過(guò)程控制-6-流體輸送設(shè)備控制

1、第六章流體輸送設(shè)備控制內(nèi) 容p 引 言p流量控制的特點(diǎn)p泵與管路流量控制p離心式壓縮機(jī)的流量控制p離心式壓縮機(jī)的防喘振控制典型生產(chǎn)過(guò)程企業(yè)的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠生產(chǎn)裝置生產(chǎn)裝置操作單元操作單元. . . . .基本設(shè)備基本設(shè)備. . .煉油廠常減壓/催化裂化/催化重整等反應(yīng)再生/分餾系統(tǒng)/吸收穩(wěn)定等系統(tǒng)反應(yīng)器/加熱爐/精餾塔/換熱器/泵,壓縮機(jī)等(舉例)計(jì)算機(jī)應(yīng)用生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度的最優(yōu)化裝置操作的最優(yōu)化單元平穩(wěn)控制/質(zhì)量控制/單元操作的最優(yōu)化設(shè)備平穩(wěn)控制/聯(lián)鎖安全保護(hù)單元操作的基本任務(wù)p安全操作聯(lián)鎖保護(hù)，各種軟保護(hù)（超馳控制、設(shè)備壓力溫度控制、最小/最大流量控制等）p平穩(wěn)操作液面控制（或稱物料平衡控制

2、），重要操作參數(shù)控制等p質(zhì)量控制直接/間接質(zhì)量控制，如成分控制/靈敏板溫度控制等流量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)p控制通道的對(duì)象時(shí)間常數(shù)小只需采用PI調(diào)節(jié)器，無(wú)須引入微分作用；p測(cè)量信號(hào)通常帶有高頻噪聲應(yīng)考慮對(duì)測(cè)量信號(hào)的濾波或在控制器與變送器之間引入一階滯后環(huán)節(jié)，以減小調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)；p靜態(tài)非線性應(yīng)考慮選用合適的控制閥特性，使廣義對(duì)象的靜態(tài)特性接近線性。離心泵的特性HHLn1n2n3QH為泵的壓頭，即泵前后的流體靜壓差；n 為離心泵轉(zhuǎn)速；Q為泵的排出量。HL為泵的最大輸出功率線，即在給定的轉(zhuǎn)速下，H*Q在該壓頭下達(dá)到最大。2221QKnKH離心泵的特性vfphhhhH0 是液體提升高度所需的壓頭，即升揚(yáng)高度，

3、是液體提升高度所需的壓頭，即升揚(yáng)高度，當(dāng)設(shè)備安裝位置確定時(shí)，該項(xiàng)恒定；當(dāng)設(shè)備安裝位置確定時(shí)，該項(xiàng)恒定；是用于克服管路兩端靜壓差所需的壓頭；是用于克服管路兩端靜壓差所需的壓頭；是用于克服管路摩擦損耗的壓頭，該項(xiàng)與流是用于克服管路摩擦損耗的壓頭，該項(xiàng)與流量平方值近似成比例；量平方值近似成比例；是控制閥兩端的壓降。當(dāng)控制閥開度一定時(shí)，是控制閥兩端的壓降。當(dāng)控制閥開度一定時(shí)，與流量平方值成比例，即該項(xiàng)與流量和閥門與流量平方值成比例，即該項(xiàng)與流量和閥門開度有關(guān)。開度有關(guān)。離心泵的工作點(diǎn)控制出口閥門的開度HL1HL2HL3C1C2C3HQFC調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理：通過(guò)改變相關(guān)管路的阻力系數(shù)，以控制管道流量。注

4、意注意：控制閥不應(yīng)裝在泵的吸入口；另外，控制閥的開度不應(yīng)過(guò)小或過(guò)大，即應(yīng)合理選擇控制閥的尺寸。還有，檢測(cè)元件宜裝在控制閥的上游?？刂票玫霓D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理調(diào)節(jié)原理：采用變頻調(diào)速器通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速，以控制管道流量。特特 點(diǎn)點(diǎn)：節(jié)能，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，但投資較大。FC調(diào)轉(zhuǎn)速hQ1n2n1Q2Q1c2c控制泵的出口旁路FCxrxrPC特點(diǎn)特點(diǎn)：機(jī)械效率低，但適合于某些不能采用直接節(jié)流法的容積式泵。p工作原理： 泵內(nèi)活塞齒輪等運(yùn)動(dòng)元件與機(jī)殼空隙很小，液體不能在縫隙中流動(dòng)。 這類泵的流量與壓頭之間無(wú)直接關(guān)系。 對(duì)于往復(fù)泵Q取決于氣缸容積、沖程大小、往復(fù)次數(shù)。 對(duì)于齒輪泵等旋轉(zhuǎn)泵Q取決于轉(zhuǎn)速v。1HQ1n2n1Q2Q3

