Автоматизация технологических производств

Центрифугирование жидких систем

Разработка схем автоматизации процессов центрифугирования 1000р

Типовое решение автоматизации. В качестве объекта управления при автоматизации процесса центрифугирования рассмотрим центрифугу непрерывного действия (рис. 4.10). Полученный в. результате центрифугирования осадок в дальнейшем, как правило, поступает в сушилку, энергетические затраты которой определяются в основном влажностью осадка, поэтому при управлении центрифугами ставится задача получения заданной-(минимально возможной при данных условиях) влажности осадка (она может колебаться, например, при отстойном центрифугировании от 10 до 30%). Это и будет являться целью управления.

Типовая схема автоматизации процесса центрифугирования:

Рис. 4.10. Типовая схема автоматизации процесса центрифугирования:
1 - барабан центрифуги; Б - момент на валу электродвигателя; Z - уровень вибрации.

В реальных условиях производства в центрифугу поступают многочисленные возмущения в виде изменения гранулометрического состава твердого вещества, начальной концентрации его в суспензии, вязкости жидкой фазы и т. д. Наиболее сильным. возмущающим воздействием является изменение подачи суспензии. В частности, увеличение расхода суспензии ведет к вымыванию части осадка из центрифуги и повышению его влажности,, а уменьшение расхода нарушает равномерность слоя осадка к приводит к сильной вибрации ротора.
Для того чтобы при наличии многочисленных возмущений, достигалась цель управления, устанавливают центрифуги с высокой разделяющей способностью. Разделяющая способность оп¬ределяется фактором разделения Ф:

где r - радиус барабана центрифуги (постоянная величина); n - частота вращения ротора (число оборотов в единицу времени); g - ускорение свободного падения.
Анализ формулы показывает, что изменением числа оборотов п в объект можно вносить сильные регулирующие воздействия. Однако в современных центрифугах в качестве привода используют, как правило, асинхронные электродвигатели с постоянным числом оборотов вала. К тому же в настоящее время отсутствуют высококачественные датчики влажности конечного продукта. В связи с этим выбирают электродвигатель с таким числом оборотов п, при котором даже при значительных возмущающих воздействиях центрифуга обеспечивала бы заданную влажность осадка.
Для компенсации сильных возмущений, вызванных изменением расхода суспензии, предусматривается узел стабилизации этого параметра. Для поддержания материального баланса в центрифуге не требуется установка регуляторов, так как уровень фугата и осадка поддерживается путем их свободного удаления из аппарата. Стабилизация расхода суспензии и соблюдение баланса обеспечивают постоянную производительность центрифуги.
В связи с высокими скоростями вращения центрифуг, большим потреблением энергии, а также возможностью неравномерного распределения материала в барабане центрифуги особое внимание уделяется контролю, сигнализации и защите параметров центрифугирования. Контролируются расходы суспензии и фугата, мутность фугата, количество потребляемой электродвигателем энергии. При перегрузке электродвигателя срабатывает .сигнализация. Контролю и сигнализации подлежат также давление масла в системе смазки и температура подшипников, причем при резком падении давления и повышении температуры должны сработать устройства защиты, отключающие центрифугу. Отключение должно производиться и в случае вибрации барабана, являющейся признаком неравномерного распределения материала в центрифуге.

Регулирование отстойных центрифуг.

Изменяя продолжительность отстаивания и осушки осадка в отстойных центрифугах, в объект можно вносить сильные регулирующие воздействия. В соответствии с результатами лабораторных анализов влажности осадка производят изменение длительности указанных операций путем изменения числа ходов поршня при выгрузке осадка пульсирующим поршнем или же изменения числа оборотов шнека в шнековых центрифугах. Реже регулирующие воздействия вносятся изменением степени открытия разгрузочных окон.

Управление центрифугами периодического действия. 

Центрифуги периодического действия в связи с простотой конструкции находят широкое применение в промышленности. Регулирующие воздействия в них могут быть внесены путем изменения продолжительности отдельных операций в зависимости от влажности осадка. Однако на практике ввиду отсутствия датчиков влажности процесс ведут по жесткой временной программе с помощью командного прибора (рис. 4.11). На него поступают сигналы от датчика загрузки 6 барабана 1 центрифуги и конечных выключателей положений ножа 2, служащего для срезания осадка и приводимого в движение масляным исполнительным механизмом 3. При срабатывании датчика загрузки командный прибор формирует сигнал иа закрытие клапана 7; операция загрузки при этом прекращается.

