第九章典型過程單元控制

1、第九章 典型過程單元控制 n1 流體輸送設備的控制方案n2. 傳熱設備的自動控制n3 油田集輸站監(jiān)控系統(tǒng)設計n4 天然氣城市門站監(jiān)控系統(tǒng)設計9.1流體輸送設備的控制方案 一、流體輸送設備一、流體輸送設備 泵是液體的輸送設備，壓縮機則是氣體的輸送設備。 它們的基本任務是輸送流體和提高流體的壓頭。 對它們的控制任務: 在連續(xù)性化工生產(chǎn)過程中，在油氣輸送過程中，除了某些特殊情況，如泵的啟停、壓縮機的程序控制和信號聯(lián)鎖程序控制和信號聯(lián)鎖外，對流體輸送設備的控制，多數(shù)是屬于流量或壓力的控制流量或壓力的控制，如定值控制、比值控制及以流量作為副變量的串級控制等。 還有為保護輸送設備不致?lián)p壞的一些保護性控制保

2、護性控制方案，如離心式壓縮機的“防喘振”控制方案。二、離心泵的控制方案二、離心泵的控制方案 離心泵流量控制的目的是要將泵的排出流量恒定于某一給定的數(shù)值上。 離心泵流量控制常用三種方法。 1. 控制泵的出口閥門開度控制泵的出口閥門開度 原理:在一定轉速下，離心泵的排出流量Q與泵產(chǎn)生的壓頭H有一定的對應關系,改變出口閥門的開啟度就是改變管路上的阻力， 即:使得H變化,Q變化。缺點: 總的機械效率低，持別是控制閥開度較小時，閥上壓降較大，不經(jīng)濟。 優(yōu)點:簡單易行、應用廣泛 二、離心泵的控制方案二、離心泵的控制方案2控制泵的轉速控制泵的轉速 原理:當泵的轉速改變時，泵的流量特性曲線會發(fā)生改變,如圖。優(yōu)

3、點:最為經(jīng)濟，機械效率較高;缺點:調速機構一般較復雜；應用：蒸汽透平驅動離心泵的場合，控制蒸汽量即可控制轉速。 變頻調速電機驅動離心泵二、離心泵的控制方案二、離心泵的控制方案 3控制泵的出口旁路控制泵的出口旁路 原理:將泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改變旁路閥開啟度的方法來控制泵的實際排出量。優(yōu)點:流量控制平穩(wěn)，實現(xiàn)簡單;缺點:旁路閥消耗一部分高壓流 體能量，使總的機械效率降低 ；應用：流量控制要求嚴格的場合二、離心泵的控制方案二、離心泵的控制方案 4. 泵控泵技術泵控泵技術 原理1:串聯(lián)變頻調速小泵改變大泵入口壓力，控制大泵出口流量/壓力。 原理2:并聯(lián)變頻調速小泵，直接改變大泵出口流

4、量/壓力。 三、往復泵的控制方案三、往復泵的控制方案 往復泵也是常見的流體輸送機械，多用于流量較小、壓頭要求較高的場合，它是利用活塞在氣缸中往復滑行來輸送流體的 。 往復泵提供的理論流量可按下式計算：式中 n每分鐘的住復次數(shù)； F氣缸的截面積，m2； S活塞沖程，m?？刂圃恚?改變n、F、s來控制流量。 )/( 603hmnFsQi三、往復泵的控制方案三、往復泵的控制方案1改變原動機的轉速改變原動機的轉速 2控制泵的出口旁路控制泵的出口旁路3改變沖程改變沖程s：沖程s的調整可在停泵時進行，也有可在運轉狀態(tài)下進行的。 需要注意：需要注意：往復泵的出口管道上不允許安裝控制往復泵的出口管道上不允許

5、安裝控制閥，這是因為往復泵活塞每往返一次，總有一定體閥，這是因為往復泵活塞每往返一次，總有一定體積的流體排出。當在出口管線上節(jié)流時，壓頭積的流體排出。當在出口管線上節(jié)流時，壓頭H會會大幅度增加。大幅度增加。往復泵的前兩種控制方案，原則上亦適用于其他位移式的泵，如齒輪泵等。 四、壓氣機的控制方案四、壓氣機的控制方案 n1. 控制出口閥門開度控制出口閥門開度 對于低壓的離心式鼓風機，一般可在其出口直接用控制閥控制流量。由于管徑較大，執(zhí)行器可采用蝶閥。 其余情況下，為了防止出口壓力過高，通常在入口端控制流量。因為氣體的可壓縮性，這種方案對于往復式壓縮機也適用。 2控制旁路流量控制旁路流量 它和泵的控

