Министерство
образования
Российской
федерации
Санкт-Петербургский
государственный
технологический
институт
(технический
университет)
Кафедра
автоматизации
процессов
химической
промышленности
Г.В.
Иванова
«Автоматизация
технологических
процессов
основных
химических
производств»
Методические
материалы по
курсу лекций
(в двух
частях)
Часть
1.
2003г.
УДК 66-52:66(075)
Иванова
Г.В. Автоматизация
технологических
процессов
основных химических
производств:
Методическое
пособие. Часть
1/ СПбГТИ(ТУ).-СПб.,
2003.- 70с.
Методическое
пособие предназначено
для курса лекций
по учебной
дисциплине
«Автоматизация
технологических
процессов
основных химических
производств»,
являющейся
дисциплиной
специализации
210201 – «Автоматизация
технологических
процессов
химической
промышленности»
учебного плана
по специальности
210200.
Пособие
разработано
в виде методических
материалов,
используемых
при чтении
лекций по дисциплине.
Часть 1 методического
пособия включает
в себя общую
характеристику
химико-технологических
процессов (ХТП)
как технологических
объектов управления
(ТОУ); методику
анализа ХТП
как ТОУ; физико-химические
основы технологических
процессов,
технологические
схемы рассматриваемых
объектов управления,
математические
описания объектов
управления,
постановку
задачи автоматизации,
типовые схемы
автоматизации,
типовые решения
автоматизации
для гидромеханических
и тепловых
процессов.
Утверждено
на заседании
методической
комиссии факультета
Информатики
и управления
23 июня 2003г., протокол
№ 6.
Материалы
к лекции №1
Введение.
Общие подходы
к автоматизации
ХТП.
Предметом
изучения в
данном курсе
являются проблемы
автоматизации
основных химических
производств.
Основные
химические
производства
и составляющие
их технологические
процессы мы
рассматриваем
в данном курсе
как
объекты управления.
Химико-технологические
объекты управления.
Определение
ТОУ:
ТОУ
- это совокупность
совместно
функционирующих
технологического
оборудования
и реализованного
на нем технологического
процесса.
К ТОУ относят
как отдельные
технологические
агрегаты
и установки,
реализующие
локальный
технологический
процесс, так
и целые производства
(участки, цехи).
Существуют
«супер-ТОУ»
- установки,
включающие
сотни технологических
аппаратов (на
нефтеперерабатывающих
заводах).
Требования
к ТОУ.
Оборудование
ТОУ должно
быть полностью
механизировано
и должно безотказно
работать в
межремонтный
период.
ТОУ должен
быть управляем,
т.е. разделен
на определенные
зоны с возможностью
воздействия
на технологический
режим в каждой
из них изменением
материальных
и энергетических
потоков.
Возможность
воздействия
на характеристики
оборудования.
Возможность
доступа обслуживающего
персонала к
местам установки
датчиков,
исполнительных
механизмов,
регулирующих
органов.
Число возмущающих
воздействий
должно быть
сведено к минимуму,
что возможно
в результате
установки:
ресиверов;
емкостей с
мешалками;
теплообменников,
уменьшающих
амплитуду и
частоту изменения
таких параметров,
как давление,
состав, температура.
Типовая
схема технологического
производства
химических
продуктов.
Классификация
химико-технологических
процессов
и производств
как ТОУ.
- По тоннажу
продукции и
структуре
ассортимента:
- По характеру
временного
режимафункционирования:
ТОУ периодического
действия
- ТОУ, в которых
аппараты (ТО)
работают в
циклическом
режиме, а технологические
процессы (ТП)
представляют
собой последовательность
технологических
и организационных
операций, имеющих
конечную
продолжительность.
Термину «периодический
процесс»,
принятому в
химической
технологии
соответствует
общесистемный
термин «
дискретный
процесс».
ТОУ непрерывного
действия
- ТОУ, в которых
аппараты работают
непрерывно,
на вход аппарата
непрерывно
подаются исходные
реагенты, на
выходе аппарата
непрерывно
отводятся
выходные продукты
а технологический
процесс ведется
в установившемся
режиме.
ТОУ полунепрерывного
действия - ТОУ,
в которых аппараты
функционируют
непрерывно
только в пределах
интервала
времени, необходимого
для переработки
конечной порции
сырья или
промежуточного
продукта. В
этих пределах
в аппараты
непрерывно
подаются исходные
реагенты, а с
выходов - непрерывно
отводятся
продукты.