5、n2H3HH3Q容積式泵的流量控制 從往復(fù)泵特性曲線上得： a.當(dāng)N、氣缸截面積F、沖程s一定時(shí)，流量為常數(shù)。 b.當(dāng)N為任何數(shù)值時(shí)，輸出壓力都達(dá)無(wú)窮大。p理論上：容積泵可以產(chǎn)生任意高的壓頭H，工作點(diǎn)可為特性曲線上任一點(diǎn)。對(duì)不同的管網(wǎng)系統(tǒng)其阻力不同。可得到不同的輸出壓力。p實(shí)際上：泵與其它機(jī)械一樣，總有一定的機(jī)械效率。 隨P，效率。實(shí)際曲線隨H變彎曲。（Q）p由特性曲線知不能在出口直接裝閥門。否則閥全關(guān)時(shí)hv，Q0工作點(diǎn)位于無(wú)窮遠(yuǎn)處，輸出壓力可達(dá)正，導(dǎo)致設(shè)備超壓的事故。容積式泵的流量控制容積式泵的流量控制特點(diǎn)特點(diǎn)：容積式泵不能采用直接節(jié)流法?？刹捎门月贩ɑ蛘{(diào)速法或上述控制方案。FCPC入口出口

6、往復(fù)泵原動(dòng)機(jī)pa.改變往復(fù)次數(shù)，蒸汽往復(fù)泵可調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽量。pb.調(diào)節(jié)沖程，使每次運(yùn)動(dòng)有效排出量變化。pc.調(diào)節(jié)旁路，控制返回量（通離心泵）。pd.利用旁路穩(wěn)壓，再設(shè)流量控制回路。離心式壓縮機(jī)的特性曲線P2 /P1 為壓縮機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力（均為絕壓）之比，或稱壓縮比；n 為壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；Q 為壓縮機(jī)出口流量。其氣量或出口壓力的控制系統(tǒng)與離心泵相近，可用直接節(jié)流法、旁路回流法與變頻調(diào)速等。100n1n2n3Q , %喘振區(qū)501.02.03.0P2 /P1離心式壓縮機(jī)的控制方案 輸送氣體的機(jī)械通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī) 輸送并提高氣體的壓力壓縮機(jī)1. 低壓離心式鼓風(fēng)機(jī)的控制方案低壓離心式鼓風(fēng)機(jī)的控制方案

7、a. 直接用出口調(diào)節(jié)流量，口徑大，用煤閥b. 控制回流量（旁路）c. 改變風(fēng)機(jī)吸入狀態(tài) 要注意防喘振發(fā)生。吸入量不能低于臨界流量，否則設(shè)計(jì)為分程控制，見(jiàn)下圖：FCAV氣關(guān)氣開BV正SPp當(dāng)吸入量在允許范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，控制器輸出在0.02-0.06MPa控制VA。VA只能管到一定程度， 若需更小的流量時(shí)控制器的輸出會(huì)增加到0.06-0.1MPa， 打開VB放空一部分空氣。pVA氣關(guān)，0.02-0.06閥由100-70 VB氣開，0.06-0.1 閥由0-100AVBV100%002. 006. 01 . 0離心式壓縮機(jī)的控制方案p2.離心式壓縮機(jī)的控制方案離心式壓縮機(jī)的控制方案 排氣壓力0.3MP

