第三章流体输送设备的控制(0改)

安全操作线的表达式
⒈经验公式 可用一抛物线方程近似：
P 2
K
Q2 1
P
T
1
1
3.0
喘振区
P2 P1
2.0
n3 n2 n1
Q1 ：吸入体积流量
1.0 0
T1 ：吸入气体的绝对温度
50 100 Q,%
P1, P2：吸入口、排出口的绝对压力
K ,：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。
对于Ⅲ型仪表
u 4
P P1
1
16
P 1
max
P 1
min
P
u 1 16 4
P1
P1 max
P 1
uP1 4 16
P 1
max
,
代入整理得：
u 4
P P2 2 16
P2 max
u P1
u m P2
uP1
4 4
P2 max P1max
(u P1
4)
P 1
max
P 1
max
P 1
min
据此，可设计出可变极限流量法防喘振控制系统。0
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n1
50 100 Q,%
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注意：
①旁路阀在压缩机正常运行的整个过程
中，测量始终大于设定值，因此必须注意防
积分饱和；P1测
P设
m(P 2
P ) 1
吸入
②在实际的生产过程中，有时不能在压
排出
缩机的入口处测量流量必须在出口处测量， 但压缩机制造厂所提供的特性曲线规定的是 入口测量，因此应将喘振安全操作线方程改
极 工 作点限PP沿流12 如量图不K所同Q示，T1的1因2 安此全合线理变的或化方，P案1 即应m保是(证P在2 整P个1)压P23缩.P0机1 负喘荷振变区化范围内， n3
方 案 如 下 ： P1测
P设
m(P 2
P ) 1
2.0
n2
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。
1.0
(2)调速法
(3)旁路回流法
SP FC FT
HL
H
c1
c3 c2
n1
n3 n2
Q
xr
H
xr
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Q
7
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”。
3.3.3 喘振的极限方程及安全操作线
3.0
P2 P1 喘振区 2.0
n3 n2
n1
1.0
0
50 100
Q,%
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
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安全操作线：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。
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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
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”。
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习题
⒈ 何谓泵的特性？ 用曲线和公式表示出来。 ⒉ 何谓谓管路特性？用曲线和公式表示出来。 ⒊ 离心泵系统达到稳定状态的条件是什么？如何
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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： ①泵的H—Q特性曲线呈驼峰状； ②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。
缩 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
的 跳气体，只要串联管路容积较大，就能起到储能作用，故易发生不稳
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H ~Q
hV c HL ~ Q
hf hp hL
Q
5
H
n1 n4n3n2
Q H k1n2 k2Q2
离心泵工作点流量控制方案：
(1)直接节流法
SP
FT FC
HL ~ Q hV
H
c
ht
hL
hp Q
H h h h h
L
p
L
f
V
H
cH1L1
HL2 c2
c3
HL3
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Q6
④控制阀两端的节流压头hv，阀的开度
一定时，与流量的平方成反比。
hL p1
管路系统总阻力： H L hp hL hf hV
HL 和 Q 流量的关系称为管路特性
H
当系统平衡时，H H L 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hV )改变工作点。
第三章 流体输送设备的控制
3.1 概述
流体输送设备： 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。
液体
泵
气体
风机、压缩机
流体输送设备的控制： 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。
被控对象的特点：
① 对象的时间常数小、可控性较差
分
如流量控制，受控变量和操纵变量常常是 FT FC SP
M1：当干扰发生Q泵的扬程<管路 H0 所需压头 Q 回M1点 M ：当干扰发生Q泵的扬程>管路 所需压头 Q 远离M 点
工作点稳定与不稳定的判别： 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
H0小于管路的静扬程HM，管路中的流量建立不起来，根本无法工 作。
一台大型离心式压缩机通常有下列控制系统：
① 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。
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旋转泵
3
1、离心泵
由叶轮、机壳组成，叶轮在电机带动下高速旋转
压头
旋转叶轮作用在液体上的离心力
转速
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。H
泵的特性：压头H 与排量及转速n 之间的关系
nHQ H
n1 n4n3n2
经验公式： H k1n2 k2Q2 k1, k2 比例系数
力P1降低时，所需压缩比增大，压缩机易 进入喘振区。
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。
同一物料。只是检测点和控制点的位置不同，
馏 塔
因此对象的时间常数很小。
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。
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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。
② 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。
③ 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
{ { 泵的种类 主要可分为两大类：
离心泵——应用较为普遍 往复泵
容积泵 旋转泵
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2
离心泵结构
往复泵
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喘振极限曲线。
1.0 0
50 100
曲线左侧
不稳定区，喘振区。
Q,%
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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 定工M1作，理点论，上M是讲不都稳是定工工作作点点，。但M1是稳HM
由于上式中的吸入口气体的体积流量Q1、绝对压力P1和绝对温度T1 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。
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⒉用差压法测流量
Q 1
P 1
1
入口处气体密度
常数 气体压缩系数
代入气体方程
1
P1M zRT1
代入经验公式：`
Q12
2 2
M
zRT 1
6、工作轮叶片 7、扩压器叶片
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3.3 离心压缩机的防喘振控制
3.3.1 离心式压缩机的特性曲线及喘振