第八章泵及压缩机

1、第八章第八章 流体输送设备的控制流体输送设备的控制 用于输送流体和提高压力的机械设备通称为用于输送流体和提高压力的机械设备通称为流体输送流体输送设备设备。输送液体和提高压力的机械称为输送液体和提高压力的机械称为泵泵。输送气体和提高压力的机械称为输送气体和提高压力的机械称为风机风机或或压缩机压缩机。其中其中流体输送设备自动控制的主要目的：流体输送设备自动控制的主要目的： 1.1.是为保证工艺流程所要求的流量和压力是为保证工艺流程所要求的流量和压力2.2.是为确保机泵本身的安全运转是为确保机泵本身的安全运转流体输送设备控制系统具有的特点：流体输送设备控制系统具有的特点： 1.1.控制通道的对象时间

2、常数小；控制通道的对象时间常数小；2.2.测量信号伴有高频噪声；测量信号伴有高频噪声；3.3.静态非线性；静态非线性；4.4.流量控制系统的测量仪表精确度要求无需很高。流量控制系统的测量仪表精确度要求无需很高。8.1 8.1 泵及压缩机的控制方案泵及压缩机的控制方案 8.1.1 8.1.1 泵和管路系统的静态特性及泵的控制方案泵和管路系统的静态特性及泵的控制方案 泵离心泵容积泵往复泵旋转泵1离心泵（1）离心泵特性 离心泵由叶轮和机壳构成，叶轮在原动机带动下作高速旋转运动。出口处流体的压头来自于旋转叶轮作用于液体而产生的离心力，转速越高，离心力越大，压头也越高。 叶轮与机壳之间有空隙，关死泵的出

3、口阀，排量为零，压头最高，此时泵所做的功，全部转化为热能而散发，同时也使泵内液体温度升高。所以，离心泵不宜长时间关闭出口阀。随着排量逐渐增大，泵所能提供的压头慢慢下降。泵的压头H、排量Q和转速n之间的函数关系被称为泵的特性，如图所示，若以经验公式表示则为 H=KH=K1 1n n2 2-K-K2 2Q Q2 2 式中，式中，K1 K1 、 k2 k2 比例系数。比例系数。 管路特性就是管路系统中的流体流量与管路系统阻力之间的关系。 管路系统的阻力包括：（2）管路特性管路两端静压差相应的压头管路两端静压差相应的压头h hp p 将液体提升一定高度所需的压头将液体提升一定高度所需的压头h hL L

4、 管路摩擦损耗压头管路摩擦损耗压头h hf f 控制阀两端压头控制阀两端压头h hv v 设设H HL L为管路总阻力，则为管路总阻力，则 HL=hp+hL+hf+hv 当流量系统达到稳定时，泵的特性曲线与管路特性曲线当流量系统达到稳定时，泵的特性曲线与管路特性曲线的交点，就是离心泵的工作点。的交点，就是离心泵的工作点。 2 2离心泵的控制方案离心泵的控制方案1) 1) 改变转速的控制方案改变转速的控制方案 改变泵的转速，从而改变流量特性曲线的形状，实现改变泵的转速，从而改变流量特性曲线的形状，实现离心泵的调速，根据带动离心泵的动力机械性能而定。离心泵的调速，根据带动离心泵的动力机械性能而定。

5、 实际工作中，常要求离心泵输出的液体的实际工作中，常要求离心泵输出的液体的流量恒定流量恒定，故以泵出口流量为被控变量。控制方法有三种。故以泵出口流量为被控变量。控制方法有三种。 采用这种方案时，在液体输送管路上不需装采用这种方案时，在液体输送管路上不需装设控制阀，因此不存在设控制阀，因此不存在h hv v项的阻力损耗。项的阻力损耗。 利用变频调速器调整电动机的转速来控制流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。量，可以提高机械效率。2)2)改变管路特性的控制方案改变管路特性的控制方案 注：注：控制阀一般不装在入口管线否则会产生控制阀一般不装在入口管线否则会产生 “气缚气缚”

6、、“气蚀气蚀”现象。现象。 该方案简单易行，应用广泛，但机械该方案简单易行，应用广泛，但机械效率低，效率低，能量损失能量损失较大，特别是在控制阀较大，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。的泵，损耗的功率更大，所以不经济。 改变直接节流阀的开度，从而改变改变直接节流阀的开度，从而改变h hv v，造成管路特，造成管路特性变化，以达到控制目的。性变化，以达到控制目的。3) 3) 改变旁路流量的控制方案改变旁路流量的控制方案 改变旁路流量的控制方案改变旁路流量的控制方案: :机械效率较低。机械效率较低。 这种控制方式

7、，就是在泵的出口与入口之间加一个这种控制方式，就是在泵的出口与入口之间加一个旁路管道，让一部分排出量重新回到泵的入口，从而可旁路管道，让一部分排出量重新回到泵的入口，从而可以控制这一部分的回流量来达到稳定排出量的目的。以控制这一部分的回流量来达到稳定排出量的目的。 这种控制方式，其实质也是改变管路特性来达到控这种控制方式，其实质也是改变管路特性来达到控制流量的目的。制流量的目的。x xr r2. 2. 容积泵的控制方案容积泵的控制方案 容积泵排量的大小与管路系统无关。容积泵排量的大小与管路系统无关。往复泵往复泵只取决只取决于它的冲程大小和单位时间内的往复次数，于它的冲程大小和单位时间内的往复次

