過(guò)程控制原理與工程第7章

1、過(guò)程控制原理與工程于輝 主編過(guò)程控制原理與工程第7章7.1流體輸送設(shè)備的控制7.1.1離心泵的控制7.1.2容積式泵的控制7.1.3壓縮機(jī)的控制7.1.4離心式壓縮機(jī)的防喘振控制7.2傳熱設(shè)備的控制7.2.1換熱器的控制7.2.2蒸汽加熱器的控制7.2.3冷卻器的控制7.2.4加熱爐的控制過(guò)程控制原理與工程第7章7.3鍋爐設(shè)備的控制7.3.1概述7.3.2汽包水位系統(tǒng)的控制7.3.3鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制7.4精餾塔的控制7.4.1概述7.4.2精餾塔的控制目標(biāo)7.4.3精餾塔的干擾因素分析7.4.4精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選擇7.4.5精餾塔的基本控制方案過(guò)程控制原理與工程第7章7.5化學(xué)反應(yīng)器的控制7

2、.5.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求7.5.2化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案7.6煉油工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制7.6.1煉油工業(yè)概述7.6.2常減壓生產(chǎn)過(guò)程控制7.6.3催化裂化生產(chǎn)過(guò)程控制7.6.4催化重整生產(chǎn)過(guò)程控制過(guò)程控制原理與工程7.1流體輸送設(shè)備的控制1)通過(guò)流量和壓力控制實(shí)現(xiàn)物料平衡。2)保證機(jī)泵本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。過(guò)程控制原理與工程7.1.1離心泵的控制1.直接節(jié)流法2.改變泵的轉(zhuǎn)速3.改變旁路回流量過(guò)程控制原理與工程7.1.1離心泵的控制圖7-1離心泵特性曲線過(guò)程控制原理與工程1.直接節(jié)流法圖7-2直接節(jié)流控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程1.直接節(jié)流法圖7-3改變閥門(mén)開(kāi)度時(shí)工作點(diǎn)的變化情況過(guò)程控制原理與工程2

3、.改變泵的轉(zhuǎn)速1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí)，采用變頻調(diào)速器改變泵的轉(zhuǎn)速，如圖7-5所示。圖7-4改變泵轉(zhuǎn)速時(shí)工作點(diǎn)的變化過(guò)程控制原理與工程2.改變泵的轉(zhuǎn)速圖7-5控制轉(zhuǎn)速方案過(guò)程控制原理與工程2.改變泵的轉(zhuǎn)速2)當(dāng)汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)時(shí)，采用調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片角度或蒸汽流量的方法。3)利用原動(dòng)機(jī)與泵連接軸的變速器改變轉(zhuǎn)速。過(guò)程控制原理與工程3.改變旁路回流量圖7-6采用旁路控制流量過(guò)程控制原理與工程3.改變旁路回流量圖7-7離心泵的壓力控制過(guò)程控制原理與工程7.1.2容積式泵的控制1)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2)改變往復(fù)泵的沖程。3)控制回流量。4)采用旁路調(diào)節(jié)來(lái)控制出口壓力，然后用直接節(jié)流閥控制其流量。過(guò)程控制原理

4、與工程圖7-8往復(fù)泵轉(zhuǎn)速控制方案過(guò)程控制原理與工程圖7-9往復(fù)泵旁路壓力控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程7.1.3壓縮機(jī)的控制(1)節(jié)流控制即在離心式壓縮機(jī)的出口或入口處安裝控制閥、蝶閥等節(jié)流裝置以控制排氣量。(2)旁路控制這與控制液體流量相似。(3)調(diào)速或?qū)ν鶑?fù)式壓縮機(jī)改變沖程等方法往復(fù)式壓縮機(jī)，目前多用于流量小、壓縮比較高的場(chǎng)合。過(guò)程控制原理與工程7.1.4離心式壓縮機(jī)的防喘振控制1.離心式壓縮機(jī)的特性曲線及喘振現(xiàn)象2.防喘振控制方案過(guò)程控制原理與工程1.離心式壓縮機(jī)的特性曲線及喘振現(xiàn)象圖7-10離心式壓縮機(jī)特性曲線過(guò)程控制原理與工程2.防喘振控制方案(1)固定極限流量防喘振控制這種防喘振控制方

