第九章典型化工单元的控制方案VIP专享

第九章 典型化工单元的控制方案 石油、化工生产过程是最具有代表性的过程工业。该生产过程是由一系列基本单元操作的设备和装置组成的。按照石油、化工生产过程中的物理和化学变化来分，主要有流体输送过程、传热过程、传质过程和化学反应过程四类。下面将以这四种基本单元操作中的代表性装置为例，讨论其基本控制方案。 第一节 流体输送设备的控制方案 石油、化工生产过程中，大部分物料都是以液、气形态在密闭的管道、容器中进行物质、能量的传递。为了输送液、气形态物料，就必须用泵、压缩机等设备对流体做功，使得流体获得能量，从一端输送到另一端。输送流体的设备统称为流体输送设备。其中输送液体的机械称为泵，输送气体的机械称为风机和压缩机。 流体输送设备的控制主要是流量的控制。控制系统的被控对象通常是管路，其被控变量与操纵变量是同一物料的流量。流量控制系统被控对象的的时间常数很小，所以基本上是可以看作是一个放大环节。 此外还需注意的是流量控制系统的广义对象静态特性是非线性的，尤其是采用节流装置而不加开方器进行流量的测量变送时更为明显。 一、泵的常规控制 按作用原理可将泵分为： 1. 往复式泵：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵和比例泵等。 2. 旋转式泵：齿轮泵、螺杆泵、转子泵和叶片泵等。 3. 离心泵。 根据泵的特性又可分为离心泵和容积泵两大类。石油、化工等生产过程中离心泵的使用最为广泛，因此下面侧重介绍离心泵的特性及其控制方案。 1．离心泵的控制方案 离心泵主要由叶轮和泵壳组成，高速旋转的叶轮作用于液体而产生离心力，在离心力的作用下使得离心泵出口压头升高。转速越高，离心力越大，压头也越高。因离心泵的叶轮与机壳之间存有空隙，所以当泵的出口阀完全关闭时，液体将在泵体内循环，泵的排量为零，压头接近最高值。此时对泵所作的功被转化为热能向外散发，同时泵内液体也发热升温，故离心泵的出口阀可以关闭，但不宜处于长时间关闭的运转状态。随着出口阀的逐步开启，排出量也随之增大，而出口压力将慢慢下降；泵的压头H、排量 Q 和转速n 之间的函数关系，称为泵的特性，可用图9．1-1 来表示。 H=R1n 2-R2Q2 (9—1) 式(9—1)中 R1、R2 为比例常数。 由于泵输送的是流体，总是与工艺系统管路一起工作的，分析泵的实际排量与出口压头时，除了与泵本身的特性有关外，也需考虑到与其相连接的管路特性。所以必需对管路特性作一些分析。管路特性就是管路系统中流体...