8、数，旋转泵旋转泵则又则又取决于转速。它们的工作特性大体相同，取决于转速。它们的工作特性大体相同， 容积泵容积泵不能不能采用在泵的出口处采用在泵的出口处直接节流的方法来控直接节流的方法来控制其排量制其排量，反而要注意，一旦出口阀关闭，将由于泵的，反而要注意，一旦出口阀关闭，将由于泵的压头太高，造成毁机的后果。因此，针对容积式泵的这压头太高，造成毁机的后果。因此，针对容积式泵的这些特点，它们的控制方式有如下四种：些特点，它们的控制方式有如下四种： 改变原动机的转速。改变原动机的转速。 改变往复泵的冲程。改变往复泵的冲程。 调节回流量调节回流量。 采用旁路调节来控制出口压力，采用旁路调节来控制出口压

9、力，然后用直接节流阀控制其流量。然后用直接节流阀控制其流量。 这两个控制回路在动态上是关联的。为此，在控制器这两个控制回路在动态上是关联的。为此，在控制器参数整定时，应把它们的振荡周期错开。一般可以使压力参数整定时，应把它们的振荡周期错开。一般可以使压力回路的操作频率低一些，甚至是整定成非周期的不振荡过回路的操作频率低一些，甚至是整定成非周期的不振荡过程。程。 8.2.2离心式压缩机的控制方案 离心式压缩机的构造基本与离心泵相同，其工作原理也是借助于高速旋转叶轮所产生的离心力。 它的原动机有电机、蒸汽轮机等。习惯上，把离心式压缩机和原动机的组合体称为离心压缩机组，离心式压缩机具有如下优点： 压

10、缩机的润滑油等不会污染被输送的气体； 调节性能好，调节气量的变化范围广； 运行率高，维修简单，易损件少，备件少； 体积小，流量大，重量轻； 有较好的经济性能。大型离心式压缩机通常有下列控制系统。 气量或出口压力控制系统，即负荷控制系统。控制方式有多种，基本类同离心泵的排量和出口压力的控制方案，如直接节流法、旁路回流法、调节原动机的转速等。但需注意两点：其一，采用旁路回流法时，气体经多级压缩后，出口与入口压力之比即压缩比已很大，此时，不宜从末段出口至第一段入口直接旁路，因为这样做，能量消耗太大，阀座在高压差下磨损也易太大，故一般宜采用分段旁路，或增设降压消音装置等措施；其二，对汽轮机进行调速时，

11、要求汽轮机的转速可调范围能够满足气量调节的需要。 防喘振控制系统。因为喘振是离心式压缩机的固有特性，必须设置相应的防喘振控制系统，以确保压缩机的安全运行。 压缩机组的油路控制系统。一台大型离心式压缩机组常具有密封油、控制油和润滑油等。对这些油的油压、油温等常需要设置联锁报警控制系统。 压缩机主轴的轴向推力、轴向位移及振动的指示与联锁保护系统。8.3 离心式压缩机的防喘振控制8.3.1 离心式压缩机的特性曲线与喘振 离心式压缩机的特性曲线通常指：出口绝压P2与入口绝压P1之比(或称压缩比)和入口体积流量的关系曲线；效率和流量或功率和流量之间的关系曲线。 对于控制系统的设计而言，则主要只用到压缩比

12、和入口体积流量的特性曲线， 离心式压缩机在运行过程中，有可能会出现这样一种现象，即当负荷降低到一定程度时，气体的排出量会出现强烈振荡，同时机身也会剧烈振动，并发出“哮喘”或吼叫声，这种现象就叫做离心式压缩机的“喘振”。 喘振是离心式压缩机的固有特性。 离心式压缩机和少数离心泵，其H-Q性能曲线会呈驼峰型，如图所示。稳定工作点和不稳定工作点防喘振分析 泵的工作点是不稳定地跳来跳去，导致管路中产生周期性的水击、噪音和振动等，这就是喘振现象。aONMQQQQ离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件： 一是泵的H-Q特性曲线呈驼峰状。二是管路装置中要有能自由升降的液面或其它能贮存和放出能量的部分。 对离

13、心压缩机，由于它的性能曲线大多呈驼峰型，并且输送的介质是可压缩的气体，因此，只要串联着的管路容积较大，就能起到贮存和放出能量的作用，故发生不稳跳动的工作情况更为容易。8.3.2 引起喘振的因素 当离心式压缩机的负荷减小到一定程度时，会造成压缩机的喘振，这是引起喘振的最常见因素。 除此之外，被压缩气体的吸入状态，如分子量温度、压力等的变化，也是引起喘振的因素8.3.3 喘振的极限线及安全操作线1.安全操作线经验公式12112TQKpp式中 Q1吸入口气体的体积流量； T1吸入口气体的绝对温度； P1、P2分别为吸入口、排出口的绝对压力； K、 均为常数，一般由压缩机制造厂家给出。2用差压计测量流

