典型化工单元的控制方案.ppt

2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 1 第十一章典型化工单元的控制方案 讲授内容 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 2 单元操作包括流体输送 分离 离心 过滤 沉降 换热 干燥 结晶 蒸发 精馏 吸收 萃取等 化工原理 所涉及的内容 主要讲述其原理及操作 单元过程包括缩合 加氢 卤化 歧化 聚合 裂解等 工艺学 所涉及的内容 主要讲述原理及过程 化工单元 单元操作 物理过程 单元过程 化学反应过程 概述 有关单元设备的结构 原理及特性 在 化工原理 等课程中学习 这里我们从化工生产自动化的角度来分析化工单元中具有代表性的单元设备的控制方案 主要目的是为了我们日后从事化工生产装置的设计 化工生产的管理及自控系统的设计奠定基础 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 3 液体和气体称为流体 其中液体一般用泵输送 气体用风机 鼓风机 压缩机 输送 固体一般用皮带传送 但也有对其实行流态化的 然后借助风力进行输送 一 离心泵控制方案 转速n一定时 泵的流量特性曲线与管路特性曲线的交点M即为泵的实际工作点 此时泵所提供的压头H正好用来克服管路阻力 其对应的流量即为泵的实际流量 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 4 1 控制泵的出口阀门开度 改变管路特性 一般不控制泵的进口 主要是离心泵的吸入高度有限 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 5 2 控制泵的转速由于调速机结构复杂 工业生产中一般不用 实验室常用 但在工业生产中以蒸汽为动力的透平式离心泵就是控制转速的 控制蒸汽大小即可达到控制转速的目的 适用于输送粘度大的介质 如焦油 重油等 及易燃 易爆介质 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 6 3 控制泵的出口旁路该控制方法机械效率低 离心泵不采用 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 7 二 位移式泵 容积式泵 的控制方案往复泵 运动部件 活塞 位移式泵计量泵 运动部件 柱塞 齿轮泵 运动部件 齿轮 这类泵的运动部件每往复一次或每转一周 所需介质的量是一定的 因而对这类泵既不允许控制进口 也不允许控制出口 主要原因是 若出口量减少 出口压力立即达到最大值 从而导致泵壳及运动部件损坏 若进口量减少 会造成较大的负压 同样也会使运动部件损坏 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 8 1 控制泵的出口旁路 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 9 2 控制泵的转速与离心泵一样 3 改变泵的冲程主要针对往复泵和计量泵 三 压气机的控制方案这里不作详细介绍 它与泵的控制相似 但一般采用控制旁路的方案 以防 喘振 现象的发生而对风机造成损害 第一节流体输送设备的控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 10 一 冷热介质无相变1 控制载热体的流量采用该控制方案时 载热体必须是可控的才行 第二节传热设备的自动控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 11 2 控制载热体旁路流量 采用该法时 载热体为工艺主要介质 其总量是不可控的 但应注意的是不能直接将控制阀置于旁路而采用控制载热体流经旁路的量 主要是因为若换热器内部阻力小 则控制阀前后的压差就小 阻力比S就小 一方面导致控制阀的流量特性发生突变 另一方面导致控制阀口径DN要大 C 10Q P 0 5 P小 C大 DN大 第二节传热设备的自动控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 12 3 控制被加热流体的流量该方法同方案1 4 控制被加热流体旁路流量该方法同方案2 二 冷热介质发生相变的控制方案1 控制蒸汽流量 载热体冷凝 第二节传热设备的自动控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 13 2 控制冷凝液的排放量 载热体冷凝 该方法实质是控制换热器的有效传热面积 适用于为防过热引起化学变化的热敏性介质的加热系统 且应用该方案时要求传热面积有足够的裕量 3 冷剂的控制该方案与控制热剂相似 控制冷剂进入量 控制进口 实质是改变传热面积 控制汽化压力 控制出口 实质是改变汽化压力 压力改变温度就改变 第二节传热设备的自动控制方案 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 14 1 精馏塔的作用精馏塔在分离过程中应用较多 主要是用它来分离液体混合物 精馏过程中同时进行着热 质传递过程 而传递的场所就是精馏塔 因而精馏塔是精馏过程中一个比较复杂的关键性的设备 2 精馏操作的原理利用混合液中各组分的挥发度不同 进行多次部分汽化与部分冷凝 从而使各组分得到分离 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 15 回流的作用是使塔内上层塔板的蒸汽进行部分冷凝的冷却剂 以确保精馏操作稳定进行 