化工過程控制

化工流程的自動控制儀表和計算機自動控制系統(tǒng)在化工過程中發(fā)揮著重要作用。強化化工流程的自動控制，是化工生產(chǎn)過程的發(fā)展趨勢和方向。化工流程自動化控制的優(yōu)點：①、提高關鍵工藝參數(shù)的操作精度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量或收率；②、保證化工流程安全、穩(wěn)定的運行；③、對間歇過程，還可減少批間差異，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和重復性；④、降低工人的勞動強度，減少人為因素對化工生產(chǎn)過程的影響；“CAC”－－－ComputerAidedControl“CAO”－－－ComputerAidedOperation化工流程中經(jīng)常需要控制的部分工藝變量（參數(shù)）：溫度壓力流量液位攪拌轉速PH值濁度、粘度、各種組份濃度對一個化工流程進行控制人工控制儀表和計算機控制（自動控制）自動控制是在人工控制的基礎上發(fā)展而來的，由檢測儀表、計算機裝置、自控閥門組成的自動控制系統(tǒng)分別代替人的眼睛觀察、大腦判斷決策、手動操作。計算機自動控制系統(tǒng)示意圖化工過程（或化工設備）一次儀表二次儀表（物理量）（變送器）計算機控制裝置4～20mA0～5V執(zhí)行機構（自控閥門）計算機自動控制系統(tǒng)儀表（一次和二次儀表）計算機控制裝置動作機構（自控閥門）計算機主機（硬件、軟件）A/D、D/A（模入、模出）控制軟件（平臺軟件及二次開發(fā)的控制應用軟件）化工流程自控儀表的一些圖形符號：自控參量代號：T——溫度F——流量P——壓力或真空度L——物位C——濃度pH——氫離子濃度A——分析V——黏度M——攪拌轉速自控功能代號：I——指示 C——控制 Q——累積J——記錄X——信號 T——調(diào)節(jié)L——聯(lián)鎖A——報警R——人工遙控

表示將位號為101的流量信號引入計算機自控系統(tǒng)，顯示并控制該值。表示在設備附近就地加裝儀表顯示溫度101，而不引入計算機自控系統(tǒng)。FIC101TI101例如：8.1化工流程自控控制的一些基本概念一、自動控制術語TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水要求：熱流股溫度控制在80±1℃1、被控對象（被控過程、被控設備）TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水定義：需要實現(xiàn)自動控制的生產(chǎn)流程（過程）或設備。上述例子中，被控對象就是換熱器。2、被控變量（被控參數(shù)）定義：被控對象中需要保持規(guī)定數(shù)值的物理量。上述例子中，熱流股的溫度。TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水3、控制變量（操縱變量）定義：受執(zhí)行裝置（自控閥門）操縱，用來使被控變量保持在設定值的某個物理量。上述例子中，加熱蒸汽的流量。4、干擾變量（擾動變量）定義：除控制變量以外，作用于被控對象，并可能引起被控變量發(fā)生變化的一些物理量。上述例子中，加熱蒸汽的壓力（溫度）、冷流股的流量及溫度。TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水5、設定值與控制精度設定值－－－被控變量的工藝規(guī)定值。（注意：對開環(huán)控制系統(tǒng)，控制變量也可以有設定值。）控制精度－－－設定值允許的波動范圍。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在80±1℃。80℃就是被控變量的設定值，±1℃就是對熱流股溫度的控制精度要求。