過程控制原理與工程第7章

1、過程控制原理與工程于輝 主編過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壓縮機的控制7.1.4離心式壓縮機的防喘振控制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)過程控制7.6.1煉油工業(yè)概述7.6.2常減壓生產(chǎn)過程控制7.6.3催化裂化生產(chǎn)過程控制7.6.4催化重整生產(chǎn)過程控制過程控制原理與工程7.1流體輸送設(shè)備的控制1)通過流量和壓力控制實現(xiàn)物料平衡。2)保證機泵本身的安全運轉(zhuǎn)。過程控制原理與工程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)過程控制原理與工程1.直接節(jié)流法圖7-3改變閥門開度時工作點的變化情況過程控制原理與工程2

3、.改變泵的轉(zhuǎn)速1)當(dāng)電動機為原動機時，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)速時工作點的變化過程控制原理與工程2.改變泵的轉(zhuǎn)速圖7-5控制轉(zhuǎn)速方案過程控制原理與工程2.改變泵的轉(zhuǎn)速2)當(dāng)汽輪機為原動機時，采用調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片角度或蒸汽流量的方法。3)利用原動機與泵連接軸的變速器改變轉(zhuǎn)速。過程控制原理與工程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程控制原理與工程7.1.2容積式泵的控制1)改變原動機的轉(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)來控制出口壓力，然后用直接節(jié)流閥控制其流量。過程控制原理

4、與工程圖7-8往復(fù)泵轉(zhuǎn)速控制方案過程控制原理與工程圖7-9往復(fù)泵旁路壓力控制系統(tǒng)過程控制原理與工程7.1.3壓縮機的控制(1)節(jié)流控制即在離心式壓縮機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)式壓縮機改變沖程等方法往復(fù)式壓縮機，目前多用于流量小、壓縮比較高的場合。過程控制原理與工程7.1.4離心式壓縮機的防喘振控制1.離心式壓縮機的特性曲線及喘振現(xiàn)象2.防喘振控制方案過程控制原理與工程1.離心式壓縮機的特性曲線及喘振現(xiàn)象圖7-10離心式壓縮機特性曲線過程控制原理與工程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)運行。圖7-11喘振極限值過程控制原理與工程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)或其他工藝過程能很好地進(jìn)行。2)在生產(chǎn)過程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。3)某些工藝過程需要改變物料的相態(tài)。4)回收熱量。過程控制原理與工程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換熱器串級控制系統(tǒng)過程控制原理與工程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程控制原理與工程1.控制載熱劑蒸汽的流量通

7、過改變加熱蒸汽量來穩(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時，可對蒸汽總管加設(shè)壓力定值控制，或者采用溫度與蒸汽流量(或壓力)的串級控制。但當(dāng)采用低壓蒸汽作為熱劑時，進(jìn)入加熱器的蒸汽一側(cè)會產(chǎn)生負(fù)壓，此時，冷凝液將不能連續(xù)排出，采用此方案應(yīng)注意。過程控制原理與工程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溫度與液位串級控制過程控制原理與工程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-液位串級控制過程控制原理與工程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.加熱爐的串級控制方案3.加熱爐安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)過程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案(1)擾動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，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程控制原理與工程1.加熱爐的單回路控制方案1)對爐出口溫度控制精度要求不太高；2)外來擾動緩慢而較小，且不頻繁；3)爐膛容量較小，即滯后不太大。過程控制原理與工程2.加熱爐的串級控制方案1)爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制；2)爐出口溫度對燃料油(或氣)流量的串級控制；3)爐出口溫度對燃料油(或氣)閥后壓力的串級控制；4)采用壓力平衡式控制閥(浮動閥)的控制。圖7-31爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制過程控制原理與工程2.加熱爐的串級控制方案(1)爐出口溫度對爐膛溫度的

11、串級控制該控制方案如圖7-31所示。1)熱負(fù)荷較大，而熱強度較小，即不允許爐膛溫度有較大波動，以免影響設(shè)備。2)當(dāng)主要擾動是燃料油或氣的熱值變化(即組分變化)時，其他串級控制方案的副回路無法感受。3)在同一個爐膛內(nèi)有兩組爐管，同時加熱兩種物料，此時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點，而且要反應(yīng)快，但選擇時較困難，特別對圓筒爐；過程控制原理與工程2.加熱爐的串級控制方案2)為了保護(hù)設(shè)備，爐膛溫度不應(yīng)有較大波動，所以在參數(shù)整定時，對于副控制器不應(yīng)整定得過于靈敏，且不加微分作用；3)由于爐膛溫度較高，測溫元件及其保護(hù)套管材料必須耐高溫。(2)爐出口溫度對燃料油(