Система управления периодической центрифугой:

Рис. 4.11. Система управления периодической центрифугой:
1 - барабан; 2 - нож; 3 - исполнительный механизм; 4 - маслораспределитель; 5 - переключающее устройство; 6 - датчик загрузкн; 7, 8 - запорные клапаны.

Длительность следующих операций (подсушки и промывки) устанавливается вручную с помощью задатчиков времени командного прибора и обеспечивается срабатыванием клапана 8. На некоторых центрифугах поочередно осуществляется несколько операций подсушки и промывки с различной выдержкой. Заданные последовательность и длительность их также выдерживается командным прибором. По завершении этих операций прибор выдает импульс на переключающее устройство 5 маслораспределителя 4, который с помощью исполнительного механизма 3 приводит в движение нож 2. Начинается операция выгрузки твердого продукта из барабана 1. Движение ножа продолжается до крайнего по¬ложения, что обеспечивается конечным выключателем КВ1. По его команде происходит обратное движение ножа до срабатывания второго конечного выключателя - КВ2; начинается новая загрузка или же вновь открывается магистраль промывной воды для регенерации сетки барабана 1. Далее цикл повторяется.
В качестве параметра, характеризующего степень загрузки, может использоваться уровень суспензии в барабане. Чувствительным элементом уровня является пластинка, контактирующая с верхним слоем жидкости в нем. При изменении положения этого слоя пластинка поворачивается вместе с валом, на котором установлен кулачок. Положение последнего преобразуется в аналоговый или дискретный сигнал, соответствующий уровню жидкости. Таким же способом можно контролировать и уровень твердого осадка; тогда в качестве чувствительного элемента используется гребенка, представляющая собой сопротивление только для твердой фазы.
В промышленности для контроля загрузки используют также емкостные датчики, измеряющие электрическую емкость между датчиком и уровнем суспензии в барабане или его стенкой, датчики скорости вращения барабана и мощности приводного электродвигателя.

Регулирование скорости вращения центрифуг периодического действия. 

Значительного улучшения эксплуатационных характеристик центрифуг периодического действия можно добиться путем изменения скорости вращения ротора при осуществлении различных операций, так как каждой из них соответствует своя оптимальная скорость. Для этой цели в качестве привода центрифуги применяют специальные электродвигатели и командные устройства, работающие по жесткой программе.

 

Типовое решение автоматизации процесса выпаривания

Разработка схем автоматизации процессов выпаривания 1000р

Типовое решение автоматизации. Основные принципы управления .процессом выпаривания рассмотрим на примере однокорпусной выпарной установки естественной циркуляции (рис. 4.26). Показателем эффективности процесса является концентрация упаренного раствора, а целью управления - поддержание определенного значения этой концентрации.

Типовая схема автоматизации процесса выпаривания:

Рис. 4.26. Типовая схема автоматизации процесса выпаривания:
1 - кипятильник; 2 - выпарной аппарат; 3 - устройство для измерения температурной депрессии.

Уравнения материального баланса выпарной установки по растворенному веществу и по всему количеству вещества имеют соответственно следующий вид: 

Gс.р Сс.р = Gу.р Су.р ; Gс.р = Gу.р + Gп

где GоР, Gу.р - расход свежего и упаренного растворов; Сс. Р - концентрация растворенного вещества в свежем растворе; Су. р - концентрация растворенного вещества в упаренном растворе (показатель эффективности); Gп - расход паров растворителя.
Решая совместно эти уравнения, получим:

 

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением его расхода.

В отдельных случаях для предотвращения оголения греющих труб кипятильника предъявляют повышенные требования к узлу регулирования уровня в выпарном аппарате. Качество регулирования уровня можно улучшить, внося регулирующие воздействия изменением расхода свежего раствора. Концентрацию Су.р в этих 'Случаях стабилизируют изменением расхода упаренного раствора, а узлы регулирования расхода теплоносителя и давления в аппарате остаются прежними.
Такая схема предпочтительнее и при частых «засолениях» поверхности теплообмена и связанных с ними промывках теплообменника, так как регуляторы могут быть включены сразу после промывки. При регулировании концентрации в соответствии с типовым решением включение выпарного аппарата производится вручную.

Регулирование концентрации упаренного раствора изменением расхода теплоносителя. 

Если расход свежего раствора определяется ходом предшествующего технологического процесса, то этот параметр нельзя использовать для регулирования концентрации или уровня. В этих случаях концентрацию упаренного раствора регулируют изменением расхода теплоносителя. Аналогичная ситуация возникает и в случае, если следующим процессом определяется расход упаренного раствора. Тогда расход свежего раствора следует использовать для стабилизации уровня и единственным регулирующим воздействием при стабилизации концентрации будет изменение расхода теплоносителя.

