过程控制-6-流体输送设备控制

1、第六章流体输送设备控制内 容p 引 言p流量控制的特点p泵与管路流量控制p离心式压缩机的流量控制p离心式压缩机的防喘振控制典型生产过程企业的结构生产厂生产装置生产装置操作单元操作单元. . . . .基本设备基本设备. . .炼油厂常减压/催化裂化/催化重整等反应再生/分馏系统/吸收稳定等系统反应器/加热炉/精馏塔/换热器/泵,压缩机等(举例)计算机应用生产计划与生产调度的最优化装置操作的最优化单元平稳控制/质量控制/单元操作的最优化设备平稳控制/联锁安全保护单元操作的基本任务p安全操作联锁保护，各种软保护（超驰控制、设备压力温度控制、最小/最大流量控制等）p平稳操作液面控制（或称物料平衡控制

2、），重要操作参数控制等p质量控制直接/间接质量控制，如成分控制/灵敏板温度控制等流量控制系统的特点p控制通道的对象时间常数小只需采用PI调节器，无须引入微分作用；p测量信号通常带有高频噪声应考虑对测量信号的滤波或在控制器与变送器之间引入一阶滞后环节，以减小调节阀的振动；p静态非线性应考虑选用合适的控制阀特性，使广义对象的静态特性接近线性。离心泵的特性HHLn1n2n3QH为泵的压头，即泵前后的流体静压差；n 为离心泵转速；Q为泵的排出量。HL为泵的最大输出功率线，即在给定的转速下，H*Q在该压头下达到最大。2221QKnKH离心泵的特性vfphhhhH0 是液体提升高度所需的压头，即升扬高度，

3、是液体提升高度所需的压头，即升扬高度，当设备安装位置确定时，该项恒定；当设备安装位置确定时，该项恒定；是用于克服管路两端静压差所需的压头；是用于克服管路两端静压差所需的压头；是用于克服管路摩擦损耗的压头，该项与流是用于克服管路摩擦损耗的压头，该项与流量平方值近似成比例；量平方值近似成比例；是控制阀两端的压降。当控制阀开度一定时，是控制阀两端的压降。当控制阀开度一定时，与流量平方值成比例，即该项与流量和阀门与流量平方值成比例，即该项与流量和阀门开度有关。开度有关。离心泵的工作点控制出口阀门的开度HL1HL2HL3C1C2C3HQFC调节原理调节原理：通过改变相关管路的阻力系数，以控制管道流量。注

4、意注意：控制阀不应装在泵的吸入口；另外，控制阀的开度不应过小或过大，即应合理选择控制阀的尺寸。还有，检测元件宜装在控制阀的上游。控制泵的转速调节原理调节原理：采用变频调速器通过改变泵的转速，以控制管道流量。特特 点点：节能，调节平稳，但投资较大。FC调转速hQ1n2n1Q2Q1c2c控制泵的出口旁路FCxrxrPC特点特点：机械效率低，但适合于某些不能采用直接节流法的容积式泵。p工作原理： 泵内活塞齿轮等运动元件与机壳空隙很小，液体不能在缝隙中流动。 这类泵的流量与压头之间无直接关系。 对于往复泵Q取决于气缸容积、冲程大小、往复次数。 对于齿轮泵等旋转泵Q取决于转速v。1HQ1n2n1Q2Q3

5、n2H3HH3Q容积式泵的流量控制 从往复泵特性曲线上得： a.当N、气缸截面积F、冲程s一定时，流量为常数。 b.当N为任何数值时，输出压力都达无穷大。p理论上：容积泵可以产生任意高的压头H，工作点可为特性曲线上任一点。对不同的管网系统其阻力不同。可得到不同的输出压力。p实际上：泵与其它机械一样，总有一定的机械效率。 随P，效率。实际曲线随H变弯曲。（Q）p由特性曲线知不能在出口直接装阀门。否则阀全关时hv，Q0工作点位于无穷远处，输出压力可达正，导致设备超压的事故。容积式泵的流量控制容积式泵的流量控制特点特点：容积式泵不能采用直接节流法。可采用旁路法或调速法或上述控制方案。FCPC入口出口