Технологические
процессы ведутся
в установившемся
режиме. Между
интервалами
времени работы
аппараты находятся
в режиме ожидания.
- По степени
важности ТОУ
в производстве.
Основные
ТОУ - ТОУ
для реализации
основных
технологических
процессов
производства.
К основным
ТОУ относят
процессы и
оборудование
для реализации
стадий подготовки
сырья, химического
синтеза, разделения
и очистки целевых
продуктов.
- По информационной
емкости ТОУ:
Степень
сложности ТОУ
характеризуется
информационной
сложностью
объекта, т.е.
числом технологических
параметров,
участвующих
в управлении.
Таблица
1
Классификация
ТОУ по информационной
емкости.
Информационная
емкость
объекта
|
Число
параметров,
участв. в управл.
|
Пример
ТОУ
|
Минимальная
|
10
- 40
|
Насосная
станция
Резиносмеситель
|
Малая
|
41
- 160
|
Массообменная
Колонна
|
Средняя
|
161
- 650
|
Установка
первичной
перегонки
нефти
|
Повышенная
|
651
- 2500
|
Производство
Этилена
|
Высокая
|
2500
и выше
|
Производство
Технического
углерода
|
- По
характеру
параметров
управления.
ТОУ с сосредоточенными
параметрами
- ТОУ, в которых
регулируемые
параметры (в
данный момент
времени, в разных
точках аппарата),
имеют одно
значение
соответствующего
параметра.
ТОУ с распределенными
параметрами
- ТОУ, в которых
значения параметров
неодинаковы
в различных
точках объекта
в данный момент
времени. Большинство
процессов
химической
технологии
являются объектами
с распределенными
параметрами.
Пример:
температура
и концентрация
по высоте
ректификационной
колонны.
- По
типу технологического
процесса.
Гидромеханические
процессы -
процессы,
осуществляющие
перенос
количества
движения.
Тепловые
процессы
- процессы
переноса энергии
в форме теплоты
(теплопроводностью,
конвекцией,
излучением).
Массообменные
процессы -
процессы
перемещения
вещества в
пространстве
за счет разности
концентраций.
Механические
процессы -
процессы
переработки
твердых материалов
под действием
механических
сил (их измельчение
и разделение
по фракциям).
Химические
процессы -
процессы,
характеризующие
образование
новых, отличающихся
от исходных
по химическому
составу или
строению, веществ
при сохранении
общего числа
атомов и изотопного
состава.
Методика
анализа ХТП
как ТОУ.
- Определение
критерия
эффективности
ТОУ.
Для
производств
- это, как правило,
экономические
критерии
максимизации
прибыли или
минимизации
себестоимости
продукции.
Для
технологических
процессов
- это технологические
критерии
максимизации
качества или
максимизации
выхода целевого
продукта.
- Разработка
математического
описания процесса
как объекта
управления
в статике и
динамике.
При
разработке
математического
описания сложных
ХТП стремятся
к созданию
наиболее простых
моделей.
Строят
не полные и
исчерпывающие
мат. модели, а
достаточные
для решения
задач управления.
- Математическое
моделирование
и исследование
статических
режимов ТОУ.
Основные
методы создания
мат. описания
для
целей управления
-
аналитические;
статистические
(регрессионные,
методы группового
учета аргументов);
модели на основе
нечетких методов.
Исследование
статических
характеристик
ТОУ,
на основании
которого определяют:
Возможные
диапазоны
варьирования
параметров
при управлении;
Анализ
устойчивости
стационарных
состояний
процесса;
Влияние
основных режимных
параметров
на рабочие
области ТОУ;
Исследование
нелинейности
коэффициентов
усиления и
возможности
линеаризации
статических
характеристик
и т.д.
- Построение
информационной
схемы ТОУ.
Информационная
схема ТОУ - это
схема, показывающая
входные и выходные
переменные
ТОУ и их связи.
Построение
информационной
схемы возможно
на основе мат.
описания (при
разработке
новых технологий)
или на основе
информации
по эксплуатации
объекта (при
модернизации
системы управления).
- Анализ
информационной
схемы.
Выполняется
анализ информационной
схемы на предмет
классификации
входных и выходных
воздействий
на следующие
группы:
Возможные
возмущающие
воздействия.
