海川化工论坛_第六篇 自控仪表篇.doc

第六篇 自控仪表篇第1题 何谓压力、大气压力、绝对压力、表压力和真空度? 它们之间有什么关系?答：垂直而均匀地作用在单位面积上的力称为压力。这个“压力”的概念是实际工作中习惯的称呼，严格说来，它应是流体力学中压强的概念。 大气压力：是指地面上空气重量所产生的压力，它随测量地点的海拔高度、地理位置、气象情况的不同而变化。 绝对压力：是指液体、气体或蒸汽作用在单位面积上，包括空气重量所产生的大气压力在内的全部压力，亦即不带条件起算的全压力，或称以零作参考压力的差值。 表压力：也称相对压力，即压力表所指示的压力。因为表压力是绝对压力抵消大气压力后所余的压力，或称以环境大气压力作参考压力的差值，所以表压力等于绝对压力与大气压力之差。 表绝大 真空度：是指绝对压力低于大气压力时，仪表所测得的负表压，这个负的表压就称为真空度。所以，真空度等于大气压力与绝对压力之差。 真表大绝 真空度越高，绝对压力越小，真空度为零时，绝对压力等于大气压力，绝对压力为零时的真空度称为绝对真空。 用来测量大气压力的仪表，称为气压表；用来测量绝对压力的仪表，称为绝对压力表；用来测量表压力的仪表称为压力表；用来测量负表压的仪表称为真空表。第2题 压力仪表的计量单位是什么?过去有哪些常用的压力单位?如何换算?答：我国的法制计量单位和国际单位制中，压力的单位均为帕斯卡，用符号Pa表示。其物理意义是（牛顿）的力垂直均匀地作用在m2（平方米）的面积上所产生的压力。在实际使用中，常嫌Pa的单位太小，所以常用KPa（千帕）及MPa（兆帕）等单位。 MPa103KPa106Pa 我国过去生产和使用的压力仪表，常采用Kg.fCm2(工程大气压)、mmHg(毫米汞柱)和mmH2O(毫米水柱)等单位，与法定计量单位的换算关系为： 1kgf/Cm2=9.80665104Pa =98.0665KPa =0.0980665MPa 1mmHg=1.333224102Pa(0) 1mmH2O=9.80638Pa(4)第3题 如何选用压力表?答：选用压力表时要考虑压力表的量程和所测介质的性质。 我们知道压力表有不同的精度等级，在选用压力表时，要考虑工艺的实际需要和经济合理。在满足工艺精度要求的情况下，精度不要选得太高，以免造成不必要的浪费。 由于仪表的允许误差，是用仪表的量程的百分数来表示的。对于同一精度的仪表，量程选得越大，实际使用精度越低。为了保证测量时的实际使用精度，量程应尽量选得小一些。但另一方面为了保证弹性元件能在弹性变形的安全范围内可靠地工作，选择压力表量程时，要留有足够的余地。一般在被测压力较稳定的情况下，最大压力值不应超过量程的三分之二， 而在被测压力波动较大的情况下，最大压力值不应超过量程的二分之一。为保证测量精度，被测压力最少值不应低于量程的三分之一。 此外，还要根据被测介质的性质，选择不同类型的压力表。具有腐蚀的介质，应选用弹性元件为不锈钢材料制成的压力表。某些介质要选用专用的压力表，如测量介质为氨，应选用氨压力表，测量的为氧气应选用氧气压力表。第4题 仪表的零点、跨度、量度是指什么？答：仪表的零点是指仪表测量范围的下限（即仪表在其特点精度下所能测出的最小值）。量程是指仪表的测量范围，跨度是指测量范围的上限与下限之差。 如果一台仪表测量范围是200300，则它的零点就是200、量程是200300、跨度是100。第5题 什么是仪表的误差和精度？答：仪表的误差是指仪表在正常工作条件下的最大误差。它一般用百分比相对误差表示； 最大绝对误差百分比相对误差=100% 跨度其中：最大绝对误差是多次测量中被测参数值与标准之差的最大值。仪表的精度是指仪表允许误差的大小，它是衡量仪表准确性的重要参数之一。一般工业用仪表精度等级为0.1、0.2、0.5、1.0、1.05、2.5等。如果一台仪表的百分比误差是1.2%，它小于允许误差1.5%，则该仪表的精度就1.5级。第6题 变送器有何作用？答：变送器的作用是检测工艺参数并将测量值以特定的信号形式传送出去，以便进行显示调节。第7题 单元组合仪表中有哪几种仪表统一信号？