阀位控制系统的设计

阀位控制系统的设计

前言

在我们的实际工艺流程中，所选择的操作变量往往没有那么理想化，我们既

要考虑到它的经济性和合理性，又要考虑到它的快速性和有效性，但是往往一种

操作变量有了经济性就不能抗干扰，而有了抗干扰往往会增加能耗，使经济成本

大大增加，因此，在一些情况下所选择的操作变量很难做到俩者兼顾，而为此

解决方案便是阀位控制系统，一种综合考虑操作变量的快速性、有效性、经济性

和合理性的控制系统。

一.什么是阀位控制系统

一个控制系统在受到外界干扰时，被控变量将偏离原先的给定值而发生变化。为了克服干扰的影响，将被控变量拉回给定值，需要对控制变量进行调整。对于

一个系统来说，可供选择作为控制变量的可能不只是两个，而是由多个，这就是

一个如何选择控制变量的问题。然而对于控制变量的选择，其核心问题是如何在

经济性和合理性中以及快速性和有效性之中进行考虑。但是，在实际有些情况中，所选择的控制变量很难做到两者兼顾。阀位定位系统就是在综合考虑控制变量的

快速性、有效性、经济性和合理性基础上发展起来的一种控制系统。

阀位控制系统的原理结构图如图1.1所示。

图1.1 阀位控制系统结构原理图

在阀位控制系统中选用了两个控制变量A和B，其中控制变量A从经济性和工艺的合理性考虑比较合适，但是对克服干扰的影响不够及时、有效。控制变量B却正好相反，快速性、有效性较好，即克服扰动的影响比较迅速、及时，但经济性、合理性较差。这两个控制变量分别由两只控制器来控制。其中控制控制变

量B的为主控制器C

1，控制控制变量A的为阀门控制器C

2.

。主控制器的给定值及

产品的质量指标，阀位控制器的给定值是控制变量管线上控制阀的阀位，阀位控制系统以此而得名。

二.阀位控制系统的设计

（一）控制变量的选择

要从经济、合理性和快速、有效性两个不同的角度考虑选择A、B两个控制变量。其中控制变量A着重考虑它的经济性和合理性，而控制变量B则着重考虑它的快速性和有效性。

（二）控制阀开闭形式选择

控制阀的开闭形式与单回路控制系统相同。一般来说，要根据以下几条原则来选择。

⑴首先要从生产安全出发。即当气源供气中断，或控制器出故障而无输出，或控制阀膜片破裂、漏气等而使控制阀无法正常工作，以致阀芯恢复到无能源的初始状态（气开阀回复到全闭，气闭阀回复到全开）时，应能确保生产工艺设备的安全，不止发生事故。如锅炉供水控制阀，为了保证发生上述情况时不至烧坏锅炉，控制阀应选气闭阀。

⑵其次，要从保证产品的质量出发。当控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。如精馏塔回流量控制阀常采用气闭式，一旦发生

事故，控制阀全开，使生产处于全回流状态，这就防止了不合格产品的蒸出，从而保证了塔顶产品的质量。

⑶从降低原料、成本、动力损耗来考虑。如控制精馏塔进料的控制阀一般都选用气开式，一旦控制阀失去能源即处于关闭状态，则不再给他进料，以免造成浪费。

⑷从介质的特点考虑。精塔加热釜加热蒸汽控制阀一般都选气开式，以保证在控制阀失去能源时能处于全闭状态，避免蒸汽的浪费。如果釜液是易凝、易结晶、易聚合的物料时，控制阀则应选择气闭式，以防控制阀失去能源时阀门关闭，，停止蒸汽进入而导致釜内液体的结晶和凝聚。

除以之外，还有两种情况下在控制阀开、闭状态的选择上需要加以注意。

⑴第一种情况是由于由于工艺要求不一，对于同一个控制阀可以有两种不同的选择情况。

⑵其次，是某些生产工艺对控制阀开、闭形式的选择没有严格的要求。在这种情况下。，控制阀的开、闭形式可以任选。

（三）控制器规律及正反作用

（1）控制器规律的选择：主控制器是控制产品的质量指标的，因此一般情况选用的主控制器是比列积分控制器（PI）；但当对象时间常数较大时，则选用比列积分微分控制器（PID）。

（2）控制器正反作用的选择：闭环回路各环节放大倍数的符号乘机必须为负。

三.阀位控制系统的应用

列1 原油出口温度控制系统

图1.2 原油出口温度单回路控制系统

图1.3 原油出口温度阀位控制系统

如图1.2，选用燃料气作为操作变量是经济的和合理的，但是由于图1.2是一个很简单的单回路控制系统，因此它对克服外界干扰的影响不及时；而图1.3中，操作变量B选用支管原油量，对原油的出口温度十分及时、有效，然而如果单独使用从工艺方面考虑又会增加能耗，是不经济的，因此将俩者结合起来，能够有效的提高控制质量的效果；

列2 蒸汽减压系统压力控制

图1.4 蒸汽减压系统压力阀位控制系统

图中，中压蒸汽减压成低压蒸汽，一般使用控制阀Vb运用节流作用即可，

但是这样做加大了能耗，很不经济，所以如果将中压蒸汽通过中压透平后转为低

压蒸汽，则可使透平做功，使能量得到有效的利用。系统中，PC作为为主控制器，它的输出同时作为阀Vb的控制信号，又作为阀位控制器VPC的测量信号，控制

阀Va则由阀位控制器进行控制，而阀位控制器的给定值r则决定这阀Vb的开度。（通常r是一个很小的值）

总结

阀位控制系统在我们的工艺流程中还是占据着很重要的位置，其控制思路上

与串级控制系统相似，但是更容易满足特定的工艺需求。由于很多时候只通过一

个控制变量很难实现人们想要达到的控制效果，因而人们采用阀位控制阀位控制

系统来实现综合考虑控制变量的快速性、有效性、经济性和合理性。而阀位控制

系统的设计需要综合考虑控制变量的选择、控制阀开闭形式的选择、控制器规律

选择、控制器正、反作用选择及阀位控制系统的整定。只有把上述五点同时考虑到，才能使设计出的阀位控制系统基本实现相应的控制效果。除此之外，控制系

统的选材、工作环境等因素也会影响到最后的结果。因此，当需要设计阀位控制

系统时，要考虑多方面因素。