Возможные
управляющие
воздействия.
Наиболее
целесообразные
управляемые
переменные.
Осуществляется
выбор возможных
каналов управления.
- Математическое
описание динамики
ТОУ.
Составляется
мат. описание
динамики объекта
по возможным
каналам управления.
Выполняется
исследование
динамики возможных
каналов управления.
Выполняется
выбор наиболее
целесообразных
каналов управления
.
Составляется
структурная
схема системы
управления.
Выбор
параметров
контроля,
сигнализации
и защиты.
Материалы
к лекции №2
Автоматизация
процесса
перемешивания
Общая
характеристика
процессов
перемешивания
в жидких средах.
Перемешивание
- гидромеханический
процесс взаимного
перемещения
частиц в жидкой
среде с целью
их равномерного
распределения
во всем объеме
под действием
импульса,
передаваемого
среде мешалкой,
струей жидкости
или газа (Тябин
Н.В.,с.95).
Цели
перемешивания
Создание
суспензий -
обеспечение
равномерного
распределения
твердых частиц
в объеме жидкости;
Образование
эмульсий, аэрация
- равномерное
распределение
и дробление
до заданных
размеров частиц
жидкости в
жидкости или
газа в жидкости;
Интенсификация
нагревания
или охлаждения
орабатываемых
масс;
Интенсификация
массообмена
в перемешиваемой
системе (растворение,
выщелачивание).
Основные
схемы перемешивания.
Рис.1.
Барботажное
- перемешивание
путем пропускания
через жидкую
среду потока
воздуха или
газа, раздробленного
на мелкие пузырьки,
которые, поднимаясь
в слое жидкости
под действием
Архимедовой
силы, интенсивно
перемешивают
жидкость.
Объект
управления
Объект
управления
- емкость
с мешалкой,
аппарат непрерывного
действия, в
котором смешиваются
две жидкости
А (с концентрацией
целевого компонента
Са) и
Б (с концентрацией
целевого компонента
Сб) для
получения
гомогенизированного
раствора с
заданной
концентрацией
целевого компонента
Ссм.
Схема
объекта управления.
Рис.1.1
Показатель
эффективности
процесса
- концентрация
целевого компонента
в гомогенизированном
растворе (смеси)
- Ссм.
Цель управления
процессом
- обеспечение
заданной концентрации
смеси при эффективном
и интенсивном
перемешивании.
Эффективность
перемешивания
обеспечивается
выбором параметров
аппарата,
перемешивающего
устройства,
числа оборотов
мешалки, обеспечивающих
равномерность
концентрации
смеси в аппарате
с заданнойинтенсивностью
(т.е. за заданное
время).
Однако в
реальных условиях
технологические
объекты подвержены
действию внешних
и внутренних
возмущений,
которые приводят
к отклонению
технологических
режимов работы
от расчетных.
Задача
разработки
системы автоматизации
обеспечить
в условиях
действия внешних
и внутренних
возмущений
в процессе
эффективное
и интенсивное
его функционирование
с требуемыми
характеристиками
качества.
Теоретические
аспекты процесса
механического
перемешивания.
Euм
= f(Reм
, Г)
(1),
где
2),
Г=dм
/ Dапп
(4),
где
dм -
диаметр
мешалки, м;
n -
скорость вращения
мешалки, об /с;
Nм
- мощность,
потребляемая
мешалкой, вт;
- динамическая
вязкость, Па*с;
КN
– критерий
мощности.
Методика
расчета конструктивно-
технологических
параметров
процесса
механического
перемешивания.
Выбирают
тип мешалки,
ее диаметр dм,
размеры аппарата
Daпп
и Hапп.
Определяют
коэффициент
С
в зависимости
от размеров
аппарата и
типа перемешивающего
устройства.
Определяют
число оборотов
мешалки:
.
Рассчитывают
Reм
по соотношению
(3).
По графику
KN
= f(Reм)
находят KN.
Рассчитывают
Nм
из выражения
(2):
.
Рассчитывают
мощность Nдв,
потребляемую
приводом
перемешивающего
устройства:
где
К - поправочный
коэффициент,
учитывающий
конструктивные
особенности
аппарата и
перемешивающего
устройства;
пер
- к.п.д. передачи.
В реальной
установке
непрерывного
действия:
т.е. необходимо
обеспечить:
и
.