6、制方案相同。它和泵的控制方案相同。但但對對于壓縮比很高的多段壓縮機，從出口直接旁路回到入口時；因于壓縮比很高的多段壓縮機，從出口直接旁路回到入口時；因為控制閥前后壓差太大，功率損耗太大。為此可在中間某段安為控制閥前后壓差太大，功率損耗太大。為此可在中間某段安裝控制閥，使其回到入口端。裝控制閥，使其回到入口端。 3調節(jié)轉速調節(jié)轉速 典型如變頻調速。 五、五、 離心式壓縮機的防喘振控制離心式壓縮機的防喘振控制 1. 離心式壓縮機的喘振現(xiàn)象離心式壓縮機的喘振現(xiàn)象 壓縮機的出口與入口的絕對壓力之比p2/p1與進口體積流量Q之間的關系曲線 如圖。 由圖可見，對應于不同轉速n的每一條p2/p1Q曲線，都有

7、一個最高點。此點之右，降低壓縮比p2/p1會使流量增大。此點之左，降低壓縮比，反而使流量減少這樣的對象是不穩(wěn)定的，這時，如果因干擾作用使出口管網(wǎng)的壓力下降時，壓縮機不但不增加輸出流量，反而減少排出量，致使管網(wǎng)壓力進一步下降，因此，離心式壓縮機特件曲線的最高點是壓縮機能否穩(wěn)定操作的分界點。1. 離心式壓縮機的喘振現(xiàn)象離心式壓縮機的喘振現(xiàn)象 對于離心式壓縮機，若由于壓縮機對于離心式壓縮機，若由于壓縮機的負荷的負荷(即流量即流量)減少，使工作點進入減少，使工作點進入不穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)定區(qū)(極限曲線之左）極限曲線之左） ，將會出，將會出現(xiàn)一種危害極大的現(xiàn)一種危害極大的“喘振喘振”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。示意如圖。示意如

8、圖。 從從A點點 負荷減小負荷減小 沿沿 ABC運動到運動到B點點 出口壓力減小，出口壓力小出口壓力減小，出口壓力小于管網(wǎng)壓力，氣體導流于管網(wǎng)壓力，氣體導流到達到達C點，點，壓縮機繼續(xù)工作，壓縮，向管網(wǎng)壓縮機繼續(xù)工作，壓縮，向管網(wǎng)排出氣體，排出氣體， 迅速到達迅速到達D點。點。 D、A、B、C D、A、B、C 。 DABCP2/P1QBQn工作點反復迅速突變，好像工作點在“飛動”。 管網(wǎng) “哮喘” 。 2防喘振控制方案防喘振控制方案 由上可知，離心式壓縮機產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是由于負荷降低，排氣量小于極限值QB而引起的，只要使壓縮機的吸氣量大于或等于在該工況下的極限排氣量即可防止喘振。 (1

9、) 固定極限流量法 (2) 可變極限流量法 9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制 一、兩側均無相變化的換熱器控制方案一、兩側均無相變化的換熱器控制方案 1. 控制載熱體的流量控制載熱體的流量 改變裁熱體流量是應用最為普通的控制方案，多適用于載熱體流量的變化對溫度影響較靈敏的場合。 如果裁熱體本身壓力不穩(wěn)定，可另設穩(wěn)壓系統(tǒng)，或者采用以溫度為主變量、流量為副變量的串級控制系統(tǒng) 。9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制 2控制載熱體旁路流量控制載熱體旁路流量 當載熱體是工藝流體、其流量不允許變動時，可采用三通控制閥來改變進入換熱器的載熱體流量與旁路流量的比例，這樣既可以改變進入換熱器的

10、載熱體流量，又可以保證裁熱體總流量不受影響。 9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制n 3控制被加熱流體自身流量控制被加熱流體自身流量只能用在工藝介質的流量允許變化的場合 。n4控制被加熱流體自身流量的旁路控制被加熱流體自身流量的旁路9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制n二、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制二、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制 利用蒸汽冷凝來加熱介質的加熱器，在石油、化工中十分常見。在蒸汽加熱器中，蒸汽冷凝由汽相變?yōu)橐合?，放出熱量，通過管壁加熱工藝介質。如果要求加熱到200以上或30以下時，常采用一些有機化合物作為載熱體。 1控制蒸汽流量控制蒸汽流量 9.2 傳熱設備

