化工儀表及自動化第十一章典型化工單元的控制方案

內(nèi)容提要流體輸送設(shè)備的控制方案離心泵的控制方案往復(fù)泵的控制方案離心式壓縮機的防喘振控制傳熱設(shè)備的自動控制兩側(cè)均無相變化的換熱器控制方案載熱體進行冷凝的加熱器自動控制冷卻劑進行汽化的冷卻器自動控制精餾塔的自動控制工藝要求1內(nèi)容提要精餾塔的干擾因素精餾塔的控制方案化學(xué)反應(yīng)器的自動控制化學(xué)反應(yīng)器的控制要求釜式反應(yīng)器的溫度自動控制固定床反應(yīng)器的自動控制流化床反應(yīng)器的自動控制升化過程的控制常用生化過程控制青霉素發(fā)酵過程控制啤酒發(fā)酵過程控制2第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案一、離心泵的控制方案3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。

離心泵的流量控制大體的三種方法1.控制泵的出口閥門開度當(dāng)干擾作用使被控變量（流量）發(fā)生變化偏離給定值時，控制器發(fā)出控制信號，閥門動作，控制結(jié)果使流量回到給定值。第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案4圖11-1改變泵出口阻力控制流量圖11-2泵的流量特性曲線與管路特性曲線

控制閥一般應(yīng)該安裝在泵的出口管線上，而不應(yīng)該安裝在泵的吸入管線上（特殊情況除外）。注意第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案52.控制泵的轉(zhuǎn)速圖11-3改變泵的轉(zhuǎn)速控制流量圖11-3中曲線1、2、3表示轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3時的流量特性，且有n1＞n2＞n3。該方案從能量消耗的角度來衡量最為經(jīng)濟，機械效率較高，但調(diào)速機構(gòu)一般較復(fù)雜，所以多用在蒸汽透平驅(qū)動離心泵的場合，此時僅需控制蒸汽量即可控制轉(zhuǎn)速。第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案63.控制泵的出口旁路圖11-4改變旁路閥控制流量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。控制閥裝在旁路上，壓差大，流量小，因此控制閥的尺寸較小。

該方案不經(jīng)濟，因為旁路閥消耗一部分高壓液體能量，使總的機械效率降低，故很少采用。第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案二、往復(fù)泵的控制方案7