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

13、。圖7-34采用浮動閥的控制方案過程控制原理與工程2.加熱爐的串級控制方案圖7-35浮動閥結(jié)構(gòu)示意圖過程控制原理與工程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)流量過低或中斷時，會將加熱爐管子燒壞，使其破裂，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。2)當(dāng)火焰熄滅時，會在燃燒室里形成危險性的燃料氣-空氣混合物。3)當(dāng)燃料氣壓力過低即流量過小時，會造成回火現(xiàn)象，故要保證最小燃料氣流量。4)當(dāng)燃料氣壓力過高時，會使噴嘴出現(xiàn)脫火現(xiàn)象，造成熄火。過程控制原理與工程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、料氣流量過低聯(lián)鎖報警系統(tǒng)F1S。3)工藝介質(zhì)流量過低聯(lián)鎖報警系統(tǒng)F2S。4)火焰檢測開關(guān)BS。過程控制原理與工程7.3鍋爐設(shè)備的控制過程控制原理與工程7.3.1概述鍋爐是石油、化工、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以作為風(fēng)機、壓縮機、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可以作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程的不斷強化，生產(chǎn)設(shè)備的不斷更新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，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)，對鍋爐設(shè)備的自動控制就顯得十分重要。過程控制原理與工程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)過程控制原理與工程1.汽包水位的動態(tài)特性1)給水流量對水位的影響，即控制通道的動態(tài)特性。圖7-38鍋爐汽水系統(tǒng)過程控制原理與工程1.汽包水位的動態(tài)特性圖7-39給水流量作用下過程控制原理與工程1.汽包水位的動態(tài)特性圖7-40蒸汽流量擾動作用下的水位響應(yīng)曲線過程控制原理與工程1.汽包水位的動態(tài)特性2)蒸汽負(fù)荷對水位的影響，即干擾通道的動態(tài)特性。3)鍋爐排污、吹灰等對水位也有影響。過程控制原理與工程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，將使控制器產(chǎn)生誤動作。2)控制作用不及時。3)不能及時克服給水量變化的干擾。過程控制原理與工程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)前饋補償，可現(xiàn)場湊試，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)閥的開閉形式、控制器正反作用及運算器符號決定1)閥的開閉形式選定。2)控制器的正、反作用。3)運算器符號。過程控制原理與工程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，因為水位上升與蒸汽流量增加時，要求控制閥的動作方向相反，所以一定是信號相減。過程控制原理與工程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的計算。3)I0的設(shè)置與雙沖量控制系統(tǒng)有所不同。(2)閥的開閉形式、控制器正反作用及運算器符號閥的開閉形式選定與雙沖量控制系統(tǒng)一樣。(3)運算器的符號I0的設(shè)置是為了在正常負(fù)荷下

18、抵消IC，所以I0前的符號永遠(yuǎn)是負(fù)號。過程控制原理與工程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、燒過程控制系統(tǒng)過程控制原理與工程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所示的是燃燒過程控制系統(tǒng)。1)蒸汽出口壓力對燃料流量串級控制系統(tǒng)；2)燃料流量與空氣流量的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；3)空氣量過少時自動減少燃料量的選擇性控制系統(tǒng)；4)蒸汽出口壓力降低時自動加大空氣量的前饋選擇性控制系統(tǒng)。過程控制原理與工程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所示的是一個典型的鍋爐燃燒過程的爐膛負(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)過程中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱過程。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。精餾過程的實質(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，實現(xiàn)組分的分離。過程控制原理與工程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、過程是復(fù)雜傳質(zhì)傳熱過程。過程控制原理與工程7.4.3精餾塔的干擾因素分析1.塔壓波動的影響2.進(jìn)料流量的波動3.進(jìn)料組分波動的影響4.進(jìn)料溫度波動的影響5.上升蒸汽速度和加熱量波動的影響6.回流量和冷劑量波動的影響過程控制原理與工程1.塔壓波動的影響一般精餾塔總是需要將塔壓保持恒定，這是因為塔的壓力與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，就會破壞原來的氣液平衡，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應(yīng)關(guān)系，否則就應(yīng)采

