第9章 典型化工生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)

1、第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 一、傳熱設(shè)備的控制一、傳熱設(shè)備的控制1、概述、概述根據(jù)工藝要求，溫度的變化與控制需要傳熱過程，根據(jù)工藝要求，溫度的變化與控制需要傳熱過程，是工業(yè)生產(chǎn)過程極其重要的組成部分。是工業(yè)生產(chǎn)過程極其重要的組成部分。1）傳熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型）傳熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型定義定義：實(shí)現(xiàn)冷熱流體換熱的設(shè)備。：實(shí)現(xiàn)冷熱流體換熱的設(shè)備。分類分類：直接、間接：直接、間接間壁式傳熱間壁式傳熱：列管式、蛇管式、夾套式、套管式：列管式、蛇管式、夾套式、套管式第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控

2、制系統(tǒng)統(tǒng) 2）熱量傳遞的三種方式熱量傳遞的三種方式溫度差是傳熱的的推動(dòng)力。溫度差是傳熱的的推動(dòng)力。（1）熱傳導(dǎo)）熱傳導(dǎo)傅里葉定律傅里葉定律：單位時(shí)間內(nèi)出傳到的熱量與溫度梯度：單位時(shí)間內(nèi)出傳到的熱量與溫度梯度和垂直于熱流體方向的截面積成正比。和垂直于熱流體方向的截面積成正比。在單位時(shí)間內(nèi)通過單層平壁傳導(dǎo)的熱量與導(dǎo)熱系數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)通過單層平壁傳導(dǎo)的熱量與導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱面積和平壁兩側(cè)的溫差成正比，而與平壁的厚度、傳熱面積和平壁兩側(cè)的溫差成正比，而與平壁的厚度成反比。成反比。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （2）對流傳熱）對流傳熱常見于流體與固體壁之間的傳熱，傳熱的速率

3、與流常見于流體與固體壁之間的傳熱，傳熱的速率與流體性質(zhì)及流動(dòng)邊界的狀況密切的相關(guān)。體性質(zhì)及流動(dòng)邊界的狀況密切的相關(guān)。傳熱膜系數(shù)傳熱膜系數(shù)是對流傳熱的主要參數(shù)，對其影響因素是對流傳熱的主要參數(shù)，對其影響因素有：流體的種類、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀況以及流體對流的狀況有：流體的種類、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀況以及流體對流的狀況。一般來講，蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)較大，液體的傳熱一般來講，蒸汽冷凝傳熱膜系數(shù)較大，液體的傳熱膜系數(shù)較小，而氣體的傳熱膜系數(shù)最小。因此，在蒸汽膜系數(shù)較小，而氣體的傳熱膜系數(shù)最小。因此，在蒸汽加熱器中必須注意冷凝水與蒸汽中不凝氣體的排除問題加熱器中必須注意冷凝水與蒸汽中不凝氣體的排除問題。第第9章章 典型

4、工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （3）熱輻射）熱輻射熱輻射熱輻射：熱能以電磁波的形式向空間發(fā)射，到達(dá)另一物體：熱能以電磁波的形式向空間發(fā)射，到達(dá)另一物體被部分吸收又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。被部分吸收又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在熱量傳遞過程中伴有能量形式的轉(zhuǎn)化，與導(dǎo)熱和在熱量傳遞過程中伴有能量形式的轉(zhuǎn)化，與導(dǎo)熱和對流傳熱的差異在于不需要任何介質(zhì)進(jìn)行傳遞。對流傳熱的差異在于不需要任何介質(zhì)進(jìn)行傳遞。工業(yè)上的兩固體之間的相互熱輻射，當(dāng)一固體發(fā)射工業(yè)上的兩固體之間的相互熱輻射，當(dāng)一固體發(fā)射熱，另一固體只能部分吸收并部分反射，多次吸收和反熱，另一固體只能部分吸收并部分反射，多次吸收和反射的過程，使得熱從高溫傳向低溫

5、物體。射的過程，使得熱從高溫傳向低溫物體。凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置以及物凈傳熱量與兩物體的溫度、形狀、相對位置以及物體本身的性質(zhì)有關(guān)。體本身的性質(zhì)有關(guān)。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 在實(shí)際進(jìn)行的傳熱過程中，很少是以一種傳熱方式在實(shí)際進(jìn)行的傳熱過程中，很少是以一種傳熱方式單獨(dú)進(jìn)行，而是由兩種或三種方式綜合而成。單獨(dú)進(jìn)行，而是由兩種或三種方式綜合而成。例如例如 間壁式傳熱：對流或熱傳導(dǎo)間壁式傳熱：對流或熱傳導(dǎo) 管式加熱爐：輻射室以輻射傳熱為主，對流室以對流管式加熱爐：輻射室以輻射傳熱為主，對流室以對流為主。為主。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工

6、業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 3）傳熱設(shè)備的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)）傳熱設(shè)備的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)（1）傳熱設(shè)備的）傳熱設(shè)備的分布參數(shù)分布參數(shù)特征特征對象的輸出（被控變量）不僅與時(shí)間有關(guān)，而且是物理位置對象的輸出（被控變量）不僅與時(shí)間有關(guān)，而且是物理位置的函數(shù)。的函數(shù)。分布參數(shù)的分類：分布參數(shù)的分類：A、傳熱壁面兩側(cè)流體都無相變地進(jìn)行傳熱傳熱壁面兩側(cè)流體都無相變地進(jìn)行傳熱，且兩側(cè)流體都沒有軸向，且兩側(cè)流體都沒有軸向混合時(shí)，兩側(cè)的溫度將是距離和時(shí)間的函數(shù)，也就是說，兩側(cè)都混合時(shí)，兩側(cè)的溫度將是距離和時(shí)間的函數(shù)，也就是說，兩側(cè)都是分布參數(shù)對象，列管式、套管式換熱器均屬于此類。是分布參數(shù)對象，列管式、套管式換熱器均屬于此類。B、兩側(cè)

7、物流在傳熱過程中都有相變兩側(cè)物流在傳熱過程中都有相變，兩側(cè)的溫度可近似為集中參數(shù)，兩側(cè)的溫度可近似為集中參數(shù)，流體溫度取決于所處的壓力，而不是傳熱量。，流體溫度取決于所處的壓力，而不是傳熱量。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) C、一側(cè)物流有相變一側(cè)物流有相變，則相變側(cè)為集中參數(shù)，另一側(cè)視為混合情況而，則相變側(cè)為集中參數(shù)，另一側(cè)視為混合情況而定。定。不少傳熱對象具有分布參數(shù)對象，遇到分布參數(shù)時(shí)須用偏微不少傳熱對象具有分布參數(shù)對象，遇到分布參數(shù)時(shí)須用偏微分方程來表示，但處理起來比較麻煩，此時(shí)也可用集中參數(shù)特性分方程來表示，但處理起來比較麻煩，此時(shí)也可用集中參數(shù)特性來近似