Регулирование при постоянной концентрации растворенного вещества в свежем растворе.

Если отсутствует одно из самых сильных возмущающих воздействий - изменение концентрации вещества в свежем растворе, целесообразно вместо сложного и ненадежного узла регулирования концентрации Су.р установить регулятор расхода свежего раствора. При этом концентрацию Су.р только контролируют и по ее значению периодически про¬изводят перенастройку регуляторов системы.
При сильно изменяющихся расходах свежего раствора и теплоносителя качество регулирования показателя эффективности можно улучшить (уменьшить запаздывание), регулируя соотношение этих расходов изменением расхода теплоносителя. Регулятор соотношения будет реагировать и «а другие возмущения, так как они приведут в конечном итоге к срабатыванию регулятора концентрации раствора и изменению расхода свежего раствора.

Регулирование с помощью двухконтурных систем. 

Улучшить качество регулирования можно, используя многоконтурное регулирование расхода свежего раствора, упаренного раствора и паров растворителя с коррекцией соответственно по температурной депрессии, уровню и давлению в аппарате.

Регулирование разрежения в вакуум-выпарных аппаратах. 

Разрежение при вакуум-выпарке создается с помощью барометрических конденсаторов и вакуум-насосов, служащих для отсоса смеси несконденсировавшихся газов с воздухом. Регулирование разрежения может осуществ¬ляться изменением расхода и температуры воды, расхода паров растворителя, поступающих в барометрический конденсатор, расхода воздуха, подсасываемого вакуум-насосом «з атмосферы. Все эти способы нашли применение в промышленности. Наиболее часто применяют последний способ (рис. 4.27). Расход во¬ды при этом изменяется в зависимости от температуры стоков из барометрического конденсатора. В качестве регулируемой величины можно .использовать также перепад температур воды на входе и выходе конденсатора.

 Схема регулирования системы создания вакуума

Рис. 4.27. Схема регулирования системы создания вакуума: 1 - выпарной аппарат; 2 - барометриче¬ский конденсатор; 3 - вакуум-насос (паровой эжектор).


Управление выпарными аппаратами периодического действия.

Операция выпарки здесь осуществляется при стабилизации уровня изменением расхода свежего раствора до момента достижения температурной депрессией заданного значения. При срабатывании реле температурной депрессии устройство управления дает сигнал на открытие магистрали упаренного раствора и закрытие магистралей свежего раствора и теплоносителя путем прекращения питания регуляторам уровня и давления (давление в аппаратах периодического действия регулируется изменением расхода теплоносителя). Начинается операция выгрузки. При полном опорожнении аппарата по сигналу от реле уровня вновь начинается операция загрузки и выпарки.
Можно осуществлять и полупериодический режим работы, когда выпарной аппарат опорожняется лишь частично. Для этой цели регулятор уровня должен быть дополнен логическим устройством, которое при достижении уровнем какого-то промежуточного значения срабатывает и дает сигнал на открытие клапана свежего раствора. Добавляемый в аппарат свежий раствор снижает концентрацию раствора, срабатывает реле температурной депрессии, и выгрузка продукта прекращается.

Регулирование работы многокорпусных и многоступенчатых установок. 

При управлении процессом выпаривания в установках такого типа стабилизируют концентрацию Су.р в последнем корпусе изменением расхода упаренного раствора. Уровень во всех корпусах при таком способе стабилизации концентрации регулируется изменением расхода раствора, подаваемого в корпус.
В промышленности реализованы также схемы стабилизации концентрации Су.р изменением расхода раствора, подаваемого в последний корпус. Соответственно изменится способ регулирования уровня.
Стабилизация давления в корпусах установки обеспечивается самостоятельными регуляторами давления путем сброса части пара в общую линию паров растворителя. В том случае, если весь пар из предыдущего корпуса направляется в кипятильник следующего, стабилизируют давление только в последнем корпусе изменением расхода выводимых из него паров растворителя.
Расход теплоносителя, поступающего в кипятильник, стаби¬лизируется регулятором расхода.

Регулирование работы теплообменника свежего раствора.

Нормальный технологический режим выпарного аппарата возможен лишь при температуре свежего раствора, близкой к тем¬пературе кипения. Если температура раствора будет значительно ниже, нарушится циркуляция раствора и снизится коэффициент теплопередачи; перегрев раствора приведет к вскипанию его на входе в аппарат, что сопровождается выделением кристаллов соли, забивающей трубопроводы. В связи с этим при наличии теплообменника на линии свежего раствора температуру раствора на его выходе регулируют изменением расхода теплоносителя.