14、量时的安全操作线表达式 假设用标准节流装置在压缩机入口处用差压计测量的流量为Q1，测量的差压为P1d 由标准节流装置流量测量公式得：111/dPQ 入口处气体的密度气体压缩系数常数1111zRTMP 式中根据气体方程：气体分子量气体常数气体压缩修正系数MRz 式中 （1） （2）1221121zRTMCPPCQd12112TQKpp11121PPmppd)(121PpmPd由于经验公式为：KCTm/1 （5）式就是用差压计测量入口处气体流量时喘振安全操作线的表达式。 （3） （4） （5）8.3.4 防喘振控制系统 在通常情况下，压缩机的喘振主要是负荷减少所致，在通常情况下，压缩机的喘振主要是

15、负荷减少所致，而负荷的升降则是由而负荷的升降则是由工艺所决定工艺所决定的。为不使压缩机出现的。为不使压缩机出现喘振，需要确保任何转速下，通过喘振，需要确保任何转速下，通过压缩机的实际流量都压缩机的实际流量都不小于喘振极限线所对应的最小流量不小于喘振极限线所对应的最小流量Q QB B。根据这一思想，。根据这一思想，可采取如图所示的循环流量法来设计可采取如图所示的循环流量法来设计固定极限流量法固定极限流量法和和可变极限流量法可变极限流量法等两种防喘振控制系统。等两种防喘振控制系统。1)1)固定极限流量控制方案固定极限流量控制方案 在压缩机及管网一定的条件下，设法使压缩机运行永在压缩机及管网一定的条

16、件下，设法使压缩机运行永远高于某一固定流量，使压缩机避免进入喘振区运行。远高于某一固定流量，使压缩机避免进入喘振区运行。 取取最大转速下的极限流量最大转速下的极限流量作为控制器的给定值，正作为控制器的给定值，正常操作时，旁路控制阀处于关闭的状态。常操作时，旁路控制阀处于关闭的状态。 2)2)可变极限流量控制方案可变极限流量控制方案 由于不同的转速下，压缩机的喘振极限流量是不由于不同的转速下，压缩机的喘振极限流量是不同的，所以若同的，所以若按喘振极限曲线来控制压缩机按喘振极限曲线来控制压缩机，就可以，就可以使压缩机在任何转速条件下都不会发生喘振使压缩机在任何转速条件下都不会发生喘振, ,而且节而

17、且节约了能量。约了能量。 )(121PpmPd)(121PpmPd 当测量值大于设定值时，旁路控制阀始终关闭。而当测量值小于设定值时，则控制器去开启控制阀到一定位置，故能防止喘振出现，确保压缩机的安全运行。)(121PpmPd第九章传热设备的控制第九章传热设备的控制 9.1.1 传热设备的结构类型 工业上用以实现冷热两流体换热的设备称为传热设备。 换热有直接或间接换热两种方式。 直接换热是指冷热两流体直接混合以达到加热或冷却的目的。 间接换热是指冷热两流体有间壁隔开的换热。热量首先从温度较高的热流体传给间壁，间壁再传向温度较低的冷流体。 在石油化工等工业过程中，一般以间接换热较常见。 9.1

18、传热设备的控制传热设备的控制 9.1.2 9.1.2 热量传递的三种方式热量传递的三种方式 热量的传递方向是由热量的传递方向是由高温物体高温物体传向传向低温物体低温物体，两物体，两物体之间的温度差是传热的推动力，温度差越大，传热速率之间的温度差是传热的推动力，温度差越大，传热速率( (单单位时间内传递的热量位时间内传递的热量) )也就越大。也就越大。 热量的传递方式有三种。热量的传递方式有三种。 1 1热传导热传导 对于稳定导热对于稳定导热( (导热量不随时间而变化导热量不随时间而变化) )，单层平壁的，单层平壁的热传导速率公式：热传导速率公式：方程式中等号右边的负号，表示热流方向与温度降低的

19、方向相同。2 2对流给热对流给热 对流给热所引起的热量传递的大小可用对流给对流给热所引起的热量传递的大小可用对流给热速率方热速率方程式程式表达。对于表达。对于冷流体与壁面之间冷流体与壁面之间的传热速率的传热速率对于对于热流体与壁面热流体与壁面之间的传热速率之间的传热速率 3 3热辐射热辐射 热能以电磁波热能以电磁波( (辐射能辐射能) )的形式向空间发射，到达另的形式向空间发射，到达另一物体被部分吸收又转变为热能，这类现象称为热辐射。一物体被部分吸收又转变为热能，这类现象称为热辐射。 热辐射在热量的传递过程中伴有能量形式的转化，即热辐射在热量的传递过程中伴有能量形式的转化，即热能转化为辐射能，

20、辐射能又转化成热能。热能转化为辐射能，辐射能又转化成热能。只要有温度就只要有温度就有辐射能，即它能发生在温度高于绝对零度有辐射能，即它能发生在温度高于绝对零度( (一一273)273)的所的所有场合。热源温度越高，热辐射的影响就越显著，而在低有场合。热源温度越高，热辐射的影响就越显著，而在低温时可以忽略。温时可以忽略。 在实际进行的传热过程中，很少是以一种传热方式单在实际进行的传热过程中，很少是以一种传热方式单独进行的，而是由两种或三种方式综合而成的。独进行的，而是由两种或三种方式综合而成的。 传热设备的自动控制系统中受控变量大多传热设备的自动控制系统中受控变量大多数是温度，而数是温度，而测温

