过程控制工程复习课件

1、过程控制工程复习,过程控制工程复习,按不同的 工艺介质 选择材质,一般情况下使用较多的是直通阀、角阀,有关各种阀的结构特点，可查阅相关的参考书,2、材质上分： 铸钢、不锈钢、 特殊合金或金属、 高分子材料，无机材料等,因此，在系统设计时应根据工艺要求、介质情况、工作环境，选择相应的结构类型和材质类型,1.5.2 控制阀的流量特性,1、流量特性（理想流量特性,指流过阀的流量Q与阀杆行程L之的关系,无因次化后,过程控制工程复习,2分类,线性型,对数型（等百分比型,快开型,抛物线型,控制器参数的整定方法 1、经验法 2、临界比例度法(Ziegler-Nichols法) 3、衰减振荡法 4、响应曲线法

2、,过程控制工程复习,加热炉温度控制,2.1 串级控制系统,可设计TO与GC的单回路PID控制,2.1.1 基本原理和结构,1、什么是串级控制系统,操纵变量：燃料气流量,分析 对象的特性,加热炉内管有数百米长，热容很大，是典型的一阶加纯滞后过程,当输入变化时，输出要延迟一段时间，且变化缓慢,若温度不变，T0 Gc的PID控制，则阀的开度不变,燃料气阀上游压力波动时，虽阀的开度不变， 但流量变化，将影响温度，温度燃料量的单回 路PID对此特定的过程控制不及时，不能满足工 艺要求,过程控制工程复习,内回路为副回路：包括副控制器、控制阀、副受控对象、 副变量测量变送器,串级控制系统是由两个控制器的串接

3、组成，一个控制器的输出做为 另一个控制器的设定值，两个控制器有各自独立的测量输入，只有一个控制器的给定由外部设定,2、串级控制系统的结构 系统框图如下,系统由内外两个回路组成,过程控制工程复习,外回路称为主回路：主控制器、副回路、主变量测量变送器、 主受控对象,主变量：工艺要求的主要控制变量,副变量：维持主变量平稳引出的中间变量,副对象：反映副变量与操纵变量之间的关系,主对象：反映主变量与副变量之间的关系,主控制器：接受主变量的偏差，去改变副控 制器的设定值,副控制器：接受副变量的偏差，去输出给控 制阀,系统的特点：主控制器输出改变副控制器的 设定值，故副回路构成的是随动系统，设定值是变化的,

4、过程控制工程复习,过程控制工程复习,2)方块图法,控制阀: 输入增大输出也增大为“”，气开为“”、气关为“,先决定副控制器，后决定主控制器,过程控制工程复习,串级控制系统主、副控制器正反作用的选择应满足负反馈的控制要求。具体选择步骤如下： 1.从安全角度选择控制阀的气开和气关型式（气开型，Kv0;气关型， Kv0); 2.根据工艺条件确定副被控对象的特性； 3.根据副控制回路为负反馈的准则，确定副控制器的正反作用； 4.根据工艺条件确定主被控对象的特性； 5.根据主控制回路为负反馈的准则，确定主控制器的正反作用,过程控制工程复习,2.1.4 系统投运及参数整定,1、系统投运,原则：保证无扰动切

5、换，先副后主,根据经验法初步设置主、副控制器的参数,2、参数整定,原则：先副后主,由于副回路要求不高，可参照经验法一次设置,主控制器参数整定与单回路类似,过程控制工程复习,2) 如果聚合釜温度不允 许过高，否则易发生事故， 试确定控制阀的气开/气关型式,下图是一聚合釜温度控制系统,1) 这是一个什么类型的控 制系统？试画出其方块图,3)确定主、副控制器的正/反作用方向,4)如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何改进,5)如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，试画出 其方块图，并确定主、副控制器的正/反作用方向,过程控制工程复习,压头,转速,旋转叶轮作用在液体上的离心力,离心力,

6、压头,泵的特性：压头 与排量及转速 之间的关系,经验公式,泵与管路联接在一起，它的排量与压头的关 系既与泵的特性有关，也与管路特性有关,比例系数,管路特性：指的是管路系统中的流体流量与管路 系统阻力之间的关系,如图所示管路系统阻力包括,管路两端静压差引起的压头,流体提升一定高度所需压头,克服管路摩擦损失所需压头hf,过程控制工程复习,控制阀两端的节流压头hv，阀的开度一定时，与流量的平方成反比,和 流量的关系称为管路特性,当系统平衡时， 如图中的C(平衡 工作点)点，即泵的特性曲线与管路特性曲线 的交点,工作点应满足一定的工艺要求，通过改变 阀的开度(即 )改变工作点,过程控制工程复习,喘振是

7、离心式压缩机的固有特性，事实上少数离心泵也可能喘振，并较易说明喘振原理,少数离心泵其HQ性能曲线呈驼 峰型，其与管路特性可能有两个交点M 和M1,M1：当干扰发生Q泵的扬程管路 所需压头 Q 回M1点,M ：当干扰发生Q泵的扬程管路 所需压头 Q 远离M 点,当交点处 管路特性的斜率大于泵特性的斜率时，是稳定工作点；否则是不 稳定工作点,实际上，图中所示的装置特性中，由于泵启动后的关闭扬程 H0小于管路的静扬程HM，管路中的流量建立不起来，根本无法工 作,理论上讲都是工作点，但M1是稳 定工作点，M是不稳定工作点,工作点稳定与不稳定的判别,过程控制工程复习,工程上，为了安全，将极限线右旋一角度

