流体输送设备的控制培训课程课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第三章 流体输送设备的控制,3.1 概述,流体输送设备：,流体输送设备的控制：,液体 泵,气体 风机、压缩机,被控对象的特点：,在石油化工生产过程中用于输送流体和提高流体压头的机械设备。,为保证平稳生产进行的流量、压力控制；,为保护输送设备的安全而进行的控制。,对象的时间常数小、可控性较差,如流量控制，受控变量和操纵变量常常是,同一物料。只是检测点和控制点的位置不同，,因此对象的时间常数很小。,FC,FT,分,馏,塔,广义对象的特性必须考虑测量环节和控制阀,的特性，测量环节和控制阀的时间常数很小，因,此广义对象的时间常数较小，可控性较差。,2024/11/17,1,第三章 流体输送设备的控制3.1 概述流体输送设备：流体输送,因此进行控制器参数整定时，应取较大的比例度，为消除余差引,入积分作用。,泵的种类,主要可分为两大类：,测量信号伴有高频噪声,流量测量常采用节流装置，流体通过节流装置，喘动加大，造成,测量信号常常杂有高频噪声，影响控制品质，因此应对测量信号加以,滤波。,广义对象的静态特性存在着非线性,通过选择阀的特性，使广义对象的静特性近似为线性,(,原因是管道,阻力变化影响对象的特性,),。,3.2 泵及压缩机的控制,3.2.1 泵和管路系统的特性,离心泵应用较为普遍,容积泵,往复泵,旋转泵,2024/11/17,2,因此进行控制器参数整定时，应取较大的比例度，为消除余,离心泵结构,往复泵,旋转泵,2024/11/17,3,离心泵结构往复泵旋转泵2023/8/73,压头,转速,旋转叶轮作用在液体上的离心力,离心力,压头,叶轮和与壳体之间有空隙，关闭泵的出口阀,时，排量为零，压头最高，泵所做的功 热。,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,1、离心泵,由叶轮、机壳组成，叶轮在电机带动下高速旋转,2024/11/17,4,压头转速旋转叶轮作用在液体上的离心力离心力压头 叶轮和,控制阀两端的节流压头,h,v,，,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。,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,h,f,管路系统总阻力：,2024/11/17,5,控制阀两端的节流压头hv，阀的开度一定时，与流量的,(1),直接节流法,FC,FT,离心泵工作点流量控制方案：,2024/11/17,6,(1)直接节流法FCFT离心泵工作点流量控制方案：2023/,(2)调速法,(3)旁路回流法,FC,FT,2024/11/17,7,(2)调速法(3)旁路回流法FCFT2023/8/77,气缚现象：,控制阀应安装在泵的出口管线上，对不应安装在泵的入口管线上。如误安装在泵的入口管线上，由于节流压头的存在，使泵的入口压力比无阀时要低，从而使部分液体气化，造成泵的出口压力降低，排量降低，甚至使排量等于零，这种现象称为“气缚”。,气蚀现象：,或者夹带部分气化的气体到排出端后，因受到压缩会重新凝聚成液体，对泵内机件产生冲击，严重会损坏叶轮和机壳，这种现象称为“气蚀”。,2024/11/17,8,气缚现象：控制阀应安装在泵的出口管线上，对不应安装在泵的入口,何谓泵的特性？用曲线和公式表示出来。,何谓谓管路特性？用曲线和公式表示出来。,离心泵系统达到稳定状态的条件是什么？如何实现？,习 题,2024/11/17,9,何谓泵的特性？用曲线和公式表示出来。习 题2,1,、离心式压缩机,优点：,压缩机的润滑油等不污染被输送的气体,调节性能好，调节气量的变化范围广,运行效率高、维修方便，元器件不易损坏,流量大，体小，重量轻，经济性能较高,一台大型离心式压缩机通常有下列,控制系统：,负荷控制系统，即气量或出口压力控制,直接节流法、旁路回流法、调速法,注意：,旁路回流时，若多级压缩，不宜从末段出口至第一段入口直接,旁路，宜采用分段旁路，或增设降压消音装置等措施；,调速时，要求气轮机的转速可调范围能够满足气量调节的需要。,缺点：喘振、轴向推力大固有的、难以消除。常有可能因微小,的偏差而造成严重损失，而且事故的出现往往迅速猛烈，单靠人工,处理措手不及。必须认真设置相应的控制系统。,3.2.2 压缩机的控制方案,2024/11/17,10,1、离心式压缩机 优点：压缩机的润滑油等不污染被输,压缩机组的油路控制系统 如密封油、控制油、润滑油等通常也设立相应的油压、油温联锁报警控制系统。,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。,防喘振控制：,喘振是离心式压缩机的固有特性，为使压缩机安全运行，必须采取相应的控制。,1,、轴,2,、轴封,3,、工作轮,4,、扩压器,5,、蜗壳,6,、工作轮叶片,7,、扩压器叶片,2024/11/17,11,压缩机组的油路控制系统 如密封油、控制油、润滑油等,3.3 离心压缩机的防喘振控制,1、特性曲线,3.3.1 离心式压缩机的特性曲线及喘振,压缩比：,出口,绝对压力,P,2,和入口,绝对压力,P,1,之比,P,2,/,P,1,特性曲线：,压缩比和入口体积流量的关系曲线,P,1,/,P,2,Q,；,效率和流量关系曲线,Q,；,功率和流量之间关系曲线,NQ,。