Материальный
баланс по целевому
компоненту.
Уравнение
динамики:
(1).
Уравнение
статики при
:
(2)
На
основании (1) и
(2) можно принять:
.
(3).
Материальный
баланс по всему
веществу.
Уравнение
динамики:
(4).
Уравнение
статики при
:
(5).
На
основании (4) и
(5) можно принять:
.
(6).
Информационная
схема объекта.
Рис.4.1.
причем
задано, что
.
Анализ
уравнения
динамики
на
основе материального
баланса по
целевому компоненту.
Уравнение
динамики в
нормализованном
виде.
(1)
Начальные
условия для
вывода передаточной
функции по
каналу управления
GA
– Cсм
:
;
;
;
.
Уравнение
статики:
(2)
Уравнение
динамики в
приращениях:
(после
подстановки
начальных
условий в выражение
(1), вычитания
уравнения
статики (2) и
приведения
подобных членов):
(3).
Уравнение
динамики с
безразмерными
переменными:
(4).
Нормализованное
уравнение
динамики объекта
во временной
области без
учета транспортного
запаздывания:
(7).
Уравнение
динамики по
каналу управления
во временной
области с учетом
транспортного
запаздывания:
(8).
Передаточная
функция объекта
по каналу управления
:
(10),
где:
;
(11),
где Vтруб
- объем трубопровода
от Р.О. до входа
в аппарат.
Анализ
уравнения
динамики
на
основе материального
баланса по
всему веществу.
Уравнение
динамики:
(1)
Начальные
условия для
вывода передаточной
функции по
каналу управления
GБ
– hсм
:
;
;
;
.
Уравнение
статики:
(2).
Уравнение
динамики в
приращениях:
(после
подстановки
начальных
условий в выражение
(1), вычитания
уравнения
статики (2) и
приведения
подобных членов):
(3).
Уравнение
динамики с
безразмерными
переменными:
(4).
Нормализованное
уравнение
динамики объекта
во временной
области
(7).
Уравнение
динамики по
каналу управления
во временной
области с учетом
транспортного
запаздывания:
(8).
Передаточная
функция объекта
по каналу управления
:
(10),
где:
;
(11),
где Vтруб
- объем трубопровода
от Р.О. до входа
в аппарат.
Анализ
статической
характеристики
объекта.
Уравнение
статики на
основе материального
баланса по
целевому компоненту:
(1).
Из
уравнения (1)
выразим
в явном виде:
(2).
Анализ
выражения (2)
показывает,
что:
Линеаризованное
представление
статической
характеристики
на основе
стабилизации
соотношения
расходов:
(или
):
(3).
Линеаризованное
представление
статической
характеристики
через разложение
в ряд Тейлора:
(4).
Обозначим:
Линеаризованное
представление
приращения
выходной переменной
через приращения
всех возможных
входных переменных:
(5).
Типовая
схема автоматизации
процесса
перемешивания.
Рис.7.1.
Типовое
решение автоматизации.
Регулирование.
Регулирование
концентрации
Ссм
по подаче реагента
GА
- как показателя
эффективности
процесса
перемешивания
с целью получения
гомогенизированного
раствора.
Регулирование
уровня в аппарате
hсм
по подаче реагента
GБ
- для обеспечения
материального
баланса по
жидкой фазе.
Контроль.
расходы -
GА,
GБ,
Gсм
;
концентрация
- Ссм
;
уровень -
hсм.
Сигнализация.
существенные
отклонения
Ссм
и hсм
от задания;
резкое падение
расходов исходных
реагентов GА
или GБ,
при этом формируется
сигнал «В схему
защиты».
Система
защиты.
По
сигналу «В
схему защиты»
- отключаются
магистрали
подачи исходных
реагентов GА
, GБ и отбора
смеси Gсм.
Материалы
к лекции №3
Типовая
схема процесса
перемещения.
Трубопровод
как объект
управления
Типовая
схема процесса
перемещения
жидкости.
1.Объект
управления
- схема, приведенная
на рис.1.
Рис.1.
Из
емкости 1 насосом
2 по трубопроводу
3 жидкость
перекачивается
в емкость 4.
2.
Показатель
эффективности
процесса - расход
Q.
3.
Цель управления
процессом
Q=Qзд.
4.
