第二章 控制系统

第二章控制系统设计

2.1 前言

此加压再生塔为山西焦化厂合成氨、合成尿素生产车间中脱碳系统中的填料吸收塔。该吸收塔的具体情况如下：

内部介质为钾碱液和CO2蒸汽；

塔高H=36064mm，φ2200×12；

上塔为7.08m高填料分三层：a. 3m φ38×19×1不锈钢阶梯环；

b. 3.58 m φ50×50×0.8 Q235-A八四内弧环；

c. 0.5 m φ50×25×1不锈钢阶梯环；

下塔为7.07m高填料分三层：a. 0.7m φ38×19×1不锈钢阶梯环；

b. 5.87m φ50×50×0.8 Q235-A八四内弧环；

c. 0.5m φ50×25×1不锈钢阶梯环；

其物性参数：温度：110~115°C；

压力：0.16Mpa；

填料容积：53.2m3；

液位：50~60% 。

在此次设计中，选择对加压再生塔液位进行控制。

2.2液位控制的原因

液位控制的原因是：

(1)填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。因此，液体流量越大，液膜越厚。而使持液量增多，从而使液相由分散相变为连续相，而气相由连续相变为分散相，气液两相的相互接触从填料表面转移到填料层的空隙中。此时，气体出现脉动，液体被气流大量带出塔顶，塔的操作将会极为不稳定，造成液泛现象。

(2)由于气液两相反应，需要有一定的持液量，液位太低或太高，反应都不能较好的进行，钾碱液的再生也就不太彻底。

2.3加压再生塔管道布置

加压再生塔的目的是：使来自富液闪蒸槽的吸收了CO2的钾碱液（部分K2CO3），脱去CO2，得到较纯净的钾碱液，然后进入贫液闪蒸槽闪蒸，由泵送入吸收塔吸收CO2，之后富液再送入加压再生塔，如此，实现钾碱液的循环使用。加压再生塔进出物料情况如下：

图2—1

由进出加压再生塔物料情况可知：要实现对加压再生塔液位的控制，可通过控制进入贫液闪蒸槽的钾碱液的流量实现。

2.4控制系统的设计

其控制系统和控制系统方框图如下所示：

加

压

再

贫闪

生

塔

图2—2

各字母说明如下：

(1) L为被控变量,即加压再生塔的液位，是控制系统的输出信号。选择液位作为被控变量的原因是；液位是可以通过直接测量获得的，并且测量和变送环节的滞后也比较小，且液位是独立变量，因此，将其作为被控变量是合理的。

(2) m为操纵变量，即出加压再生塔且进入贫液闪蒸槽的液体流量。选择其为操纵变量的原因为：出加压再生塔的液体流量是对控制影响最大的因素，此时，控制通道的放大系数较大，时间常数较小。因此，选择其为操纵变量是合理的。

(3) Ls是给定值，即检测元件检测到的液位值。

(4) f为干扰变量其干扰因素有：来自富液闪蒸槽的钾碱液流量，出加压再生塔的CO2的气速。

(5 ) e为偏差信号，即给定液位值Ls与测量值Lm之差。

(6 ) u为控制信号，即控制器将偏差e处理后得到的量。

当被控对象加压再生塔受到干扰后,液位偏高或偏低时，测量变送器检测到这种情况，输出测量值Lm，Lm与Ls比较后，输出偏差e ，通过调节器后,输出控制信号u ，作用于调节阀，使调节阀开大或关小，使出加压再生塔流量加大后减小，使加压再生塔液位维持恒定。

其具体调节过程如下：

L↑→LT↑→LC↓→阀关小→L↓

2.5仪器的选择

2.5.1调节器的选择

（1）调节器的调节规律选择

本设计中采用比例调节规律，因为比例调节具有控制及时；克服偏差有力的特点；并且它能迅速的克服干扰的影响，使系统很快的稳定下来。而且比例控制作用适用于干扰少，扰动幅度小，负荷变化不大，滞后较小或控制精度要求不高的场合，这些都很符合本设计的具体情况和要求。因此，调节器的调节规律选择比例调节规律。

（2）调节器的选择

根据介质压力为0.16Mpa, 温度110~115°C,选择浮球液位控制器(UQ-03),其规格如下:

适用于各种容器内液位的控制。

2.5.2执行器的选取

选择气动执行器，因为它是以压缩空气为能源的执行器。其主要特点是：结构简单，动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等优点。气动执行器由气动执行机构和调节阀两部分构成。

（1）执行机构的选择

选择ZMA-3型气动薄膜执行机构。

ZMA-3型气动薄膜执行机构采用带弹簧的薄膜气室结构。可配置各种直行程调节阀，在自动化调节系统中广泛应用。具有结构简单，动作可靠，安全防爆，维修方便，橡胶薄膜抗油及高温性能好等优点。

其技术参数如下：

（2）调节阀的选择

a．气开、气关型式的选择

控制阀气开、气关型式的选择原则是：当仪表供气系统发生故障或控制信号突然中断时，控制阀的开度应处于使生产装置安全的位置。气开是控制信号中断时，控制阀处于关闭状态；气关是控制信号中断时，控制阀处于开启状态。对于本设计而言：当发生故障时，阀应当是开着的，可使液体排出，否则液体积聚，液位升高，液体将会从加压再生塔溢出。因此选择气关阀。

b．根据与执行机构配套原则选用选择直通双座阀。

2.5.3变送器的选择

根据介质压力为0.16Mpa, 温度110-115°C,，选择磁性浮球液位变送器，其规格如下：

适用于炼油、化工、造纸、食品和制药等行业，污水处理及各种常压和承压容器内介质液位的测量。

2.5.4液位计的选用

（1）液位计的选用原则：

a.仪表特性：主要包括测量范围、测量精度、工作可靠性等；

b.工作环境：主要包括被测对象情况，液位计的放置情况等；

c.输出方式：主要包括是否连续测量，信号传递和显示等。

（2）液位计的选择

根据选择原则，选择浮球液位计。其规格如下：