21、元件的测量滞后是比较显著测温元件的测量滞后是比较显著的。常用热电偶、热电阻等测温元件，为了保的。常用热电偶、热电阻等测温元件，为了保护其不致损坏或被介质腐蚀，一般均加有保护护其不致损坏或被介质腐蚀，一般均加有保护套管，这样就增加了测温元件的测量滞后。因套管，这样就增加了测温元件的测量滞后。因此测温元件的测量滞后也给传热设备的自动控此测温元件的测量滞后也给传热设备的自动控制系统增加了滞后时间。制系统增加了滞后时间。热滞后热滞后9.1.4 9.1.4 传热设备的自动控制方案传热设备的自动控制方案 由于传热目的不同，其受控变量也不完全一样。在大由于传热目的不同，其受控变量也不完全一样。在大多多数情况

22、下，数情况下，受控变量是温度，操纵变量是流量受控变量是温度，操纵变量是流量。 从传热过程的基本方程式可知，为保证出口温度平从传热过程的基本方程式可知，为保证出口温度平稳，满足工艺生产的要求，必须对传热量进行调节。稳，满足工艺生产的要求，必须对传热量进行调节。 调节传热量有以下几条途径。调节传热量有以下几条途径。 调节载热体的流量。调节载热体的流量。 如果载热体压力不稳如果载热体压力不稳, ,可另设可另设稳压控制系统稳压控制系统，或者采，或者采用用温度对流量的串级控制系统温度对流量的串级控制系统，在这个串级系统中，温度，在这个串级系统中，温度为主变量、流量为副变量。为主变量、流量为副变量。 调节

23、传热面积调节传热面积F F。将工艺介质分路。将工艺介质分路。 一部分经换热器，另一部分旁路通过，然后两端混合一部分经换热器，另一部分旁路通过，然后两端混合起来。起来。 如果要使工艺介质流量和载热体流量均不允许控制，如果要使工艺介质流量和载热体流量均不允许控制，而且换热器传热面积有较大裕量时，可将工艺介质一小部而且换热器传热面积有较大裕量时，可将工艺介质一小部分进行分路，分进行分路， 9.2 9.2 加热炉的控制加热炉的控制 在生产过程中有各式各样的加热炉，在生产过程中有各式各样的加热炉，按工艺用途来分按工艺用途来分有加热用的炉子及加热有加热用的炉子及加热- -反应用的炉子两类。反应用的炉子两类

24、。对于加热用炉对于加热用炉子，工艺介质受热升温或同时进行气化，其工艺介质温度子，工艺介质受热升温或同时进行气化，其工艺介质温度的高低，会直接影响后一工序的工况和产品质量，同时当的高低，会直接影响后一工序的工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦，炉子温度过高时会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦，而烧坏炉管。加热炉平稳操作可以延长炉管使用寿命而烧坏炉管。加热炉平稳操作可以延长炉管使用寿命, , 因因此加热炉出口温度必须严加控制。此加热炉出口温度必须严加控制。 为了保证炉出口温度稳定，加热炉主要控制系统以为了保证炉出口温度稳定，加热炉主要控制系统以加热加热炉出口温

25、度为被控变量炉出口温度为被控变量，燃料油的流量作为操作变量燃料油的流量作为操作变量。 9.2.1 9.2.1 加热炉的单回路控制方案加热炉的单回路控制方案 1 1 干扰分析干扰分析 影响加热炉出口温度的干扰因素有：影响加热炉出口温度的干扰因素有：工艺介质工艺介质进料的进料的流流量量、温度温度、组分组分。燃料方面燃料方面有有燃料油的流量燃料油的流量、压力压力、成分成分, ,燃料油的雾化情况燃料油的雾化情况，空气过量情况空气过量情况，喷嘴的阻力喷嘴的阻力，烟囱抽烟囱抽力力等等。等等。 主要控制系统是以炉出口温度为受控变量，燃料油主要控制系统是以炉出口温度为受控变量，燃料油( (或或气气) )流量为

26、操纵变量组成的单回路控制系统。流量为操纵变量组成的单回路控制系统。 其它辅助控制系统有：其它辅助控制系统有：2 2控制系统的分析控制系统的分析进入加热炉工艺介质的流量控制系统，如图中进入加热炉工艺介质的流量控制系统，如图中FCFC控制控制系统；系统；燃料油总压控制，总压控制一般调回油量，如图中燃料油总压控制，总压控制一般调回油量，如图中PCPC控制系统；控制系统； 采用燃料油时，还需加入雾采用燃料油时，还需加入雾化蒸汽化蒸汽( (或空气或空气) )，为此设有雾化，为此设有雾化蒸汽压力控制系统，如图中蒸汽压力控制系统，如图中PCPC控控制系统，以保证燃料油的良好雾制系统，以保证燃料油的良好雾化。