8、，如可將進(jìn)出口溫度平均值作為流體溫度來看待（簡單，來近似，如可將進(jìn)出口溫度平均值作為流體溫度來看待（簡單，精度差）。精度差）。（2）純滯后純滯后及滯后（時(shí)間常數(shù)）較大及滯后（時(shí)間常數(shù)）較大工藝要求傳熱過程物質(zhì)不接觸，無物質(zhì)交換，所以采用間壁工藝要求傳熱過程物質(zhì)不接觸，無物質(zhì)交換，所以采用間壁式換熱器。傳熱的過程屬于多容對象，帶有較大的滯后，可近似式換熱器。傳熱的過程屬于多容對象，帶有較大的滯后，可近似認(rèn)為是認(rèn)為是具有純滯后的多容對象具有純滯后的多容對象。測溫元件測溫元件的滯后，其的滯后，其保護(hù)套保護(hù)套的滯后，給傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制的滯后，給傳熱設(shè)備的自動(dòng)控制增加了滯后時(shí)間。增加了滯后時(shí)間。第第9

9、章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 二、換熱器的控制二、換熱器的控制換熱的目的換熱的目的有以下有以下4種：種： 使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行；使工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度使生產(chǎn)過程正常進(jìn)行； 如：重油催化裂化原料油預(yù)熱，要求溫度在如：重油催化裂化原料油預(yù)熱，要求溫度在 160220之間。之間。 在過程進(jìn)行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量；在過程進(jìn)行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量； 如：催化裂化再生器溫度控制。如：催化裂化再生器溫度控制。 在工藝過程中改變物料狀態(tài)；在工藝過程中改變物料狀態(tài)； 如：常減壓裝置加熱爐。如：常減壓裝置加熱爐。 熱量回收。熱量回收。 如：

10、分餾塔塔底換熱器。如：分餾塔塔底換熱器。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 為了保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對傳熱為了保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。有以下幾個(gè)途徑：量進(jìn)行調(diào)節(jié)。有以下幾個(gè)途徑： 調(diào)載熱體的流量調(diào)載熱體的流量目的目的：改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)和平均溫差。改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)和平均溫差。 載熱體在傳熱過程中不發(fā)生相變，主要改變傳熱系數(shù)；載熱體在傳熱過程中不發(fā)生相變，主要改變傳熱系數(shù)； 載熱體在傳熱過程中發(fā)生相變，主要改變平均溫差。載熱體在傳熱過程中發(fā)生相變，主要改變平均溫差。TC101TT101方案一

11、凝液蒸汽TC第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 特點(diǎn)：方案簡單、適用于載熱體上游壓力平穩(wěn)及負(fù)荷變化小特點(diǎn)：方案簡單、適用于載熱體上游壓力平穩(wěn)及負(fù)荷變化小的場合。的場合。 載熱體上游壓力不平穩(wěn)時(shí)，采用溫度與流量的串級控制載熱體上游壓力不平穩(wěn)時(shí)，采用溫度與流量的串級控制（方案二） 當(dāng)主要擾動(dòng)為負(fù)荷、且對出口溫度控制要求高，采用前饋當(dāng)主要擾動(dòng)為負(fù)荷、且對出口溫度控制要求高，采用前饋-反反饋控制饋控制（方案三）FC101TC101FT101TT101方案二TC101FT101TT101方案三)(sGff第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 調(diào)節(jié)傳熱平均

12、溫度差調(diào)節(jié)傳熱平均溫度差 注意：氣氨出口調(diào)節(jié)閥的作用注意：氣氨出口調(diào)節(jié)閥的作用閥開度變化時(shí)，汽化溫度的變化改變了閥開度變化時(shí)，汽化溫度的變化改變了傳熱平均溫差。傳熱平均溫差。液位控制回路的目的：液位控制回路的目的：維持液位不超限，維持液位不超限，保證足夠的蒸發(fā)空間。保證足夠的蒸發(fā)空間。特點(diǎn)：滯后小，反應(yīng)迅速。特點(diǎn)：滯后小，反應(yīng)迅速。TCLC氨氣液氨第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 調(diào)節(jié)傳熱面積調(diào)節(jié)傳熱面積當(dāng)當(dāng) 不變時(shí)，改變不變時(shí)，改變A 可以改變傳熱量?？梢愿淖儌鳠崃?。調(diào)節(jié)閥的安裝位置和作用：調(diào)節(jié)閥的安裝位置和作用：位置：出口位置：出口(冷凝液冷凝液)管線上管線上作

13、用：開度變化，液位變化，面積變化作用：開度變化，液位變化，面積變化缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：冷凝液液位影響傳熱面積，變化冷凝液液位影響傳熱面積，變化緩慢，是一滯后的過程，調(diào)節(jié)不及時(shí)，不利于緩慢，是一滯后的過程，調(diào)節(jié)不及時(shí)，不利于控制器參數(shù)整定，控制器參數(shù)整定， 影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。適用場合：適用于傳熱量小、被控溫度適用場合：適用于傳熱量小、被控溫度 較低的較低的場合場合為改善對象特性，我們可以利用串級為改善對象特性，我們可以利用串級 控制系控制系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)串級控制方案。（如右下圖統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)串級控制方案。（如右下圖所示）所示）mTAqTC101TT101蒸汽冷凝TC101TT101蒸汽冷凝LT10

14、1LC101mT、第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 采用旁路控制采用旁路控制部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱器，另一部分走旁部分工藝介質(zhì)經(jīng)換熱器，另一部分走旁路。路。特點(diǎn)特點(diǎn)：反應(yīng)迅速及時(shí)，該方案不適用于：反應(yīng)迅速及時(shí)，該方案不適用于介質(zhì)流量較大的場合，適合于能量回介質(zhì)流量較大的場合，適合于能量回收系統(tǒng)。收系統(tǒng)。采用一般直通閥，設(shè)計(jì)時(shí)旁路流量占總采用一般直通閥，設(shè)計(jì)時(shí)旁路流量占總流量的流量的1030%。閥位控制系統(tǒng)閥位控制系統(tǒng)（如右下圖所示）（如右下圖所示）旁通量動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快、控制及時(shí)，存在旁通量動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快、控制及時(shí)，存在能量浪費(fèi)。能量浪費(fèi)。旁路流量響應(yīng)較快，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)旁

15、路流量響應(yīng)較快，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，品質(zhì)，VPC的特點(diǎn)是作用緩慢，逐漸的特點(diǎn)是作用緩慢，逐漸改變載熱體閥的開度。最終的目標(biāo)使改變載熱體閥的開度。最終的目標(biāo)使旁路閥開度最小。旁路閥開度最小。TC101TT101TC101VPCSP出口溫度BVTT101AV第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 三、三、加熱爐的控制加熱爐的控制加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設(shè)備之加熱爐是石油化工生產(chǎn)過程的主要設(shè)備之一。一。作用：作用：工藝介質(zhì)的升溫或氣化工藝介質(zhì)的升溫或氣化結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式：箱式爐、立式爐、圓筒爐箱式爐、立式爐、圓筒爐工作原理：工作原理：燃料燃料(油油)分幾路分幾路(霧化

