Регулирование расхода, соотношения расходов

да:

В системах регулирования расхода применяют один из трех способов изменения расхо-

1. дросселирование потока вещества через регулирующий орган, устанавливаемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка);

2. изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии (на- пример, изменением числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вен- тилятора);

3. байпасирование, т е. переброс избытка вещества из основного трубопровода в обвод- ную линию.

Регулирование расхода после центробежного насоса осуществляется регулирующим

клапаном, устанавливаемым на нагнетательном трубопроводе (рис. 3.1, а). При использовании поршневого насоса, применение подобной АСР недопустимо, так как при работе регулятора клапан может закрыться полностью, что приведет к разрыву трубопровода (или к помпажу, если клапан установлен на всасе насоса). В этом случае для регулирования расхода использу- ют байпасирование потока (рис. 3.1, б).

2

4

а б 3

Рис. 3.1.Схемы регулирования расхода после центробежного (а) и поршневого (б) насосов.

1 – измеритель расхода; 2 – регулирующий клапан; 3 – регулятор; 4 – насос.

Регулирование расхода сыпучих веществ осуществляется изменением степени откры- тия регулирующей заслонки на выходе из бункера (рис 3.2, а), либо изменением скорости

движения ленты транспортера. Измерителем расхода при таком варианте служит взвешиваю- щее устройство, которое определяет массу материала на ленте транспортера (рис 3.2, б).

4

2

бами:

3 3

Рис. 3.2.Схемы регулирования расходов сыпучих веществ:

1 – бункер; 2 – транспортер; 3 – регулятор; 4 – регулирующая заслонка; 5 – электродвигатель.

Регулирование соотношения расходов двух веществ можно осуществлять тремя спосо-

1.

При незаданной общей производительности расход одного вещества (рис. 3.3, а) G1, называемый «ведущим», может меняться произвольно; второе вещество подается при постоянном соотношении γ с первым, так что «ведомый» расход равен γG1. Иногда вместо регулятора соотношения используют реле соотношения и обычный регулятор для одной переменной (рис. 3.3, б). Выходной сигнал реле 6, устанавливающего задан- ный коэффициент соотношения γ, подается в виде задания регулятору 5, обеспечиваю- щему поддержание «ведомого» расхода.

а 3 б 6 5

3

в

Рис. 3.3.Схемы регулирования соотношения расходов.

1, 2 – измерители расхода, 3 – регулятор соотношения, 4, 7 – регулирующие клапаны; 5

– регулятор расхода, 6 – реле соотношения, 8 – регулятор температуры, 9 – устройство ограничения.

2. При заданном «ведущем» расходе кроме АСР соотношения применяют и АСР «веду- щего» расхода (рис. 3.3, в). При такой схеме в случае изменения задания по расходу G1 автоматически изменится и расход G2 (в заданном соотношении с G1).

3. При заданной общей нагрузке и коррекции коэффициента по третьему параметру. АСР соотношения расходов является внутренним контуром в каскадной системе регулиро- вания третьего технологического параметра y (например, температуры в аппарате). При этом заданный коэффициент соотношения устанавливается внешним регулятором в за- висимости от этого параметра, так что G2 = γ(y)G1 (рис. 3.3, г). Особенность настройки каскадных АСР состоит в том, что на задание внутреннему регулятору устанавливают ограничение xрн ≤ xр ≤ xрв. Для АСР соотношения расходов это соответствует ограниче- нию γн ≤ γ ≤ γв. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы [xрн,xрв], то задание регулятору соотношения остается на предельно допустимом значе- нии γ (т. е. γн или γв).

Регулирование уровня.

Уровень является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате.

Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток

жидкости равен стоку, и скорость изменения уровня равна нулю.

В общем случае изменение уровня описывается уравнением вида

dL

S = Gвх - Gвых ± Gоб ,

dt

где S – площадь горизонтального (свободного) сечения аппарата; Gвх,Gвых – расходы жидкости на входе в аппарат и выходе из него; Gоб – количество жидкости, образующейся (или расходуемой) в аппарате в единицу времени.

В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из сле- дующих двух способов регулирования:

1. позиционное регулирование, при котором уровень в аппара- те поддерживается в заданных, достаточно широких пределах: Lв ≤ L ≤ Lн. Такие системы ре- гулирования устанавливают на сборниках жидкости или про- межуточных емкостях (рис.

3.4). При достижении предель- ного значения уровня происхо- дит автоматическое переклю-

Рис. 3.4.Схема позиционного регулирования уров-

ня:

1 – насос; 2 – аппарат; 3 – сигнализатор уровня; 4 – регулятор уровня; 5,6 – регулирующие клапаны.