5、案是使壓縮機(jī)的流量始終大于某一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行。圖7-11喘振極限值過(guò)程控制原理與工程2.防喘振控制方案圖7-12固定極限流量防喘振控制系統(tǒng)圖過(guò)程控制原理與工程2.防喘振控制方案(2)可變極限流量防喘振控制圖7-13喘振極限線及安全操作線過(guò)程控制原理與工程2.防喘振控制方案圖7-14可變極限流量防喘振控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程7.2傳熱設(shè)備的控制1)使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其他工藝過(guò)程能很好地進(jìn)行。2)在生產(chǎn)過(guò)程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過(guò)程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。3)某些工藝過(guò)程需要改變物料的相態(tài)。4)回收熱量。過(guò)程控制原理與工程7.2.1換熱

6、器的控制1.控制載熱體流量2.控制載熱體旁路流量3.控制被加熱流體自身流量4.控制工藝介質(zhì)自身流量的旁路過(guò)程控制原理與工程1.控制載熱體流量圖7-15控制載熱體流量的控制方案過(guò)程控制原理與工程2.控制載熱體旁路流量圖7-16換熱器串級(jí)控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程2.控制載熱體旁路流量圖7-17控制載熱體旁路過(guò)程控制原理與工程圖7-18控制被加熱流體自身流量3.控制被加熱流體自身流量過(guò)程控制原理與工程4.控制工藝介質(zhì)自身流量的旁路圖7-19控制被加熱介質(zhì)的旁路過(guò)程控制原理與工程7.2.2蒸汽加熱器的控制1.控制載熱劑蒸汽的流量2.控制換熱器的有效換熱面積過(guò)程控制原理與工程1.控制載熱劑蒸汽的流量通

7、過(guò)改變加熱蒸汽量來(lái)穩(wěn)定被加熱介質(zhì)的出口溫度，如圖7-20所示。當(dāng)閥前蒸汽壓力有波動(dòng)時(shí)，可對(duì)蒸汽總管加設(shè)壓力定值控制，或者采用溫度與蒸汽流量(或壓力)的串級(jí)控制。但當(dāng)采用低壓蒸汽作為熱劑時(shí)，進(jìn)入加熱器的蒸汽一側(cè)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，此時(shí)，冷凝液將不能連續(xù)排出，采用此方案應(yīng)注意。過(guò)程控制原理與工程2.控制換熱器的有效換熱面積圖7-20控制蒸汽流量的方案過(guò)程控制原理與工程2.控制換熱器的有效換熱面積圖7-21用冷凝液的排出量控制溫度過(guò)程控制原理與工程2.控制換熱器的有效換熱面積圖7-22溫度與液位串級(jí)控制過(guò)程控制原理與工程2.控制換熱器的有效換熱面積圖7-23蒸汽加熱器前饋控制過(guò)程控制原理與工程7.2.3冷卻

8、器的控制1.控制載熱劑流量2.控制氣氨排量過(guò)程控制原理與工程1.控制載熱劑流量圖7-24控制冷卻劑流量方案過(guò)程控制原理與工程1.控制載熱劑流量圖7-25冷卻器溫度-液位串級(jí)控制過(guò)程控制原理與工程2.控制氣氨排量圖7-26冷卻器選擇性控制過(guò)程控制原理與工程2.控制氣氨排量圖7-27控制氣氨排量的方案過(guò)程控制原理與工程7.2.4加熱爐的控制1.加熱爐的單回路控制方案2.加熱爐的串級(jí)控制方案3.加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案(1)擾動(dòng)分析加熱爐的最主要控制指標(biāo)往往是工藝介質(zhì)的出口溫度，即系統(tǒng)的被控變量，而操縱變量為燃料油或燃料氣的流量。(2)單回路控制系統(tǒng)的分析圖

9、7-28為某一燃油加熱爐控制系統(tǒng)示意圖，其主要控制系統(tǒng)是以爐出口溫度為被控變量，燃料油流量為操縱變量組成的單回路控制系統(tǒng)。1)進(jìn)入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)，如圖中FC控制系統(tǒng)；2)燃料油總壓控制，總壓控制一般調(diào)回油量，如圖中P1C控制系統(tǒng)；過(guò)程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案3)采用燃料油時(shí)，還需加入霧化蒸汽(或空氣)，為此設(shè)有霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)，如圖中P2C控制系統(tǒng)，以保證燃料油的良好霧化。圖7-28加熱爐控制系統(tǒng)示意圖過(guò)程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案1)根據(jù)燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來(lái)調(diào)節(jié)霧化蒸汽，即采用壓差控制，如圖7-29所示。2)用燃料油流量與霧化蒸汽