22、用溫差等其他變量，來作為質(zhì)量控制指標(biāo)。過程控制原理與工程2.進(jìn)料流量的波動進(jìn)料量的變化，會對塔的物料平衡有直接的影響，如果精餾塔位于整個精餾過程的起點，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傳質(zhì)是有利的。但是若上升速度超過液泛速度，則將破壞塔的正常操作，所以進(jìn)料量的增加是有限的。過程控制原理與工程3.進(jìn)料組分波動的影響進(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。過程控制原理與工程4.進(jìn)料溫度波動的影響進(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)料為沸點很高的混合物時，進(jìn)入塔前往往需要預(yù)熱，為了減少進(jìn)料溫度的波動，可設(shè)置進(jìn)料溫度自動控制。過程控制原理與工程5.上升蒸汽速度和加熱量波動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)定加熱量對塔的平穩(wěn)操作有很重要的意義，而熱載體壓力的波動將會引起加熱量的變化。因此要采用穩(wěn)定載熱體壓力或穩(wěn)定流量的自動控制。過程控制原理與工程6.回

24、流量和冷劑量波動的影響回流量減少，會使塔頂溫度增高，使塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，因此在正常操作時，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，將會引起冷劑量的變化，在用全回流的精餾塔中將直接造成回流量的波動，并會造成回流速度的波動。所以有的時候?qū)鋭┝恳矐?yīng)定值控制。過程控制原理與工程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，當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時，在鄰近塔頂或塔底的各板之間，溫度差已經(jīng)很小，這時，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，對溫度檢測儀表的靈敏度和控制精度都提出了很高的要求，但實際上卻很難滿足。解決這一問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，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。過程控制原理與工程2.溫差控制在精密精餾時，產(chǎn)品純度要求很高，而且塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點又相差不大時，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對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因為在精餾塔控制系統(tǒng)中雖設(shè)置了壓力定值控制，但壓力也總是會有些微小的波動，從而引起濃度的

26、變化。這對一般產(chǎn)品純度要求不太高的精餾塔是可以忽略不計的，但如果是精密精餾，產(chǎn)品純度要求很高，微小的壓力波動足以影響質(zhì)量，就不能再忽略了。也就是說，在精密精餾時，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)該考慮補償或消除壓力微小波動的影響。在選擇溫差信號時，如果塔頂采出量為主要產(chǎn)品，宜將一個檢測點放在塔頂(或稍下一些)，即溫度變化較小的位置；另一個檢測點放在靈敏板附近，即濃度和溫度變化較大的位置，然后取上述兩測點的溫度差T作為被控變量。這里，塔頂溫度實際上起參比作用，壓力變化對兩點溫度都有相同影響，相減之后其壓力波動的影響就幾乎抵消。過

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，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，可采用圖7-59所示的控制方案。過程控制原理與工程3.精餾塔的

30、塔壓控制圖7-58氣相采出時塔壓控制方案過程控制原理與工程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塔頂壓力的恒定要求不高時，可采用常壓精餾。過程控制原理與工程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，又要保證整個生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定進(jìn)行。所以要正確、合理地設(shè)計反應(yīng)器的控制方案。過程控制原理與工程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)入危險區(qū)域或不正常工況，為此，應(yīng)當(dāng)配置一些報警、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控制系統(tǒng)過程控制原理與工

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控制反應(yīng)器溫度，它的機理從絕熱反應(yīng)器的熱量平衡關(guān)系可以得知，在進(jìn)料溫度不變時，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。過程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制7Z61.TIF過程控制原理與工程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程控制原理與工程1.絕熱反應(yīng)器的控制(3)通過改變負(fù)荷來控制反應(yīng)溫度它的機理是隨著負(fù)荷

33、的增大，物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間減少，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。(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)器的串級控制過程控制原理與工程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，因其滯后時間較大，控制質(zhì)量難以滿足工藝的要求，采用串級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控制系統(tǒng)。過程控制原理與工程7.6煉油工業(yè)生產(chǎn)過程控制煉油工業(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)著為社會提供燃動能源的重任，大約全世界總能源需求的40依賴于石油產(chǎn)品。汽車、飛機、輪船等交通運輸器械使用的燃料幾乎全部是石油產(chǎn)品，有機化工原料主要也是來源于石油煉制工業(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)過各種加工過程，煉制成多種在質(zhì)量上符合要求的石油產(chǎn)品，如各種牌號的汽油、煤油、柴油、潤滑油、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、潤滑油和其他產(chǎn)品，需要通過一系列的，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，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程控制原理與工程7.6.2常減壓生產(chǎn)過程控制1.常減壓蒸餾工藝流程簡介2.常減壓蒸餾控制方案過程控制原理與工程1.常減壓蒸餾工藝流程簡介圖7-69常減壓蒸餾裝置工藝流程過程控制原理與工程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，常采用我們在第6章討論的加熱爐串級控制方案，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控制系統(tǒng)。圖7-70原油蒸餾裝置控制過程控制原理與工程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，要對它的真空度進(jìn)行控制。過程控制原理與工程7.6.3催化裂化生產(chǎn)過程控制1.工藝流程簡述2.催化裂化裝置反應(yīng)再生