КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО- ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ». ЧАСТЬ 1

–Исполнительное устройство (регулирующий клапан).

5.2.Автоматизация насосов и компрессоров

Целью автоматизации насосов и компрессоров является поддержание их постоянной производительности, то есть постоянства расхода перемещаемой среды на нагнетательной линии агрегата. Схемы автоматизации насосов приведены на рис. 5.1. Особенностью автоматизации центробежных насосов является то, что регулирующий клапан располагают всегда на нагнетательной линии насоса (рис. 5.1 а), так как при установке его на всасывающей линии возможно явление кавитации. Повреждений при аварийном перекрытии нагнетательной линии насоса не возникает. При автоматизации поршневых насосов регулирующий клапан не устанавливают на нагнетательной линии, т.к. в случае его поломки может возникнуть аварийная ситуация: вследствие несжимаемости жидкости сильно возрастает давление и повреждается сам насос или трубопровод. У насосов с паровым приводом (рис. 5.1 б) управляющее воздействие –

61

а– центробежный насос, б – поршневой насос с паровым приводом,

в– поршневой насос с электроприводом.

К ресиверу

FС

Продукт

Рис. 5.2. Регулирование производительности центробежного компрессора с противопомпажной защитой.

62

Схема регулирования поршневых компрессоров полностью совпадает со схемой регулирования поршневых насосов. У компрессоров центробежных опасности явления кавитации нет, поэтому регулирующий клапан у них устанавливается на всасывающей линии компрессора. В некоторых случаях (при небольшой производительности и высоком давлении) в центробежных компрессорах при уменьшении степени открытия клапана на всасывающей линии может возникнуть помпаж – движение газа внутри компрессора в обратную сторону, то есть из нагнетательной линии во всасывающую. Для предотвращения этого явления (рис. 5.2) добавляют схему регулирования расхода газа на всасывающей линии компрессора. В случае необходимости регулятор изменяет расход газа во вспомогательную емкость (ресивер), что предотвращает помпаж.

5.3. Автоматизация теплообменников

Целью автоматизации теплообменников является поддержание постоянной температуры продукта на выходе из теплообменника. На рис. 5.3 показаны схемы регулирования теплообменников для случая, когда агрегатное состояние технологических потоков не изменяется.

ТС

ТС

Рис. 5.3. Регулирование поверхностных теплообменников:

а– воздействием на расход теплоносителя;

б– байпасированием продукта.

63

Как правило, для поддержания постоянной температуры продукта регулятор изменяет расход теплоносителя (рис. 5.3 а). Если по технологическим условиям нет возможности влиять на расход теплоносителя, то регулирование температуры продукта на выходе теплообменника осуществляется за счет изменения расхода продукта по байпасной линии в обход теплообменника.

На рис. 5.4 показана схема регулирования теплообменника смешения. Управляющим воздействием в данном случае является изменение расхода одного из входящих в аппарат потоков (определяется технологией процесса). Для нормальной работы аппарата в нем предусмотрено также регулирование уровня за счет изменения расхода выходящей жидкости.

LС

ТС F1+F2 T

Рис. 5.4. Регулирование теплообменников смешения.

Схемы регулирования теплообменников, в которых в процессе работы происходит изменение агрегатного состояния технологических потоков, приведены на рис. 5.5. В случае подогревателей регулирующим воздействием является изменение расхода греющего пара, подаваемого в

64

теплообменник (рис. 5.5 а). В отличие от других теплообменников, при автоматизации конденсаторов основной регулируемой величиной является не температура продукта, а давление паров продукта. Для его стабилизации используется регулятор, изменяющий подачу хладоагента в трубное пространство аппарата (рис. 5.5 б).

Рис. 5.5. Автоматизация теплообменников при изменении агрегатного состояния технологических потоков:

а– подогреватель; б – конденсатор.

5.4.Автоматизация массообменных процессов

Целью автоматизации массообменных процессов является получение продукта заданного состава, то есть поддержание постоянной концентрации целевого компонента в продукте. При автоматизации технологических установок придерживаются следующих правил:

1.По возможности стабилизируют температуру и расход входящих материальных потоков.

2.В аппаратах, содержащих паровую или газовую фазу, стабилизируют давление в верхней части аппарата.

3.В аппаратах, содержащих жидкую фазу, стабилизируют уровень в нижней части аппарата.

65

4. Составляют схему регулирования, связывающую состав целевого продукта с расходом одного из входящих материальных потоков.

На рис. 5.6, 5.7 приведены схемы автоматизации процесса абсорбции. В зависимости от конкретной установки целью автоматизации может быть поддержание постоянной концентрации извлекаемого компонента в обедненном газе или в насыщенном абсорбенте. Общим для этих установок является стабилизация температуры свежего абсорбента (за счет изменения расхода хладоагента), давления в верхней части абсорбера (за счет изменения расхода обедненного газа) и уровня в нижней части аппарата (за счет изменения расхода насыщенного абсорбента). Основным управляющим воздействием является расход подаваемого свежего абсорбента, который изменяется регулятором концентрации в зависимости от состава обедненного газа или насыщенного абсорбента. Расход жирного газа обычно просто измеряют, а при возможности поддерживают постоянным с помощью регулятора расхода (если абсорбер не водит в цепочку последовательно работающих аппаратов).

При автоматизации процесса ректификации (рис. 5.8, 5.9) также возможны два варианта – целевым продуктом, в зависимости от разделяемой смеси, может быть дистиллят или кубовая жидкость. В ректификационной колонне поддерживают постоянными давление в верхней части аппарата (за счет изменения расхода хладоагента в дефлегматор) и уровень в кубе колонны (за счет изменения расхода выходящей кубовой жидкости). Стабилизируют также температуру поступающей в колонну исходной смеси и уровень в емкости после дефлегматора, изменяя, соответственно, расход греющего пара на подогреватель и расход отводимого дистиллята. Расход исходной смеси измеряют (при возможности – стабилизируют).

66

Особенностью процесса ректификации является то, что измерение состава целевого продукта внутри колонны затруднительно. Но известно, что температура кипения смеси на тарелке ректификационной колонны непосредственно связана с составом смеси, поэтому для оперативного контроля за ходом процесса ректификации измеряют температуру внутри колонны.

Если целевым продуктом является дистиллят, то контролируют температуру на контрольной тарелке в верхней части колонны, которая расположена несколько ниже верхней тарелки – там изменение температуры вследствие изменения состава смеси более заметно. Если температура на контрольной тарелке отличается от заданной, регулятор изменяет подачу флегмы в колонну. При этом расход пара в кипятильник колонны поддерживается постоянным.

Если же целевым продуктом является кубовая жидкость, то осуществляется стабилизация температуры на контрольной тарелке в нижней части колонны. Это происходит за счет изменения расхода пара в кипятильник колонны. Подача же флегмы в аппарат в этом случае поддерживается постоянной.

Целью автоматизации процесса экстракции может быть поддержание постоянной концентрации извлекаемого компонента в экстракте или рафинате (рис. 5.10, 5.11). В обоих случаях поддерживают постоянную температуру исходной смеси и экстрагента, поступающих в экстрактор, за счет изменения расхода греющего пара на подогреватели этих потоков. В экстракторе стабилизируют уровень раздела фаз внутри аппарата за счет изменения расхода выходящего рафината. Расход исходной смеси измеряют, а при возможности поддерживают постоянным. Основным управляющим воздействием в данном процессе является расход экстрагента, подаваемого в экстрактор. В зависимости от цели процесса он будет изменяться регулятором концентрации извлекаемого компонента, установленным на линии выхода рафината или экстракта.

67