   

Типовое решение автоматизации процесса адсорбции

Разработка схем автоматизации процессов адсорбции 1000р

Типовое решение автоматизации процесса адсорбции

Типовое решение автоматизации (рис. 4.45).

Типовая схема автоматизации процесса адсорбции:

Рис. 4.45. Типовая схема автоматизации процесса адсорбции:
1 - адсорбционная колонна; 2 - тарелки; 3 - дозатор.

В качестве объекта управления возьмем противоточный «епрерывнодействующий аппарат 1 с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента на та¬релках 2. На верхнюю тарелку такого аппарата подается адсорбент с помощью дозатора 3. Под действием силы тяжести адсорбент 'проваливается с тарелки на тарелку и выводится из нижней части адсорбера; газ же движется снизу ;вверх и выводится из верхней части аппарата. Показатель эффективности, цель управления и закономерности такого процесса адсорбции аналогичны процессу абсорбции, поэтому типовые решения автоматизации этих процессов одни и те же. Основным .контуром регулирования является регулятор концентрации адсорбируемого компонента в отходящем газе, а регулирующее воздействие осуществляется изменением расхода адсорбента (корректировкой работы дозатора 3). Для устранения возмущения по каналу расхода газовой смеси этот расход стабилизируется. Контролю подлежат расход газовой смеси, конечная концентрация адсорбируемого компонента, температуры газовой смеси и адсорбента, температуры по высоте адсорбера, давление в верхней и нижней частях колонны, перепад давления между ними. Сигнализации подлежат концентрация адсорбируемого компонента в отходящем газе и давление в колонне; при резком возрастании последнего должно сработать устройство защиты.
Регулирование гидравлического сопротивления колонны. Одним из важных параметров процесса адсорбции в кипящем слое является перепад давлений в верхней и нижней частях колонны. При постоянном расходе газовой смеси этот параметр определяется массой адсорбента на тарелках, поэтому регулирующее воздействие при стабилизации перепада давления осуществляется корректировкой работы дозирующего устройства. При использовании такой схемы обычно отпадает необходимость в регулировании конечной концентрации адсорбируемого компонента. Можно использовать двухконтурную систему, основным параметром которой будет конечная концентрация, а вспомогательным - перепад давлений.
Перепад давления по всей колонне в конечном счете определяется количеством адсорбента, поступающего на верхнюю тарелку, т. е. перепадом давления на ней. Б связи с этим можно идти по пути стабилизации этого параметра, так как он значительно менее инерционен, чем перепад по всей колонне.

Регулирование аппаратов с провальными тарелками переменного сечения.

Если конструкция тарелок позволяет изменять их проходное сечение, появляется еще один канал регулирующего воздействия. Обычно поперечное сечение тарелок поддерживают на таком значении, чтобы перепад давления на отдельных тарелках был постоянным.
Работа тарелок такой конструкции может быть настроена и на дискретный режим, когда порция адсорбента единовременно подается на верхнюю тарелку и остается там в течение заданного времени; затем проходное сечение тарелки открывается, адсорбент проваливается на нижележащую тарелку и т. д. Для управления такими тарелками устанавливается программное устройство, которое в соответствии с жесткой временной программой открывает и закрывает проходные сечения тарелок. Это же устройство при сбрасывании адсорбента с верхней тарелки выдает сигнал дозатору на начало загрузки ее свежим адсорбентом. Загрузка продолжается до того момента, когда перепад давления на верхней тарелке становится равным заданному.

Регулирование десорберов с кипящим слоем.

Выделение из адсорбента поглощенного вещества проводится в кипящем слое противоточных тарельчатых сорбционных аппаратов. 

Схема регулирования процесса десорбции в кипящем слое:

Рис. 4.46. Схема регулирования процесса десорбции в кипящем слое:
1 - калорифер; 2 - десорбцнонпая колонна; 3 - тарелки: 4 - дозатор.

Адсорбент после адсорбера (рис. 4.46) подается на верхнюю тарелку, а в нижнюю часть после калорифера поступает нагретый воздух. Как и для процесса адсорбции, система регулирования десорбера включает узлы регулирования перепада давления в колонне и расхода воздуха. Кроме того, для лучшего выделения поглощенного вещества стабилизируют температуру воздуха после калорифера изменением расхода теплоносителя.