對連續(xù)過程，設定值是一個定值溫度（℃）時間80溫度（℃）時間對間歇過程，設定值也可以是一個隨時間而變的曲線（時變曲線）TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水6、控制偏差控制偏差－－－被控變量的設定值與其實際測量值之差。上述例子中，熱流股的溫度要求控制在80±1℃。如果實際檢測為80.6℃，那么0.6℃就是控制偏差。偏差在控制精度以內(nèi)－－－控制有效（成功控制），如80.9℃偏差在控制精度以外－－－控制失控，如81.2℃控制失效的原因有多種。二、控制系統(tǒng)類型計算機自動控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)TI換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水1、開環(huán)控制系統(tǒng)人工預先給定蒸汽流量值計算機控制裝置TI換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水FI2、閉環(huán)控制系統(tǒng)TIC換熱器冷流股熱流股加熱蒸汽冷凝水閉環(huán)控制系統(tǒng)作用原理：通過被控變量的檢測值與其設定值的偏差（包括偏差正負方向），反過來通過計算機控制裝置對控制變量進行操縱調(diào)節(jié)。開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的幾點顯著區(qū)別：①、閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被控變量的檢測值與其設定值的偏差去操縱（影響）控制變量；而開環(huán)控制系統(tǒng)是按照控制變量本身的設定值或干擾變量的大小去操縱（影響）控制變量。②、閉環(huán)控制系統(tǒng)在被控變量控制裝置控制變量之間形成了相互影響的回路。即：控制變量可以改變到被控變量，反過來，被控變量的信息有可以指導控制變量的調(diào)節(jié)。而開環(huán)控制系統(tǒng)不存在此相互影響的回路。③、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須有被控變量的檢測，而開環(huán)控制系統(tǒng)可以沒有被控變量的檢測?；ち鞒痰目刂葡到y(tǒng)類型，絕大多數(shù)為閉合控制系統(tǒng)。關于化工流程控制回路的控制算法（控制器算法）◆普通固定PID算法；◆自校正PID算法；◆自適應控制算法；◆自校正控制算法；◆模糊（FUZZY）控制算法；◆專家控制系統(tǒng)算法；在化工流程的實際控制中，經(jīng)常遇到一些干擾變量多、大滯后等問題，對控制回路的控制算法提出了挑戰(zhàn)。◆……控制要求為了達到設計的各項要求，必須對生產(chǎn)裝置進行連續(xù)的監(jiān)視和控制?？刂葡到y(tǒng)應滿足兩項基本要求：抑止外部擾動的影響使過程在優(yōu)化的工況下操作控制要求為了達到設計的各項要求，必須對生產(chǎn)裝置進行連續(xù)的監(jiān)視和控制?？刂葡到y(tǒng)應滿足兩項基本要求：抑止外部擾動的影響擾動—外界因素變化如原料和公用工程流量、溫度和壓力的波動對系統(tǒng)的影響。干擾不可避免過程變量x，如溫度、壓力、流量、濃度等，在受到外部因素影響時，可能有兩種變化：穩(wěn)定系統(tǒng)的響應特性（1）穩(wěn)定系統(tǒng)——在開始時受到外界的影響而波動，但隨時間的變化，x無需外界干預就能穩(wěn)定，即不需要利用控制機構就能回復到初值。過程變量x，如溫度、壓力、流量、濃度等，在受到外部因素影響時，可能有兩種變化：（1）穩(wěn)定系統(tǒng)——在開始時受到外界的影響而波動，但隨時間的變化，x無需外界干預就能穩(wěn)定，即不需要利用控制機構就能回復到初值。（2）不穩(wěn)定系統(tǒng)——受到外界的影響不能隨著時間的變化恢復原狀。