往復(fù)泵多用于流量較小、壓頭要求較高的場合，它是利用活塞在汽缸中往復(fù)滑行來輸送流體的。往復(fù)泵提供的理論流量可按下式計算

（11-1）第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案81.改變原動機的轉(zhuǎn)速圖11-5改變轉(zhuǎn)速的方案該方案適用于以蒸汽機或汽輪機作原動機的場合，此時，可借助于改變蒸汽流量的方法方便地控制轉(zhuǎn)速，進而控制往復(fù)泵的出口流量。第一節(jié)流體輸送設(shè)備的控制方案92.控制泵的出口旁路圖11-6改變旁路流量該方案由于高壓流體的部分能量要白白消耗在旁路上，故經(jīng)濟性較差。第一一節(jié)節(jié)流流體體輸輸送送設(shè)設(shè)備備的的控控制制方方案案103.改變變沖程s圖11-7往往復(fù)泵的的特性曲曲線計量泵常常用改變變沖程s來進行流流量控制制。沖程程s的調(diào)整可可在停泵泵時進行行，也有有可在運運轉(zhuǎn)狀態(tài)態(tài)下進行行的。第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案三、離心心式壓縮縮機的防防喘振控控制161.離心心式壓縮縮機的特特性曲線線及喘振振現(xiàn)象圖11-11離離心式式壓縮機機特性曲曲線圖11-12喘喘振現(xiàn)現(xiàn)象示意意圖第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案17喘振是出現(xiàn)壓壓縮機工工作點這這種反復(fù)復(fù)迅速突突變這一一現(xiàn)象時時，由于于氣體由由壓縮機機忽進忽忽出，使使轉(zhuǎn)子受受到交變變負(fù)荷，，機身發(fā)發(fā)生振動動并波及及到相連連的管線線，表現(xiàn)現(xiàn)在流量量計和壓壓力表的的指針大大幅度擺擺動。喘振是離離心式壓壓縮機固固有的特特性。負(fù)負(fù)荷減小小是離心心式壓縮縮機產(chǎn)生生喘振的的主要原原因；此此外，被被輸送氣氣體的吸吸入狀態(tài)態(tài)，也是是使壓縮縮機產(chǎn)生生喘振的的因素。。一般講講，吸入入氣體的的溫度或或壓力越越低，壓壓縮機越越容易進進入喘振振區(qū)。第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案2.防喘喘振控制制方案（1）固固定極限限流量法法對于工作作在一定定轉(zhuǎn)速下下的離心心式壓縮縮機，都都有一個個進入喘喘振區(qū)的的極限流流量QB，為了安安全起見見，規(guī)定定一個壓壓縮機吸吸入流量量的最小小值QP，且有QP＜QB。圖11-13防防喘振振旁路控控制18第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案（2）可可變極限限流量法法圖11-14防防喘振振曲線圖11-14上上的喘振振極限線線是對應(yīng)應(yīng)于不同同轉(zhuǎn)速時時的壓縮縮機特性性曲線的的最高點點的連線線。只要要壓縮機機的工作作點在喘喘振極限限線的右右側(cè)，就就可以避避免喘振振發(fā)生。。19第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案安全操作作線近似似為拋物物線，其其方程可可用下列列近似公公式表示示（11-2）在時，工況況是安全全的。經(jīng)過換算算，上述述不等式式可寫成成如下形形式20（11-3）第一節(jié)流流體輸輸送設(shè)備備的控制制方案21圖11-15變變極限限流量防防喘振控控制方案案該方案控控制器FC的給定值值是經(jīng)過過運算得得到的，，因此能能根據(jù)壓壓縮機負(fù)負(fù)荷變化化的情況況隨時調(diào)調(diào)整入口口流量的的給定值值，而且且由于這這種方案案將運算算部分放放在閉合合回路之之外，因因此可像像單回路路流量控控制系統(tǒng)統(tǒng)那樣整整定控制制器參數(shù)數(shù)。第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制一、兩側(cè)側(cè)均無相相變化的的換熱器器控制方方案221.控控制載熱熱體的流流量圖11-16改改變載載熱體流流量控制制溫度圖11-16表表示利用用控制載載熱體流流量來穩(wěn)穩(wěn)定被加加熱介質(zhì)質(zhì)出口溫溫度的控控制方案案。采用用傳熱基基本方程程式的工工作原理理。若不考慮慮傳熱過過程中的的熱損失失第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制23傳熱過程程中傳熱熱的速率率可按下下式計算算整理后，，得移項后改改寫為第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制24圖11-17換換熱器器串級控控制系統(tǒng)統(tǒng)如果載熱熱體本身身壓力不不穩(wěn)定，，可另設(shè)設(shè)穩(wěn)壓系系統(tǒng)，或或者采用用以溫度度為主變變量、流流量為副副變量的的串級控控制系統(tǒng)統(tǒng)。