8、a，流量壓力控制與離心泵類似。 a.出口節(jié)流（入口節(jié)流、防喘振） b.旁路控制，多級(jí)旁路能量損失大，閥磨損大，分段旁路。 c.調(diào)轉(zhuǎn)速：氣輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制 此外，隨機(jī)配一套檢測(cè)、調(diào)節(jié)、保護(hù)系統(tǒng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)（調(diào)整吸入狀態(tài)，排氣節(jié)流，轉(zhuǎn)速）、防喘振調(diào)節(jié)，油路潤(rùn)滑、密封，軸位移檢測(cè)等。離心式壓縮機(jī)的控制方案流體輸送設(shè)備的喘振現(xiàn)象（1）泵剛啟動(dòng)時(shí)，工作點(diǎn)為B點(diǎn)；（2）若要求流量下降，則QPD；此時(shí)Q=0；（4）管網(wǎng)壓力下降到PD，此時(shí)流量為QAQB；（5）由于QAQB，則管網(wǎng)壓力升到PB；于是BADCB產(chǎn)生喘振的條件p當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)入流量低于設(shè)計(jì)流量時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生一種周期性的氣流振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)引起壓縮機(jī)機(jī)身的

9、劇烈震動(dòng)，發(fā)出很大的噪聲，這種現(xiàn)象稱為喘振。p流體輸送設(shè)備的特性曲線為駝峰型即管路特性與輸送設(shè)備的特性曲線存在兩個(gè)交點(diǎn)；p管線中存在能量貯存和釋放能量的容器。 防喘振控制系統(tǒng)p防喘振控制系統(tǒng) 壓縮機(jī)喘振主要是供氣不足之故。一般都是低負(fù)荷運(yùn)行造成的。若取一部分氣體作為回流，使通過(guò)壓縮機(jī)流量的總量等于設(shè)計(jì)流量就可以保證壓縮機(jī)不發(fā)生喘振。又可維持生產(chǎn)的低負(fù)荷運(yùn)行。所以，一般均采用調(diào)節(jié)回流作為防喘振的手段。常用的方法有兩種。p采用部分循環(huán)法使壓縮機(jī)流量始終大于某一定值，工作點(diǎn)不進(jìn)入喘振區(qū)，故稱固定極限流量防喘振控制。pQp最高轉(zhuǎn)速下的最小極限流量。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、實(shí)施方便。 缺點(diǎn)：高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)

10、， 低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)不經(jīng)濟(jì)。工作原理：工作原理： 正常時(shí)，因?yàn)榱髁看笥谠O(shè)計(jì)流量FC（正作用）輸出，旁路閥（氣關(guān)閥）全關(guān)。 當(dāng)生產(chǎn)處于低負(fù)荷時(shí)QQp、FC輸出V打開一些以補(bǔ)充入口流量的不足。使之不低于Qp，防止了喘振發(fā)生。注意，F(xiàn)C防積分飽和。1、固定極限流量法、固定極限流量法防喘振控制系統(tǒng)（1）n1n2n3Q 21.02.03.0P2 /P1喘振極限線安全操作線從特性曲線可知，不同轉(zhuǎn)速有不同的喘振極限流量值。若將不同轉(zhuǎn)速下的極限流量點(diǎn)（喘振點(diǎn)）連接起來(lái)，得一拋物線。通常為了方便，把這種曲線畫在另一坐標(biāo)上，可得一直線，更容易找出額定轉(zhuǎn)速和喘振曲線的交點(diǎn)。一般在喘振曲線的右側(cè)再畫一條線，稱安全操作線。以方程式表示：Q1 吸入氣體流量P1，P2 入出口氣壓， 吸入氣體絕對(duì)溫度?？勺儤O限流量可按上式進(jìn)行，實(shí)際應(yīng)用中，防喘振操作線為：2.可變極限防喘振法可變極限防喘振法防喘振控制系統(tǒng)（2）a，b 由壓縮機(jī)生產(chǎn)廠給出。)(1221appbKnpd2112QbaPP采用差壓計(jì)測(cè)流量時(shí)的安全操作線2112QbaPP111dPKQ zRMP11aPPmPPd1121)(12aPPmPdzRbKMm21防喘振控制系統(tǒng)（2）問(wèn)題問(wèn)題：若流量測(cè)量在出口處，如何推導(dǎo)得到防喘振安全操作線？防喘振控制系統(tǒng)（3）測(cè)量出