27、化。单回路控制系统仅适用于下列情况：单回路控制系统仅适用于下列情况： 对炉出口温度要求不十分严格；对炉出口温度要求不十分严格； 外来干扰缓慢而较小，且不频繁；外来干扰缓慢而较小，且不频繁； 炉膛容量较小，即滞后不大。炉膛容量较小，即滞后不大。9.2.2 9.2.2 加热炉的串级控制方案加热炉的串级控制方案 加热炉的串级控制方案，由于干扰因素以及炉子型式加热炉的串级控制方案，由于干扰因素以及炉子型式不同，可以选择不同的副参数。不同，可以选择不同的副参数。 加热炉串级控制的形式，主要有以下几种：加热炉串级控制的形式，主要有以下几种： 炉子出口温度对炉膛温度的串级控制；炉子出口温度对炉膛温度的串级控

28、制； 炉子出口温度对燃料油炉子出口温度对燃料油( (或气或气) )流量的串级控制；流量的串级控制； 炉子出口温度对燃料油炉子出口温度对燃料油( (或气或气) )阀后压力的串级控制；阀后压力的串级控制； 采用压力平衡式控制阀采用压力平衡式控制阀( (浮动阀浮动阀) )的控制。的控制。1 1炉子出口温度对炉膛温度的串级控制炉子出口温度对炉膛温度的串级控制 当受到干扰因素例如当受到干扰因素例如燃料油燃料油( (或气或气) )的压力、热值、烟的压力、热值、烟囱抽力囱抽力等作用后，首先将反映炉膛温度的变化，以后再影等作用后，首先将反映炉膛温度的变化，以后再影响到炉子出口温度，而前者滞后小，后者滞后大。响

29、到炉子出口温度，而前者滞后小，后者滞后大。 由于把炉膛温度作为副由于把炉膛温度作为副参数，因此采用这种方案时参数，因此采用这种方案时还应注意下述几个方面。还应注意下述几个方面。 应选择有代表性的炉应选择有代表性的炉膛温度检测点，且要反应膛温度检测点，且要反应快。但选择时较困难，特别快。但选择时较困难，特别是圆筒炉。是圆筒炉。 为了保护设备，炉膛温度不应有较大波动，所以在参数整为了保护设备，炉膛温度不应有较大波动，所以在参数整定时，对于副控制器不应整定得过于灵敏。定时，对于副控制器不应整定得过于灵敏。由于炉膛温度较高，测温元件及其保护套管材料必须耐高由于炉膛温度较高，测温元件及其保护套管材料必须

30、耐高温。温。 2 2炉子出口温度对燃料油炉子出口温度对燃料油( (或气或气) )流量的串级控制流量的串级控制 这种方案的优点是当燃料油流量发生变化后，还未影这种方案的优点是当燃料油流量发生变化后，还未影响到炉子出口温度之前，其内环即先进行调节，以减小甚至响到炉子出口温度之前，其内环即先进行调节，以减小甚至消除燃料油消除燃料油( (或气或气) )流量的干扰，从而改善了控制质量。流量的干扰，从而改善了控制质量。 3 3炉子出口温度对燃料油炉子出口温度对燃料油( (或气或气) )阀后压力的串级控制阀后压力的串级控制 若加热炉所需燃料油量较少或其输送管道较小时，其若加热炉所需燃料油量较少或其输送管道较

31、小时，其流量测量较困难流量测量较困难，特别是应用粘度较大的重质燃料油时更，特别是应用粘度较大的重质燃料油时更难测量。一般来说，压力测量较流量方便，因此采用炉子难测量。一般来说，压力测量较流量方便，因此采用炉子出口温度对燃料油出口温度对燃料油( (或气或气) )阀后压力的串级控制。阀后压力的串级控制。 该方案应用较广。采用该方案时，需要注意的是如果该方案应用较广。采用该方案时，需要注意的是如果燃料喷嘴部分堵塞，也会使阀后压力升高，此时副控制器燃料喷嘴部分堵塞，也会使阀后压力升高，此时副控制器的动作使阀门关小，这是不适宜的。因此，在运行时必须的动作使阀门关小，这是不适宜的。因此，在运行时必须防止这

32、种现象发生。特别是采用重质燃料油或燃料气中夹防止这种现象发生。特别是采用重质燃料油或燃料气中夹带着液体时更要注意。带着液体时更要注意。 4 4采用压力平衡式控制阀采用压力平衡式控制阀( (浮动阀浮动阀) )的控制的控制 当燃料是气态时，可采用压力平衡式控制阀当燃料是气态时，可采用压力平衡式控制阀( (浮动阀浮动阀) )的方案。的方案。 这里用浮动阀代替了一般控制阀，节省了压力变送器，这里用浮动阀代替了一般控制阀，节省了压力变送器，且浮动阀本身兼起压力控制器且浮动阀本身兼起压力控制器 例例1 1：催化裂化装置加热炉的自动控制系统。：催化裂化装置加热炉的自动控制系统。 在催化裂化装置中，为了保证催