Анализ
типовой схемы
как объекта
управления:
Основные
элементы, подлежащие
анализу - трубопровод
3 и насос 2.
Основные
параметры
трубопровода
как объекта
управления.
,
где Q –расход,
м^3/с, v - скорость
потока, м/с.
pгс
= pск
+ pтр
+ pмс
где
= f(Re,l)
- коэффициент
трения.
pмс
= мс*pск,
где мс
- коэффициент
местного
сопротивления.
pпод
= *g*h
pдоп
= p2
– p1
N = pобщ*Q/(10^3*),
= н*п*д,:
где -
полный
к.п.д., насоса;
н
- к.п.д. насоса;
п
- к.п.д. передачи;
д - к.п.д.
двигателя.
Схема
трубопровода
как объекта
управления
для
типовой схемы
процесса перемещения
жидкости.
Рис.1.
Математическое
описание статики
объекта.
Материальный
баланс для
трубопровода
(рис.1) на основании
условия неразрывности
струи:
Sa*va
= Sb*vb
(1)
Из
(1) получим :
va
= Sb*vb/
Sa
(1б).
Обозначим
Sb/ Sa
= m
(1в).
Энергетический
баланс - уравнение
Бернулли:
(2)
Подставим
в (2) выражение
для скорости
потока в сечении
«а» на основании
(1б):
(3)
Подставим
в (3) вместо vb
его выражение
из соотношения
для объемного
расхода в сечении
«b»:
Qb
= vb*Sb;
откуда
vb
=Qb
/ Sb:
(4)
Преобразуем
выражение (4) с
учетом (1в) к виду:
(5)
Решим
выражение (5)
относительно
Qb:
(6)
Линеаризованные
выражения мат.
модели статики
на
основании
разложения
в ряд Тейлора:
1.Через
приращения
и частные
производные:
2.Через
приращения
и коэффициенты
усиления:
Информационная
схема объекта
управления.
Рис.2.
Математическое
описание динамики
объекта.
Рис.3
(1).
(2).
(3).
(5).
(6),
где
.
Материалы
к лекции №4
Автоматизация
центробежных
насосов
Основные
показатели
работы насосов
Производительность,
или подача, Q
(м3/ceк)
- объем жидкости,
подаваемой
насосом в
нагнетательный
трубопровод
в единицу времени.
(1)
где чл.1
- высота подъема
жидкости в
насосе;
чл.2 - разность
пьезометрических
напоров;
чл.3 - разность
динамических
напоров.
(2).
(3).
(4).
где ηv
= Q/QТ
- объемный
к.п.д.;
- гидравлический
к.п.д.
ηмех
- механический
к. п. д.
Схема
центробежного
насоса.
- корпус;
- рабочее
колесо;
- привод насоса;
- линия всасывания;
– патрубок
нагнетания.
Рис.1.
Основные
характеристики
центробежных
насосов.
Рис.4.1.
Зависимость
напора от
производительности
- Н=f1(Q);
Зависимость
мощности на
валу насоса
от производительности
- Nе
= f2(Q);
Зависимость
к.п.д. насоса
от производительности
: н=f(Q).
Работа
насосов на
сеть.
Рис.5.1.
Нс
=Нг
+ k*Q2
;
где Нг
-
геометрическая
высота подачи;
k*Q2
=hп
- потери
напора в сети
()А
- рабочая точка,
обеспечивающая
максимальную
производительность
насоса Q1
при работе на
данную сеть.
Совместная
работа насосов
при
параллельном
соединении.
Рис.6.1.
Совместная
работа насосов
при
последовательном
соединении.
Рис. 6.2.
Схема
регулирования
на основе
стабилизации
Qн
=Qс
(метод
дросселирования).
Рис.7.1
Характеристики
работы на сеть
при
регулировании
подачи насоса
методом дросселирования.
Рис.7.2.
.
Схема
регулирования
на основе
стабилизации
Hн
=Hс
(метод
байпассирования).
Рис7.3.
Qб
- байпасный
поток;
Qн
- производительность
насоса;
Qс=Qн-Qб
- производительность
сети;
Нс=Нн.
Характеристики
работы на сеть
при
регулировании
подачи насоса
методом байпассирования.
Рис.7.4.
.
Система
наиболее экономична,
если
.
Схема
регулирования
производительности
насоса
на
основе стабилизации
н
= с.
Рис.7.5.
Теоретические
аспекты.
