過程控制系統及工程信息學院自動化系：孫洪程

Email:Sunhc@第15章流體輸送設備控制

過程控制系統及工程課件第1頁流體輸送設備控制15.1流體輸送設備控制15.2泵和壓縮機控制15.3離心式壓縮機防喘振控制第15章教學進程過程控制系統及工程課件第2頁15.1概述

流體：液體或氣體液體傳送——泵，氣體傳送——風機或壓縮機

控制目標：流量、壓力控制，安全保護控制過程控制系統及工程課件第3頁15.2泵和壓縮機控制離心泵控制15.2.1

離心泵葉輪在電動機帶動下做高速旋轉運動，產生離心力。泵速越高，離心力越大，出口壓頭越高。出口流量增大，出口壓力降低。離心泵特征公式：■性能

流量Q140~1800m3/h

揚程H9~125m

進口直徑150~600mm

過程控制系統及工程課件第4頁15.2泵和壓縮機控制離心泵控制15.2.1離心泵特征曲線另外，管路系統壓力也對泵特征有影響a,壓頭Hn3n2n1n4排出量Q離心泵特征曲線a過程控制系統及工程課件第5頁所以，能夠經過hv或其它伎倆改變H壓力（流量）

離心泵控制15.2.1管路阻力：（1）管路兩端靜壓差hp（2）管路兩端靜液柱高度，即升揚高度hL（3）管路摩擦損失hf（4）控制閥兩端節流損失hv管路總壓力阻力HL=hp+hL+hf+hv系統穩定工作時則有泵壓頭等于管路總壓頭：H=HL=hp+hL+hf+hvp2HLhvhvH壓頭HLhLChfhfp1hLhp排出量Q過程控制系統及工程課件第6頁注意，控制閥一定要裝在閥出口位置，不然會出現“氣縛”和“氣蝕”現象，對離心泵產生損壞。

(b)控制方案FC離心泵控制15.2.1（1）直接節流法改變直接節流閥開度，改變平衡工作點位置C(a)流量特征

HQHL1

HL2

C1

HL3

C3C2

過程控制系統及工程課件第7頁離心泵控制15.2.1“氣縛”——hv使得入口壓力下降，使液體部分汽化，使泵出口壓力下降，排量降至零“氣蝕”——hv使得部分汽化氣體抵達出口，受壓縮重新凝聚成液體，對泵內機件產生沖擊●優點：調解方便●缺點：機械效率低（消耗在閥上）●場所：慣用，排量小于正常排量30%時要調整過程控制系統及工程課件第8頁FC調轉速原動機HLn3

n2

n1

H

Q(a)流量特征(b)控制方案離心泵控制15.2.1（2）改變泵轉速經過改變泵轉速改變工作點當前主要經過變頻器控制電機轉速變頻器近年發展比較快，功效、可靠性大大提升，價格下降。此方法也能夠取代控制閥，實現流量控制過程控制系統及工程課件第9頁離心泵控制15.2.1●優點：機械效率高，節能●缺點：調速復雜（離心泵較多時使用）●場所：少用，用于大功率離心泵過程控制系統及工程課件第10頁（3）改變旁路回流

離心泵控制15.2.1FC●優點：控制閥口徑

，調整方便●缺點：回路，能量消耗大（未充分使用）●場所：有一定使用過程控制系統及工程課件第11頁容積式泵控制方案15.2.2不能采取節流方法控制

n1

n2

n3

排出量Q

H壓頭往復泵：活塞式、柱塞式旋轉泵：齒輪式、螺桿式排量大小與管路阻力無關，只取決于泵沖程及往復頻率過程控制系統及工程課件第12頁常見控制方案：

（1）

變頻調速（2）

旁路法

容積式泵控制方案15.2.2過程控制系統及工程課件第13頁壓縮機控制方案15.2.3需要確保運行安全性，如“喘振”、功率大、轉速快

氣體增壓及輸送設備離心式、往復式離心式應用比較多●優點：●缺點：氣量大，無脈動過程控制系統及工程課件第14頁（4）軸推力、軸位移及連鎖保護控制壓縮機控制方案15.2.3主要自控系統：（1）氣量控制：和離心泵相同（2）防喘振控制（3）油路控制：油溫、油壓聯鎖安全保護（電氣控制）過程控制系統及工程課件第15頁15.3離心式壓縮機防喘振控制喘振現象及原因15.3.1

離心式壓縮機負荷低于一定值后，氣體正常輸送被破壞，氣量乎多忽少，發生強烈振蕩——“氣喘”聲音，嚴重破壞機器設備。

過程控制系統及工程課件第16頁T點對應流量——極限流量喘振現象及原因15.3.1p2/pl

p2/pl～Q

M1

MTQM

Q圖離心式壓縮機工作曲線喘振產生原因：T點右惻，穩定工作區P2/P1↓Q↑P2/P1↑T點左惻，不穩定工作區P2/P1↓Q↓P2/P1↓喘振區過程控制系統及工程課件第17頁產生喘振直接原因是負荷下降QQp1Qp2Qp3

p2/p1

n1

n2n3喘振區

喘振現象及原因15.3.1不一樣轉速，離心泵極限流量也不一樣過程控制系統及工程課件第18頁（1）

氣體吸入狀態改變管路特征

喘振線

T1M1p1p2/p1

Q喘振現象及原因15.3.1另外，有些工藝原因也能夠造成喘振過程控制系統及工程課件第19頁（2）

管路阻力改變阻力

p2/p1

Q喘振現象及原因15.3.1過程控制系統及工程課件第20頁防喘振控制系統15.3.2方法：部分回流，既滿足工藝要求，又使Q1>Qp控制喘振：限制壓縮機流量大于極限流量Q1>Qp，過程控制系統及工程課件第21頁Q1>Qp，旁路閥關死Q1<Qp，旁路閥打開，部分出口氣體返回到入口，使Q1>Qp此種方案中，Qp是固定值，正確選擇Qp值是關鍵.

選擇最大轉速下Qp作為FC設定值，（1）固定極限流量排出循環壓縮機吸入FC防喘振控制系統15.3.2過程控制系統及工程課件第22頁（2）

可變極限流量幾個常見操作線方程防喘振控制系統15.3.2設置極限流量隨轉速而變關鍵：確定壓縮機喘振極限線方程p2/p1

Q2

過程控制系統及工程課件第23頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統。P2+p2-ap1

∑

×r/bk2p1-

Δplr（p2-ap1）/bk2FC防喘振控制系統15.3.2過程控制系統及工程課件第24頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統。防喘振控制系統15.3.2p2+

∑

p1–r/bK2Δplp2-ap1

÷

FC過程控制系統及工程課件第25頁（2）

可變極限流量出入口壓力與入口流量關系不一樣形式變換，組成防喘振控制系統。p2

×r/bK2

Δp1

p2r/bK2

FC防喘振控制系統15.3.2過程控制系統及工程課件第26頁壓縮機串、并聯運行及防喘振控制15.3.3經過一個LS，不論哪個壓縮機出現喘振，都