33、化裂化的进行，需将在催化裂化装置中，为了保证催化裂化的进行，需将原料油加热至原料油加热至400400，送至反应器，在催化剂，送至反应器，在催化剂( (硅铝酸硅铝酸) )作用作用下，使油品裂化生成汽油和气体。工业上常采用圆筒炉将下，使油品裂化生成汽油和气体。工业上常采用圆筒炉将原料油加热至原料油加热至400400。 例例2 2：炼厂常压装置中加热炉的自动控制系统：炼厂常压装置中加热炉的自动控制系统 炼厂常压装置中，管式加热炉是重要设备之一，它的炼厂常压装置中，管式加热炉是重要设备之一，它的任务是把原油加热至一定温度，然后去常压塔分馏，分离任务是把原油加热至一定温度，然后去常压塔分馏，分离出各种产

34、品。加热炉出口温度是否平稳，直接影响后工序出各种产品。加热炉出口温度是否平稳，直接影响后工序的分馏效果。加热炉平稳操作，可以延长炉管的寿命。因的分馏效果。加热炉平稳操作，可以延长炉管的寿命。因此，炉子出口温度要求严格控制。这里是一个方箱炉，采此，炉子出口温度要求严格控制。这里是一个方箱炉，采用两组炉管进行加热，为保证出口温度的稳定。用两组炉管进行加热，为保证出口温度的稳定。9.2.3 9.2.3 加热炉的前馈加热炉的前馈反馈控制方案反馈控制方案 有时遇到生产负荷即有时遇到生产负荷即进料流量、温度变化频繁进料流量、温度变化频繁, ,干扰幅干扰幅度又较大，且又属不可控度又较大，且又属不可控。串级控

35、制难于满足工艺指标要。串级控制难于满足工艺指标要求时，可采用前馈求时，可采用前馈- -反馈控制系统。前馈控制是克服进料流反馈控制系统。前馈控制是克服进料流量（或温度）的干扰作用，而反馈控制克服其余干扰作用。量（或温度）的干扰作用，而反馈控制克服其余干扰作用。 9.2.4 9.2.4 安全联锁保护系统安全联锁保护系统 为了保证加热炉的安全生产，防止事故的发生，应有必为了保证加热炉的安全生产，防止事故的发生，应有必要的安全联锁保护系统要的安全联锁保护系统。采用哪些安全联锁保护系统，应。采用哪些安全联锁保护系统，应视具体情况而定。视具体情况而定。1 1以燃料气为燃料的加热安全联锁保护系统以燃料气为燃

36、料的加热安全联锁保护系统 被加热工艺介质流量过少或中断被加热工艺介质流量过少或中断，此时必须采取，此时必须采取安全措施，切断燃料气控制阀，停止燃烧，否则会将加热安全措施，切断燃料气控制阀，停止燃烧，否则会将加热炉管子烧坏，使其破裂造成严重的生产事故；炉管子烧坏，使其破裂造成严重的生产事故； 当火焰熄灭时当火焰熄灭时，会在燃烧室里形成危险性的燃料，会在燃烧室里形成危险性的燃料气气- -空气混合物；空气混合物； 当燃料气压过低即流量过小时当燃料气压过低即流量过小时，会出现，会出现回火回火现象，现象，故要保证最小燃料气流量；故要保证最小燃料气流量； 当燃料气压力过高，喷嘴会出现当燃料气压力过高，喷嘴

37、会出现脱火脱火现象，以至现象，以至造成灭火，甚至会在燃烧室里形成大量燃料气一空气混合造成灭火，甚至会在燃烧室里形成大量燃料气一空气混合物，造成爆炸事故。物，造成爆炸事故。2 2应用示例应用示例 2 2以燃料油为燃料的加热炉安全联锁保护系统以燃料油为燃料的加热炉安全联锁保护系统 在这类加热炉中在这类加热炉中主要危险主要危险是：是：进料流量过小或进料流量过小或中断中断；燃料油压力过高会脱火燃料油压力过高会脱火，过低会回火过低会回火；雾化雾化蒸汽压力过低或中断蒸汽压力过低或中断，会使燃料油得不到良好雾化，会使燃料油得不到良好雾化，甚至无法燃烧。甚至无法燃烧。 因此在这里设置联锁保护系统，因此在这里设

38、置联锁保护系统，基本上与以燃基本上与以燃料气为燃料的加热炉相似料气为燃料的加热炉相似，仅是将原来的火焰检测，仅是将原来的火焰检测器器BSBS，换成雾化蒸汽压力过低联锁保护系统。，换成雾化蒸汽压力过低联锁保护系统。 9.39.3精馏塔的控制精馏塔的控制一、精馏塔工艺操作工艺要求一、精馏塔工艺操作工艺要求1)1)质量指标质量指标。塔顶或塔底产品之一应保证合乎规定。塔顶或塔底产品之一应保证合乎规定 的纯度的纯度, , 另一产品成分亦应维持在规定范围内。另一产品成分亦应维持在规定范围内。2)2)物料平衡物料平衡。能量平衡以保证塔的。能量平衡以保证塔的平稳操作平稳操作，当然，当然 塔压是否恒定，对塔的平