10、壓力的比值控制，如圖7-30所示。圖7-29 燃料油與霧化過(guò)程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案圖7-30燃料油與霧化蒸汽過(guò)程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案1)對(duì)爐出口溫度控制精度要求不太高；2)外來(lái)擾動(dòng)緩慢而較小，且不頻繁；3)爐膛容量較小，即滯后不太大。過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案1)爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制；2)爐出口溫度對(duì)燃料油(或氣)流量的串級(jí)控制；3)爐出口溫度對(duì)燃料油(或氣)閥后壓力的串級(jí)控制；4)采用壓力平衡式控制閥(浮動(dòng)閥)的控制。圖7-31爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的串級(jí)控制過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案(1)爐出口溫度對(duì)爐膛溫度的

11、串級(jí)控制該控制方案如圖7-31所示。1)熱負(fù)荷較大，而熱強(qiáng)度較小，即不允許爐膛溫度有較大波動(dòng)，以免影響設(shè)備。2)當(dāng)主要擾動(dòng)是燃料油或氣的熱值變化(即組分變化)時(shí)，其他串級(jí)控制方案的副回路無(wú)法感受。3)在同一個(gè)爐膛內(nèi)有兩組爐管，同時(shí)加熱兩種物料，此時(shí)雖然僅控制一組溫度，但另一組亦較平穩(wěn)。1)應(yīng)選擇有代表性的爐膛溫度檢測(cè)點(diǎn)，而且要反應(yīng)快，但選擇時(shí)較困難，特別對(duì)圓筒爐；過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案2)為了保護(hù)設(shè)備，爐膛溫度不應(yīng)有較大波動(dòng)，所以在參數(shù)整定時(shí)，對(duì)于副控制器不應(yīng)整定得過(guò)于靈敏，且不加微分作用；3)由于爐膛溫度較高，測(cè)溫元件及其保護(hù)套管材料必須耐高溫。(2)爐出口溫度對(duì)燃料油(

12、或氣)流量的串級(jí)控制一般情況下可對(duì)燃料油壓力進(jìn)行控制，但在操作過(guò)程中，若燃料流量波動(dòng)較大時(shí)，也可以考慮采用爐子出口溫度對(duì)燃料油(或氣)流量的串級(jí)控制，如圖7-32所示。過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案(3)爐出口溫度對(duì)燃料油(或氣)閥后壓力的串級(jí)控制若加熱爐所需燃料油量較少或其輸送管道較小時(shí)，其流量測(cè)量較困難，特別是采用粘度較大的重質(zhì)燃料油時(shí)更難測(cè)量。7-32.TIF過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案7-33.TIF過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案(4)采用壓力平衡式控制閥(浮動(dòng)閥)的控制當(dāng)燃料是氣態(tài)時(shí)，采用壓力平衡式控制閥(浮動(dòng)閥)的方案頗有特色，如圖7-34所示

13、。圖7-34采用浮動(dòng)閥的控制方案過(guò)程控制原理與工程2.加熱爐的串級(jí)控制方案圖7-35浮動(dòng)閥結(jié)構(gòu)示意圖過(guò)程控制原理與工程3.加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)1)當(dāng)被加熱工藝介質(zhì)流量過(guò)低或中斷時(shí)，會(huì)將加熱爐管子燒壞，使其破裂，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。2)當(dāng)火焰熄滅時(shí)，會(huì)在燃燒室里形成危險(xiǎn)性的燃料氣-空氣混合物。3)當(dāng)燃料氣壓力過(guò)低即流量過(guò)小時(shí)，會(huì)造成回火現(xiàn)象，故要保證最小燃料氣流量。4)當(dāng)燃料氣壓力過(guò)高時(shí)，會(huì)使噴嘴出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，造成熄火。過(guò)程控制原理與工程3.加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)圖7-36加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程3.加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)1) 爐出口溫度與控制閥后壓力的選擇性控制系統(tǒng)。2)燃

14、料氣流量過(guò)低聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)F1S。3)工藝介質(zhì)流量過(guò)低聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)F2S。4)火焰檢測(cè)開(kāi)關(guān)BS。過(guò)程控制原理與工程7.3鍋爐設(shè)備的控制過(guò)程控制原理與工程7.3.1概述鍋爐是石油、化工、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可以作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程的不斷強(qiáng)化，生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐，亦向著高效率、大容量方向發(fā)展。為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制就顯得十分重要。過(guò)程控制原理與工程7.3.1概述圖7-37鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖過(guò)程控制原

15、理與工程7.3.2汽包水位系統(tǒng)的控制1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性2.單沖量控制系統(tǒng)3.雙沖量控制系統(tǒng)4.三沖量控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性1)給水流量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性。圖7-38鍋爐汽水系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性圖7-39給水流量作用下過(guò)程控制原理與工程1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性圖7-40蒸汽流量擾動(dòng)作用下的水位響應(yīng)曲線過(guò)程控制原理與工程1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性2)蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響，即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性。3)鍋爐排污、吹灰等對(duì)水位也有影響。過(guò)程控制原理與工程2.單沖量控制系統(tǒng)圖7-41單沖量控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程2.單沖量控制系統(tǒng)1)當(dāng)負(fù)荷變