不穩(wěn)定系統(tǒng)的一種響應特性設在冷卻圍夾套的連柳續(xù)攪拌反沃應釜中，秀進行串聯(lián)初反應:副反應夸為放熱急反應，調(diào)其放熱灑量通過歷器壁傳句給夾套遮中的冷儀劑。通出過分析僻，可知德反應放誓熱量可惑用釜溫撇T的S呼形函掠數(shù)A桿來表示蒜，而冷欄劑吸收陣的熱量糊是釜溫榆T的廚線性函斗數(shù)B。控制要求為了達到附設計的各登項要求，羞必須對生捆產(chǎn)裝置進河行連續(xù)的賄監(jiān)視和控吃制?？刂撇Ｏ到y(tǒng)應滿英足兩項基針本要求：抑止外鑒部擾動踢的影響使過程彩在優(yōu)化雞的工況抽下操作設在某店氣固催狡化反應釀，其催篩化劑失灘活迅速蹈，需定腸期切換候，副反咬應的活續(xù)化能高罪于主反擴應。反述應器全釘年利潤蔽：——每倒年反應仇器再生限次數(shù)——操作舟周期若反應器歷高溫操作察：反應選團擇性低帽，原料鋪消耗費粘用增加津；應采用傻變溫操句作，在緣瑞操作周駕期內(nèi)逐越步升溫泥。反應速度訊低，產(chǎn)率銅低；同樣興產(chǎn)量，催酒化劑再生踐費用增加若反應神器低溫拳操作：最優(yōu)化笑控制控制系統(tǒng)揭的設計要使點及步驟例如，號苯（B丙)和穩(wěn)乙烯（螞E）氣雕相烴化股的反應抵方程式言如下：確定達挺到設計極要求所雁需測量他的參數(shù)乙苯二乙苯二甲苯甲苯反應采用異的催化劑可較易失活敗，若苯過櫻量能減緩砍催化劑的戀失活并能簽提高反應昨的選擇性世。試決定哀需測量的欣參數(shù)。苯和乙瞧烯氣相晚烷基化島流程圖(1)產(chǎn)績品數(shù)量：生產(chǎn)過欣程的產(chǎn)費品是乙恰苯，決恐定乙苯牽數(shù)量的雖控制因府素是原過料乙烯的流男量。為了富計量目的掃，應測量煩乙苯的流斃量；為了絲式控制的目余的應測量虛乙烯的進春料量。苯和鞋乙烯氣嫁相烷基夾化流程男圖(1)耗產(chǎn)品數(shù)切量：生產(chǎn)過取程的產(chǎn)屈品是乙犬苯，決側定乙苯蘇數(shù)量的站控制因理素是原搶料苯的流量菌。為了計娃量目的，談應測量乙趟苯的流量??；為了控矮制的目的遮應測量乙碰烯的進料犧量。(2)寨產(chǎn)品質(zhì)棕量：乙苯的質(zhì)午量由乙苯點精餾塔塔悉頂產(chǎn)品的閉組成決定蹄。為確保黃該組成為尚預期值，將測量參數(shù)鑰有以下三當種方案：反饋控卸制前饋控鉗制推斷控制反饋控制乙苯精命餾塔產(chǎn)旗品質(zhì)量費反饋控眠制----葵--利用傘被控變量怨的直接測孩量值調(diào)節(jié)里控制變量前饋控和制乙苯精餾準塔產(chǎn)品質(zhì)技量前饋控霉制----愈-利用直僅接測量的沸擾動來調(diào)巧節(jié)被控制至變量的方君法推斷控制乙苯精腥餾塔產(chǎn)亞品質(zhì)量閃推斷控鈔制---利橫用塔板溫校度與餾出肺液組成的憤嚴格關系描，控制精艦餾塔塔頂醉出口組成(3)安止全：為了防止厭燃燒與爆小炸事故，必應防止設鋸備的超溫辮和超壓。對于反應煉器R10膊1應測量潮其進出口競溫度和床口層溫度，軟并設置超漏溫報警及頃緊急情況騾下切斷乙浴烯進料的裝裝置。對于精橡餾塔應欣測量其號塔頂或錫塔釜的奔壓力。(4)可棍操作可操作猜的基本癥要求是永滿足各林個設備泛內(nèi)在的醒約束條據(jù)件。例如儲罐忽不應溢流其或抽空，其精餾塔不融應液泛或燈漏液。因所此，應設東置儲罐V內(nèi)101，流V102贊，V10叫3的液面停測量，精選餾塔T1咐02，T流103的平壓降測量迫等措施。(5)經(jīng)遺濟：優(yōu)化控脖制設備均：例如騙反應器括R10猴1的優(yōu)寺化控制嘴問題，音是否采列用優(yōu)化裳控制要秩根據(jù)可事能性和煤經(jīng)濟評俯價結論益確定；在乙烯尊、苯、秘乙基苯男、冷卻類水總管垂、蒸汽四總管等絲式管道上題設置流轟量計，暢為計算座車間成雨本提供踐所必須瓜的產(chǎn)量柏和原料疏、輔助徹材料以飲及公用縮慧工程的師消耗量逐。重要毛的流量馬計不僅就能提供恭和顯示殊瞬間值鉗，而且貫有累計刃功能。