39、稳操作有很大影响。塔压是否恒定，对塔的平稳操作有很大影响。3)3)约束条件。约束条件。为了使塔正常操作，必须满足一些约为了使塔正常操作，必须满足一些约 束条件。束条件。精馏塔精馏塔二、精馏塔的干扰因素二、精馏塔的干扰因素1)1)进料量进料量F F波动的影响波动的影响 2)2)进料成分波动的影响进料成分波动的影响 3)3)进料温度波动的影响进料温度波动的影响 4)4)塔的蒸气速度和加热量波动的影响塔的蒸气速度和加热量波动的影响 5)5)回流量及冷剂量波动的影响回流量及冷剂量波动的影响 6)6)塔顶（或塔底）产品量的影响塔顶（或塔底）产品量的影响三、精馏塔的基本控制三、精馏塔的基本控制1 1提馏段

40、温度控制提馏段温度控制由由主要控制系统主要控制系统和和辅助控制系统辅助控制系统两部分组成。两部分组成。 提馏段温度控制系统提馏段温度控制系统, ,既既提馏段温度为被控变量提馏段温度为被控变量，其测温元件装在提馏段，其测温元件装在提馏段，塔釜热剂量为操作变量。塔釜热剂量为操作变量。提馏段温度控制能较好地保证塔底产品的质量。提馏段温度控制能较好地保证塔底产品的质量。 1)1)主要控制系统主要控制系统 2)2)辅助控制系统辅助控制系统 a a、回流量的定值控制系统、回流量的定值控制系统 b b、塔顶引出管线上设置压力控制系统、塔顶引出管线上设置压力控制系统 c c、进料设置定值控制系统、进料设置定值

41、控制系统 d d、液位控制系统、液位控制系统 2 2精馏段温度控制精馏段温度控制1)1)主要控制系统。主要控制系统。精馏段温度控制精馏段温度控制系统，系统，被控变量被控变量为精馏段温度，为精馏段温度，其测温元件在精其测温元件在精馏段，馏段，操作变量操作变量为回流量。为回流量。 2)2)辅助控制系统辅助控制系统 再沸器加热量的定值控制。再沸器加热量的定值控制。 回流罐液位控制回流罐液位控制 进料量控制等进料量控制等 精馏段温控的适用场合为：精馏段温控的适用场合为：1)1)塔顶产品纯度比塔底要求严格；塔顶产品纯度比塔底要求严格；2)2)全部为气相进料。全部为气相进料。9.4 9.4 锅炉设备的控制

42、锅炉设备的控制一、概述一、概述 3 3锅炉燃烧系统的控制锅炉燃烧系统的控制锅炉设备的主要控制系统有三个。锅炉设备的主要控制系统有三个。1 1锅炉汽包液位控制锅炉汽包液位控制2 2蒸汽过热系统的控制蒸汽过热系统的控制二、锅炉汽包液位的控制二、锅炉汽包液位的控制 锅炉汽包液位控制的目的是维持汽包中液位在工艺允许锅炉汽包液位控制的目的是维持汽包中液位在工艺允许范围内，以保证锅炉的安全运行。范围内，以保证锅炉的安全运行。 锅炉汽包水位控制常采用锅炉汽包水位控制常采用单冲量单冲量、双冲量双冲量及及三冲量三冲量等等三种控制方案三种控制方案 1 1单冲量液位控制系统单冲量液位控制系统 适用于停留时间较长，负

43、荷变化小的小型低压锅炉（一适用于停留时间较长，负荷变化小的小型低压锅炉（一般为般为1010吨吨/ /小时以下）小时以下） 蒸汽负荷突然大蒸汽负荷突然大幅度增加时幅度增加时，由于汽，由于汽包内蒸汽压力瞬间下包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，形汽泡量迅速增加，形成汽包内液位升高的成汽包内液位升高的现象。现象。这种升高的液位不代这种升高的液位不代表汽包内贮液量的真表汽包内贮液量的真实情况，所以称为实情况，所以称为“假液位假液位”。 这时液位控制系统测量值升高，控制器把去错误地关这时液位控制系统测量值升高，控制器把去错误地关小给水控制阀，减少给水量，等到这种暂时的闪

44、急汽化现小给水控制阀，减少给水量，等到这种暂时的闪急汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量增加，象一旦平稳下来，由于蒸汽量增加，送入水量反而减少送入水量反而减少，将使水位严重下降将使水位严重下降，严重时会使汽包水位降到危险区内，严重时会使汽包水位降到危险区内，甚至发生事故。甚至发生事故。 产生产生“假液位假液位”主要是蒸汽负荷量的波动，如果把蒸主要是蒸汽负荷量的波动，如果把蒸汽流量的信号引入控制系统，就可以克服这个主要干扰，汽流量的信号引入控制系统，就可以克服这个主要干扰，这样就构成了这样就构成了双冲量控制系统双冲量控制系统。 这是一个这是一个前馈前馈-反馈反馈控制系统。控制系统。蒸汽流量是前蒸汽流

45、量是前馈量。馈量。 借助于前馈的校正作借助于前馈的校正作用，可避免蒸汽量波动所用，可避免蒸汽量波动所产生的产生的“假液位假液位”而引起而引起控制阀误动作，改善了控控制阀误动作，改善了控制质量，防止事故发生。制质量，防止事故发生。2 2双冲量控制系统双冲量控制系统 双冲量控制系统的弱点是不能克服给水压力的干扰，双冲量控制系统的弱点是不能克服给水压力的干扰，当给水压力变化时，会引起给水流量的变化。当给水压力变化时，会引起给水流量的变化。 一些大型锅炉则把给一些大型锅炉则把给水流量的信号亦引入控制水流量的信号亦引入控制系统，以保持汽包液位稳系统，以保持汽包液位稳定。这样，作用控制系统定。这样，作用控