16、噴嘴霧化噴嘴)進(jìn)入進(jìn)入爐膛燃燒，爐膛火焰輻射給爐管，爐管爐膛燃燒，爐膛火焰輻射給爐管，爐管經(jīng)熱傳導(dǎo)和對流再傳熱給工藝介質(zhì)。經(jīng)熱傳導(dǎo)和對流再傳熱給工藝介質(zhì)。 對象特點(diǎn)：對象特點(diǎn)：爐膛熱容量大、時(shí)間常數(shù)大、爐膛熱容量大、時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長；屬多容過程；可用一階加滯后時(shí)間長；屬多容過程；可用一階加純滯后環(huán)節(jié)近似描述；理論分析比較困純滯后環(huán)節(jié)近似描述；理論分析比較困難。難。操作特點(diǎn)：操作特點(diǎn)：溫度過高使?fàn)t管內(nèi)物料可能分溫度過高使?fàn)t管內(nèi)物料可能分解、結(jié)焦，因此，嚴(yán)格控制加熱爐出口解、結(jié)焦，因此，嚴(yán)格控制加熱爐出口溫度。溫度。 TT101燃料工藝介質(zhì)FCTCPCPC回油燃料油霧化蒸汽工藝介質(zhì)第第9章章

17、 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 1、加熱爐的單回路控制、加熱爐的單回路控制1）擾動(dòng)分析）擾動(dòng)分析主要控制指標(biāo)：主要控制指標(biāo)：工藝介質(zhì)的出口溫度。工藝介質(zhì)的出口溫度。操作手段：操作手段：燃料油或燃料氣的流量。燃料油或燃料氣的流量。干擾因素：干擾因素：負(fù)荷量、進(jìn)料溫度、組分；燃料負(fù)荷量、進(jìn)料溫度、組分；燃料油油(氣氣)壓力、性質(zhì)、霧化狀況；空氣量，壓力、性質(zhì)、霧化狀況；空氣量，噴嘴阻力等。噴嘴阻力等。2） 控制回路控制回路 主要控制系統(tǒng)：主要控制系統(tǒng)：出口溫度控制。出口溫度控制。 輔助控制系統(tǒng)：輔助控制系統(tǒng)： 工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)；工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)；FC控制控制 燃料壓

18、力控制系統(tǒng)；燃料壓力控制系統(tǒng)；P1C控制控制 燃料油霧化蒸汽壓力控制。燃料油霧化蒸汽壓力控制。P2C控制控制 燃料油流量較平穩(wěn)時(shí)，、兩個(gè)回燃料油流量較平穩(wěn)時(shí)，、兩個(gè)回路即可滿足工藝要求。路即可滿足工藝要求。燃料工藝介質(zhì)FCTCPCPC回油燃料油霧化蒸汽工藝介質(zhì)第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 流量波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能保證良好霧流量波動(dòng)較大時(shí)，單回路不能保證良好霧化，可采用右下圖兩方案：化，可采用右下圖兩方案： 用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來用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；調(diào)節(jié)霧化蒸汽； 燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制燃料油閥后壓力與霧

19、化蒸汽壓力比值控制。（前提條件：管道應(yīng)暢通）此外，還可。（前提條件：管道應(yīng)暢通）此外，還可采用流量比值控制。采用流量比值控制。由于加熱爐負(fù)荷大、時(shí)間常數(shù)和滯后由于加熱爐負(fù)荷大、時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間較大，故單回路控制很難滿足要求，時(shí)間較大，故單回路控制很難滿足要求，爐出口溫度波動(dòng)較大。爐出口溫度波動(dòng)較大。PDT101PDC101至噴嘴燃料油霧 化 蒸 汽PT101PC102PT102K燃料油至噴嘴霧 化 蒸 汽第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 單回路控制適用場合單回路控制適用場合 對爐出口溫度要求不高的場合；對爐出口溫度要求不高的場合； 干擾較小，且不頻繁的場合；干擾較

20、小，且不頻繁的場合； 爐膛容量較小，滯后小的場合。爐膛容量較小，滯后小的場合。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 2、加熱爐的串級控制、加熱爐的串級控制爐子出口溫度對爐膛溫度的串級控制；爐子出口溫度對爐膛溫度的串級控制；爐子出口溫度對燃料流量的串級控制；爐子出口溫度對燃料流量的串級控制；爐出口溫度對燃料閥后壓力的串級控制；爐出口溫度對燃料閥后壓力的串級控制；采用壓力平衡式控制閥的控制。采用壓力平衡式控制閥的控制。 爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制TCTC燃料油進(jìn)料出料干擾（燃料壓力、性質(zhì)等）先影響爐膛溫度，繼而影響爐出口溫度，故爐干擾（燃料

21、壓力、性質(zhì)等）先影響爐膛溫度，繼而影響爐出口溫度，故爐膛溫度比出口溫度滯后小。膛溫度比出口溫度滯后小。用副回路來克服干擾，減小對出口溫度的影響。用副回路來克服干擾，減小對出口溫度的影響。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料性質(zhì)變化。有利于克服燃料性質(zhì)變化。注意：注意： 爐膛溫度的檢測點(diǎn)位置，選擇有代表性且反應(yīng)較快的點(diǎn)；爐膛溫度的檢測點(diǎn)位置，選擇有代表性且反應(yīng)較快的點(diǎn)； 副控制器參數(shù)不應(yīng)整定得過于靈敏；副控制器參數(shù)不應(yīng)整定得過于靈敏； 副控制器不引入微分作用；副控制器不引入微分作用； 爐膛溫度不應(yīng)有大的波動(dòng)；爐膛溫度不應(yīng)有大的波動(dòng)； 爐膛溫度測溫元件及保護(hù)套管應(yīng)耐高溫。爐膛溫度測溫元件及保護(hù)套管應(yīng)耐高溫。

22、第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 爐出口溫度對燃料流量的串級（右爐出口溫度對燃料流量的串級（右下圖所示）下圖所示）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：有利于克服燃料量變化。還可有利于克服燃料量變化。還可做出口溫度、爐膛溫度、燃料量三做出口溫度、爐膛溫度、燃料量三參數(shù)串級（如右上圖所示）。參數(shù)串級（如右上圖所示）。特點(diǎn)特點(diǎn)：關(guān)聯(lián)回路多，實(shí)施困難。關(guān)聯(lián)回路多，實(shí)施困難。 出口溫度對燃料閥后壓力的串級出口溫度對燃料閥后壓力的串級優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)燃料量小、粘度大時(shí)，流量當(dāng)燃料量小、粘度大時(shí)，流量測量困難；而壓力測量卻比較方便測量困難；而壓力測量卻比較方便。（如右下圖所示）。（如右下圖所示）特點(diǎn)特點(diǎn)：應(yīng)用

