化工仪表及其自动化 第十一章典型化工单元的控制方案

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1、化工仪表及自动化内容提要流体输送设备的控制方案精馏塔的自动控制化学反应器的自动控制1第一节流体输送设备的自动控制一、离心泵的自动控制方案2离心泵流量控制的目的是要将泵的排出流量恒定于某一给定的数值上。离心泵的流量控制大体的三种方法1.控制泵的出口阀门开度当干扰作用使被控变量（流量）发生变化偏离给定值时，控制器发出控制信号，阀门动作，控制结果使流量回到给定值。3图11-2泵的流量特性曲线与管路特性曲线控制阀一般应该安装在泵的出口管线上，而不应该安装在泵的吸入管线上（特殊情况除外）。注意图11-1改变泵出口阻力调流量42.控制泵的转速图11-3改变泵的转速

2、调流量图11-3中曲线1、2、3表示转速分别为n1、n2、n3时的流量特性，且有n1＞n2＞n3。该方案从能量消耗的角度来衡量最为经济，机械效率较高，但调速机构一般较复杂，所以多用在蒸汽透平驱动离心泵的场合，此时仅需控制蒸汽量即可控制转速。53.控制泵的出口旁路将泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改变旁路阀开启度的方法来控制泵的实际排出量。控制阀装在旁路上，压差大，流量小，因此控制阀的尺寸较小。该方案不经济，因为旁路阀消耗一部分高压液体能量，使总的机械效率降低，故很少采用。图11-4改变旁路阀调流量二、往复泵的自动控制方案6往复泵多用于流量较小、压头

3、要求较高的场合，它是利用活塞在汽缸中往复滑行来输送流体的。往复泵提供的理论流量可按下式计算（11-1）71.改变原动机的转速该方案适用于以蒸汽机或汽轮机作原动机的场合，此时，可借助于改变蒸汽流量的方法方便地控制转速，进而控制往复泵的出口流量。图11-5改变转速的方案82.控制泵的出口旁路该方案由于高压流体的部分能量要白白消耗在旁路上，故经济性较差。图11-6改变旁路流量93.改变冲程s图11-7往复泵的特性曲线计量泵常用改变冲程s来进行流量控制。冲程s的调整可在停泵时进行，也有可在运转状态下进行的。三、压气机的自动控制方案10压力机的分类其作用原理不同

4、可分为离心式和往复式两大类；按进、出口压力高低的差别，可分为真空泵、鼓风机、压缩机等类型。111.直接控制流量对于低压的离心式鼓风机，一般可在其出口直接用控制阀控制流量。其余情况下，为了防止出口压力过高，通常在入口端控制流量。因为气体的可压缩性，所以这种方案对于往复式压缩机也是适用的。12图11-9分程阀的特性图11-8分程控制方案132.控制旁路流量对于压缩比很高的多段压缩机，从出口直接旁路回到入口是不适宜的。这样控制阀前后压差太大，功率损耗太大。为了解决这个问题，可以在中间某段安装控制阀，使其回到入口端，用一只控制阀可满足一定工作范围的需要。图11

5、-10控制压缩机旁路方案143.调节转速压气机的流量控制可以通过调节原动机的转速来达到，这种方案效率最高，节能最好。问题在于调速机构一般比较复杂，没有前两种方法简便。四、离心式压缩机的防喘振控制151.离心式压缩机的特性曲线及喘振现象图11-11离心式压缩机特性曲线图11-12喘振现象示意图16喘振是出现压缩机工作点这种反复迅速突变这一现象时，由于气体由压缩机忽进忽出，使转子受到交变负荷，机身发生振动并波及到相连的管线，表现在流量计和压力表的指针大幅度摆动。喘振是离心式压缩机固有的特性。负荷减小是离心式压缩机产生喘振的主要原因；此外，被输送气体的吸入状

6、态，也是使压缩机产生喘振的因素。一般讲，吸入气体的温度或压力越低，压缩机越容易进入喘振区。2.防喘振控制方案（1）固定极限流量法对于工作在一定转速下的离心式压缩机，都有一个进入喘振区的极限流量QB，为了安全起见，规定一个压缩机吸入流量的最小值QP，且有QP＜QB。图11-13防喘振旁路控制17（2）可变极限流量法图11-14防喘振曲线图11-14上的喘振极限线是对应于不同转速时的压缩机特性曲线的最高点的连线。只要压缩机的工作点在喘振极限线的右侧，就可以避免喘振发生。18安全操作线近似为抛物线，其方程可用下列近似公式表示（11-2）在时，工况是安全的。经

7、过换算，上述不等式可写成如下形式19（11-3）20图11-15变极限流量防喘振控制方案该方案控制器FC的给定值是经过运算得到的，因此能根据压缩机负荷变化的情况随时调整入口流量的给定值，而且由于这种方案将运算部分放在闭合回路之外，因此可像单回路流量控制系统那样整定控制器参数。第三节精馏塔的自动控制一、工艺要求211.保证质量指标对于一个正常操作的精馏塔，一般应当使塔顶或塔底产品中的一个产品达到规定的纯度要求，另一个产品的成分亦应保持在规定的范围内。为此，应当取塔顶或塔底的产品质量作被控变量，这样的控制系统称为质量控制系统。质量控制系统需要能测出产品成分

8、的分析仪表。222.保证平稳操作为了保证塔的平稳操作，必须把进塔之前的主要可控干扰尽可能预先克