11、的自動控制傳熱設備的自動控制n2控制換熱器的有效換熱面積控制換熱器的有效換熱面積 u較有效的辦法為采用串級控制方案。串級控制有兩種方案。 圖1123為溫度與凝液的液位串級控制， 圖1124為溫度與蒸汽流量的串級控制。 由于串級控制系統(tǒng)克服了進入副回路的主要干擾，改善了對象特性、因而提高了控制品質。9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制n 三、用冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制三、用冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制 1控制冷卻劑的流量控制冷卻劑的流量 2溫度與液位的串級控制溫度與液位的串級控制3控制汽化壓力控制汽化壓力預習安排9.3 油油田集輸站監(jiān)控系統(tǒng)設計田集輸站監(jiān)控系統(tǒng)設計 查閱查閱油油田

12、集輸站資料田集輸站資料 ；9.4 天然氣城市門站監(jiān)控天然氣城市門站監(jiān)控 查閱查閱油油田集輸站資料田集輸站資料 。作業(yè)Page 251 1,2,3,4,5,81 流體輸送設備的控制方案2 傳熱設備的自動控制n3 油田集輸站監(jiān)控系統(tǒng)油田集輸站監(jiān)控系統(tǒng)n4 天然氣城市門站監(jiān)控系統(tǒng)天然氣城市門站監(jiān)控系統(tǒng)第九章第九章 典型過程單元控制典型過程單元控制復習一、流體輸送設備一、流體輸送設備二、離心泵的控制方案二、離心泵的控制方案v1. 控制泵的出口閥門開度控制泵的出口閥門開度v2控制泵的轉速控制泵的轉速v3控制泵的出口旁路控制泵的出口旁路v4. 泵控泵技術泵控泵技術三、往復泵的控制方案三、往復泵的控制方案四

13、、壓氣機的控制方案四、壓氣機的控制方案9.1流體輸送設備的控制方案流體輸送設備的控制方案一、兩側均無相變化的換熱器控制方案一、兩側均無相變化的換熱器控制方案v1. 控制載熱體的流量控制載熱體的流量v2控制載熱體旁路流量控制載熱體旁路流量v3控制被加熱流體自身流量控制被加熱流體自身流量v4控制被加熱流體自身流量的旁路控制被加熱流體自身流量的旁路二、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制二、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制三、用冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制三、用冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制 9.2 傳熱設備的自動控制傳熱設備的自動控制控制原理 9.3 油油田集輸站監(jiān)控田集輸站監(jiān)控一、一、 原油集輸站的功

14、能和作用原油集輸站的功能和作用1. 匯集附近各采油井匯集附近各采油井/計量站來油計量站來油2. 脫砂、脫氣、脫水脫砂、脫氣、脫水 3. 儲存原油儲存原油4. 原油加壓外輸原油加壓外輸 來油匯集與計量長慶油田某集輸站 來油匯集與計量 定邊鉆采公司某站油氣水砂四相分離長慶油田某集輸站 長慶油田某集輸站 水罐原油罐區(qū)與外輸泵房長慶油田某集輸站 二、二、 原油集輸站工藝原理原油集輸站工藝原理油井三、三、 被控變量選擇被控變量選擇1、被控變量選擇原則回顧：7.2 簡單控制系統(tǒng)設計簡單控制系統(tǒng)設計 v工藝過程的工藝過程的重要參數(shù)重要參數(shù)；v需要經(jīng)常調節(jié)的參數(shù)需要經(jīng)常調節(jié)的參數(shù)；v直接指標直接指標參數(shù)，參數(shù)