23、較廣。應(yīng)用較廣。 應(yīng)注意管道堵塞應(yīng)注意管道堵塞FCTC進(jìn)料出料燃料油TC進(jìn)料出料燃料油PC第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 采用壓力平衡式控制閥采用壓力平衡式控制閥這種閥本身兼有壓力控制器這種閥本身兼有壓力控制器功能，相當(dāng)于爐出口溫度對燃料功能，相當(dāng)于爐出口溫度對燃料壓力的串級。壓力的串級。例如：催化裂化裝置加熱爐例如：催化裂化裝置加熱爐控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)要求：要求：把原料油加熱到一定溫度送給把原料油加熱到一定溫度送給反應(yīng)器。反應(yīng)器。操作：操作：開工時(shí)燃料為氣體，出口溫度開工時(shí)燃料為氣體，出口溫度控制浮動(dòng)閥；而正常生產(chǎn)后燃料控制浮動(dòng)閥；而正常生產(chǎn)后燃料改為重質(zhì)油，采用

24、爐出口溫度與改為重質(zhì)油，采用爐出口溫度與燃料閥后壓力串級。燃料閥后壓力串級。TC進(jìn)料出料燃料油第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 燃料油燃料油來自初餾塔來自初餾塔常壓塔常壓塔加熱爐加熱爐PT101PC101FT101FC101FT102FC102PT102PC102TC101TT101TT102TC102TC103TC104TT103TT104 舉例：常減壓裝置加熱爐控制系統(tǒng)舉例：常減壓裝置加熱爐控制系統(tǒng) 工藝：把原油加熱到一定溫度送至常壓塔分餾。工藝：把原油加熱到一定溫度送至常壓塔分餾。 要求：爐出口溫度穩(wěn)定。要求：爐出口溫度穩(wěn)定。溫度控制：溫度控制：爐出口溫度對爐

25、膛爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制溫度的串級控制負(fù)荷控制：負(fù)荷控制：單回路流量控制單回路流量控制燃料干擾：燃料干擾：單回路壓力控制單回路壓力控制第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) FCFCTCPCPCPC自分餾塔來的回?zé)捰驮嫌腿シ磻?yīng)器開關(guān)燃料油回油罐去瓦斯罐干氣( 熱裂解氣 )催化裂解裝置加熱催化裂解裝置加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 反饋控制反饋控制 實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)會遇到進(jìn)料量、進(jìn)料溫度變化頻繁、幅度較大，實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)會遇到進(jìn)料量、進(jìn)料溫度變化頻繁、幅度較大， 爐子時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長等情形。用單

26、回路或串級均很難滿足要爐子時(shí)間常數(shù)大、滯后時(shí)間長等情形。用單回路或串級均很難滿足要求。求。設(shè)計(jì)前饋設(shè)計(jì)前饋 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)這里前饋主要用來克服進(jìn)料流量（或溫度）干擾。這里前饋主要用來克服進(jìn)料流量（或溫度）干擾。)(sGdFT101 TT101TC101FT102FC102 )(sGdTT101TC101FT101第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 3、加熱爐的安全聯(lián)鎖、加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng) 聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的作用：為安全生產(chǎn)、防止事故。全生產(chǎn)、防止事故。 燃?xì)饧訜釥t燃?xì)饧訜釥t 工藝介質(zhì)流量過小或中工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃

27、料氣；斷，切斷燃料氣； 某種原因滅火時(shí)，切斷燃某種原因滅火時(shí)，切斷燃料氣；料氣； 燃料氣壓力不能過低，流燃料氣壓力不能過低，流量不能太小；量不能太??； 燃料壓力不能過高，否則燃料壓力不能過高，否則會引起脫氣滅火。會引起脫氣滅火。TCPCLSGL2BSGL1燃料進(jìn)料出料LS：低選器；低選器；BS：火焰檢測器；火焰檢測器；GL1：燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置；燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過低聯(lián)鎖裝置。進(jìn)料流量過低聯(lián)鎖裝置。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 燃油加熱爐燃油加熱爐 工藝介質(zhì)流量過小或中工藝介質(zhì)流量過小或中斷，切斷燃料油；斷，切斷燃料油； 燃料油壓力過低

28、會回火，燃料油壓力過低會回火，流量不能太??；流量不能太??； 燃料油壓力過高會脫火；燃料油壓力過高會脫火； 霧化蒸汽壓力過低或中霧化蒸汽壓力過低或中斷，造成燃料油霧化不良無法斷，造成燃料油霧化不良無法燃燒。燃燒。加熱爐加熱爐霧化蒸汽燃料油FT102FSL102PT102PSL102BS101PT101PC101LSFT101FSL101TC101TT101第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 9.2 精餾過程控制精餾過程控制n板式塔板式塔 篩板塔、泡罩塔、篩板塔、泡罩塔、浮閥塔、穿流塔、浮閥塔、穿流塔、浮噴塔、浮舌塔浮噴塔、浮舌塔n填料塔填料塔增加氣液兩相的接觸增加氣液兩

29、相的接觸面積，亂堆填料，面積，亂堆填料，規(guī)整填料規(guī)整填料精餾塔物料流程圖精餾塔物料流程圖回流泵回流泵冷凝器冷凝器氣液分離器氣液分離器精精餾餾塔塔進(jìn)料進(jìn)料再沸器再沸器釜液釜液餾出液餾出液冷劑冷劑熱劑熱劑B,xBD,xDF,zFLLBLDV第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 一、精餾塔的控制目標(biāo)一、精餾塔的控制目標(biāo)精餾是應(yīng)用極為廣泛的精餾是應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程。目的目的是將混全液中的各組分進(jìn)行分離，使之達(dá)到規(guī)是將混全液中的各組分進(jìn)行分離，使

30、之達(dá)到規(guī)定的純度。定的純度。精餾是一個(gè)精餾是一個(gè)多參數(shù)輸入和輸出多參數(shù)輸入和輸出的對象，通道多，動(dòng)的對象，通道多，動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，參數(shù)間互相關(guān)聯(lián)，控制又態(tài)響應(yīng)緩慢，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，參數(shù)間互相關(guān)聯(lián)，控制又要求高的工程。精餾塔是工廠的制高點(diǎn)，控制也同樣。要求高的工程。精餾塔是工廠的制高點(diǎn)，控制也同樣。 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 精餾的工藝要求精餾的工藝要求 對于一個(gè)正常操作的精餾塔，一般應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)對于一個(gè)正常操作的精餾塔，一般應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的品中的一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度要求一個(gè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度要求，另，另一個(gè)產(chǎn)品的成一個(gè)產(chǎn)品的成分亦應(yīng)

