第10章 过程控制系统应用举例-2009

1、1过程控制仪表及系统过程控制仪表及系统第第10章章 过程控制系统应用举例过程控制系统应用举例210.1 精馏塔过程控制系统精馏塔过程控制系统 精馏精馏是利用混合液中不同组分挥发温度的差是利用混合液中不同组分挥发温度的差异将各组分分离的过程。异将各组分分离的过程。 精馏塔精馏塔是精馏过程的关键设备，是一个多参是精馏过程的关键设备，是一个多参数的被控过程。不同工艺要求的精馏塔结构不相数的被控过程。不同工艺要求的精馏塔结构不相同，工艺参数、变量之间存在多种组合，控制方同，工艺参数、变量之间存在多种组合，控制方案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高，控制相案繁多；另外，精馏工艺控制要求较高，控制相对困难。

2、只有对生产工艺进行深入分析，才能设对困难。只有对生产工艺进行深入分析，才能设计出合理的控制系统。计出合理的控制系统。310.1 精馏塔过程控制系统精馏塔过程控制系统图图10-2 精馏塔物料流程示意图精馏塔物料流程示意图 进料进料F从精馏塔中段从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这某一塔板上进入塔内，这块塔板就称为进料板。块塔板就称为进料板。 进料板将精馏塔分为进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部上下两段，进料板以上部分称精馏段；进料板以下分称精馏段；进料板以下部分称提馏段。部分称提馏段。410.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统 锅炉锅炉是发电、炼油、化工等工业部门的重要是发电、炼油

3、、化工等工业部门的重要能源、热源动力设备。能源、热源动力设备。 按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃燃气锅炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的锅炉。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常料的锅炉。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉等类压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉等类型。虽然不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件型。虽然不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统的

4、工各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统的工作原理是基本相同的。作原理是基本相同的。510.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统图图10-8 锅炉工业流程图锅炉工业流程图610.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统图图10-9 汽包水位系统示意图汽包水位系统示意图水位控制的任务水位控制的任务 使给水量与锅炉使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持蒸发量相适应，维持汽包中水位在工艺规汽包中水位在工艺规定的范围内。定的范围内。 汽包水位控制也汽包水位控制也称锅炉给水控制。称锅炉给水控制。10.2.1 锅炉汽包水位控制系统锅炉汽包水位控制系统710.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系

5、统图图10-9 汽包水位系统示意图汽包水位系统示意图 汽包水位汽包水位反映了反映了锅炉蒸气流量与给水锅炉蒸气流量与给水量之间的平衡关系，量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非是锅炉运行中一个非常重要的监控参数。常重要的监控参数。810.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统图图10-9 汽包水位系统示意图汽包水位系统示意图汽包水位过高汽包水位过高 影响汽水分离效果影响汽水分离效果使蒸气带液，过热器结使蒸气带液，过热器结垢，影响过热器效率；垢，影响过热器效率；如果带液蒸气进入汽轮如果带液蒸气进入汽轮机，会损坏气轮机叶片。机，会损坏气轮机叶片。汽包水位过低汽包水位过低 会破坏水循环而损会破坏水

6、循环而损坏锅炉。坏锅炉。910.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统10.2.1.3锅炉汽包水位控制系统几种基本结构锅炉汽包水位控制系统几种基本结构1 1单冲量汽包水位控制系统单冲量汽包水位控制系统 以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可构成图构成图10-12单回路水位控制系统，工程上也称为单冲单回路水位控制系统，工程上也称为单冲量控制系统，图量控制系统，图10-13为单冲量控制系统框图。为单冲量控制系统框图。图图10-12 单冲量水位控制系统示意图单冲量水位控制系统示意图单回路水位控制系统框图单回路水位控制系统框图1010.2 工业锅炉自

7、动控制系统工业锅炉自动控制系统10.2.1.3锅炉汽包水位控制系统几种基本结构锅炉汽包水位控制系统几种基本结构1 1单冲量汽包水位控制系统单冲量汽包水位控制系统 在单冲量控制系统中，当锅炉蒸汽在单冲量控制系统中，当锅炉蒸汽负荷（流量）突然大幅度增加时，负荷（流量）突然大幅度增加时，由于假水位现象，调节器不但不及由于假水位现象，调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量，反而时开大给水阀来增加给水量，反而去关小调节阀的开度，减小给水量。去关小调节阀的开度，减小给水量。这样，由于蒸汽量增加，给水量减这样，由于蒸汽量增加，给水量减小使汽包存水量减少。等到假水位小使汽包存水量减少。等到假水位消失后，汽包水

8、位会严重下降，甚消失后，汽包水位会严重下降，甚至会使汽包水位降到危险程度，以至会使汽包水位降到危险程度，以致发生事故。致发生事故。112 2双冲量汽包水位控制系统双冲量汽包水位控制系统汽包水位的主要干扰是蒸汽流量变化。利用蒸汽流量变汽包水位的主要干扰是蒸汽流量变化。利用蒸汽流量变化信号对给水量进行补偿控制化信号对给水量进行补偿控制。这种思路设计的双冲量。这种思路设计的双冲量液位控制系统如图液位控制系统如图10-14所示，系统框图如图所示，系统框图如图10-15所示。所示。图图10-14 双冲量水位控制系统示意图双冲量水位控制系统示意图前馈反馈复合控制系统前馈反馈复合控制系统框图框图1210.2

9、 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统双冲量水位控制系统中增加了针对主要干扰双冲量水位控制系统中增加了针对主要干扰- -蒸汽流量扰动的补蒸汽流量扰动的补偿通道，使调节阀及时按照蒸汽流量扰动进行给水量补偿，而其偿通道，使调节阀及时按照蒸汽流量扰动进行给水量补偿，而其他干扰对水位的影响由反馈控制回路克服，这是一个前馈他干扰对水位的影响由反馈控制回路克服，这是一个前馈- -反馈反馈复合控制系统。复合控制系统。前馈反馈复合控制系统框图前馈反馈复合控制系统框图1310.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统图图10-19 锅炉水气系统流程示意图锅炉水气系统流程示意图 锅炉出口的过热锅炉出口的过热蒸气温度蒸气温度是蒸气的重是蒸气的重要指标。要指标。 过热蒸气温度控过热蒸气温度控制系统制系统的目的就是维的目的就是维持过热出口温度在允持过热出口温度在允许范围内，保护设备许范围内，保护设备安全。并使生产过程安全。并使生产过程经济、高效地持续进经济、高效地持续进行。行。1410.2 工业锅炉自动控制系统工业锅炉自动控制系统图图10-19 锅炉水气系统流程示意图锅炉水气系统流程示意图蒸气温度控制系统蒸气温度控制系统可可直接选择过热蒸气温直接选