(7.1).
Характеристики
работы на сеть
Рис.7.6.
Исходные
данные для
решения задачи:
Постановка
задачи:
Решение
задачи
Найдем
частоту n1,
при которой
характеристика
Нн=f(Q)
пройдет через
точку С, для
чего выполним
следующие
построения.
На
основании
соотношений
(7.1) можно записать:
(7.2).
Из
(7.2) выразим Н:
(7.3).
Выражение
(7.3) описывает
параболу подобия
3 на рис.7.5, которая
пересекает
характеристику
насоса (n)
в точке А с
параметрами
QА
и НА
при условии
=const.
На основании
соотношений
(7.1) можно записать:
,
откуда
при известных
Qс,
QА
и n
получим n1:
(7.4).
(7.5).
.
Типовая
схема автоматизации
процесса перемещения
жидкости
центробежным
насосом.
Рис.
8.1
Типовое
решение автоматизации
процесса перемещения
жидкости
центробежным
насосом.
Регулирование.
Контроль.
температуры:
tобм,
tподш,
tохл`,
tохл”,
tм”;
давления:
Pвс,
Pн,
Pохл;
расходы:
Qохл”,
Qм”,
Q.
Сигнализация.
Сигнализации
подлежат все
контролируемые
параметры:
температуры
- t
> tпред;
давления
- P
< Pпред;
расходы - Q
< Qмин
(наличие потоков
масла и охлаждающей
жидкости).
Система
защиты.
По
сигналам «В
схему защиты»
- отключается
действующий
насос и включается
резервный.
Материалы
к лекции №5
Автоматизация
поршневых
компрессоров
Вид
теоретической
индикаторной
диаграммы
поршневого
компрессора.
Рис.3.1.
Схема
Пз-регулирования
подачи поршневого
компрессора
Рис.5.1
Схема
регулирования
подачи поршневого
компрессора
путем
изменения
частоты вращения
привода компрессора.
ПКУ - поршневая
компрессорная
установка.
Рис.5.2.
Схема
регулирования
подачи поршневого
компрессора
путем
дросселирования
потока на линии
всасывания.
Рис.5.3.
Схема
регулирования
подачи поршневого
компрессора
путем
отжима клапанов.
Рис.5.4.
Схема
регулирования
подачи поршневого
компрессора
путем
перевода компрессора
на холостой
ход.
Рис.5.5.
Схема
регулирования
подачи 2х-ступенчатого
компрессора
с воздействием
на ИМ каждой
ступени.
Рис.6.1.
Схема
регулирования
подачи 2х-ступенчатого
компрессора
с воздействием
на ИМ первой
ступени.
Рис.6.2.
Схема
трехступенчатого
компрессора.
Рис.4.1.
Теоретическая
индикаторная
диаграмма
трехступенчатого
сжатия.
Рис.4.2.
Схема
регулирования
подачи 4х-ступенчатого
компрессора
с включением
технологического
оборудования
после 2-ой и 4-ой
ступеней.
I
II III IV - ступени
компримирования;
V
- линия промежуточного
отбора среднего
давления Р2
в технологическую
схему;
VI
- линия возврата
газа из аппарата
высокого давления.
Рис.6.3
Схема
регулирования
подачи 4х-ступенчатого
компрессора
с подключением
технологического
оборудования
на входе 1-ой
ступени, после
2-ой и 4-ой ступеней.
I
II III IV - ступени
компримирования;
V
- линия промежуточного
отбора среднего
давления Р2
в технологическую
схему;
VI
- линия возврата
газа из аппарата
высокого давления.
VII
- линия возврата
газа из аппарата
среднего давления.
Рис.6.4.
Структурная
схема системы
регулирования
подачи
4-х ступенчатого
компрессора
для рис.6.3.
Рис.
6.3б
Структурная
схема системы
регулирования
подачи
4-х
ступенчатого
компрессора
для рис.6.4.
Рис.6.4б
Типовая
схема автоматизации
установки
с
двухступенчатым
поршневым
компрессором.
Обозначения
на схеме:
1-1,
2-1 - цилиндры
ступеней 1и 2;
1-2, 2-2 - масловлагоотделители;
1-3,
2-3 - холодильники.
Р - сигнализируемый
и контролируемый
параметр;
Р
- контролируемый
параметр.
Рис.7.1.