31、保持在規(guī)定的范圍內(nèi)分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)當(dāng)取塔頂或塔底。為此，應(yīng)當(dāng)取塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為的產(chǎn)品質(zhì)量作被控變量，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制質(zhì)量控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 質(zhì)量控制系統(tǒng)需要能測出產(chǎn)品成分的分析儀表。質(zhì)量控制系統(tǒng)需要能測出產(chǎn)品成分的分析儀表。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 為了保證塔的為了保證塔的平穩(wěn)操作平穩(wěn)操作，必須把進(jìn)塔之前的主要可，必須把進(jìn)塔之前的主要可控干擾盡可能預(yù)先克服，同時(shí)盡可能緩和一些不可控控干擾盡可能預(yù)先克服，同時(shí)盡可能緩和一些不可控的主要干擾。的主要干擾。 為了維持塔的為了維持塔的物料平衡物料平衡，必須控制

32、塔頂餾出液和釜，必須控制塔頂餾出液和釜底采出量，使其之和等于進(jìn)料量，而且兩個(gè)采出量變底采出量，使其之和等于進(jìn)料量，而且兩個(gè)采出量變化要緩慢，以保證塔的平穩(wěn)操作?；徛员ＷC塔的平穩(wěn)操作。 塔內(nèi)的塔內(nèi)的持液量持液量應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)?？刂茟?yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。控制塔內(nèi)壓塔內(nèi)壓力穩(wěn)定力穩(wěn)定，對塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。，對塔的平穩(wěn)操作是十分必要的。 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。耗均是要控制的目標(biāo)。 其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前其中質(zhì)量指標(biāo)是必

33、要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，應(yīng)在控制過程中使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同提下，應(yīng)在控制過程中使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。時(shí)能量消耗盡可能低一些。 為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值為約束條件。防止泛液、漏液，壓力限，臨界溫差約束條件。防止泛液、漏液，壓力限，臨界溫差限等。限等。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 液泛限液泛限：氣相速度過高，氣相中夾帶液體到上層塔板中，稱為氣相速度過高，氣相中夾帶液體到上層塔板中，稱為“霧沫霧沫夾帶夾帶”，霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，液相從下層塔板倒流到上層塔板，稱，霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重

34、時(shí)，液相從下層塔板倒流到上層塔板，稱為為液泛液泛。氣相速度的上限稱為液泛限。（另外液體量過大、溢流管堵。氣相速度的上限稱為液泛限。（另外液體量過大、溢流管堵塞等都會導(dǎo)致液泛）塞等都會導(dǎo)致液泛） 漏液限漏液限：氣相速度過低，塔板漏液，板效率下降。氣相速度的下限稱氣相速度過低，塔板漏液，板效率下降。氣相速度的下限稱為漏液限。為漏液限。 壓力限壓力限：塔的操作壓力的限制，操作壓力過大，影響氣液平衡，分離塔的操作壓力的限制，操作壓力過大，影響氣液平衡，分離效果變差。嚴(yán)重時(shí)會影響安全生產(chǎn)。效果變差。嚴(yán)重時(shí)會影響安全生產(chǎn)。 臨界溫差限臨界溫差限：主要指再沸器兩側(cè)冷熱流體的溫度差。溫差越大，傳熱主要指再沸器

35、兩側(cè)冷熱流體的溫度差。溫差越大，傳熱量越大，溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)急劇下降，不能保證正常傳量越大，溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)急劇下降，不能保證正常傳熱。熱。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 4V/F=268產(chǎn)品回收率產(chǎn)品回收率產(chǎn)品純度（對比）產(chǎn)品純度（對比）第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 二、精餾塔的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性二、精餾塔的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性塔操作影響因素塔操作影響因素各種可能發(fā)生的擾動(dòng)及其對生產(chǎn)指標(biāo)的影響，擾動(dòng)對產(chǎn)品純各種可能發(fā)生的擾動(dòng)及其對生產(chǎn)指標(biāo)的影響，擾動(dòng)對產(chǎn)品純度、回收率、能耗的影響都是通過物料平衡和能量平衡來影

36、響的度、回收率、能耗的影響都是通過物料平衡和能量平衡來影響的，并且物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。，并且物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。物料平衡影響因素物料平衡影響因素：進(jìn)料流量、進(jìn)料組成、：進(jìn)料流量、進(jìn)料組成、 塔頂，塔底產(chǎn)品塔頂，塔底產(chǎn)品采出量及組成。采出量及組成。 能量平衡影響因素能量平衡影響因素：進(jìn)料溫度、再沸器加熱量、：進(jìn)料溫度、再沸器加熱量、 冷凝器冷卻器、冷凝器冷卻器、環(huán)境溫度。環(huán)境溫度?？煽?cái)_動(dòng)可控?cái)_動(dòng)：進(jìn)料溫度，再沸器加熱蒸汽量，冷凝器冷卻量，采：進(jìn)料溫度，再沸器加熱蒸汽量，冷凝器冷卻量，采出量。出量。 不可控?cái)_動(dòng)不可控?cái)_動(dòng)：進(jìn)料流量（主要擾動(dòng)）：進(jìn)料流量（主要擾

37、動(dòng)） ，進(jìn)料組成（主要擾動(dòng)），進(jìn)料組成（主要擾動(dòng)） ，環(huán)境溫度環(huán)境溫度第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 1、精餾塔的靜態(tài)特性、精餾塔的靜態(tài)特性（1）全塔物料平衡）全塔物料平衡總物料平衡：總物料平衡：F=D+B 輕組分平衡：輕組分平衡：F xF=D xD+B xBFBDBxxDFxx聯(lián)立聯(lián)立 F為進(jìn)料流量（為進(jìn)料流量（kmol/h）; D為塔頂餾出液采出量（為塔頂餾出液采出量（kmol/h）；）；B為塔底為塔底釡釡液采出量（液采出量（kmol/h） xF，xD，xB分別表示進(jìn)料、餾出液、分別表示進(jìn)料、餾出液、釡釡液中輕組分的摩液中輕組分的摩爾分率。爾分率。第第9章章

38、典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （2）能量平衡）能量平衡 在建立靜態(tài)能量平衡關(guān)系時(shí)，首先要了解分離度在建立靜態(tài)能量平衡關(guān)系時(shí)，首先要了解分離度的概念。所謂的概念。所謂分離度分離度S可用下式表示：可用下式表示：(1)(1)DBBDxxSxx 隨著隨著S的增大，的增大，xD也增大，也增大，xB而減小，說明塔系統(tǒng)的而減小，說明塔系統(tǒng)的分離效果增大。分離效果增大。 影響分影響分離度離度S的因素很多，如平均相對揮發(fā)度、理論塔的因素很多，如平均相對揮發(fā)度、理論塔板數(shù)、塔板效率、進(jìn)料組分、進(jìn)料板位置，以及板數(shù)、塔板效率、進(jìn)料組分、進(jìn)料板位置，以及塔內(nèi)上升塔內(nèi)上升蒸汽量蒸汽量V和和進(jìn)料進(jìn)料F