Регулирование адсорберов с неподвижным слоем адсорбента

(рис. 4.47). Адсорберы этого типа относятся к периодически действующим аппаратам. Для управления ими устанавливается программное устройство, которое ио жесткой временной программе осуществляет следующие операции: открывает кла¬паны 1 и 2 « закрывает клапаны 3-8 (операция адсорбции); открывает клапаны 3 и 6 и закрывает клапаны 1, 2, 4, 5, 7, 8 (операция десорбции); открывает клапаны 4 к 7 к закрывает клапаны 1-3, 5, 6, 8 (операция сушки адсорбента), открывает клапаны 5 и 7 и закрывает клапаны 1-4, 6, 8 (операция охлаждения адсорбента); открывает клапан 8 и закрывает клапаны 1-7 (операция слива конденсата).

 Схема регулирования адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

Рис. 4.47. Схема регулирования адсорбера с неподвижным слоем адсорбента.

   

Типовое решение автоматизации перемещение жидкостей и газов часть 2

Разработка схем автоматизации процессов перемещения газов 1000р

 

Регулирование изменением числа ходов и длины хода поршня.

При использовании прямодействующих паровых поршневых насосов (компрессоров) регулирование расхода осуществляется дросселированием пара в линии пуска его в паровой цилиндр, что вызывает изменение числа ходов поршня.
В настоящее время находят применение поршневые насосы, в которых расход регулируют изменением хода поршня (рис. 4.2). Возвратно-поступательное движение тяги 5 и соответ¬ственно штока 7 в насосах такого типа зависит от положения второго конца серьги 6. Если положение серьги таково, что про¬екция ее на горизонтальную ось насоса 5 равна длине тяги, то возвратно-поступательное движение тяги прекращается; ход поршня в этом случае равен нулю. Если же положение серьги соответствует изображенному на рисунке, ход поршня будет мак¬симальным. Каждому промежуточному положению серьги соот¬ветствует определенный ход опоршня. Положение серьги зависит от положения рамки 9, которая :может поворачиваться вокруг своей оси и на которую можно воздействовать с помощью чер¬вячной передачи.
При ручном регулировании червяк Приводится во вращение от маховика, при автоматическом - необходима установка спе¬циального сервомотора. Для химических производств разработа¬ны специальные пневматические конструкции приводного устРис. 4.2. Схема насоса с регулируемым ходом поршня:

Схема насоса с регулируемым ходом поршня:

Рис. 4.2. Схема насоса с регулируемым ходом поршня:

1 - электродвигатель; 2 - червяк; 3 - червячное колесо; 4 - шатуи; 5 - тяга; 6 - серьга; 7 - шток; 8 - поршневой насос; 9 - поворотная рамка устройства поворотной рамки. Основным узлом ,их является пор¬шень, положение которого в цилиндре зависит от давления ко¬мандного пневматического сигнала; шток поршня воздействует на поворотную рамку 9.

Регулирование изменением угла наклона рабочих лопастей или лопаток.

Производительность центробежных машин можно регулировать изменением угла наклона - рабочих лопастей. Этот метод эффективен, однако поскольку для его реализации требу¬ется использование специальных насосов, и компрессоров с устройствами поворота лопастей, он не нашел широкого распространения. Это же можно сказать и о регулировании изменением угла наклона поворотных лопаток, устанавливаемых специаль¬но для этой цели перед входом в рабочее колесо центробежных компрессоров.
Регулирование работы насосной станции. Если жидкость перемещается насосной станцией, то появляется возможность воздействовать на расход изменением числа работающих насосов или же переключением насосов с параллельного соединения на последовательное, и наоборот (при последовательном соединении складываются напоры, при параллельном - подачи).
Специальные методы регулирования поршневых компрессоров. Для создания больших давлений в химической промышленности широко используют поршневые компрессоры. При их автоматизации регулируемой величиной служит давление в нагне¬тательной линии, а регулирующее воздействие вносится путем изменения производительности компрессора. Изменять производительность можно разными способами; некоторые из них были рассмотрены выше. Для поршневых компрессоров, кроме того, разработан ряд специальных способов регулирования. Применение их основано на том, что на стороне нагнетания у поршневых компрессоров устанавливают ресиверы большой емкости для сглаживания 'пульсаций потоков газа. Это позволяет вносить регулирующие воздействия периодическим отключением компрессора от потребителя (при отключении потребитель получает газ из ресивера). При этом качество регулирования давления обеспечивается варьированием частоты отключения.
Отключение компрессора от потребителя можно производить различными способами: переводом компрессора на холостой хода периодическим пуском и остановкой электродвигателя компрессора; расцеплением компрессора и электродвигателя; перекрытием всасывающей линии; соединением полости цилиндра со всасывающим трубопроводом на всем ходе сжатия; механическим удержанием пластин клапанов компрессора в открытом со¬стоянии на всем ходе сжатия; периодическим подключением дополнительного мертвого пространства к объему цилиндра компрессора. Разберем способы, получившие распространение в промышленности.
Простым и доступным способом внесения регулирующего воздействия является перевод компрессора на холостой ход, при котором в случае превышения давления над заданным газ сбра¬сывается из нагнетательной линии во всасывающую по байпас-ному трубопроводу. Для этой цели на байпасном трубопроводе устанавливают запорный орган с исполнительным механизмом, получающим сигнал от позиционного регулятора. В случав многоступенчатых компрессоров газ сбрасывается во всасывающую линию как после первой, так и после остальных ступеней (рис. 4.3). Этот метод "значительно экономичнее, чем дросселирование газа в байпасном трубопроводе, так как перепускаемый со стороны нагнетания на сторону всасывания газ сжимается лишь настолько, чтобы преодолеть сопротивление, создаваемое клапанами и трубопроводами компрессорной установки.