苯和乙扛烯氣相擔烷基化還流程圖2)選擇姑控制變量對于某個艦測量參數(shù)奔，可能有期多個可任恭意調(diào)節(jié)的嗎輸入變量袖，需選擇專一個或多此個變量作舌為控制變扮量，即確世定控制方逃案。--深---該旱項工作是榨過程控制遺的核心內(nèi)斃容。若有多囑個方案炊可供選煙擇而定些性分析提不能作洽出判斷換時，則喜有必要豪進行動蓬態(tài)模擬蝴以得出報定量的憶結論?？刂葡档谓y(tǒng)的設座計要點斗及步驟確定達章到設計舉要求所普需測量陪的參數(shù)2)選譽擇控制偏變量控制系統(tǒng)擴的設計要誕點及步驟確定達到時設計要求艙所需測量巷的參數(shù)3)確定廈調(diào)節(jié)器的悟調(diào)節(jié)規(guī)律目前廣既泛應用富的調(diào)節(jié)隔規(guī)律有燃三種：比例調(diào)節(jié)比例積分錄調(diào)節(jié)比例積歐分微分渡調(diào)節(jié)3)確定穩(wěn)調(diào)節(jié)器的保調(diào)節(jié)規(guī)律比例調(diào)節(jié)按照被調(diào)辨參數(shù)值與品給定值的熔偏差大小恭和方向，捉發(fā)出與偏樂差成比例巖的控制信期號。例如：盤蝕管加熱器桐處于穩(wěn)態(tài)朋工況下的妨熱量平衡竄式為：式中F燙、、C弟p、阿T1和T2分別是物叫料的流量曲、密度、紙熱容、進致口和槽內(nèi)顆溫度。Q豪為蒸汽傳纖遞給物料唐的熱量，規(guī)上標0表嶺示穩(wěn)定狀仁態(tài)。若有外界需干擾T1升高，如約果不改變點Q，T2將隨著螞時間律t逐漸頑升高。設儲槽壟內(nèi)液體秒體積穩(wěn)慌定為V集，則0要使偏差拴等于0，始需要按照仿T2與T20的偏差調(diào)策節(jié)Q。設涉控制規(guī)律錯使Q的變灰化與偏差祖T2-T20成比例割，即比例增皮益比例反饋景控制的溫飾度響應曲陪線比例調(diào)反節(jié)不適澡用于負載荷變化棵較大而霜又不允緊許有殘罰余偏差猜的系統(tǒng)百。確定調(diào)城節(jié)器的沿調(diào)節(jié)規(guī)戶律目前廣牲泛應用讓的調(diào)節(jié)帶規(guī)律有易三種：比例調(diào)節(jié)比例積優(yōu)分調(diào)節(jié)比例積脆分微分聾調(diào)節(jié)比例積分奴調(diào)節(jié)比例積案分調(diào)節(jié)蔽是指它慨的輸出增不是與凳偏差保偏持比例鞠關系，肥而與偏哨差對時映間的積吉分保持淚比例關田系。即警：比例積蟲分反饋目控制的規(guī)溫度響貪應曲線比例積裹分調(diào)節(jié)金不適用裂于純滯條后和慣煤性滯后蚊較大的慕系統(tǒng)。比例積潮分調(diào)節(jié)農(nóng)適用于唱負荷變予化較大彩而又不紅允許有資殘余偏躬差的系紛統(tǒng)。確定調(diào)節(jié)醋器的調(diào)節(jié)和規(guī)律目前廣極泛應用待的調(diào)節(jié)遍規(guī)律有佛三種：比例調(diào)珠節(jié)比例積分地調(diào)節(jié)比例積棋分微分伯調(diào)節(jié)微分調(diào)涼節(jié)規(guī)律之是：與比例恩積分調(diào)罷節(jié)相結蜻合，如窩果微分暖時間選上擇恰當帶，能提雪高慣性擦滯后較辟大的對兄象的調(diào)構節(jié)品質(zhì)午，提高射系統(tǒng)的餓穩(wěn)定性憐。第七章刮過程控霉制控制要處求：簡單調(diào)節(jié)淘系統(tǒng)控制系烏統(tǒng)的設瓣計要點匆及步驟復雜調(diào)霧節(jié)系統(tǒng)抑制外祥部擾動拴，使過凱程在優(yōu)首化的狀肉態(tài)下操舊作壓力控府制勒液位控號制燒溫度控稠制流劉量控制串級控蛛制直分程控訂制超摩馳控制月前襲饋控制簡單調(diào)鉆節(jié)系統(tǒng)壓力控制液位控制溫度控嫌制流量控圍制壓力控伸制有大量供不凝氣承體的精姥餾塔壓臨力控制控制排放荒量調(diào)節(jié)下炸游壓縮織機轉速壓力控制嘆的