39、的比值等。的比值等。(9-2-6)第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 對于一個(gè)既定的塔來說：對于一個(gè)既定的塔來說：()VSfF上式的函數(shù)關(guān)系也可用一近似式表示：上式的函數(shù)關(guān)系也可用一近似式表示：lnVSF或可表示為：或可表示為：(9-2-7)1()1(lnDBBDxxxxFV式中式中為塔的特性因子為塔的特性因子第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) )1()1(lnDBBDxxxxFV(12-8) 由上式可以看到，隨著由上式可以看到，隨著V/F的增加，的增加，S值提高，也就值提高，也就是是xD增加，增加， xB下降，分離效果提高了。下降，分離效果

40、提高了。 由于由于V是由再沸器施加熱量來提高的，所以該式實(shí)際是由再沸器施加熱量來提高的，所以該式實(shí)際是表示塔的能量對產(chǎn)品成分的影響，故稱為是表示塔的能量對產(chǎn)品成分的影響，故稱為能量平衡關(guān)能量平衡關(guān)系式系式。由上分析可見，。由上分析可見， V/F的增加，塔的分離效果提高，的增加，塔的分離效果提高，能耗也將增加。能耗也將增加。 對于一個(gè)既定的塔，包括進(jìn)料組分一定，只要對于一個(gè)既定的塔，包括進(jìn)料組分一定，只要D/F和和V/F一定，這個(gè)塔的分離結(jié)果，即一定，這個(gè)塔的分離結(jié)果，即xD和和xB將被完全確定。將被完全確定。也就是說，由一個(gè)塔的物料平衡關(guān)系與能量平衡關(guān)系兩個(gè)也就是說，由一個(gè)塔的物料平衡關(guān)系與能

41、量平衡關(guān)系兩個(gè)方程式，可以確定塔頂與塔底組分待定因素。方程式，可以確定塔頂與塔底組分待定因素。 上述結(jié)論與一般工藝書中所說保持回流比一定，就確定上述結(jié)論與一般工藝書中所說保持回流比一定，就確定了分離結(jié)果是一致的。了分離結(jié)果是一致的。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) (3)內(nèi)部物料平衡內(nèi)部物料平衡精餾塔計(jì)算中的假設(shè)：精餾塔計(jì)算中的假設(shè)：同一塔段（精餾段或提餾段）的上下塔板氣相、液同一塔段（精餾段或提餾段）的上下塔板氣相、液相摩爾流量相同。相摩爾流量相同。 1、從物料和能量平衡可知：當(dāng)、從物料和能量平衡可知：當(dāng)xF一定時(shí)，只要保證一定時(shí)，只要保證D/F和和V/F一定則一

42、定則 xB xB和和 xD就確定。就確定。2、進(jìn)料組成、進(jìn)料組成xF的變化：通過的變化：通過D/F、V/F來補(bǔ)償。來補(bǔ)償。 例如：例如：進(jìn)料進(jìn)料xF 增加，將導(dǎo)致增加，將導(dǎo)致xB、xD 都增加，此時(shí)可增都增加，此時(shí)可增加加D/F和減少和減少B/F補(bǔ)償償。補(bǔ)償償。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 2、動(dòng)態(tài)影響分析、動(dòng)態(tài)影響分析對于整個(gè)精餾塔來說是一個(gè)多容量的，相互交叉連對于整個(gè)精餾塔來說是一個(gè)多容量的，相互交叉連接的復(fù)雜過程，要整理出整塔的傳遞函數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的接的復(fù)雜過程，要整理出整塔的傳遞函數(shù)是相當(dāng)復(fù)雜的。精餾塔動(dòng)態(tài)方程的建立是復(fù)雜的，尤其建立一個(gè)精精餾塔動(dòng)態(tài)方程的

43、建立是復(fù)雜的，尤其建立一個(gè)精確而又實(shí)用的動(dòng)態(tài)方程更是具有一定的難度。因此從定確而又實(shí)用的動(dòng)態(tài)方程更是具有一定的難度。因此從定性的角度來分析精餾塔的動(dòng)態(tài)影響，對合理設(shè)計(jì)控制方性的角度來分析精餾塔的動(dòng)態(tài)影響，對合理設(shè)計(jì)控制方案有積極的指導(dǎo)意義。案有積極的指導(dǎo)意義。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) (1)上升蒸汽和回流的影響上升蒸汽和回流的影響在精餾塔內(nèi)，由于上升蒸汽只需克服塔板上極薄覆蓋的在精餾塔內(nèi)，由于上升蒸汽只需克服塔板上極薄覆蓋的液相阻力，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到液相阻力，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到塔頂，也就是說上升蒸汽流量變化的影響是相

44、當(dāng)快的。塔頂，也就是說上升蒸汽流量變化的影響是相當(dāng)快的。然而，由塔板下流的液相有相當(dāng)大的滯后。當(dāng)回流量增然而，由塔板下流的液相有相當(dāng)大的滯后。當(dāng)回流量增加時(shí)，必須先使積存在塔板上的液相蓄存量增加，然后加時(shí)，必須先使積存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在這增加的液體靜壓柱的作用下，才使離開塔板的液相在這增加的液體靜壓柱的作用下，才使離開塔板的液相速度增加，所以對回流量變化的響應(yīng)存在著滯后。速度增加，所以對回流量變化的響應(yīng)存在著滯后。由此可得出這樣的結(jié)論：要使塔上的任何一處（除塔頂由此可得出這樣的結(jié)論：要使塔上的任何一處（除塔頂塔板外）的氣液比發(fā)生變化，用再沸器的加熱量作為控塔板外）的氣液比發(fā)生變化

45、，用再沸器的加熱量作為控制手段，要比回流量的響應(yīng)快。制手段，要比回流量的響應(yīng)快。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （2）組分滯后的影響）組分滯后的影響V和和L的變化，引起的變化，引起xB和和xD的變化，都是通過每塊塔板上組的變化，都是通過每塊塔板上組分之間的平衡施加影響的結(jié)果。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡分之間的平衡施加影響的結(jié)果。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡需要一定的時(shí)間，所以盡管需要一定的時(shí)間，所以盡管V的變化可較快影響到塔頂，但的變化可較快影響到塔頂，但要使塔頂組分濃度變化達(dá)到一個(gè)新的平衡仍要經(jīng)過不少的要使塔頂組分濃度變化達(dá)到一個(gè)新的平衡仍要經(jīng)過不少的時(shí)間。同樣時(shí)間。同樣

46、D的變化也是一樣。且需花費(fèi)更多的時(shí)間。的變化也是一樣。且需花費(fèi)更多的時(shí)間。組分滯后的影響是由于塔板上的組分要等到影響組分的液組分滯后的影響是由于塔板上的組分要等到影響組分的液相或氣相流量穩(wěn)定較長時(shí)間后才能建立平衡。隨著塔板上相或氣相流量穩(wěn)定較長時(shí)間后才能建立平衡。隨著塔板上液相蓄存量的增加，組分滯后增加。因此塔板數(shù)的增加及液相蓄存量的增加，組分滯后增加。因此塔板數(shù)的增加及回流比的增加，均會造成塔板上液相蓄存量的增加，從而回流比的增加，均會造成塔板上液相蓄存量的增加，從而導(dǎo)致組分的滯后也增加。當(dāng)再沸器加熱量的增加而引起導(dǎo)致組分的滯后也增加。當(dāng)再沸器加熱量的增加而引起V的的增加，通過改善氣、液接觸