Схема регулирования работы двухступенчатого поршневого компрессора переводом его на холостой ход:

Рис. 4.3. Схема регулирования работы двухступенчатого поршневого компрессора переводом его на холостой ход:
1 - первая ступень компрессора; 2 - холодильник; 3 - вторая ступень компрессора: 4 - обратный клапан; 5 - ресивер.
Другим способом внесения регулирующего воздействия является периодический пуск и останов электродвигателя компрес¬сора. Для этого необходимо перевести электродвигатель на авто¬матический режим, при котором состояние магнитного пускателя определяется двухпозиционным регулятором давления. Правда, резкие толчки тока при пуске влияют на работу других потреби¬телей, а также приводят к нагреванию обмоток электродвига¬теля. В связи с этим мощность электродвигателей не должна превышать определенных значений (для асинхронных короткозамкнутых - 100 кВт, для асинхронных с фазным ротором -Для уменьшения пускового тока в случае короткозамкнутого электродвигателя целесо¬образно переключить обмотки со звезды на треугольник. Допустимое число включений в этом - случае возрастает до 30 за один час. Еще больший эффект дает пуск электродвигателя при холостом ходе компрессора. Полностью избежать резких толчков пускового тока можно установкой регулируемых муфт скольжения. В этом случае потребляемая электродвигателем мощность составляет только 15% рабочей.

Специальные методы регулирования центробежных компрессоров.

Необходимость специальных методов (регулирования цент¬робежных компрессоров объясняется тем, что при сильном уменьшении потребления газа давление в линии нагнетания воз¬растет до такого значения, при котором изменится направление газового потока в компрессоре. Это будет происходить до тех нор, пока давление на выходе компрессора не снизится до неко¬торого значения. Кратковременные изменения давления могут перейти в пульсации (помпаж), способные вызвать серьезные повреждения компрессора. Следовательно, нельзя допускать уменьшения расхода газа до значения меньшего, чем критиче¬ское (рис. 4.4).

Зависимость степени сжатия газа от расхода при разных числах оборотов рабочего колеса:

Рис. 4.4, Зависимость степени сжатия газа от расхода при разных числах оборотов рабочего колеса:
РВ, Рк - давление газа на входе в компрессор и выходе из него; n - числа оборотов рабочего колеса; G - расход газа.

Этого можно добиться путем перепуска части газа из линии нагнетания в линию всасывания по байпасной магистрали. При этом расход через компрессор увеличится. Схе¬ма регулирования, реализующая этот метод, представлена на рис. 4.5.

Схема регулирования центробежного компрессора путем перепуска газа по байпасной линии

Рис. 4.5. Схема регулирования центробежного компрессора путем перепуска газа по байпасной линии.

Предположим, что расход газа уменьшился но какой-либо причине, например вследствие увеличения гидравлического сопротивления аппарата, потребляющего этот газ. Тогда давление Рк увеличится. Регулятор давления уменьшит подачу, и давление Рн уменьшится, а перепад Р=РК-РН увеличится. Регулятор перепада увеличивает задание регулятору расхода, который начинает увеличивать перепуск газа из линии нагнетания в линию всасывания, что, с одной стороны, приводят к уменьшению перепада Р, а с другой - к увеличению расхода через ком¬прессор.
Простым методом регулирования работы центробежного компрессора в предпомпажном режиме является выпуск части сжатого газа, в атмосферу. Такое регулирование позволяет поддерживать расход газа выше критического независимо от потребления.
В том случае, если сжимаемый газ ядовит регулирование данным методом неприемлемо, используют методы дросселирования газа по байпасному трубопроводу или отключения компрессора от сети. Последний метод можно применять только при наличии нескольких компрессоров, работающих параллельно, или ресивера большой емкости, установленного на нагнетательной линии.