,对于控制系统设计而言，主要只用到压缩比和入口体积流量的关系。,2、喘振,当负荷降低到一定程度时，气体的排出,量会出现强烈振荡，同时机身也剧烈振动，,这种现象叫离心式压缩机的喘振。,由特性曲线发现，每一条曲线都对应一个,P,2,/,P,1,值的最高点，在不同转速下，把这些点连,起来就得到一条曲线 喘振极限曲线。,曲线左侧 不稳定区，喘振区。,喘振区,2024/11/17,12,3.3 离心压缩机的防喘振控制 1、特性曲线3.3.1,喘振是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,H,Q,性能曲线呈,驼,峰型,，其与管路特性可能有两个交点,M,和,M,1,，,M,1,：,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,H,0,小于管路的静扬程,H,M,，,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,M,1,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,：,H,0,H,M,2024/11/17,13,喘振是离心式压缩机的固有特性，事实上少数离心,离心泵的实际运行中，可能发生的不稳定情况如图：,离心泵工作中产生不稳定工况需要两个条件：,泵的,H,Q,特性曲线呈驼峰状；,管路装置中要有能自由升降的液面或能储存和放出能量的地方。,对离心压缩机，其性能曲线大多呈驼峰型，且输送的介质是可压缩,的气体，只要串联管路容积较大，就能起到储能作用，故易发生不稳跳,动的工况。,2024/11/17,14,离心泵的实际运行中，可能发生的不稳定情况如图：离心泵工作中产,连接离心式压缩机不同转速下,的特性曲线的最高点，即可得到,喘振,极限线,，其左侧部分称,喘振区,。,3.3.2 引起喘振的原因,负荷减小到一定程度,最常见原因；,被压缩气体的吸入状态,：如分子量、温,度、压力等的变化。,吸入气体的分子量变化,：,喘振区,喘振情况与管网特性有关,：,管网容量越大，喘振的振幅越大，,而频率越低；管网容量越小，则相反。,同样的吸入,气体流量,Q,A,下，分子量增大，压缩机进入,喘振区。,2024/11/17,15,连接离心式压缩机不同转速下3.3.2 引起喘,吸入气体温度的变化,：,吸入气体压力的变化,：,实际生产过程中，被压缩气体一般来,自上一工序，上一工序的操作情况会影响,分子量和温度的变化，从而可能引起压缩,机的喘振。,鉴于目前的防喘振控制系统一般只对,减小负荷而设，且分子量的变化无法进行,在线测量，故上述情况下，防喘振控制系,统会“失灵”。对此需特加重视。,在同样的吸入气体流量,Q,A,下，当温度,减低时，压缩机易出现喘振。,影响压缩机的实际压缩比。当吸入压,力,P,1,降低时，所需压缩比增大，压缩机易,进入喘振区。,3.3.3 喘振的极限方程及安全操作线,喘振极限线,：在不同转速下，特性曲线最高点的连线称之。可通过,理论推导获得数学表达式。,喘振区,2024/11/17,16,吸入气体温度的变化：,工程上，为了安全，将极限线右旋一角度，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：,喘振区,由于上式中的吸入口气体的体积流量,Q,1,、,绝对压力,P,1,和绝对温度,T,1,有一定的关系，可以依照不同的测量方法和仪表，将上式表达成更加适用的公式。,2024/11/17,17,工程上，为了安全，将极限线右旋一角度,用差压法测流量,入口,处气体密度,常数,气体压缩系数,令：,代入气体方程,代入经验公式：,2024/11/17,18,用差压法测流量入口处气体密度常数气体压缩系数令：代入气体方,对于型仪表,代入整理得：,防喘振控制系统是由若干台仪表构成，为具体设置各有关参数，,必须将喘振安全操作线方程化为仪表信号表达的方程式。,以仪表信号表示安全线表达式,2024/11/17,19,对于型仪表代入整理得：防喘振控制系统是由若,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，为不使压缩机出现喘振，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 为压缩机固定喘振极限流量，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,FC,FT,气关,正,2024/11/17,20,3.3.4 防喘振控制系统 由上述分析可知，压缩机喘,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？,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。,喘振区,2024