答：单元组合仪表中有三种统一信号： （1）气动单元组合仪表的统一信号为0.020.1Mpa（表压）； （2）电动单元组合仪表DDZ型的统一信号是直流010mA，它采用电流传送，电流接收的串联方式； （3）电动单元组合仪表DDZ型现场传输信号统一是直流420mA，控制室联络信号为直流15V。它采用电流传送，电压接收的并联方式。第8题 差压式流量计的测量原理是什么?答：它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差，实现流量测量的。连续流动的流体，当遇到装在管道内的节流装置时，由于节流孔的截面积比管道的截面积小，流动流通面积突然缩小，使流体和流速增大，形成收缩的流体通过节流孔。根据伯努利定律，任何一流体所包含能量不变。因此，在流体加快地方动能增大，位能（静压头）降低，在节流孔前后就产生了压差，流体的流量越大，压差越大，因此，用差压计测出此差压就能测知流量的大小。差压式流量计由于使用历史长久，积累了丰富的实践经验和完整的实验资料，在生产中应用最广泛。第9题 转子流量计的测量原理是什么?答：它是定压降式流量计。所谓定压强，就是不管流量多大，流体流过流量计的压降都是不变的。就是由一段向上逐渐扩大的圆锥形管子和管子中的转子组成。当流体流过锥形管和转子之间的环形缝隙时，由于节流作用在转子上下所产生的压力差，使转子上移，直到这个压力差作用在转子上的向上的力，与转子在流体内的重量相平衡为止。流量增大，这个压力差增大，当大于转子的重量时，转子上升，环形缝隙增大，节流作用减少，压差减少，直到压差又等于转子在流体内的重量时，转子停止上移。同理，流量降低，转子下降，因此，可以通过浮子平衡位置的高低，来测知流量的大小。对于传送转子流量计，则要把转子的位移量转换成气压或电流信号送二次表进行显示。 它的特点是有效测量范围，即最大流量与最小流量之比（亦即量程比）大，为10：1，压力损失小，反应快，适于洁净的流体小流量的测定。安装时流体应由下向上，并垂直安装。第10题 内藏孔板差压变送器的结构是怎样的?答：内藏孔板是内藏在差压变送器中的节流元件，变送器直接安装在管道上，所测流体直接从变送器膜盒之高压侧流入，通过内藏孔板流入下游侧，下游侧与变送器膜盒负压室相连通，不需要专门的导压管，具有结构紧凑、安装简便、使用稳定、维持方便等优点。特点是适用于洁净小流量液体。第11题 涡街流量计的测量原理是什么?答：它是利于管道中置一漩涡发生体，根据所产生的漩涡数来测量流量大小的。当管道中流体流过漩涡发生体时，在其后方和两侧会交替地产生有规律的漩涡列，流速U越大，漩涡产生频率f也越大，其关系式为： U f=K D 式中：K斯特芬哈系数 D漩涡发生体直径它是将测得的微弱的频率信号经电子线路处理成与流速成正比的电脉冲信号由显示仪表显示出流量的瞬时值。漩涡频率是不受流体密度、温度、压力和粘度等的影响，这是它的主要优点。第12题 常用的测温仪表有哪几类?答：测温仪表按其测量原理不同分有： （1）膨胀式温度计：又分液体膨胀式(玻璃温度计)和固体膨胀(双金属温度计)。是利用液体或固体受热膨胀的原理进行测量的。此类温度计简单可靠，选用测温点灵便，但一般只能作现场指示用。 （2）压力表式温度计：分充液体式、充气体式、充蒸汽式等三种。此类温度计又称温包温度计，是利用封闭在固定容器中的液体、气体或蒸汽受热膨胀引起压力变化的原理来测量温度的。此类仪表简单、价廉，具有防爆性。但精度低，远传时滞后性较大。 （3）热电阻式温度计：是利用导体或半导体受热时，电阻值发生相应变化的原理来测量温度的。此类仪表测量精度高，便于多点集中测量和实现远传和调节。但高温时精度差，故只适用于低、中温的测量。同时，由于体积较大，不能测量“点”的温度。 （4）热电偶式温度计：是利用物体的热电性能来测量温度的。此类仪表与热电阻式温度计基本相同，比电阻式能测更高的温度，但在低温段测量时精度较低，同时测量时需冷端补偿。 （5）辐射式高温度计：以上四种测温仪表是接触式测量仪表，辐射式高温计是非接触式测量仪表，它是利用受热物体的热辐射性能来测量该物体温度的。此类仪表测量方便，能测其他仪表不能测的高温，但只能测高温，其测量的准确度受环境条件的影响。第13题 调节阀的分类有哪些?