47、，可以減少組分的滯后。增加，通過改善氣、液接觸，可以減少組分的滯后。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （3）回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滯后影響）回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滯后影響 由物料平衡關(guān)系可知：由物料平衡關(guān)系可知：n在在F一定的情況下，改變一定的情況下，改變D和和B均能引起均能引起xB和和xD的變的變化。實(shí)際上化。實(shí)際上D的變化是通過的變化是通過F的變化（在回流罐液位的變化（在回流罐液位不變時(shí)）才能影響到塔內(nèi)的氣液平衡，從而控制產(chǎn)不變時(shí)）才能影響到塔內(nèi)的氣液平衡，從而控制產(chǎn)品的質(zhì)量品的質(zhì)量xB和和xD 。n然而，回流罐有一定的蓄液量，從然而，回流罐有一

48、定的蓄液量，從D 變化到變化到L的變化的變化會產(chǎn)生滯后。同樣會產(chǎn)生滯后。同樣B的變化也是通過的變化也是通過V的變化（在塔的變化（在塔釜液位不變時(shí)）才能影響到塔內(nèi)的氣液平衡，從而釜液位不變時(shí)）才能影響到塔內(nèi)的氣液平衡，從而控制產(chǎn)品的質(zhì)量控制產(chǎn)品的質(zhì)量xB和和xD 。n塔釜的蓄液量也會使的變化到的變化產(chǎn)生滯后，通塔釜的蓄液量也會使的變化到的變化產(chǎn)生滯后，通常塔釜截面積要比回流罐小得多，所以，由于塔釜常塔釜截面積要比回流罐小得多，所以，由于塔釜蓄液量引起的滯后要比回流罐的蓄液量引起的滯后蓄液量引起的滯后要比回流罐的蓄液量引起的滯后小。小。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)

49、三、精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取三、精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取直接質(zhì)量指標(biāo)直接質(zhì)量指標(biāo)-產(chǎn)品純度產(chǎn)品純度：測量過程滯后較大，反應(yīng)慢：測量過程滯后較大，反應(yīng)慢、分析儀器可靠性差。、分析儀器可靠性差。間接質(zhì)量指標(biāo)間接質(zhì)量指標(biāo)-溫度溫度：測溫點(diǎn)的選取很重要。：測溫點(diǎn)的選取很重要。產(chǎn)用方案有以下幾種產(chǎn)用方案有以下幾種：溫度點(diǎn)的位置溫度點(diǎn)的位置頂部餾出液為主要產(chǎn)品，溫度檢測點(diǎn)放在塔頂，構(gòu)成頂部餾出液為主要產(chǎn)品，溫度檢測點(diǎn)放在塔頂，構(gòu)成精精餾段溫控系統(tǒng)餾段溫控系統(tǒng)；塔底產(chǎn)品符合質(zhì)量要求，溫度檢測點(diǎn)放在塔底，實(shí)施塔底產(chǎn)品符合質(zhì)量要求，溫度檢測點(diǎn)放在塔底，實(shí)施提提餾段溫控系統(tǒng)餾段溫控系統(tǒng)。中溫控制中溫控制：把溫度檢測點(diǎn)放在

50、進(jìn)料板附近的塔板上。目：把溫度檢測點(diǎn)放在進(jìn)料板附近的塔板上。目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作線的移動(dòng)情況，的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作線的移動(dòng)情況，兼顧塔頂和塔底組分兼顧塔頂和塔底組分變化變化。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) TCLCFCLCFCFBDVQL精餾段溫度控制第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 提餾段溫度控制TCLCLCFCFCFBDVQL第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) TCLCFCLCFCFBDVQL切割塔的溫度控制第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 1、靈敏板的溫度控制、靈敏板的溫度控制采用塔

51、頂（或塔底）溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，實(shí)際上把采用塔頂（或塔底）溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，實(shí)際上把溫度檢測放置在塔頂（或塔底）是極為少數(shù)的。而是把溫溫度檢測放置在塔頂（或塔底）是極為少數(shù)的。而是把溫度檢測點(diǎn)放在進(jìn)料板與塔頂（底）之間的靈敏板上。度檢測點(diǎn)放在進(jìn)料板與塔頂（底）之間的靈敏板上。 所謂所謂靈敏板靈敏板，是當(dāng)塔受到干擾或控制作用時(shí)，塔內(nèi)各，是當(dāng)塔受到干擾或控制作用時(shí)，塔內(nèi)各板的組分都將發(fā)生變化，隨之各塔板的溫度也將發(fā)生變化板的組分都將發(fā)生變化，隨之各塔板的溫度也將發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，溫度變化最大的那塊塔板即為靈敏，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，溫度變化最大的那塊塔板即為靈敏板。板。 靈敏板的位

52、置先根據(jù)測算，確定大致位置，然后在它靈敏板的位置先根據(jù)測算，確定大致位置，然后在它的附近設(shè)置多個(gè)檢測點(diǎn)，從中選擇最佳的測量點(diǎn)作為靈敏的附近設(shè)置多個(gè)檢測點(diǎn)，從中選擇最佳的測量點(diǎn)作為靈敏板。板。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （2）溫差控制）溫差控制采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，可以采用壓力補(bǔ)償?shù)臏囟茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，可以 消除微消除微小壓力變化對溫度的影響。小壓力變化對溫度的影響。 1.126 2.8 1.155 2.8 1.190 2.8Mpa 52646560707580 塔板序號塔頂產(chǎn)品純度不變壓力變化與各板溫度分布壓力變化與各板溫度分布精密精餾中，產(chǎn)精

53、密精餾中，產(chǎn)品純度高，兩組品純度高，兩組分相對揮發(fā)度差分相對揮發(fā)度差值很小，壓力引值很小，壓力引起的溫度變化要起的溫度變化要比成分引起的溫比成分引起的溫度變化大，要考度變化大，要考慮溫差控制。慮溫差控制。 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 選擇溫差作為被控變量時(shí)，需要注意溫差給定值選擇溫差作為被控變量時(shí)，需要注意溫差給定值合理（不能過大），以及操作工況穩(wěn)定。合理（不能過大），以及操作工況穩(wěn)定。 溫差與產(chǎn)品純度并非是單值對應(yīng)關(guān)系曲線有最高溫差與產(chǎn)品純度并非是單值對應(yīng)關(guān)系曲線有最高點(diǎn)點(diǎn)M1，在，在M1點(diǎn)的兩側(cè)，溫差與濃度之間的關(guān)系是反向點(diǎn)的兩側(cè)，溫差與濃度之間的關(guān)系是反

