任務(wù)是使燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要。時產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要。 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制有三個主要作用：鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制有三個主要作用： 3)3)維持爐膛負(fù)壓不變，應(yīng)該使排煙量與空維持爐膛負(fù)壓不變，應(yīng)該使排煙量與空氣量相配合。氣量相配合。 1)1)維持鍋爐出口蒸汽壓

55、力的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)荷受干維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)荷受干擾影響而變化時擾影響而變化時, ,通過控制燃料量使之穩(wěn)定。通過控制燃料量使之穩(wěn)定。2)2)保持燃料量和空氣量按一定配保持燃料量和空氣量按一定配比送入，即保持燃料燃燒良好。比送入，即保持燃料燃燒良好。EXIT第第59頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院基本控制方案基本控制方案 1.1.蒸汽壓力控制蒸汽壓力控制 2.2.燃料與空氣的比值控制燃料與空氣的比值控制 1 1）燃料與空氣的單閉環(huán)比值控制）燃料與空氣的單閉環(huán)比值控制 EXIT第第60頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院2

56、 2）具有邏輯提量的比值控制）具有邏輯提量的比值控制 在比值控制系統(tǒng)中，有時負(fù)荷要經(jīng)常需要提降，在提降在比值控制系統(tǒng)中，有時負(fù)荷要經(jīng)常需要提降，在提降過程中，為確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，希望兩流量之比始終大于過程中，為確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，希望兩流量之比始終大于（或小于）或等于所要求的比值，所以提出了邏輯提量問題。（或小于）或等于所要求的比值，所以提出了邏輯提量問題。 在鍋爐中當(dāng)負(fù)荷增加蒸汽壓力下降時，燃料量也要增加，在鍋爐中當(dāng)負(fù)荷增加蒸汽壓力下降時，燃料量也要增加，為了獲得良好的燃燒效果，應(yīng)先增加空氣量，后增加燃料量；為了獲得良好的燃燒效果，應(yīng)先增加空氣量，后增加燃料量； 反之負(fù)荷減小蒸汽壓力上升時

57、，應(yīng)先減小燃料量，后減小反之負(fù)荷減小蒸汽壓力上升時，應(yīng)先減小燃料量，后減小空氣量；空氣量； 即負(fù)荷提降過程中，比值控制系統(tǒng)的動作具有一定的邏輯即負(fù)荷提降過程中，比值控制系統(tǒng)的動作具有一定的邏輯關(guān)系。關(guān)系。EXIT第第61頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院具有邏輯提量的比值控制方案。具有邏輯提量的比值控制方案。EXIT第第62頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3 3）燃料與空氣的變比值控制）燃料與空氣的變比值控制 EXIT第第63頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.3.爐膛負(fù)壓控制爐膛負(fù)壓控制

58、 當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時，可采用爐膛壓力為被控變量，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時，可采用爐膛壓力為被控變量，煙氣量為操縱變量的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大煙氣量為操縱變量的簡單控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時，應(yīng)引入前饋，組成前饋時，應(yīng)引入前饋，組成前饋反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) EXIT第第64頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院第五節(jié)化學(xué)反應(yīng)器的控制第五節(jié)化學(xué)反應(yīng)器的控制一、反應(yīng)器的控制要求及被控變量的選擇一、反應(yīng)器的控制要求及被控變量的選擇 1 1質(zhì)量指標(biāo)要使反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，或使產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)要使反應(yīng)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)化率，或使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的濃度。品達(dá)到規(guī)定的濃度。 2

59、 2物料平衡和能量平衡為了使反應(yīng)器能夠正常運(yùn)物料平衡和能量平衡為了使反應(yīng)器能夠正常運(yùn)行，必須使反應(yīng)器在生產(chǎn)過程中保持物料平衡和能量平衡。行，必須使反應(yīng)器在生產(chǎn)過程中保持物料平衡和能量平衡。 3 3約束條件對于反應(yīng)器，要防止工藝變量進(jìn)入危約束條件對于反應(yīng)器，要防止工藝變量進(jìn)入危險區(qū)域或不正常工況。險區(qū)域或不正常工況。 EXIT第第65頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院二、釜式反應(yīng)器的控制二、釜式反應(yīng)器的控制1 1控制進(jìn)料溫度控制進(jìn)料溫度 進(jìn)料經(jīng)過預(yù)熱器（或冷卻器）進(jìn)入釜式反應(yīng)器。采用控進(jìn)料經(jīng)過預(yù)熱器（或冷卻器）進(jìn)入釜式反應(yīng)器。采用控制進(jìn)入預(yù)熱器（或冷卻器）的加熱

60、劑（或冷卻劑）流量，穩(wěn)制進(jìn)入預(yù)熱器（或冷卻器）的加熱劑（或冷卻劑）流量，穩(wěn)定釜內(nèi)溫度。定釜內(nèi)溫度。 EXIT第第66頁頁過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 對于帶夾套的反應(yīng)釜，可采用控制進(jìn)入夾套的加熱劑對于帶夾套的反應(yīng)釜，可采用控制進(jìn)入夾套的加熱劑（或冷卻劑）流量，穩(wěn)定釜內(nèi)溫度（或冷卻劑）流量，穩(wěn)定釜內(nèi)溫度2 2控制夾套溫度控制夾套溫度，但由于反應(yīng)釜容量大，溫度滯后嚴(yán)重，特別是進(jìn)，但由于反應(yīng)釜容量大，溫度滯后嚴(yán)重，特別是進(jìn)行聚合反應(yīng)時，釜內(nèi)物料粘度大，混合不均勻，傳行聚合反應(yīng)時，釜內(nèi)物料粘度大，混合不均勻，傳熱效果差，很難使溫度控制達(dá)到嚴(yán)格要求。這時就熱效果差，很