чение потока на запасную емкость;

2. непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на за- данном значении, т. е. L = L0.

Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теп- лообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые про- цессы. Например, в паровых теплообменниках уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена. В таких АСР для регулирования уровня без статической погрешно- сти применяют ПИ–регуляторы. П–регуляторы используют лишь в тех случаях, когда не тре- буется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной со- ставляющей, которая может привести к накоплению статической погрешности.

При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов:

1. изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке», рис. 3.5, а);

2. изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке», рис. 3.5, б);

Рис. 3.5.Схемы непрерывного регулирования уровня:

а – регулирование «на притоке»; б – регулирование «на стоке», в – каскадная АСР (1 – регулятор уровня, 2 – регули- рующий клапан, 3, 4 – измерители расхода, 5 – регулятор соотношения).

3. регулированием соотношения расходов жидкости на

входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР, рис. 3.5, в); отключение кор- ректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследст- вие неизбежных погрешностей в настройке регулято- ра соотношения расходы жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу, и вследст- вие интегрирующих свойств объекта, уровень в аппа- рате будет непрерывно нарастать (или убывать).

Рис. 3.6.Схема регулирова- ния уровня в испарителе:

1 – испаритель; 2 – регулятор уров- ня, 3 – регулирующий клапан.

В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хлада- гента). В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлени-

Зернистый Зернистый

2

Рис. 3.7.Регулирование уровня кипящего слоя:

а – отводом зернистого материала, б – изменением расхода газа (1 – аппарат с кипящим слоем, 2 – регулятор уровня, 3 – регулирующий орган).

ем), поэтому выбор способа регулиро- вания уровня в каждом конкретном слу- чае должен выполняться с учетом ос- тальных контуров регулирования.

Особое место в системах регули- рования уровня занимают АСР уровня в аппаратах с кипящим (псевдосжижен- ным) слоем зернистого материала (рис. 3.7). Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя. При значительных

колебаниях расхода газа (или расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания. Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особо высокие требования. В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. 3.7, а) или расход газа на ожижение слоя (рис. 3.7, б).

Регулирование давления

Давление является показателем соотношения расходов газовой фазы на входе в аппарат и выходе из него. Постоянство давления свидетельствует о соблюдении материального балан- са по газовой фазе. Обычно давление (или разрежение) в технологической установке стабили- зируют в каком-либо одном аппарате, а по всей системе оно устанавливается в соответствии с гидравлическим сопротивлением линии и аппаратов. Например, в многокорпусной выпарной установке (см. рис. 3.8, а) стабилизируют разрежение в последнем выпарном аппарате. В ос- тальных аппаратах при отсутствии возмущений устанавливается разрежение, которое опреде- ляется из условий материального и теплового балансов с учетом гидравлического сопротив- ления технологической линии.

В тех случаях, когда давление существенно влияет на кинетику процесса (например, в процессе ректификации), предусматривается система стабилизации давления в отдельных ап- паратах (рис. 3.8, б). Кроме того, при регулировании процесса бинарной ректификации часто в качестве косвенного показателя состава смеси используют ее температуру кипения, которая однозначно связана с составом лишь при постоянном давлении. Поэтому в продуктовых рек- тификационных колоннах обычно предусматривают специальные системы стабилизации дав- ления.

4

PC 5

1

Раствор

Греющий пар

Вода

3

2 1

Упаренный

а раствор

б

Рис. 3.8

а – регулирование разряжения в многокор-

б – АСР

давления

в ректификационной ко-

пусной выпарной установке:

1,2 – выпарные аппараты; 3 – барометрический кон- лонне:

денсатор; 4 – регулятор разрежения; 5 – регулирующий клапан.

Регулирование разряже-

ния в многокорпусной выпар- ной установке.В данной систе-

1 – колонна; 2 – дефлегматор; 3 – флегмовая ёмкость; 4

– регулятор давления; 5 – регулирующий клапан.

1

ме регулирующим воздействием является расход охлаждающей воды в барометрический конден- сатор, который влияет на ско-

рость конденсации вторичного

а

пара.

Газ

2

PDC

3

Регулирования перепада давления.В таких аппаратах ре- гулируется перепад давления,

Рис. 3.9.Схема регулирования перепада давления:

а – в колонном аппарате с насадкой; б – в аппарате с кипящем слоем (1 – аппарат; 2 – регулятор перепада давления; 3 – регулирующий клапан).

характеризующий гидродинамический режим, который влияет на протекание процесса (рис. 3.9).