54、向的，所以溫差選得過大，或操作不平穩(wěn)，均能引起溫的，所以溫差選得過大，或操作不平穩(wěn)，均能引起溫差失控的現(xiàn)象。差失控的現(xiàn)象。TxM1 溫度檢測點(diǎn)的位置，對于溫度檢測點(diǎn)的位置，對于塔頂餾出液為主要產(chǎn)品時(shí)，塔頂餾出液為主要產(chǎn)品時(shí)，一一個(gè)測溫點(diǎn)應(yīng)放在塔頂個(gè)測溫點(diǎn)應(yīng)放在塔頂（或稍下（或稍下一些），即溫度變化較小的位一些），即溫度變化較小的位置；而置；而另一點(diǎn)放在靈敏板附近另一點(diǎn)放在靈敏板附近，即成分和溫度變化較大、較靈即成分和溫度變化較大、較靈敏的位置上。敏的位置上。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) （3）雙溫差控制）雙溫差控制為了克服溫差控制中的不足，提出了雙溫差控制，即為

55、了克服溫差控制中的不足，提出了雙溫差控制，即分別在精餾段和提餾段上選取溫差信號。然后把兩個(gè)分別在精餾段和提餾段上選取溫差信號。然后把兩個(gè)溫差信號相減，以這個(gè)溫差的差作為間接質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)溫差信號相減，以這個(gè)溫差的差作為間接質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行控制。行控制。精精餾餾塔塔TddTT1dTT2dT2T T xM1M2第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 采用雙溫差控制后，若由采用雙溫差控制后，若由于進(jìn)料流量波動(dòng)引起塔壓變于進(jìn)料流量波動(dòng)引起塔壓變化對溫差的影響，在塔的上化對溫差的影響，在塔的上、下段同時(shí)出現(xiàn)，因而上段、下段同時(shí)出現(xiàn)，因而上段溫差減去下段溫差的差值就溫差減去下段溫差的差值就消

56、除了壓降變化的影響。從消除了壓降變化的影響。從國內(nèi)外應(yīng)用雙溫差控制的許國內(nèi)外應(yīng)用雙溫差控制的許多裝置來看，在進(jìn)料流量波多裝置來看，在進(jìn)料流量波動(dòng)影響下，仍能得到較好的動(dòng)影響下，仍能得到較好的控制效果?？刂菩Ч?溫差控制受溫差控制受兩個(gè)因素兩個(gè)因素的影響：一是的影響：一是進(jìn)料組分進(jìn)料組分的波動(dòng)的波動(dòng)，另一個(gè)是因，另一個(gè)是因負(fù)荷變化而引起塔板的壓降負(fù)荷變化而引起塔板的壓降變化變化。前者若使溫差減少，則后者當(dāng)壓降增大時(shí)，。前者若使溫差減少，則后者當(dāng)壓降增大時(shí)，溫差反而增加，所以是有矛盾的，在這種情況下溫差反而增加，所以是有矛盾的，在這種情況下就難以控制。就難以控制。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制

57、系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 4、 精餾塔的基本控制方案精餾塔的基本控制方案精餾塔的精餾塔的控制目標(biāo)控制目標(biāo)是使塔頂和塔底的產(chǎn)品滿足工藝是使塔頂和塔底的產(chǎn)品滿足工藝生產(chǎn)規(guī)定的質(zhì)量要求。為簡化討論，這里僅介紹常見的生產(chǎn)規(guī)定的質(zhì)量要求。為簡化討論，這里僅介紹常見的塔頂和塔底均為液相且沒有側(cè)線采出的情況。塔頂和塔底均為液相且沒有側(cè)線采出的情況。對于有兩個(gè)液相產(chǎn)品的精餾塔來說，質(zhì)量指標(biāo)控制對于有兩個(gè)液相產(chǎn)品的精餾塔來說，質(zhì)量指標(biāo)控制可以可以根據(jù)主要產(chǎn)品的采出位置不同根據(jù)主要產(chǎn)品的采出位置不同分為兩種情況：一是分為兩種情況：一是主要產(chǎn)品從主要產(chǎn)品從塔頂餾出時(shí)可采用按精餾段質(zhì)量指標(biāo)塔頂餾出時(shí)可采用按精餾段

58、質(zhì)量指標(biāo)的控制的控制方案；二是主要產(chǎn)品從方案；二是主要產(chǎn)品從塔底流出時(shí)則可采用按提餾段質(zhì)塔底流出時(shí)則可采用按提餾段質(zhì)量指標(biāo)量指標(biāo)的控制方案。的控制方案。第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) (1)當(dāng)僅需要控制塔的一端產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用物料平衡方當(dāng)僅需要控制塔的一端產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用物料平衡方式來控制該產(chǎn)品的質(zhì)量式來控制該產(chǎn)品的質(zhì)量(2)塔兩端產(chǎn)品流量較小者，應(yīng)作為操縱變量去控制塔的塔兩端產(chǎn)品流量較小者，應(yīng)作為操縱變量去控制塔的質(zhì)量質(zhì)量(3)當(dāng)塔的兩端產(chǎn)品均需按質(zhì)量控制時(shí)，一般對含純產(chǎn)品當(dāng)塔的兩端產(chǎn)品均需按質(zhì)量控制時(shí)，一般對含純產(chǎn)品較少，雜質(zhì)較多的一端的質(zhì)量控制選用物料平衡控

59、制，較少，雜質(zhì)較多的一端的質(zhì)量控制選用物料平衡控制，而含純產(chǎn)品較多，雜質(zhì)較少的一端的質(zhì)量控制選用能量而含純產(chǎn)品較多，雜質(zhì)較少的一端的質(zhì)量控制選用能量平衡控制。平衡控制。 當(dāng)選用塔頂部產(chǎn)品餾出物流量當(dāng)選用塔頂部產(chǎn)品餾出物流量D或塔底采出液量或塔底采出液量B來作為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，稱為來作為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，稱為物料平衡控制物料平衡控制； 而當(dāng)選用塔頂部回流而當(dāng)選用塔頂部回流L或再沸器加熱量或再沸器加熱量Q（V）來作）來作為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，稱為為操縱變量控制產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，稱為能量平衡控制能量平衡控制。 第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 1、物料平衡控制

60、、物料平衡控制FCLCFCLCFCFBDVQL固定回流量固定回流量L和加熱蒸汽量和加熱蒸汽量Q（V）第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) LCFCLCFCFCFBDVQL固定餾出液流量固定餾出液流量D和加熱蒸汽量和加熱蒸汽量Q（V）第第9章章 典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系典型工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)統(tǒng) 一般說來，精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)只設(shè)定一個(gè)，分一般說來，精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)只設(shè)定一個(gè)，分別稱為精餾段控制和提餾段控制。別稱為精餾段控制和提餾段控制。 能量平衡控制的操縱變量為能量平衡控制的操縱變量為L或或Q（V）；）； 物料平衡控制的操縱變量為物料平衡控制的操縱變量為D或或B。 被控變量除