文档介绍：第九章典型化工过程单元控制返回首页
第一节流体输送设备的控制方案
第二节传热设备的控制
第三节精馏塔的控制
第四节化学反应器的控制
前面我们研究了简单控制、复杂控制等各种控制系统。而如何在化工生产设备上应用这些控制手段,则是我们更应该关心的问题。本章我们将以几种典型的化工单元为例,了解控制系统的应用。
第一节流体输送设备的控制方案
按输送介质的状态不同,流体输送设备可分为液体输送设备和气体输送设备。最常用的液体输送设备是泵,而气体输送设备按进出口两端的压力差又可分为真空泵、鼓风机和压缩机。本节我们主要研究泵和压缩机的控制方案。流体输送设备按其作用原理又可分为离心式与往复式两大类。所以自然就有离心泵、往复泵和离心式压缩机、往复式压缩机之分。
一、泵的控制
(一)离心泵的控制
离心泵是由旋转翼作用于液体产生离心力而向外输出液体的。转速越高,离心力越大,压头越高,流量也就越大。
实际工作中,常要求离心泵输出的液体的流量恒定,故以泵出口流量为被控变量。控制方法有三种。
方案1:离心泵的出口节流法
如图1所示。控制阀装在泵的出口管线上,当节流元件与控制阀在同一管线上时,一般把节流元件安装在控制阀的上游。
图1 离心泵的出口节流控制方案
注:控制阀一般不装在入口管线(特殊情况例外),否则会产生“气缚”、“气蚀”现象。
该方案简单易行,应用广泛,但机械效率低,能量损失较大,特别是在控制阀开度较小时,阀上压降较大,对于大功率的泵,损耗的功率更大,所以不经济。
方案2:改变回流量(控制泵的出口旁路阀)
如图2所示。将泵排出的液体通过旁路阀部分回流,以达到控制出口流量的目的。这里经旁路返回的液体,从泵内得到的能量完全消耗在旁路控制阀上,所以总的机械效率较低,能量损失更大,不经济,但控制阀的口径可以选得比方案1中的小一些。一般来讲,旁路流量一般宜限泵排出总量的20%左右。
图2 离心泵的回流控制方案
方案3:控制泵的转速
由于离心泵的排液量与电机的转速近似成正比,所以利用变频调速器调整电动机的转速来控制流量,可以提高机械效率。但这却增加了机械的复杂性,所以一般多用于功率较大的离心泵,方案如图3所示。
图3 离心泵的转速控制方案
在该方案中,省掉了控制阀,而将变频调速器接在三相交流电与电动机之间,变频调速器接收流量调节器送来的4~20mA DC电流(也可根据需要用250Ω电阻转换成1~5V电压),输出频率与该直流电流或电压相对应的三相交流电,频率变化导致电动机转速发生变化,从而改变泵出口流量。当出口流量过大,可使反作用调节器输出很小,此时变频调速器的输出频率也很小,电机低速转动。直到流量正常。该方案可大大地节能,克服了前两种方案的不足。
如果原动机为蒸气透平机,可以调蒸气量来改变转速,如图4所示。
这种方案机械效率高、经济,易实施,所以应用广泛。
如果生产上要求保证泵出口压力恒定,则只需将被控变量改成出口压力即可。
图4 离心泵的透平蒸气控制方案