答：（1）依气动调节阀在有信号作用时阀芯的位置可分气关式和气开式两种； （2）依阀芯的外形可分柱塞式、窗口式、蝶式等几种； （3）依阀芯结构特性可分快开、直线性、抛物线性和对数性(等百分比)； （4）依阀芯结构可分单芯阀、双芯阀及隔膜片等； （5）依流体的流通情况可分：直通阀、角形阀及三通阀等； （6）依阀的耐温情况可分高温阀、普通阀和低温阀等； （7）依传动机构可分直程式及杠杆式等。第14题 调节阀的作用形式有哪几种？如何选用？答：（1）气开式调节阀：输入风压增大时，阀门开大； （2）气关式调节阀：输入风压增大时，阀门开小；根据工艺情况，从安全角度来选用气开或气关式调节阀。 （1）正作用调节阀：气压信号从膜片上部进入，阀杆下移； （2）反作用调节阀：气压信号从膜片下部进入，阀杆上移；大口径的调节阀多是正作用，通过改变阀芯的安装方向来确定是气开或气关；小口径的调节阀大多是反作用，通过改变输入信号的方向来确定气开或气关形式。第15题 阐述调节阀的结构形成。答：（1）直通双座调节阀。 双座调节阀阀体内有二个阀芯和阀座。它具有上下两个阀芯，流体作用在上下两个阀芯，流体作用在上下阀芯的推力方向相反而大致抵消。所以允许压差较大，因此得到广泛应用。双座阀的缺点是关闭时泄漏量大，阀体流路较复杂，使用于高压差时，冲蚀严重。同时也不适用于高粘度介质和含有颗粒介质的调节。 （2）直通单座调节阀 阀体内只有一个阀芯和阀座。其特点是泄漏量小，容易保证密闭。 （3）角形阀 角形调节阀除阀体为角形外，其它与单座阀类似。由于结构上的特点，使之流程简单，阻力小，特别有利于高压降、高粘度的流体。 （4）三通阀 三通阀有三个出入口，按作用方式分合流和分流两种，。三通阀一般用于代替二个直通阀。用来调节热交换器的温度。 （5）隔膜阀隔膜阀由隔膜调节作用，并用带有耐腐蚀衬里的阀体，同时用耐腐蚀隔膜代替了阀芯阀座的组件。因而可用于耐腐蚀，阻力小的流体，但忌高温。 （6）笼形阀（套筒阀）阀内组件采用压力平衡式结构，所以，可用较小的执行机构就能适用于高差压和快速响应的节流场合。阀芯位于套筒里，并以套筒为导向，所以，具有防振耐磨的特点。拆卸方便，阀内组件的检修和更换也很方便。如需改变阀的流通能力，只更换套筒，而不必更换阀芯。使用寿命长。第16题 什么是比例调节?答：当被调参数偏离给定值产生了偏差，首先根据差大小决定阀门的开关程度，对调节对象施加调节作用。使被调参数回到给定值，这个作用就是比例调节。这是因为施加的调节作用是和偏差大小成比例的。 比例调节作用若用数学式表示其调节规律特性，即：P-P0=Kc( e-e0) 式中P调节阀的输出 e调节器的输入 Kc比例调节器放大倍数 （1）放大倍数和比例度 从比例调节器特性式P=Kce，可以看出调节器的输出P，在同样偏差e作用下，放大倍数Kc越大，调节输出P变化越大，其调节作用越强，反之亦然。 比例度的概念 在实际工业中所用的比例调节器，表示其调节作用的强弱不用放大倍数Kc表示，而是用比例度来表示。所谓比例度就是指偏差改变量e占仪表刻度全量程范围的百分数与调节器输出的改变量P占调节器输出范围的百分数之比。 =1/K100% 调节器的比例度与放大倍数Kc成反比关系，而对单元组全仪表比例度与放大倍数Kc互为倒数关系。 当=100%时，被调参数指示值可以在全量程起点和终点内变化，调节器输出都跟着成比例地变化全量程。当=200%时，被调参数指示值可以在全量程的两倍范围内变化，调节器输出变化都跟着成比例地变化，起到调节作用。当然指示值超出全量程是没有意义的。只是说明在有效量程内起到=200%时的作用，就是指示值改变以全量程的有效全程时，调节 器输出只变化了输出范围的50%，此时说明调节作用比较弱。 （2）余差 比例作用反应快，没有滞后，具有较快克服干扰影响被调参数的波动的能力，而且能根据偏差的大小增强其能力。这些是比例调节作用的优点。它的缺点是：在调节过程结束后产生余差，影响被调参数最终调节质量。 所以对于要求比较严格的调节系统必须采取相应的办法来消除余差，从而提高调节质量。第17题 什么是比例积分调节?