蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-10 14:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)飽和水的溫度低，給水會從飽和水中吸收一部分熱量，故當(dāng)給水量增大后，水中氣泡總體積減小，導(dǎo)致水位下降。以上過程的階躍響應(yīng)曲線如圖 中 ΔH2(t)所示。實(shí)際水位變化 ΔH(t)是 ΔH1(t)與 ΔH2(t)的疊加，即 ΔH(t)=ΔH1(t)+ΔH2(t)。 用傳遞函數(shù)可表示為 式中， 0? 為給水流量作用下，階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)定時的斜率； K1， T1 分別為只考慮水面下氣泡體積變化所引起的液位變化 ΔH2(t)的放大倍數(shù)與時間常數(shù)。 ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? 1HHGH11021 ????? sT KssG ssG sss ?武漢理工大學(xué)《 儀表與過程控制系統(tǒng) 》課內(nèi)實(shí)踐說明書 6 單沖量水位控制系統(tǒng) 以液位為被控參數(shù)，給水量作為控制變量構(gòu)成的單回路液位控制系統(tǒng)，工程上也稱單沖量控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 單沖量液位控制系統(tǒng)框圖 雙沖量水位控制系統(tǒng) 液位的主要干擾是蒸氣流量變化。利用蒸氣流量變化信號對給水量進(jìn)行補(bǔ)償控制，就可以消除或減小 “虛假水位” 對液位的影響。 該雙沖量液位控制系統(tǒng)的框圖如圖 所示。 圖 雙沖量液位控制系統(tǒng)框圖 武漢理工大學(xué)《 儀表與過程控制系統(tǒng) 》課內(nèi)實(shí)踐說明書 7 方案選擇 單沖量液位控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是所用設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)整定和使用維護(hù)方便。但缺點(diǎn)明顯，當(dāng)蒸氣流量突然增加時，由于虛假水位現(xiàn)象，調(diào)節(jié)器不但不及時開大給水閥來增加給水量，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥的開度，減小給水量 。因此，這樣當(dāng)蒸氣量增加，給水量減小使存水量減小。等到虛假水位消失后，水位會嚴(yán)重下降，甚至可能會下降到危險程度，引起事故。 雙沖量液位控制系統(tǒng)相對單沖量控制系統(tǒng)增加了針對蒸氣流量擾動的補(bǔ)償通道，使調(diào)節(jié)閥及時按照蒸氣流量擾動進(jìn)行給水量補(bǔ)償，而其他干擾對水位的影響有反饋控制回路克服。這是一個前饋 反饋復(fù)合控制系統(tǒng)?？梢韵驕p小“虛假水位”現(xiàn)象對液位的影響。 經(jīng)由上述比較，這里選擇雙沖量液位控制系統(tǒng)作為使用方案。 武漢理工大學(xué)《 儀表與過程控制系統(tǒng) 》課內(nèi)實(shí)踐說明書 8 蒸氣流量變送器的選擇 流量一般指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量 ，即瞬時流量。把某一段時間內(nèi)流過管道的流體數(shù)量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值，稱為總量?？衫昧髁坑嫬@得一段時間內(nèi)通過的物料總體積或總質(zhì)量。 常用的流量檢測儀表有差壓式流量計，轉(zhuǎn)子流量計，靶式流量計，橢圓齒輪流量計，渦輪流量計，電磁流量計，旋渦式流量計和超聲波流量計等。 差壓流量計使用時有諸多因素制約，因此要查閱相關(guān)手冊；轉(zhuǎn)子流量計主要適合于小管徑，小流量的測量；靶式流量計能測量有懸浮物，沉淀物的流體流量；橢圓齒輪流量計可能因熱脹冷縮發(fā)生齒輪卡死；渦輪流量計只能在清潔流體中使用；電磁流量計特別適合測量測量含有纖維和固體顆粒的流體；旋渦式流量計要求流體的流速分布均勻；超聲波流量計要求流體清潔且測量管前后有足夠長的直管段。 