第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制252.控制制載熱體體旁路流流量圖11-18用用載熱熱體旁路路控制溫溫度采用三通通控制閥閥來改變變進入換換熱器的的載流體體流量與與旁路流流量的比比例，可可以改變變進入換換熱器的的載熱體體流量，，還可以以保證載載熱體總總流量不不受影響響。旁路的流流量一般般不用直直通閥來來直接進進行控制制，因為為在換熱熱器內(nèi)部部流體阻阻力小的的時候，，控制閥閥前后壓壓降很小小，這樣樣就使控控制閥的的口徑要要選得很很大，而而且閥的的流量特特性易發(fā)發(fā)生畸變變。第二節(jié)節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的的自動動控制制263.控控制被被加熱熱流體體自身身流量量圖11-19用用介介質(zhì)自自身流流量控控制溫溫度只能用用在工工藝介介質(zhì)的的流量量允許許變化化的場場合。。第二節(jié)節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的的自動動控制制274.控控制制被加加熱流流體自自身流流量的的旁路路圖11-20用用介介質(zhì)旁旁路控控制溫溫度當(dāng)被加加熱流流體的的總流流量不不允許許控制制，而而且換換熱器器的傳傳熱面面積有有余量量時，，可將將一小小部分分被加加熱流流體由由旁路路直接接流到到出口口處，，使冷冷熱物物料混混合來來控制制溫度度。第二節(jié)節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的的自動動控制制二、載載熱體體進行行冷凝凝的加加熱器器自動動控制制28在蒸汽加熱熱器中，蒸蒸汽冷凝由由汽相變液液相，放熱熱，通過管管壁加熱工工藝介質(zhì)。。如果要加加熱到200℃以上上或30℃℃以下時，，常采用一一些有機化化工物作為為載熱體。。這種傳熱過過程分兩段段進行，先先冷凝后降降溫。當(dāng)僅考慮汽汽化潛熱時時，熱量平平衡方程式式為傳熱速率方方程式仍為為第二節(jié)傳傳熱設(shè)備的的自動控制制29當(dāng)被加熱介介質(zhì)的出口口溫度t2為被控變量量時，常采采用下述兩兩種控制方方案。1.控制蒸蒸汽流量圖11-21用蒸蒸汽流量控控制溫度通過改變加加熱蒸汽量量來穩(wěn)定被被加熱介質(zhì)質(zhì)的出口溫溫度。當(dāng)閥閥前蒸汽壓壓力有波動動時，可對對蒸汽總管管加設(shè)壓力力定值控制制，或者采采用溫度與與蒸汽流量量（或壓力力）的串級級控制。第二節(jié)傳傳熱設(shè)備的的自動控制制302.控制換換熱器的有有效換熱面面積圖11-22用凝凝液排出量量控制溫度度圖11-23溫度度-液位串串級控制系系統(tǒng)圖11-24溫溫度-流量串串級控制制系統(tǒng)第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制31兩種方案案比較控制蒸汽汽流量法法優(yōu)點：簡單易行行、過渡渡過程時時間短、、控制迅迅速。缺點：需選用較較大的蒸蒸汽閥門門、傳熱熱量變化化比較劇劇烈，有有時凝液液冷到100℃℃以下，，這時加加熱器內(nèi)內(nèi)蒸汽一一側(cè)會產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)壓壓，造成成冷凝液液的排放放不連續(xù)續(xù)，影響響均勻傳傳熱。第二節(jié)傳傳熱設(shè)設(shè)備的自自動控制制32控制換熱熱器的有有效換熱熱面積法法缺點：控制通道道長、變變化遲緩緩，且需需要有較較大的傳傳熱面積積裕量。。優(yōu)點：防止局部部過熱，，對一些些過熱后后會引起起化學(xué)變變化的過過敏性介介質(zhì)比較較適用。。另外，，由于蒸蒸汽冷凝凝后凝液液的體積積比蒸汽汽體積小小得多，，所以可可以選用用尺寸較較小的控控制閥門門。第二節(jié)傳熱熱設(shè)備的自動動控制三、冷卻劑進進行汽化的冷冷卻器自動控控制331.控制冷卻卻劑的流量圖11-25用冷卻劑劑流量控制溫溫度該方案不以液液位為被控變變量，但液位位不能過高，，過高會造成成蒸發(fā)空間不不足，使出去去的氨氣中夾夾帶大量液氨氨，引起氨壓壓縮機的操作作事故。這種控制方案案帶有上限液液位報警，或或采用溫度-液位自動選選擇性控制，，當(dāng)液位高于于某上限值時時，自動把液液氨閥關(guān)小或或暫時切斷。。第二節(jié)傳熱熱設(shè)備的自動動控制342.溫度與液液位的串級控控制圖11-26溫度-液液位串級控制制該方案的實質(zhì)質(zhì)是改變傳熱熱面積。但采采用了