16、化產(chǎn)生虛假液位時(shí)，將使控制器產(chǎn)生誤動(dòng)作。2)控制作用不及時(shí)。3)不能及時(shí)克服給水量變化的干擾。過(guò)程控制原理與工程3.雙沖量控制系統(tǒng)圖7-42雙沖量控制系統(tǒng)原理圖及框圖(1)加法器系數(shù)的確定1)C1的設(shè)置一般取1，也可小于1。過(guò)程控制原理與工程3.雙沖量控制系統(tǒng)2)C2的值應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可現(xiàn)場(chǎng)湊試，也可依據(jù)靜態(tài)物料平衡關(guān)系，使汽包水位不變，蒸汽流量變化等于給水流量的變化可推導(dǎo)出3)I0初始偏置值。(2)閥的開(kāi)閉形式、控制器正反作用及運(yùn)算器符號(hào)決定1)閥的開(kāi)閉形式選定。2)控制器的正、反作用。3)運(yùn)算器符號(hào)。過(guò)程控制原理與工程3.雙沖量控制系統(tǒng)(3)雙沖量控制系統(tǒng)的其他形式如圖7-43所示

17、的雙沖量控制系統(tǒng)是把加法器放在控制器之前，因?yàn)樗簧仙c蒸汽流量增加時(shí)，要求控制閥的動(dòng)作方向相反，所以一定是信號(hào)相減。過(guò)程控制原理與工程4.三沖量控制系統(tǒng)圖7-43雙沖量控制系統(tǒng)的其他接法過(guò)程控制原理與工程4.三沖量控制系統(tǒng)圖7-44三沖量控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程4.三沖量控制系統(tǒng)圖7-45三沖量控制系統(tǒng)框圖(1)加法器系數(shù)的確定過(guò)程控制原理與工程4.三沖量控制系統(tǒng)1)系數(shù)C1通?？扇?或稍小于1的數(shù)值。2)系數(shù)C2的計(jì)算。3)I0的設(shè)置與雙沖量控制系統(tǒng)有所不同。(2)閥的開(kāi)閉形式、控制器正反作用及運(yùn)算器符號(hào)閥的開(kāi)閉形式選定與雙沖量控制系統(tǒng)一樣。(3)運(yùn)算器的符號(hào)I0的設(shè)置是為了在正常負(fù)荷下

18、抵消IC，所以I0前的符號(hào)永遠(yuǎn)是負(fù)號(hào)。過(guò)程控制原理與工程4.三沖量控制系統(tǒng)(4)三沖量控制系統(tǒng)的其他形式圖7-45所示的三沖量控制系統(tǒng)是前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)的形式，是一種比較新型的接法，也是目前用得較多的汽包水位三沖量控制系統(tǒng)，除此之外，三沖量控制還有其他多種形式，如圖7-46所示。圖7-46三沖量控制系統(tǒng)的其他形式過(guò)程控制原理與工程7.3.3鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制1.燃燒系統(tǒng)的控制任務(wù)2.燃燒系統(tǒng)的控制過(guò)程控制原理與工程1.燃燒系統(tǒng)的控制任務(wù)1)維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。2)保證燃料良好的燃燒。3)維持爐膛負(fù)壓不變，應(yīng)該使排煙量與空氣量相配合。過(guò)程控制原理與工程2.燃燒系統(tǒng)的控制圖7-47鍋爐燃

19、燒過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程2.燃燒系統(tǒng)的控制(1)蒸汽壓力控制和燃料與空氣量的比值控制圖7-47所示的是燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)。1)蒸汽出口壓力對(duì)燃料流量串級(jí)控制系統(tǒng)；2)燃料流量與空氣流量的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；3)空氣量過(guò)少時(shí)自動(dòng)減少燃料量的選擇性控制系統(tǒng)；4)蒸汽出口壓力降低時(shí)自動(dòng)加大空氣量的前饋選擇性控制系統(tǒng)。過(guò)程控制原理與工程2.燃燒系統(tǒng)的控制圖7-48爐膛負(fù)壓與安全保護(hù)控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程2.燃燒系統(tǒng)的控制(2)爐膛負(fù)壓控制與有關(guān)安全保護(hù)系統(tǒng)圖7-48所示的是一個(gè)典型的鍋爐燃燒過(guò)程的爐膛負(fù)壓及有關(guān)安全保護(hù)控制系統(tǒng)。1)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。2)防脫火系統(tǒng)。3)防回火系統(tǒng)。過(guò)程控制原