答：（1）积分调节的作用 调节器输出的变化量与偏差值随时间的积分成正比的调节规律称为积分调节作用，用I来表示，所以当输入偏差存在时，尽管偏差很小，调节器输出变化率就不会等于零，输出就会一直在变化，而且偏差时间越长，输出变化就越大，直到输入偏差为零时，调节器输出变化速度才等于零，即输出不再变化而稳定下来。这说明积分调节作用在最后达到稳定时必须是偏差等于零。因此积分作用能自动消除余差。 （2）积分时间 积分时间是积分调节器一个很重要的参数，积分时间长，积分速度小，偏差值时间累积的速度慢，反之亦然。 （3）比例积分调节作用 实际上具有积分规律调节器很少单独使用，一般都是与比例作用组成比例积分调节器。这种调节器具有比例调节反应快，无滞后的优点因此可加快调节作用，缩短调节时间，又有积分作用可以消除余差的优点，基本上能满足生产工艺的要求。第18题 什么是微分作用?答：微分调节器(用D表示)的调节规律，是根据偏差的变化趋势即“偏差变化速度”而动作的，在数学上称为微分作用。 结合加热炉出口温度调节加以说明，假设采用的调节器是比例微分调节器，当被调参数炉出口温度偏高时，调节阀关小，温度越高，调节阀就关得越小，这一作用就是比例作用，由调节器比例部分去完成。另外还可以这样调节，发现炉出口温度上升很快，说明已经出现较大的干扰作用，如果不及时采取相应的措施，由下一时刻炉出口温度偏差将会更大，因此 可以把调节阀预先关小一些，等炉出口温度逐渐回复后，再把调节阀开到相应的开度上。这一调节作用是按偏差变化速度而引入的调节作用，只要偏差一露头就立即施加调节作用，这样调节的效果就会更好，这一作用就由调节器微分部分来完成，称微分调节。 微分调节具有超前的作用，因此，微分作用可用于滞后大的调节对象， 炼油厂中一般用在温度调节系统。第19题 调节参数对调节过程有什么影响?答：（1）比例度变化对调节过程的影响。 比例度越大说明调节作用越弱，必然导致过程曲线变化缓慢。振荡周期长，衰减比较大。如果是纯比例作用，则稳定后余差也大。相反减小比例值相当于加强调节作用，曲线波动快，振荡周期短，衰减比变小，随着比例度的减小，曲线振荡逐渐加剧，周期越来越短，衰减比也越来越小。 （2）积分时间TI变化对调节过程的影响 积分作用强弱取决于积分时间TI的大小。TI大，积分作用弱，TI小，积分作用强。曲线振荡逐渐加剧，周期逐渐缩短，余差也越来越小。但TI 过小，由于积分作用太强，造成曲线剧烈振荡，操作不稳；操作不稳，当 TI无限大时，调节器就是个纯比例调节器。 （3）微分时间TD变化对调节过程的影响 微分作用强弱主要看TD的大小，TD越大，微分作用越强，这和积分时间TI刚好相反。微分作用越强，调节作用也越强，其结果使振荡越来越剧烈，周期也越来越短。用微分作用后余差也会有所降低。但是当微分作用的不恰当，TD太大了会引起大幅度的振荡，太小了作用不够明显，对调节质量改善不大，等于零时无微分作用。第20题 阀门定位器的作用是什么？使用场合有哪些?答：阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配套使用。它可以使阀门位置按调节器送来的信号正确定位，使阀杆位移与送来的信号压力保持线性关系。 它的使用场合大体如下： （1） 阀的两端压差P大于10kgf/Cm2或口径Dg大于100mm。 （2）为了防止泄漏，而将阀杆的填料压得很紧，从而有较大阀杆磨擦力的场合。 （3）含悬浮颗粒物，高粘度，或呈胶状的流体，对阀杆移动有较大阻力的场合。 （4）滞后大的调节系统，如温度调节系统，或气动调节器与调节阀间距离大于100米时。 （5）一个调节器可控制两个定位器而实现分程控制。 （6） 阀门定位器可实现正、反作用，即定位器输入信号为0.21.0kg f/Cm2(反作用)。这样，正作用的调节阀就不必改变阀芯、阀座的位置，通过配用的定位器就可实现反作用。第21题 什么叫比值控制?答：它可以控制两个或两个以上的物流量保持一定的比值关系。 最简单的比值控制系统是单闭环比值控制系统，它的控制方案及方框图见列图。从图上可以看出，Q1是主动量，它本身没有反馈控制，因而是可变的，Q2是从动量，它随Q1而变，在稳态时能保持Q2=KQ1。因为只有Q2的流量回路形成了闭环，所以叫做单闭环比值控制系统。第22题 什么叫分程控制?