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 16 3 精馏操作的工艺要求 1 操作要处于合适的工况 以保证塔的平稳操作 确保产品质量 提高塔的效率 2 节能降耗能耗 热剂 主要是蒸汽 冷剂 水 冷冻盐水 的消耗 物耗 产出 产品量 与投入 原料量 的比例 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 17 一 精馏操作对控制方案的要求1 尽量预先克服进塔前主要的可控干扰 如进料量波动 进料温度波动等 2 保证质量指标 顶 底产品的纯度达到质量指标的要求 3 保证塔的平稳操作 满足F D W物料平衡关系 二 自动控制方案自控方案较多 这里主要介绍常见 常用的以温度作为间接质量指标控制的两种温度控制方案 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 18 1 提馏段温度控制 1 控制方案以提馏段温度 塔底温度 作为衡量质量的间接指标 以改变再沸器的加热蒸汽量作为控制手段 该方案要求塔顶回流量较大 并实行定值控制 因而允许塔内有较大的蒸汽速度 这样不仅保证了塔底产品的质量 也保证了塔顶产品的质量在一定的范围内 提高了塔的效率 但冷剂消耗大 应用该方案时 除塔底温度控制这个主要系统外 另外还设置了其它四个辅助控制系统 其控制方案见下图所示 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 19 精馏塔提馏段的温度控制方案示意图 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 20 2 各控制系统的作用及各控制器的控制规律如下 TC 根据塔底温度 调节入再沸器蒸汽量 以维持塔底温度恒定 底温恒定 要求严格 无余差 温度对象滞后大 故选PID LC 塔底液位均匀控制系统 根据塔底液位情况 调节塔底采出量 以维持塔底液位在规定的范围内 塔底液位允许在一定范围内波动 即允许存在余差 故选P F1C 进料定值或均匀控制系统 可控用定值 不可控用均匀 通过控制进料量的大小 以维持全塔物料平衡 达到稳定操作 从其作用而言 可选PI或P 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 21 F2C 塔顶回流定值控制系统 通过调节回流量的大小 以维持塔顶回流量的恒定 因采取提馏段温控时 为确保塔顶产品的质量也满足一定的质量要求 要求回流量实行定值 故选PI PC 塔顶压力定值控制系统 通过调节冷剂量的大小来维持塔压恒定 为确保塔的平稳操作 保持塔的稳定 塔压很关键 因为塔压波动 会破坏温度与成分的单值对应关系 以确保产品质量 从其作用而言 必须选PI 3 各控制器的正反作用TC控制器 反作用LC控制器 正作用F1C控制器 反作用F2C控制器 正作用PC控制器 反作用 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 22 4 各执行器的气开 气关形式TC执行器 气开式LC执行器 气开式F1C执行器 气开式F2C执行器 气关式PC执行器 气关式 防塔压过高 5 应用场合a 塔底采出为主要产品 其质量要求较塔顶严格 b 液相进料 因进料量的变化首先影响到塔底产品的成分 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 23 2 精馏段温度控制方案 1 控制方案以精馏段温度 塔顶温度 作为衡量质量的间接指标 以改变回流量作为控制手段 该方案要求塔底再沸器的加热蒸汽量较大 并实行定值控制 这样不仅保证了塔顶产品的质量 也保证了塔底产品的质量在一定的范围内 提高了塔的效率 但热剂消耗大 应用该方案时 除塔顶温度控制这个主要系统外 另外还设置了其它四个辅助控制系统 其控制方案见下图所示 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 24 精馏塔精馏段的温度控制方案示意图 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 25 2 各控制系统的作用及各控制器的控制规律如下 TC 根据塔顶温度 调节塔顶回流量 以维持塔顶温度恒定 塔顶温度恒定 要求严格 无余差 温度对象滞后大 故选PID LC 塔底液位均匀控制系统 根据塔底液位情况 调节塔底采出量 以维持塔底液位在规定的范围内 塔底液位允许在一定范围内波动 即允许存在余差 故选P F1C 进料定值或均匀控制系统 可控用定值 不可控用均匀 通过控制进料量的大小 以维持全塔物料平衡 达到稳定操作 从其作用而言 可选PI或P 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 26 F2C 塔底再沸器加热蒸汽定值控制系统 通过调节蒸汽量的大小 以维持塔底加热蒸汽量的恒定 因采取精馏段温控时 为确保塔底产品的质量也满足一定的质量要求 要求加热蒸汽量实行定值 故选PI PC 塔顶压力定值控制系统 通过调节冷剂量的大小来维持塔压恒定 为确保塔的平稳操作 保持塔的稳定 塔压很关键 因为塔压波动 会破坏温度与成分的单值对应关系 以确保产品质量 从其作用而言 必须选PI 3 各控制器的正反作用TC控制器 反作用LC控制器 正作用F1C控制器 反作用F2C控制器 反作用PC控制器 反作用 第三节精馏塔的自动控制 2020 2 6 第十一章典型化工单元控制方案 27 4 各执行器的气开 气关形式TC执行器 气关式LC执行器 气开式F1C执行器 气开式F2C执行器 气开式PC执行器 气关式 防