20、理與工程7.4精餾塔的控制精餾是石油、化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱過(guò)程。精餾的目的是使混合液各組分分離，使之達(dá)到規(guī)定的純度要求。精餾過(guò)程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即同一溫度下各組分的蒸汽分壓不同，使圖7-49精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖液相中輕組分轉(zhuǎn)移到氣相，氣相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相，實(shí)現(xiàn)組分的分離。過(guò)程控制原理與工程7.4.1概述圖7-49精餾塔結(jié)構(gòu)示意圖過(guò)程控制原理與工程7.4.2精餾塔的控制目標(biāo)(1)質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)使塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定的純度，另一個(gè)產(chǎn)品的純度也應(yīng)維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。(2)產(chǎn)品產(chǎn)量和能耗要求在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)的前提下，還要有一定的產(chǎn)量。(3)約束條件精餾

21、過(guò)程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過(guò)程。過(guò)程控制原理與工程7.4.3精餾塔的干擾因素分析1.塔壓波動(dòng)的影響2.進(jìn)料流量的波動(dòng)3.進(jìn)料組分波動(dòng)的影響4.進(jìn)料溫度波動(dòng)的影響5.上升蒸汽速度和加熱量波動(dòng)的影響6.回流量和冷劑量波動(dòng)的影響過(guò)程控制原理與工程1.塔壓波動(dòng)的影響一般精餾塔總是需要將塔壓保持恒定，這是因?yàn)樗膲毫εc氣液平衡有密切的關(guān)系。只有將塔操作在穩(wěn)定的壓力下，才能保證分離的純度和經(jīng)濟(jì)性。若塔壓波動(dòng)，就會(huì)破壞原來(lái)的氣液平衡，也將影響到塔的物料平衡。另外，一般塔的操作常用溫度作為衡量產(chǎn)品組分的間接控制指標(biāo)，而溫度與產(chǎn)品組分的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系是隨壓力而變的，因此只有在一定壓力下才能保持這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則就應(yīng)采

22、用溫差等其他變量，來(lái)作為質(zhì)量控制指標(biāo)。過(guò)程控制原理與工程2.進(jìn)料流量的波動(dòng)進(jìn)料量的變化，會(huì)對(duì)塔的物料平衡有直接的影響，如果精餾塔位于整個(gè)精餾過(guò)程的起點(diǎn)，則采用定值控制是可行的。如果生產(chǎn)條件變化需改變進(jìn)料量，則應(yīng)根據(jù)物料平衡的原則，適當(dāng)調(diào)節(jié)塔頂和塔釜產(chǎn)出量。同時(shí)必須調(diào)節(jié)塔頂冷凝器和塔釜再沸器的負(fù)荷。已經(jīng)知道，進(jìn)料量的增加會(huì)使塔內(nèi)上升蒸汽量加大，在塔徑一定的情況下，上升蒸汽速度加快對(duì)傳質(zhì)是有利的。但是若上升速度超過(guò)液泛速度，則將破壞塔的正常操作，所以進(jìn)料量的增加是有限的。過(guò)程控制原理與工程3.進(jìn)料組分波動(dòng)的影響進(jìn)料組分是由前一工序決定的，所以進(jìn)料組分的變化，往往是不可控參數(shù)，然而它的變化一般都比較

23、緩和。過(guò)程控制原理與工程4.進(jìn)料溫度波動(dòng)的影響進(jìn)料溫度下降，使進(jìn)料中的熱焓下降，影響熱量平衡，造成精餾塔自上而下溫度下降，會(huì)使塔底輕組分含量增加，這就需加大再沸器加熱量。當(dāng)進(jìn)料為沸點(diǎn)很高的混合物時(shí)，進(jìn)入塔前往往需要預(yù)熱，為了減少進(jìn)料溫度的波動(dòng)，可設(shè)置進(jìn)料溫度自動(dòng)控制。過(guò)程控制原理與工程5.上升蒸汽速度和加熱量波動(dòng)的影響組分的分離隨著蒸汽速度的增加而改善，塔內(nèi)的最大蒸汽速度應(yīng)比產(chǎn)生“液泛”速度小一些。影響塔的蒸汽速度的主要因素是再沸器的加熱量。因此穩(wěn)定加熱量對(duì)塔的平穩(wěn)操作有很重要的意義，而熱載體壓力的波動(dòng)將會(huì)引起加熱量的變化。因此要采用穩(wěn)定載熱體壓力或穩(wěn)定流量的自動(dòng)控制。過(guò)程控制原理與工程6.回