6、往复泵原动机pa.改变往复次数，蒸汽往复泵可调节进入蒸汽量。pb.调节冲程，使每次运动有效排出量变化。pc.调节旁路，控制返回量（通离心泵）。pd.利用旁路稳压，再设流量控制回路。离心式压缩机的特性曲线P2 /P1 为压缩机出口压力与进口压力（均为绝压）之比，或称压缩比；n 为压缩机的转速；Q 为压缩机出口流量。其气量或出口压力的控制系统与离心泵相近，可用直接节流法、旁路回流法与变频调速等。100n1n2n3Q , %喘振区501.02.03.0P2 /P1离心式压缩机的控制方案 输送气体的机械通风机、鼓风机 输送并提高气体的压力压缩机1. 低压离心式鼓风机的控制方案低压离心式鼓风机的控制方案

7、a. 直接用出口调节流量，口径大，用煤阀b. 控制回流量（旁路）c. 改变风机吸入状态 要注意防喘振发生。吸入量不能低于临界流量，否则设计为分程控制，见下图：FCAV气关气开BV正SPp当吸入量在允许范围内波动时，控制器输出在0.02-0.06MPa控制VA。VA只能管到一定程度， 若需更小的流量时控制器的输出会增加到0.06-0.1MPa， 打开VB放空一部分空气。pVA气关，0.02-0.06阀由100-70 VB气开，0.06-0.1 阀由0-100AVBV100%002. 006. 01 . 0离心式压缩机的控制方案p2.离心式压缩机的控制方案离心式压缩机的控制方案 排气压力0.3MP

8、a，流量压力控制与离心泵类似。 a.出口节流（入口节流、防喘振） b.旁路控制，多级旁路能量损失大，阀磨损大，分段旁路。 c.调转速：气轮机转速控制 此外，随机配一套检测、调节、保护系统，负荷调节（调整吸入状态，排气节流，转速）、防喘振调节，油路润滑、密封，轴位移检测等。离心式压缩机的控制方案流体输送设备的喘振现象（1）泵刚启动时，工作点为B点；（2）若要求流量下降，则QPD；此时Q=0；（4）管网压力下降到PD，此时流量为QAQB；（5）由于QAQB，则管网压力升到PB；于是BADCB产生喘振的条件p当压缩机进入流量低于设计流量时，压缩机会产生一种周期性的气流振动。这种振动会引起压缩机机身的

9、剧烈震动，发出很大的噪声，这种现象称为喘振。p流体输送设备的特性曲线为驼峰型即管路特性与输送设备的特性曲线存在两个交点；p管线中存在能量贮存和释放能量的容器。 防喘振控制系统p防喘振控制系统 压缩机喘振主要是供气不足之故。一般都是低负荷运行造成的。若取一部分气体作为回流，使通过压缩机流量的总量等于设计流量就可以保证压缩机不发生喘振。又可维持生产的低负荷运行。所以，一般均采用调节回流作为防喘振的手段。常用的方法有两种。p采用部分循环法使压缩机流量始终大于某一定值，工作点不进入喘振区，故称固定极限流量防喘振控制。pQp最高转速下的最小极限流量。优点：结构简单、可靠、实施方便。 缺点：高负荷运转经济

10、， 低负荷运转不经济。工作原理：工作原理： 正常时，因为流量大于设计流量FC（正作用）输出，旁路阀（气关阀）全关。 当生产处于低负荷时QQp、FC输出V打开一些以补充入口流量的不足。使之不低于Qp，防止了喘振发生。注意，FC防积分饱和。1、固定极限流量法、固定极限流量法防喘振控制系统（1）n1n2n3Q 21.02.03.0P2 /P1喘振极限线安全操作线从特性曲线可知，不同转速有不同的喘振极限流量值。若将不同转速下的极限流量点（喘振点）连接起来，得一抛物线。通常为了方便，把这种曲线画在另一坐标上，可得一直线，更容易找出额定转速和喘振曲线的交点。一般在喘振曲线的右侧再画一条线，称安全操作线。以方程式表示：Q1 吸入气体流量P1，P2 入出口气压， 吸入气体绝对温度。可变极限流量可按上式进行，实际应用中，防喘振操作线为：2.可变极限防喘振法可变极限防喘振法防喘振控制系统（2）a，b 由压缩机生产厂给出。)(1221appbKnpd2112QbaPP采用差压计测流量时的安全操作线2112QbaPP111dPKQ zRMP11aPPmPPd1121)(12aPPmPdzRbKMm21防喘振控制系统（2）问题问题：若流量测量在出口处，如何推导得到防喘振安全操作线？防喘振控制系统（3）测量出