8、，得安全线，作 为压缩机允许工作的界限,安全操作线的表达式,经验公式,吸入气体的绝对温度,吸入体积流量,吸入口、排出口的绝对压力,为常数，由厂家给出,此经验公式可针对不同的流量测量方法变为实用公式,安全操作线,可用一抛物线方程近似,过程控制工程复习,3.3.4 防喘振控制系统,由上述分析可知，压缩机喘振主要是负荷减小引起的，而负荷的升 降则是由工艺决定的，为使压缩机不出现喘振，压缩机在任何转速下的 实际流量应大于喘振极限所对应的最小流量。根据这一思想，可采用循 环流量法来设计压缩机的防喘振控制系统。有两类,固定极限流量法和可变极限流量法,1、固定极限流量法,采用部分循环法，使压缩机始终保持大于

9、某一定值流量，避免使工 作点进入喘振区,如图,假设 为压缩机达到最 高转速所对应的喘振极限流 量，只要满足， 压缩 机就不会出现喘振,打开旁路阀，返回部分气体 旁路阀关闭,过程控制工程复习,问题：流量检测点的位置，汇合点之前还是汇合点之后？ 旁路控制阀采用什么型式阀？为什么,特点：可靠性高、投资少、方案简单、适用于固定转速场合； 不过转速较低时，能耗过大，负荷变动经常时不够经济,2、可变极限流量法,为了减小压缩机的能量损耗，在压缩机负荷波动的场合，可采用调 转速的办法来保证压缩机的负荷满足工艺要求，但在不同的转速下，其 极限流量不同，因此合理的方案应是在整个压缩机负荷变化范围内，工 作点沿如图

10、所示的安全线变化，即保证,方案如下,根据压缩机吸入口压力和出口压力计算入 口压差，使其满足上述条件,据此，可设计出可变极限流量法防喘振控制系统,过程控制工程复习,4.1.4 传热设备的自动控制方案,炼油化工生产中，传热设备应用极广，传热的主要目的有四,使工艺介质达到规定温度，以使化学反应或其它工艺过程能 正常进行,在过程进行中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过 程能在规定的温度范围内进行。例如间歇式生产的化学反应,合成氨强吸热反应； 聚氯乙烯的聚合放热反应,改变物料的相态。 汽化加热；冷凝放热,回收热量,绝大多数的温度控制系统都是为、两个目的服务的。一般都 以反应温度或工艺介质出口温度为

11、受控变量；当被加热的工艺介质 流量比较平稳且对出口温度要求一般时，可取载热体流量为受控变 量，构成流量或压力单回路定值控制系统,目的实际所需变量是热量，一般可取载热体的流量为受控变 量。对于目的，属于一般热量回收系统，一般无需自动控制,过程控制工程复习,为了保证温度平稳，满足工艺生产的要求，必须对传热量进行 调节。途径有,调节载热体的流量。实质是改变传 热速率方程中的传热系数K(载热体在传热 过程中不起相变)和平均温差Tm(载热体 在传热过程中起相变)最常用,调节传热平均温差Tm。 滞后小、反应迅速较广泛,过程控制工程复习,调节传热面积F。 滞后较大,只在必要场合采用,将工艺介质分路。 实质是

12、混合过程，即将部分工 艺介质经换热，另一部分走旁路,反映迅速及时，但载热体流量 一直处于高负荷下，在采用专用热 剂或冷剂时不经济,对于某些热量回收系统，载热体是某种工艺介质，总流量本 来不好调节，便不成为缺点了,过程控制工程复习,5、对工业锅炉要求,任务：安全、合理的运行条件下，提供一定温度和压力的蒸汽,要求,蒸汽量应适合负荷变化的需要，或保持给定的负荷,蒸汽压力保持一定的范围,蒸汽温度保持一定的范围,汽包水位保持一定的范围,炉膛负压保持一定的范围,保持燃烧的经济性和安全运行,6、主要控制系统,1) 汽包水位控制,受控变量：汽包水位(保证安全运行的重要指标之一,2) 燃烧系统控制,操纵变量：给

13、水流量,使给水适应锅炉的蒸发量，保持水位在一定范围内,目的：使燃烧产生的热量适应蒸汽负荷的变化,受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压,操纵变量：燃料量、送风量、引风量,过程控制工程复习,3) 过热蒸汽系统控制,目的: 维持过热器出口温度、保证管壁温度不超过允许的温度,受控变量：蒸汽出口温度,操纵变量：减温水量,4.6.2 汽包水位控制,汽包水位：锅炉运行的主要指标,水位过低：负荷加大时，汽化速度加快，控制不及时会全部汽化,水位过高：影响汽水分离，产生汽带液，影响后序设备的正常运行,1、汽包水位的动态特性,1) 蒸汽负荷对水位的影响（干扰通道,H：实际可视水位,H1：不考虑水下面汽泡容积变化时的水位,H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起的水位,在燃料量不变情况下，当蒸