Типовое
решение автоматизации
установки
с
двухступенчатым
поршневым
компрессором.
Регулирование.
Контроль.
Контролю
в любой компрессорной
установке
подлежат температура,
давление, уровень,
потребляемая
мощность.
температура
газа в линии
нагнетания;
газа на
входе и выходе
каждой ступени;
п смазки
в различных
точках подшипников;
воды на
входе и выходе
холодильников;
обм
обмоток электропривода.
Р газа на
входе и выходе
каждой ступени;
Р воды на
входе в холодильники;
Р масла в
магистрали
(система смазки
на схеме не
показана);
Давление
обладает меньшей
инерционностью,
чем температура
при изменении
технологических
режимов, поэтому
его используют
для сигнализации,
блокировок
и защиты.
Н конденсата
в масловлагоотделителях;
Н масла в
масляных баках
(на схеме не
показаны);
Н воды в
гидрозатворах
и газгольдерах
(не показаны).
мощность,
потребляемая
приводом - Nпр
;
контроль
осуществляется
измерительным
устройством,
установленным
на валу привода.
Nпр
определяет
экономичность
установки.
Сигнализация.
Сигнализации
подлежат:
существенные
отклонения
давления газа
в линии нагнетания;
повышение
температуры
и давления
газа на входе
и выходе каждой
ступени -
↑, Р ↑;
повышение
температуры
подшипников
- п
↑;
повышение
температуры
обмоток - обм
↑;
понижение
уровня Н
во всех контролируемых
точках;
Система
защиты.
При существенном
отклонении
сигнализируемых
параметров
от заданных
значений ,
когда в результате
срабатывания
блокировок
и вмешательства
обслуживающего
персонала не
удается восстановить
заданный
технологический
режим,
отключается
действующий
привод и включается
резервный.
Материалы
к лекции №6
Общая
характеристика
тепловых процессов
Фазовое
равновесие
теплоносителей.
s=k-f+2
(1),
где s -
число степеней
свободы данной
системы;
f - число
фаз системы;
k - число
компонентов
системы.
s=1-3+2=0.
s=1-2+2=1.
s=1-1+2=2.
Фазовые
переходы в
однокомпонентных
системах.
где Р - давление;
r - молярная
теплота фазового
перехода;
Т - температура
фазового перехода
(испарения,
плавления,
возгонки);
∆V - изменение
объема 1 моля
вещества при
переходе его
из одной фазы
в другую.
Фазовые
переходы в
многокомпонентных
системах.
Закон Генри:
(3),
где mi
- молекулярная
доля газа в
растворе;
ψ - константа
Генри;
pi
- парциальное
давление газа
над жидкостью.
Закон Рауля:
(4),
где рА
- парциальное
давление компонента
А в парах;
РА
- давление паров
чистого компонента
А;
- молекулярная
доля этого
компонента
в растворе.
где К - молярный
коэффициент
распределения;
mCA
- концентрация
вещества С в
жидкости А
в г-моль/л;
mCВ
- концентрация
вещества С в
жидкости B.
Связь
основных параметров
теплоносителей
в газовой фазе.
P*V=const при
T=const
(1).
(2а),
или на основании
(2а) можно получить
при Р=const:
(2б),
На основании
(1) и (2б) можно также
получить:
при Р=const
(3),
или
при V=const
(4).
На основании
(1)и (2) получают
также формулу
для приведения
объема газа
к нормальным
условиям:
(5),
для 1 г-моля
газа:
P*V=R*T
(6)
для n г-молей
газа:
P*V = n*R*T
(7)
Если количество
газа выражается
в граммах:
(8)
откуда:
(9)
или
(10).
(11).
(12),
где рi
- парциальное
давление компонента
в газовой смеси;
vi
/Vсм
- парциальный
объем компонента
в единице объема
газовой смеси;
Pсм - общее
давление смеси.
Физические
параметры и
скорости движения
теплоносителей.
Удельные
теплоемкости.
;
;
.
c=a1+b1*T+c1*T2
(1),
где a1, b1, c1
- коэффициенты
для данного
вещества.
(2),
где Т1 и Т2
- заданный интервал
температур.
(3),
где n - число
атомов в молекуле.
(4),
где М - масса
1моля газа (кг/моль);
R - универсальная
газовая постоянная,
R=1,985 ккал/((кг/моль)*град).
Теплота
испарения
|