Регулирование работы дозировочных насосов.

Дозировочные насосы находят широкое применение в промышленности для дозирования и смешения небольших количеств растворов, суспензий и сжиженных газов. Производительность таких насосов можно регулировать изменением числа ходов поршня (штока) или длины хода поршня.

   

Типовое решение автоматизации перемещение жидкостей и газов

Разработка схем автоматизации процессов перемещения жидкостей 1000р


Перемещение жидкостей и газов

Типовое решение автоматизации разрабатывается одновременно для процессов перемещения как жидкостей, так и газов, по¬скольку при скорости газа меньше скорости звука движение жидкостей и газов характеризуется одними и теми же законами. Поэтому все приведенные в дальнейшем рассуждения, относящиеся к жидкости, справедливы и для газа.
В качестве объекта управления примем трубопровод 6, по которому транспортируется жидкость от аппарата 1 к аппара¬ту 8, и центробежный насос (компрессор) 2 с приводом от асин¬хронного двигателя 4 (рис. 4.1). Показателем эффективности данного процесса служит расход С перемещаемой жидкости.

Типовая схема автоматизации процесса перемещения жидкости

Рис. 4.1. Типовая схема автоматизации процесса перемещения жидкости
1, 8 - технологические аппараты; 2- насос (компрессор); 3 - подшипники; 4 - электродвигатель; 5 - обратный клапан; 6 - трубопровод; 7 - дроссельный орган.
Процесс перемещения в химической промышленности явля¬ется вспомогательным; его необходимо проводить таким обра¬зом, чтобы обеспечивался эффективный режим основного про¬цесса, обслуживаемого данной установкой перемещения. В связи с этим необходимо поддерживать определенное, чаще всего по¬стоянное, значение расхода С. Это и будет целью управления.
Проведем анализ объекта для выявления возмущений, воз¬можности их ликвидации и путей внесения управляющих воз¬действий.
Массовый расход жидкости в трубопроводе определяют по формуле

G=V/F • p

где V - скорость перемещения жидкости в трубопроводе; F - поперечное сечение трубопровода; р - плотность жидкости.
Скорость V в общем случае зависит от следующих параметров:

V = f (P, м, р

где Р - движущая сила процесса (разность давлений в начале Рн и в кон¬це Рк трубопровода); м - динамическая вязкость перемещаемой жидкости,
Движущая сила Р зависит от характеристик насоса, от дав¬ления в аппаратах, в которые и из которых перемещается жидкость, и от общего гидравлического сопротивления трубопровода (суммы сопротивлений .собственно трубопровода, поворотов, сужений, запорной арматуры).
Насос нормального исполнения с асинхронным двигателем в качестве привода имеет постоянные характеристики. При использовании специального оборудования с изменением характеристик в объект могут быть внесены регулирующие воздействия.
Давление в аппаратах 1 и 8 определяется технологическим режимом процессов, протекающих в них. Если режим предусматривает изменение давлений, то по данным каналам в объект управления будут поступать возмущения.
Изменение общего гидравлического сопротивления трубопровода может быть обусловлено многими причинами. Его можно стабилизировать или же целенаправленно изменять, перемещая подвижную часть дроссельного органа (вентиля, клапана, заслонки), установленного на трубопроводе (дроссельное регули¬рование). 
Вязкость и плотность перемещаемой жидкости определяются технологическим режимом предыдущего процесса, поэтому их изменения являются возмущающими воздействиями, ликвиди¬ровать которые при управлении данным процессом невозможно.
Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий не удается ликвидировать. Учитывая это, в качестве регулируемой величины необходимо взять непосредственно показатель эффективности - расход G. Наиболее простым способом регулирования при этом является изменение положения дроссельного органа на трубопроводе нагнетания. Устанавливать дроссельный орган на трубопроводе всасывания не рекомендуется, так как это может привести к кавитации и быстрому разрушению лопаток насоса.
При пуске, наладке и поддержании нормального режима процесса перемещения необходимо контролировать расход G, а также давление во всасывающей и нагнетательной линиях насоса} для правильной эксплуатации установки перемещения требуется контролировать - температуру подшипников и обмоток электродвигателя насоса, температуру и давление смазки и охлаждаю¬щей жидкости; для подсчета технико-экономических показате¬лей процесса следует контролировать количество энергии, потребляемой приводом.
Сигнализации подлежит давление в линии нагнетания; по¬скольку значительное изменение его свидетельствует о серьезных нарушениях процесса. Кроме того, следует сигнализировать давление и наличие потока в системе смазки и охлаждения, температуру подшипников и обмоток электродвигателя, масла и воды. Сигнализируется также положение задвижек в линиях всасывания и нагнетания.
Если давление в линии нагнетания или параметры, характеризующие состояние объекта, продолжают изменяться, несмотря на принятые обслуживающим персоналом меры, то должны сработать автоматические устройства защиты. Они отключают действующий аппарат перемещения и включают резервный (на рисунке не показан).

