第3章 典型设备的 (1).ppt

1、第3章 典型设备的控制,3.1 基本控制方案 为了保证控制系统正常工作，控制系统的结构须有一定的要求，控制系统通常称为控制环路。 （1）控制环路常用部件 感应器：是一种测量仪表，能测出工艺参数的变化。 变送器：将测得的生产过程的物理参数转换成电信号或 气信号，送出测得的参数信号。 控制器：把测得的参数信号和仪表内设定的值进行比较，一旦有偏差，控制器就会发出信号到执行原件，驱动执行元件把系统调到设定值。 执行器：通常是通过调节阀及电机进行控制，把信号控制阀门的位置和电机的速度。,（2）基本控制系统 反馈控制系统 根据出口控制的效果反馈回来进行控制。 出口温度由传 感器TE测得，通 过变送器TT送

2、到 温度调节器TC， TC经比较，操纵 调节元件调节阀 TV进行调节。 幻灯片 97 反馈控制回路,前馈控制系统 系统可能有多个干扰 因素，用前馈控制模型 算出施加的校正值大小， 使得干扰一出现，刚开 始影响被控变量时，就 起到校正作用。 串级控制系统 是指一个控制器（主） 的输出作为另一个控制器 （辅）的设定，使调节关 键参数的主调节器的调节 品质更加稳定。,比值控制系统 它可控制两个或两个以上的物料流保持一定的比值关系，见下图，管线“1”的流量按比值作为控制流，管线“2”的设定值控制这股控制流的流量。,当控制点参数变化范围比较大时，不同的参数范围，需用不同的参数加以调节。根据控制输出的范围

3、，分别控制两个或两个以上的调节阀，这种控制方案为分程控制。 如右图：乙炔加氢反应器的进口温度控制。,分程控制系统,自动选择性控制系统 系统中两个独立的工艺参数起控制作用时，一般情况下其中一个控制系统起作用，但是当工艺参数超过它的范围时，另一个工艺参数代替了前一个系统工作，如下图，流量控制气体进入容器，当压力超过设定值，压力替代流量控制，以防压力过高。,3.2 泵的流量控制 （1）离心泵：离心泵的流量控制主要有出口直接节流控制和旁路控制两种方案。 出口直接节流控制：一般是采用泵的出口阀门开来控制，该方法简单、快捷、易行。 缺点：不适宜用于介质正常 流量低于泵的定额的 30% 以下的场合。 调节阀

4、安装在泵出口 上，孔板流量计在前， 调节阀在后。见图（a） FC: 流量控制, FRC: 流量记录控制,离心泵阀门的设置： （A）泵的入口和出口均需设置截止阀； （B）为了防止离心泵未启动时物料的倒流，在其出口出应安装止回阀。 （C）在泵的出口处应安装压力表，以便观察工作压力； （D）泵的出口管线的管径一般与泵的管径一致或放大一档，以减小阻力； （E）泵体与泵的截止阀前后的管线都设置放净阀，并将排出物送往合适的排放系统。,离心泵的旁路调节 泵的流量也可以使用旁路控制，缺点：调节耗费能量，优点：调节阀的尺寸比直接用调节阀小，适用于介质流量偏低的场合。见右图。,PI：压力或真空指示 一般还要加仪表

5、位号， 例如：PI-201 P（第一个字母）为被测变量字母代号 I 后续字母:功能字母代号(如指示) 2：车间或工段编号 01：仪表编号 当泵的驱动机选用汽轮机或可调速电机时，可直接采用调节汽轮机或电机的转速来调节泵的转速，以调节泵的流量。,在离心泵设有分支路时，即一台泵要分送几只并联管路时，可采用下图分支路调节方案。,（2） 容积式泵：（齿轮泵、漩涡泵、往复泵） 调节阀安装在泵出口旁路上。 当流量减小时容积泵的压力急剧上升，因此不能在出口管道上直接安装截流装置来调节流量。 右图为旋涡泵的旁路调节方案。,（3）真空泵 使用真空泵时，可采用真空吸入支管调节和吸入管阻力调节的方案来控制真空系统的真

6、空度。见图下（a）和（b）。,当用蒸汽喷射泵抽真空时，真空度还可用调节蒸汽量的方法来控制。,3.3 换热器的温度控制 换热器的温度控制（ 3种换热量的控制） （1）调节换热介质的流量： 用流体1的流量作调 节参数来控制流体2的 出口温度。这是一种 最广泛的调节方案。 有无相变均可使用。 前提是流体1的流量,必须是工艺上允许改变的。,调节冷流体方案： 调节热流体方案：,（2）调节传热面积：适用于蒸汽冷凝换热器，调节阀装在冷凝管道上。液体1的温度高于给定值时，调节阀关小，凝液增多，换热面积减小，传热量减小，以达到温控目的。这种方案滞后大，需要较大的传热面积余量，但传热比较缓和，可防止局部过热。,(

7、3) 分流调节 当换热两股流体的流量都不允许改变时，可用其中一股的流体部分走旁路的办法来调节温度，三通阀可安装在换热器的进口处，用分流阀。,3.4 反应器的控制,(1)釜式反应器温度的控制 单回路控制方案， 反应所产生的热量由 冷却介质带走。右图为 冷剂强制循环的单路 温度控制方案，该法 冷却介质流量大，传 热效果好。,右图为通过控制冷却介质流量的变化，来控制釜内温度，因为冷却介质流量相对较小，釜温与冷却介质温差较大，当内部温度不均匀时，可能已造成局部过热或过冷现象。,反应器串级温度控制 该法可以克服反应釜温度控制滞后较大的缺点，左下图为采用釜温与载热体（冷却剂）流量串级调节，右下图采用釜温与