24、流量和冷劑量波動(dòng)的影響回流量減少，會(huì)使塔頂溫度增高，使塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，因此在正常操作時(shí)，除了要把回流量作為控制手段，希望將它維持恒定。冷劑壓力的波動(dòng)，將會(huì)引起冷劑量的變化，在用全回流的精餾塔中將直接造成回流量的波動(dòng)，并會(huì)造成回流速度的波動(dòng)。所以有的時(shí)候?qū)鋭┝恳矐?yīng)定值控制。過(guò)程控制原理與工程7.4.4精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選擇1.靈敏板的溫度控制2.溫差控制3.雙溫差控制過(guò)程控制原理與工程1.靈敏板的溫度控制一般認(rèn)為塔頂或塔底的溫度似乎最能代表塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量。其實(shí)，當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時(shí)，在鄰近塔頂或塔底的各板之間，溫度差已經(jīng)很小，這時(shí)，塔頂或塔底溫度變化0.5，可能已超出產(chǎn)品質(zhì)量的允許

25、范圍，因而，對(duì)溫度檢測(cè)儀表的靈敏度和控制精度都提出了很高的要求，但實(shí)際上卻很難滿足。解決這一問(wèn)題的方法是在塔頂或塔底與進(jìn)料板之間選擇靈敏板的溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)。當(dāng)塔的操作經(jīng)受干擾或承受控制作用時(shí)，塔內(nèi)各板的濃度都將發(fā)生變化，各塔板的溫度也將同時(shí)變化，但變化程度各不相同，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，溫度變化最大的那塊塔板稱為靈敏板。過(guò)程控制原理與工程2.溫差控制在精密精餾時(shí)，產(chǎn)品純度要求很高，而且塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)又相差不大時(shí)，可采用溫差控制。采用溫差作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接參數(shù)，是為了消除壓力波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因?yàn)樵诰s塔控制系統(tǒng)中雖設(shè)置了壓力定值控制，但壓力也總是會(huì)有些微小的波動(dòng)，從而引起濃度的

26、變化。這對(duì)一般產(chǎn)品純度要求不太高的精餾塔是可以忽略不計(jì)的，但如果是精密精餾，產(chǎn)品純度要求很高，微小的壓力波動(dòng)足以影響質(zhì)量，就不能再忽略了。也就是說(shuō)，在精密精餾時(shí)，若用溫度做質(zhì)量指標(biāo)就不能很好地代表產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度的變化可能是產(chǎn)品純度和壓力雙方都變化的結(jié)果，為此應(yīng)該考慮補(bǔ)償或消除壓力微小波動(dòng)的影響。在選擇溫差信號(hào)時(shí)，如果塔頂采出量為主要產(chǎn)品，宜將一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)放在塔頂(或稍下一些)，即溫度變化較小的位置；另一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)放在靈敏板附近，即濃度和溫度變化較大的位置，然后取上述兩測(cè)點(diǎn)的溫度差T作為被控變量。這里，塔頂溫度實(shí)際上起參比作用，壓力變化對(duì)兩點(diǎn)溫度都有相同影響，相減之后其壓力波動(dòng)的影響就幾乎抵消。過(guò)

27、程控制原理與工程3.雙溫差控制圖7-50精餾塔雙溫差控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工程7.4.5精餾塔的基本控制方案1.按精餾段指標(biāo)的控制2.按提餾段指標(biāo)的控制3.精餾塔的塔壓控制過(guò)程控制原理與工程1.按精餾段指標(biāo)的控制(1)直接物料平衡控制以精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量是塔頂餾出量D，其控制方案如圖7-51所示。(2)間接物料平衡控制該控制方案的被控變量仍是精餾段溫度，操縱變量是回流量LR。圖7-51精餾段直接物料平衡控制過(guò)程控制原理與工程1.按精餾段指標(biāo)的控制圖7-52精餾段間接物料平衡控制過(guò)程控制原理與工程1.按精餾段指標(biāo)的控制1)進(jìn)料量的定值控制(若不可控，也可采用均勻控制)。2)保持

28、再沸器加熱量恒定，且要足夠大，保證塔在最大負(fù)荷時(shí)，仍能保證塔底產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在一定范圍內(nèi)。3)為保證精餾塔的分離效果和塔內(nèi)操作穩(wěn)定，以塔底液位為被控變量，構(gòu)成了塔底液位均勻控制系統(tǒng)。4)為使塔頂保持一定的回流量，又以冷凝液回流罐液位為被控變量，構(gòu)成回流罐液位均勻控制系統(tǒng)。5)為維持塔壓恒定，在塔頂設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，控制手段為改變冷凝器的冷劑量。過(guò)程控制原理與工程2.按提餾段指標(biāo)的控制(1)直接物料平衡控制以提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，控制塔底采出量B的控制方案為直接物料平衡控制，控制方案如圖7-53所示。(2)間接物料平衡控制采用再沸器加熱量V作為操縱變量的質(zhì)量控制方案，控制方案如圖7-54所示