Регулирование при различных целях управления.

Часто установка перемещения должна обеспечить стабилизацию какого либо параметра процесса, предшествующего процессу перемещения или следующего за ним. Например, может быть поставлена следующая задача: изменением расхода газа поддерживать постоянное давление в аппарате или же изменением расхода жидкости в трубопроводе стабилизировать уровень в аппарате.
Учитывая многообразие процессов химической технологии и задач, которые ставятся при их проведении, можно сказать, что в качестве регулируемой величины при перемещении .потоков могут служить любые параметры этих процессов: температура, концентрация, плотность, толщина пленки, время и т. д.
Если заранее известно, что на установку перемещения будут поступать возмущения, приводящие к изменению расхода (и, следовательно, регулируемой величины) в последующем аппарате, следует применять многоконтурную систему регулирования. Основным регулятором в этой системе будет регулятор параметра, постоянство которого следует обеспечить, а вспомогательным - регулятор расхода.

Регулирование методом дросселирования потока в байпасном трубопроводе.

При использовании поршневых насосов (компрессоров) регулирующие органы устанавливать на нагнетательном трубопроводе нельзя, так как .изменение степени открытия тако¬го органа приводит лишь к изменению давления в нагнетательной линии; расход же практически остается постоянным. Полное закрытие регулирующего органа может привести к такому повышению давления, при котором произойдет разрыв трубопровода или повреждение арматуры на нем.
В этих случаях регулирование может быть осуществлено дроссельном органом, установленным на байпасной линии, соеди¬няющей всасывающий и нагнетательный трубопроводы. Такое же регулирование применяют при использовании шестеренчатых и лопастных насосов. При установке центробежных насосов дросселирование в байпасном трубопроводе применяют редко, так как циркуляция жидкости снижает к.п.д. насоса.
Если по какой-либо причине невозможно дросселировать по¬ток в байпасном трубопроводе поршневых машин, жидкость дросселируют в нагнетательной линии; при этом на байпасном трубопроводе устанавливают предохранительный клапан. При повышении давления до критического значения клапан открывается, и часть жидкости байпасируется во всасывающую линию.

Регулирование изменением числа оборотов вала насоса,

Дроссельное регулирование имеет существенный недостаток низкую экономичность, так как создаваемый насосом напор используется не полиостью, а потери на регулирующем органе при дросселировании жидкости уменьшают к.п.д. насоса. Более экономичен метод регулирования изменением числа оборотов рабочего вала насоса. Как известно, плавное регулирование частоты вращения легко осуществить при использовании электродвигате¬лей постоянного тока, но ввиду высокой стоимости они не нашли широкого применения в качестве приводов насосов.
При использовании асинхронных электродвигателей перемен¬ного тока возможны следующие способы изменения числа оборо¬тов вала: переключение обмотки статора электродвигателя на различное число пар полюсов, введение реостата в цепь ротора, изменение частоты питающего тока, применение коллекторных электродвигателей. Однако реализация любого из них требует сложного и дорогостоящего оборудования, поэтому они также не нашли широкого применения в промышленности.
В настоящее время наиболее эффективным методом измене¬ния числа оборотов вала насоса является использование вариа¬торов и муфт скольжения, которые позволяют изменять числе оборотов рабочего вала насоса при неизменном числе оборотов вала электродвигателя. Кроме того, они обеспечивают быстрое и легкое дистанционное сцепление и расщепление электродвигателя и насоса; сглаживание ударов от электродвигателя к насо¬су, и наоборот; возможность разгона насоса с начальным момен¬том сопротивления, превышающим пусковой момент двигателя; ограничение передаваемого вращающего момента.

   

Cтраница 8 из 15


Ваша корзина пуста.

Последние новости

Мы в контакте

Моментальная оплата
Моментальная оплата
руб.
счёт 410011542374890.



Моментальная оплата
Моментальная оплата

Яндекс.Метрика Rambler's Top100 www.megastock.com Здесь находится аттестат нашего WM идентификатора 000000000000
Проверить аттестат