8、夹套温度串级调节。,（2）反应器进料流量控制 多种物料流量恒定控制方案 每种物料都设置 单独的回路控制系 统，保证各进入量 的稳定。如果反应 物有液相参与时， 需增加反应器的液 位控制。,多种物料流量比值控制方案 下面两种方案反应物A均为主料，B、C为副物料，KK KK-1 KK-2均为比值系数。主物料通常选价格高的，副物料可适当过量。,釜式反应器的温度控制方案：,作业二 （1）在适当的 位置添加控制 回路控制物料 温度，右上图 （2） 在适当的位置 添加控制回路， 控制物流2的 温度，见右下图,作业三：画出控制仪表及回路图,练习一 练习二,3.5 精馏塔的控制方案,(一）液位控制 精馏塔的操

9、作中，回馏罐、塔釜、塔侧抽出容器、进料储槽、成品储槽都必须设有液位检测和控制系统 （1）用溢流保持液面恒定。 （2）用出料量保持液面稳定。中间储罐、缓冲罐、精馏塔的回馏罐、塔釜等都是采用这种方法。 （3）用进料量保持液面稳定。适用于出料量要求稳定的情况，也就是说进料量可以改变。,塔釜液位定值控制 塔釜液位均匀控制,（二）精馏塔流量的控制,（1）进料量的控制 （2）塔的回流量控制,（三）精馏塔的温度控制,（1）分馏塔顶温度调节 一般是用调节塔上段 取出的热量进行控制，最 常用的方法是调节塔顶冷 凝液的回流量，或塔顶循 环回流的流量，当塔顶纯 度要求较高或接近纯组分 时，回流量变化对塔顶温 度影响

10、较小时，一般不直接控制塔顶温度，而使回流维持不变或采用塔顶上部温差控制。,（2）再沸器温度调节 再沸器温度调节阀一般 装在热载体的管道上，对于 液体热载体，调节阀安装在 出口管道上，对于蒸汽作载 体，调节阀安装在进口蒸汽 管上。,（四）精馏塔的压力控制,精馏塔一般都要设置压力控制系统，以维持塔顶的压力恒定。 （1）塔顶气体不冷凝时， 塔顶压力用塔线上调节 阀调节，见右图，例如，气 体吸收塔。,（2）塔顶气体部分冷凝时， 压力调节阀装在回 流罐出口不凝气线上， 见右图。 （3）塔顶全部冷凝时 控制有三种情况 常压塔 减压塔 加压塔,常压塔 在常压精馏过程中，一般对塔顶压力要求都不高，不必设置压力

11、控制系统，可在冷凝器或回流罐上设置一段连通大气的管道来平衡压力，以保持塔内压力接近环境压力。只有对压力稳定的要求非常高的情况下才会采用一定的控制。,减压塔 a.改变不凝气体的抽吸量， 如果真空抽吸装置为蒸汽喷射泵，应在蒸汽管路上设置蒸汽压力控制系统。,b.改变旁路吸入空气或惰性气体量 在回流罐至真空泵的吸入管上连接一根通大气或某种惰性气体旁路，并在旁路上安装一调节阀，通过改变经旁路管吸入的空气或惰性 气体量，来控制塔的真空度。 见右图。,加压塔 馏出物中不含或仅含微量不凝性气体 当冷凝器位于回流罐上方时，可采用下列 4种方法来控制塔压。 用冷凝器的冷剂量来控制塔压 优点：所用调节阀口径小， 投

12、资少，且可节省冷却水。 缺点：冷却速率与冷却水量之间为 非线性关系，在冷却水流量波 动较大时，可设置塔压和冷却 水量串级控制，以克服冷却水 流量波动对塔压的影响。,直接调节塔顶气相流量来控制塔压 优点：压力调节快捷、 灵敏、可调范围大。 缺点：所需调节阀口径较 大，如果气相介质有 腐蚀，需要用价格昂 贵的耐腐蚀材质的调 节阀。,采用热旁路的方法控制塔压 该方案反应较为灵敏,用冷凝器排液量与热旁路相结合控制塔压 优点： 这时压力调节器的输出 控制两个调节阀而构成分程 控制，这样可以扩大调节阀 的可调范围。 缺点：需要采用两个调节阀， 增加了投资。, 馏出物中含有少量不凝性气体 当塔顶气相中含有不凝气体的含量小于塔顶气相总量的2%时，或者在塔的操作中部分时间会产生不凝性气体时，不能用不凝气体 放空的方法控制塔压，这 样做损失太大，不凝气体 会被排放掉。 这种情况可采用分程 控制方案，首先用冷却水 调节阀控制塔压，如冷却 水阀全开塔压还降不下来， 再打开放空阀，以维持塔 压的恒定。, 馏出物中含有较多凝性气体 当塔顶馏出物中含有较多 凝性气体时，塔压可以通过改 变回流罐的气相排放量来实现， 该方案适用于进料流量、组分、 塔釜加热蒸汽压力波动不大， 且塔顶蒸汽流经冷凝器的阻力 变化也不大的条件下。只有这 样，