15、，v方便檢測方便檢測，并有足夠的靈敏度；，并有足夠的靈敏度；v適當考慮系統(tǒng)測控代價；適當考慮系統(tǒng)測控代價；v獨立可控獨立可控的的。三、三、 被控變量選擇被控變量選擇2、 原油外輸流量（壓力） 選擇理由：重要參數(shù)重要參數(shù)，能力標志，結算依據(jù)，能力標志，結算依據(jù)3、原油外輸溫度 選擇理由：重要參數(shù)重要參數(shù)，能耗優(yōu)化，能耗優(yōu)化 4、其它監(jiān)測變量、其它監(jiān)測變量v 入口流量入口流量v 儲罐液位儲罐液位 等等對牛頓流體，粘度只與溫度有關。溫度越高，管輸阻力越小，功耗越?。坏珳囟仍礁?，管道熱量損失越大。故需要優(yōu)化控制。四、四、 控制方案控制方案1、 原油外輸流量（壓力）控制原油外輸流量（壓力）控制控制方案：

16、流量（壓力）測量 流量（壓力）控制器 （PI或PID控制規(guī)律） 變頻調速電機 給定值x測量值-z變送器 FTep調節(jié)作用變頻電機q被控流量y干擾作用f外輸泵對象控制器FIC控制器輸出原油外輸流量（壓力）控制系統(tǒng)方框圖原油外輸流量（壓力）控制系統(tǒng)方框圖四、四、 控制方案控制方案2、 原油外輸溫度控制原油外輸溫度控制控制方案：溫度測量 溫度控制器 （PID控制規(guī)律） 天然氣入口控制閥 設定值溫度控制器出口溫度測量 燃料控制閥干擾被控量加熱爐原油外輸溫度控制系統(tǒng)方框圖原油外輸溫度控制系統(tǒng)方框圖原油集輸站的監(jiān)測與控制原油集輸站的監(jiān)測與控制油井五、檢測/控制設備選擇 1. 原油入口流量測量 a. 選擇：

17、超聲波流速測量儀、差壓法測量 原因：入口原油含砂、氣 b. 專用計量罐 缺點：斷續(xù)型檢測 2. 原油出口流量測量 選擇：羅茨流量計 原因：交接計量，高精度五、檢測五、檢測/控制設備選擇控制設備選擇3. 儲罐液位儲罐液位 選選：浮筒/浮子/差壓式液位計4. 溫度測量溫度測量 選選：熱電阻/熱電偶溫度變送器5. 壓力測量壓力測量 選選：壓力變送器6. 天然氣天然氣/伴生氣流量伴生氣流量 選：差壓流量計7. 燃氣流量控制閥燃氣流量控制閥 選：防爆式電動控制閥 理由：節(jié)能；閥少，但供氣系統(tǒng)復雜 8. 控制系統(tǒng)設備控制系統(tǒng)設備 選擇：工業(yè)控制計算機 或小型PLC系統(tǒng) 原因： 控制回路少，測量點較少。9、

18、原油密度測量10、油水界面測量五、檢測五、檢測/控制設備選擇控制設備選擇ghghPhhH221121122121)(hHhggHPh采用浮子/浮筒液位計測量總液位H；采用差壓變送器測量壓差，計算得水位和油位。設水的密度為 ，油的密度為 ，均為已知常量。12 設原油液位h，原油密度為 ；均為待測變量。采用浮子/浮筒液位計測量原油液位h；采用差壓變送器測量壓差，計算得原油密度。 hgPghP9.4 天然氣城市門站監(jiān)控天然氣城市門站監(jiān)控一、天然氣城市門站的功能和作用一、天然氣城市門站的功能和作用1. 接受高壓天然氣管道接受高壓天然氣管道/LNG站來氣站來氣2. 調節(jié)壓力調節(jié)壓力3. 民用天然氣加臭劑民用天然氣加臭劑(四氫噻酚四氫噻酚S4H8S) 4. 用氣量計量用氣量計量 5. 天然氣送各小區(qū)天然氣送各小區(qū)/大用戶大用戶 克拉瑪依天然氣門站撬裝式城市門站西氣東輸上海鶴鎮(zhèn)分輸站二、天然氣城市門站工藝流程二、天然氣城市門站工藝流程三、監(jiān)測變量選擇三、監(jiān)測變量選擇1、 天然氣外輸壓力 選擇理由：重要參數(shù)重要參數(shù)，控制指標，控制指標2、天然氣、天然氣外輸流量 選擇理由：重要參數(shù)重要參數(shù)，計量、結算依據(jù)，計量、結算依據(jù)3、其它監(jiān)測變量、其它監(jiān)測變量v 入口流量、溫度入口流量、溫度v 出口壓力、溫度出口壓力、溫度 （氣體溫壓