經(jīng)由上述比較，最終選擇渦輪流量計作為蒸氣流量變送器。 液位變送器的選擇 通過物位測量可以獲知容器內(nèi)物質(zhì)的體積或質(zhì)量，還可以監(jiān)視或控制容器內(nèi)介質(zhì)物位，使它保持在工藝要求的高度上，使過程正常進(jìn)行。蒸汽發(fā)生器可通過液位變送器檢測液位以保證安全。 常用物位檢測儀表有差壓式液位變送器，電容式物位變送器和超聲波液位計等。 由于蒸汽發(fā)生器使用的水含有雜質(zhì)，可能會損壞直接接觸液體的變送器，又因為蒸汽發(fā)生器內(nèi)液體溫度變化較大，使用超聲波液位計會產(chǎn)生較大誤差。 綜上所述，最后選擇法蘭式差壓變送器作為蒸汽發(fā)生器的液位變送器。 武漢理工大學(xué)《 儀表與過程控制系統(tǒng) 》課內(nèi)實(shí)踐說明書 9 調(diào)節(jié)器常用比例積分微分調(diào)節(jié)裝置。比例控制 P 的優(yōu)點(diǎn)是控制及時，反應(yīng)靈敏，偏差越大控制力度越大；缺點(diǎn)是控制結(jié)果存在余差。 積分控制 I 的優(yōu)點(diǎn)是控制結(jié)果可以無余差；缺點(diǎn)是控制作用是隨著時間積累逐漸增強(qiáng)的，控制動作緩慢，控制不及時。微分控制 D 的特點(diǎn)是能起到超前控制的作用，即按照偏差變化的速度控制，能在偏差很小時，提前增大控制作用，改善控制品質(zhì)。 比例積分微分控制可以組合使用。比例積分控制 PI 可以減小 P 或 I 單獨(dú)使用的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制精度。比例微分控制 PD 可提高系統(tǒng)的控制速度，對慣性大的對象用 PD，可以改善控制質(zhì)量，減小最大偏差，縮短控制時間。比例積分微分控制 PID 既能快速控制，又能消除余差，具有較好的控制性能。 比例積分微分控制 PID 的傳遞函數(shù)可以表示為 微分控制 D 通常不用于液位控制系統(tǒng)，由于進(jìn)入水箱的液體的飛濺和湍流，液位測量往往是嘈雜的。故蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 器可以 選擇 P 或 PI。這里選擇 PI 控制，即令上述 PID 傳遞函數(shù)中的 0T?D 。 ? ?? ? ???????? ??? sTsTKsU DIC11E s武漢理工大學(xué)《 儀表與過程控制系統(tǒng) 》課內(nèi)實(shí)踐說明書 10 蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是給水調(diào)節(jié)閥，因此蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)執(zhí)行器的選擇是調(diào)節(jié)閥的選型。 過程控制中使用最多執(zhí)行器的是自動調(diào)節(jié)閥。自動調(diào)節(jié)閥是能夠按照輸入信號自動改變開度的閥門，它可以分為氣動，電動，液動三大類。氣動調(diào)節(jié)閥用壓縮空氣作為工作能源，能在易燃易爆的環(huán)境中工作，廣泛應(yīng)用于化工，煉油等生產(chǎn)過程中；電動調(diào)節(jié)閥用電源工作，能源取用方便，信號傳遞迅速，但難以在易燃易爆環(huán)境中工作；液動調(diào)節(jié)閥用液壓推動，推力很大，一般生產(chǎn)過程中很少使用。 蒸汽發(fā)生器由于使用了燃?xì)?，故其液位控制系統(tǒng)給水調(diào)節(jié)應(yīng)避免使用使用電動調(diào)節(jié)閥；且給水調(diào)節(jié)不需要很大的推力，故不必使用液動調(diào)節(jié)閥。 調(diào)節(jié)閥固有流量特性有直線流量特 性，等百分比（對數(shù)）流量特性和快開特性。由于蒸汽發(fā)生器內(nèi)液位變化應(yīng)盡量平緩，需要選用具有等百分比（對數(shù)）流量特性的調(diào)節(jié)閥。 調(diào)節(jié)閥有氣關(guān)式與氣開式。從工藝生產(chǎn)安全考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障，信號中斷
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