方式取玩決于過程脆特征壓力控植制有少量不乳凝氣體的除精餾塔壓悠力控制，霧可采用改達變塔頂蒸暴汽冷凝量緩的方法：調(diào)節(jié)冷劑邊的流量；壓力控制有少量要不凝氣憐體的精私餾塔壓豈力控制鍋，可采渠用改變菊塔頂蒸曲汽冷凝黃量的方桶法：調(diào)節(jié)冷卷劑的流墻量；當不允披許調(diào)節(jié)姥冷劑流婦量時，廟可接三死通使一貿(mào)部分冷否劑不進鄰入冷凝器器；簡單調(diào)節(jié)雀系統(tǒng)壓力控制液位控叔制溫度控死制流量控住制液位控制氣液兩能相的界幼面控制姑，通常晚有三種事控制方脂案：用溢流保占持液面恒市定；液位控遵制氣液兩印相的界委面控制搞，通常腳有三種拳控制方絮案：用溢流保財持液面恒計定；用出料控械制液面穩(wěn)落定；液位控制氣液兩父相的界遍面控制銜，通常報有三種遞控制方賀案：用溢流盜保持液存面恒定肯；用出料謝控制液毀面穩(wěn)定制；用進料焰控制液屢面穩(wěn)定奇；液位控制兩個液恐相的界獻面控制收：對臥式容培器液位控制兩個液相踢的界面控點制：對立式哭容器液位控制液相與其名他參數(shù)的暑交叉控制允：例如精暑餾塔塔塵釜液位開受再沸子器內(nèi)供透熱影響容較大，親液位對賓塔釜排口出量調(diào)伏節(jié)不靈株敏時，貿(mào)應采用耐交叉控憂制。簡單調(diào)節(jié)肝系統(tǒng)壓力控意制液位控制溫度控制流量控制溫度控制熱交換罰器溫度通控制—絲式—也即攏傳熱量付Q的控足制——傳熱質(zhì)面積；——傳熱糠溫差；——傳熱系環(huán)數(shù)；在正常的陶物流流量尿和溫度范漿圍內(nèi)變化錦很少傳熱量Q受的控制可坑通過調(diào)節(jié)道換熱面積主A和蜂傳熱溫差T來絞實現(xiàn)。溫度控制熱交換防器溫度溪控制—效—也即民傳熱量祖Q的控圖制無相變換咽熱器通過奸改變冷（要熱）介質(zhì)稻或物料的楊流量調(diào)節(jié)錢物料出口慮溫度。a)結控制冷洽熱媒流巧量b)冷景熱媒流量筍旁通c)碰改變物棵料流量溫度控制熱交換器拐溫度控制扣——也即城傳熱量Q于的控制有相變止換熱器廢，若壓核力不可弊調(diào)，則增溫差一艷定，溫加度調(diào)節(jié)融可通過貪改變換貢熱面積凳實現(xiàn)；競若壓力成可調(diào)，洪如使用謊蒸汽加霜熱，可損通過改價變蒸汽兇壓力，步即冷凝事溫度的掙辦法來巾調(diào)節(jié)物遺料溫度匹。a)賞調(diào)節(jié)蒸新汽壓力溫度控麗制熱交換器掘溫度控制湯——也即源傳熱量Q隔的控制有相變換娘熱器，如偷使用蒸汽結加熱，若另物料溫度友低，且熱班負荷低時殘，蒸汽冷糧凝溫度低堪于1000C,壓漆力低于飽肯和蒸汽壓喜力，可將誕調(diào)節(jié)閥裝敬在凝液排戲出管道上典，通過凝母液排出量蝴的變化，燥調(diào)節(jié)有效涼傳熱面積送。b)擋調(diào)節(jié)有亞效傳熱升面溫度控制2）精餾彈塔的溫度堅控制——括若在線組增分分析技耀術復雜，紗靠人工分思析又不能碗及時得到欲控制信息法，可用溫蠢度控制代片替質(zhì)量控噸制。a)精餾傘段回流調(diào)探節(jié)控制溫京度b)提才餾段調(diào)榴節(jié)蒸汽嘩量控制差溫度溫度控制2）精備餾塔的蹄溫度控隨制——群若在線炒組分分電析技術絨復雜，假靠人工偷分析又澆不能及倍時得到卷控制信投息，可哲用溫度創(chuàng)控制代侍替質(zhì)量弄控制。對于一個衛(wèi)精餾塔，褲精餾段和趁提餾段兩擱者中只能蒜采用一個撈溫度控制村，下列情爽況可采用極提餾段溫植度控制：塔底產(chǎn)品隨純度要求繩比塔頂產(chǎn)港品的高；精餾段板衰上溫度不傳能很好的曬反映組成晶的變化或疤不靈敏；進料為液家相，進料崖的溫度或爪組成的波移動對提餾由段的影響快較精餾段傍更迅速和軌顯著，因虛而提餾段潮溫控滯后春較??；精餾塔的速回流量取百決于塔釜候脫除輕組以分的要求榆時，回流除量大于塔梢頂脫除輕佛組分的實喝際需要；簡單調(diào)節(jié)忘系統(tǒng)壓力控制液位控制溫度控家制流量控取制流