答：由一个调节器去控制两个或两个以上的调节阀，可应用于一个被控变量需要二个以上的操作变量来分阶段控制或者操作变量需要大幅度改变的场合。我们以V3101压力控制为例说明，见下图。 PV3101A阀输入信号为0.200.25MPa，阀开度随V3101压力升高而增大。 PV3101B阀输入信号为0.150.20MPa，阀开度随V3101压力升高而关小。因此，分程控制信号的接保部选在调节器输出信号的中点0.20MPa处。 也即调节器输出信号在0.20MPa时，根据信号范围，相对应的阀门采取动作，使得压力能控制在需要的值上。 100% PV3101B 0% PV3101A 100%阀开度0.15 0.20 0.25 调节器输出第23题 什么叫自动选择性控制?答：调节器的测量值可以根据工艺的要求自动选择一个最高值、最低值。选择性控制系统的基本设计思想就是把在某些特别场合下工艺过程操作所要求的控制逻辑关系叠加到正常的自动控制中去，在生产操作中起到软限保护的作用，所以被应用得相当广泛。 第24题 DCS是什么意思？其主要由哪几部分构成？答：DCS是DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM 的缩写，中文意思是集中分散形控制系统，简称集散控制系统。其主要由过程输入/输出接口、过程控制单元、操作站、数据高速通道、管理计算机五部分构成。第25题 DCS集散控制系统有哪些特点？答：DCS集散控制系统有以下特点：（1）自主性各工作站之间可以通过网络联接，并可独立完成合理分配给自己的任务。（2）协调性各工作站通过网络传送各种信息，数据共享。（3）友好性实用、简捷的人机会话系统。（4）适应性、灵活性硬件、软件采用开放式、标准化和模块化设计。（5）在线性能处理数据，在线维修。（6）可靠性采用了容错技术、冗余技术、自诊断技术。第26题 ESD是什么意思？答：ESD是英文Emergency Shut Down System 的缩写，其中文意思是安全紧急停车系统；它独立于人工操作之外，正常状态下，它对装置的关键工艺及设备参数进行连续监测，当出现异常情况时，ESD系统立即按照预先设计好的联锁保护程序执行相应的跳闸动作，使设备处于安全状态。第27题 如何实现蜡油装置原料油进装置比例调节？答：根据工艺要求，装置的原料油为伊轻混合油、焦化蜡油二种组分的混合进料，控制方案以原料油缓冲罐（V3101）的液位为主控制点，以伊轻混合油流量为主流量，给定焦化蜡油的流量，组成一个液位流量串级的比例定值随动控制系统，使二种组分控制在工艺要求的流量和比例范围之内。第28题 蜡油装置的原料油过滤器如何进行控制？答：混合后的原料油经原料油过滤系统，原料油过滤器组以过滤器的差压为控制点全自动自行切换，过滤器系统由位于现场的防爆型逻辑控制系统自行控制，不参与装置DCS系统的控制，但过滤器逻辑控制系统的运行状态在中控室显示。第29题 蜡油装置进料泵（P3101A/B）的控制方案是怎样的？答：过滤后的原料油进入滤后原料油缓冲罐V3101，然后用高压进料泵P3101A/B打入反应系统。为保证正常生产和保护加氢进料泵，除了在出口总管上设置流量调节回路外，还设置了一套低限流量保护系统，当泵的流量低于低限时，泵的低流量保护系统会自动跳闸停泵。第30题 反应进料加热炉（F3101）控制方面有哪些考虑？答：反应进料加热炉为氢/油混相的加热炉，其结构共用了一个烟囱和对流段，两个独立的炉膛的复合结构。（1）各自独立的炉出口温度与燃料气流量串级控制系统（TIC3126A-PIC3104，TIC3126B-PIC3104），主火嘴燃料气压力调节阀（PV3104、PV3106）带最小阀位限制器，以防阀后压力因调节过低时而熄火；常明火嘴的燃料气压力用自动式调节阀；（2）每路炉管上设置4点刀刃式炉管表面热电偶；（3）每个炉膛顶部各设置一台氧含量分析议；（4）炉中部设炉膛压力指示，并以此和参照烟气中氧含量遥控调节烟囱挡板开度；（5）设置反应进料加热炉ESD子系统；第31题 反应器温度（R3101）有哪些控制与监视手段？答：根据本装置反应器的特点，主要有以下控制与监视手段：（1）直插式热电偶反应器（R3101）的三个床层按上、中、下分别设置水平均布的三点测温元件（