46、制系统共有三个参数的信号，故共有三个参数的信号，故称为三冲量控制系统。称为三冲量控制系统。 3 3三冲量控制系统三冲量控制系统 属于前馈属于前馈串级控制系统。蒸汽流量作为前馈信号串级控制系统。蒸汽流量作为前馈信号, , 汽包水位为主变量，给水流量为副变量。汽包水位为主变量，给水流量为副变量。 三、过热蒸汽系统的控制三、过热蒸汽系统的控制 过热蒸汽系统的控制过热蒸汽系统的控制的目的是过热蒸汽系统的控制过热蒸汽系统的控制的目的是保持过保持过热器出口温度在允许范围内热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。工作温度。 蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器

47、、二级过热器。蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。 过热蒸汽温度是锅炉汽水通道中温度最高的地方。过热蒸汽温度是锅炉汽水通道中温度最高的地方。过热过热器正常运行时的温度一般接近材料所允许的最高温度。如器正常运行时的温度一般接近材料所允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高，则果过热蒸汽温度过高，则过热器容易损坏过热器容易损坏；过热蒸汽温度；过热蒸汽温度过低，则过低，则设备效率降低设备效率降低。因此对过热器出口蒸汽温度应加。因此对过热器出口蒸汽温度应加以控制，以控制，使它不超出规定的范围。使它不超出规定的范围。 影响过热蒸汽温度的干扰因素很多，例如影响过热蒸汽温度的干扰因素很多，例如燃烧工

48、况、蒸燃烧工况、蒸汽流量、减温水的流量和温度、流经过热器的烟气温度和流汽流量、减温水的流量和温度、流经过热器的烟气温度和流速速等都会影响过热蒸汽温度。等都会影响过热蒸汽温度。 采用以采用以减温器减温器出出口温度为副变量口温度为副变量的串级控制系统的串级控制系统 四、锅炉燃烧系统的控制四、锅炉燃烧系统的控制 锅炉燃烧系统的自动控制基本任务是使燃料燃烧锅炉燃烧系统的自动控制基本任务是使燃料燃烧时产生的热量，适应蒸汽负荷的需要。时产生的热量，适应蒸汽负荷的需要。 锅炉燃烧系统自动控制有三个主要作用：锅炉燃烧系统自动控制有三个主要作用： 3)3)维持炉膛负压不变，应该使排烟量与空气量维持炉膛负压不变，

49、应该使排烟量与空气量相配合。相配合。 1)1)维持锅炉出口蒸汽压力的稳定。当负荷受干扰维持锅炉出口蒸汽压力的稳定。当负荷受干扰影响而变化时影响而变化时, ,通过控制燃料量使之稳定。通过控制燃料量使之稳定。2)2)保持燃料量和空气量按一定配比送入，即保持保持燃料量和空气量按一定配比送入，即保持燃料燃烧良好。燃料燃烧良好。基本控制方案基本控制方案 1.1.蒸汽压力控制和蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制燃料与空气的比值控制 2.2.炉膛负压控制炉膛负压控制 当锅炉负荷变化不大时，可采用当锅炉负荷变化不大时，可采用炉膛压力为被控变量炉膛压力为被控变量，烟气量为操纵变量烟气量为操纵变量的简单控制系统。

50、当锅炉负荷变化较大的简单控制系统。当锅炉负荷变化较大时，应引入前馈，组成前馈时，应引入前馈，组成前馈反馈控制系统反馈控制系统 9.59.5化学反应器的控制化学反应器的控制一、反应器的控制要求及被控变量的选择一、反应器的控制要求及被控变量的选择 1 1质量指标质量指标要使反应达到规定的转化率，或使产要使反应达到规定的转化率，或使产品达到规定的浓度。品达到规定的浓度。 2 2物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡为了使反应器能够正常运为了使反应器能够正常运行，必须使反应器在生产过程中保持物料平衡和能量平衡。行，必须使反应器在生产过程中保持物料平衡和能量平衡。 3 3约束条件约束条件对于反应器，要防止

51、工艺变量进入危对于反应器，要防止工艺变量进入危险区域或不正常工况。险区域或不正常工况。 二、釜式反应器的控制二、釜式反应器的控制1 1控制进料温度控制进料温度 进料经过预热器（或冷却器）进入釜式反应器。采用控进料经过预热器（或冷却器）进入釜式反应器。采用控制进入预热器（或冷却器）的加热剂（或冷却剂）流量，稳制进入预热器（或冷却器）的加热剂（或冷却剂）流量，稳定釜内温度。定釜内温度。 对于带夹套的反应釜，可采用控制进入夹套的加热剂对于带夹套的反应釜，可采用控制进入夹套的加热剂（或冷却剂）流量，稳定釜内温度（或冷却剂）流量，稳定釜内温度，但由于，但由于反应釜容量大，反应釜容量大，温度滞后严重，特别是进行聚合反应时，釜内物料粘度大，温度滞