29、。圖7-53提餾段直接物料平衡控制過(guò)程控制原理與工程2.按提餾段指標(biāo)的控制圖7-54提餾段間接物料平衡控制過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的塔壓控制(1)加壓塔的壓力控制1)液相采出，餾出物含大量不凝物。2)液相采出，餾出物含少量不凝物。圖7-55液相采出、餾出物含大量過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的塔壓控制圖7-56液相采出、餾出物含少量過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的塔壓控制3)液相采出，餾出物含微量不凝物。圖7-57液相采出、餾出物含微量不凝物時(shí)塔壓控制方案4)氣相采出。(2)減壓塔的壓力控制當(dāng)減壓塔的壓力控制采用蒸汽噴射泵抽真空時(shí)，可采用圖7-59所示的控制方案。過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的

30、塔壓控制圖7-58氣相采出時(shí)塔壓控制方案過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的塔壓控制圖7-59減壓塔壓力控制過(guò)程控制原理與工程3.精餾塔的塔壓控制(3)常壓塔的壓力控制對(duì)塔頂壓力的恒定要求不高時(shí)，可采用常壓精餾。過(guò)程控制原理與工程7.5化學(xué)反應(yīng)器的控制化學(xué)反應(yīng)器是石油、化工生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一。由于反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、物料流程、反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，并且還經(jīng)常處在高溫、高壓、易燃易爆條件下進(jìn)行反應(yīng)。因此對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的控制，既要提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本，又要保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全穩(wěn)定進(jìn)行。所以要正確、合理地設(shè)計(jì)反應(yīng)器的控制方案。過(guò)程控制原理與工程7.5.1化學(xué)反應(yīng)器的控制要求(1) 物料平衡控制為使反應(yīng)器的反應(yīng)

31、正常，轉(zhuǎn)化率高，要求維持進(jìn)入反應(yīng)器的各種物料量恒定，配比符合要求。(2) 能量平衡控制要保持化學(xué)反應(yīng)器的熱量平衡，應(yīng)使進(jìn)入反應(yīng)器的熱量與流出的熱量及反應(yīng)生成熱之間相互平衡。(3) 約束條件控制要防止工藝參數(shù)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或不正常工況，為此，應(yīng)當(dāng)配置一些報(bào)警、聯(lián)鎖和選擇性控制系統(tǒng)，進(jìn)行安全軟限的保護(hù)性控制。(4)質(zhì)量控制化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)一般指反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的成分，顯然，轉(zhuǎn)化率應(yīng)當(dāng)是被控變量。過(guò)程控制原理與工程7.5.2化學(xué)反應(yīng)器的基本控制方案1.絕熱反應(yīng)器的控制2.非絕熱式反應(yīng)器的控制過(guò)程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制圖7-60氧化爐溫度與氨氣流量的串級(jí)控制系統(tǒng)過(guò)程控制原理與工

32、程1.絕熱反應(yīng)器的控制(1) 進(jìn)口濃度的控制以進(jìn)口濃度作為操縱變量來(lái)控制反應(yīng)器溫度，它的機(jī)理從絕熱反應(yīng)器的熱量平衡關(guān)系可以得知，在進(jìn)料溫度不變時(shí)，反應(yīng)器的溫度隨著進(jìn)口濃度的增加而增大。1)改變主要反應(yīng)物的量。2)改變已過(guò)量的反應(yīng)物的量。3)循環(huán)操作系統(tǒng)中改變循環(huán)量。4)在均相催化反應(yīng)中改變催化劑的量。(2) 進(jìn)料溫度的控制反應(yīng)器在其他條件不變的情況下，提高進(jìn)料溫度，將使反應(yīng)溫度升高。過(guò)程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制7Z61.TIF過(guò)程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制圖7-62反應(yīng)器入口溫度控制方案一過(guò)程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制(3)通過(guò)改變負(fù)荷來(lái)控制反應(yīng)溫度它的機(jī)理是隨著負(fù)荷

33、的增大，物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間減少，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，于是反應(yīng)放熱也減少。圖7-63反應(yīng)器入口溫度控制方案二過(guò)程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制圖7-64反應(yīng)器入口溫度控制方案三過(guò)程控制原理與工程2.非絕熱式反應(yīng)器的控制(1)反應(yīng)器的分程控制方案如圖7-65所示，已在分程控制系統(tǒng)中分析過(guò)。(2)反應(yīng)器的分段控制方案為了使反應(yīng)器的反應(yīng)沿最佳溫度分布，通?？梢赃M(jìn)行分段控制，使每段溫度能根據(jù)工藝要求控制在相應(yīng)的溫度上。圖7-65反應(yīng)器的分程控制過(guò)程控制原理與工程2.非絕熱式反應(yīng)器的控制圖7-66反應(yīng)器的分段控制過(guò)程控制原理與工程2.非絕熱式反應(yīng)器的控制圖7-67反應(yīng)器的串級(jí)控制過(guò)程控制原理與工程2

34、.非絕熱式反應(yīng)器的控制(3)反應(yīng)器的其他控制方案對(duì)于反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng)，經(jīng)常是以載熱體作為操縱變量，因其滯后時(shí)間較大，控制質(zhì)量難以滿足工藝的要求，采用串級(jí)控制方案就可以提高控制質(zhì)量，圖7-67所示的為夾套除熱的釜式反應(yīng)器的溫度與溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)。過(guò)程控制原理與工程7.6煉油工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制煉油工業(yè)是以石油為原料生產(chǎn)汽油、煤油、柴油等石油產(chǎn)品的能源產(chǎn)業(yè)，擔(dān)負(fù)著為社會(huì)提供燃動(dòng)能源的重任，大約全世界總能源需求的40依賴于石油產(chǎn)品。汽車、飛機(jī)、輪船等交通運(yùn)輸器械使用的燃料幾乎全部是石油產(chǎn)品，有機(jī)化工原料主要也是來(lái)源于石油煉制工業(yè)。石油又稱原油，其組成非常復(fù)雜，是各種烴類和非烴類化合物的混合物，這些

35、化合物的相對(duì)分子量從幾十至幾千，相應(yīng)的沸程從常溫到500以上，并且其分子結(jié)構(gòu)也是復(fù)雜多樣，所以石油必須經(jīng)過(guò)各種加工過(guò)程，煉制成多種在質(zhì)量上符合要求的石油產(chǎn)品，如各種牌號(hào)的汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油、溶劑油、重油、蠟油、瀝青和石油焦，以及生產(chǎn)各種石油化工基本原料。圖7-68燃料型煉油廠加工方案典型流程要從原油中提煉出多種多樣的燃料、潤(rùn)滑油和其他產(chǎn)品，需要通過(guò)一系列的，例如常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整、延遲焦化、煉廠氣加工及產(chǎn)品精制等煉制工藝(或過(guò)程)。由于生產(chǎn)產(chǎn)品的不同，各煉油廠采用的加工方案和工藝流程也不同，主要分為燃料型、燃料-潤(rùn)滑油型和燃料-加工型三種。圖7-68是燃料型加工方案的典型流程

36、。近年來(lái)，為了合理利用石油資源和提高經(jīng)濟(jì)效益，很多煉油廠的加工方案已經(jīng)由燃料型逐漸向另外兩種類型轉(zhuǎn)變。過(guò)程控制原理與工程7.6.1煉油工業(yè)概述圖7-68燃料型煉油廠加工方案典型流程過(guò)程控制原理與工程7.6.2常減壓生產(chǎn)過(guò)程控制1.常減壓蒸餾工藝流程簡(jiǎn)介2.常減壓蒸餾控制方案過(guò)程控制原理與工程1.常減壓蒸餾工藝流程簡(jiǎn)介圖7-69常減壓蒸餾裝置工藝流程過(guò)程控制原理與工程2.常減壓蒸餾控制方案(1)加熱爐的控制加熱爐控制主要的質(zhì)量指標(biāo)是爐出口溫度，常采用我們?cè)诘?章討論的加熱爐串級(jí)控制方案，即把爐出口溫度作為被控變量，爐膛溫度作為副變量，構(gòu)成爐出口溫度與爐膛溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。圖7-70原油蒸餾裝置控制過(guò)程控制原理與工程2.常減壓蒸餾控制方案(2)常壓塔的控制常壓塔采用的是精餾塔的精餾段控制方案，一般是按塔頂溫度來(lái)控制頂回流量，以達(dá)到間接平穩(wěn)產(chǎn)品質(zhì)量的目的。(3)減壓塔的控制對(duì)于減壓塔的塔頂溫度、一線流量和塔底液面采用的都是單回路控制，與常壓塔不同的是，減壓塔在減壓的條件下工作，要對(duì)它的真空度進(jìn)行控制。過(guò)程控制原理與工程7.6.3催化裂化生產(chǎn)過(guò)程控制1.工藝流程簡(jiǎn)述2.催化裂化裝置反應(yīng)再生