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蒸發(fā)器e1201系統(tǒng)控制方案-在線瀏覽

2024-11-01 14:41本頁面
  

【正文】 ...................... 77 投資利稅率 .......................................................................................................................... 77 銷售凈利潤率 ...................................................................................................................... 77 盈虧平衡分析 ...................................................................................................................... 77 6 7 第一章 蒸發(fā)器 E1201 對象分析 只有在充分了解被控對象的基礎上才能進行控制方案的設計,這里首先對被控裝置蒸發(fā)器進行對象特性分析。蒸發(fā)器向液體提供蒸發(fā)所需要的熱量,促使液體沸騰汽化,同時,提供較大空間使氣液兩相完全分離。蒸發(fā)器的主要控制指標是最終產品的濃度。加熱室中產生的蒸汽帶有大量液沫,到了較大空間的蒸發(fā)室后,這些液體借自身凝聚或除沫器等的作用得以與蒸汽分離。 本次大賽所提供的蒸發(fā)器為 SMPT1000型 蒸發(fā)器,其工藝流程圖如圖 : 二 次 蒸 汽冷 凝 水濃 縮 液過 熱 蒸 汽F I 1 2 0 1F I 1 1 0 5F V 1 2 0 1F V 1 1 0 5P I 1 2 0 1F I 1 2 0 3F V 1 2 0 3L I 1 2 0 1T I 1 2 0 1F I 1 2 0 2F V 1 2 0 2稀 液蒸 發(fā) 器E 1 2 0 1 圖 系統(tǒng)工藝流程圖 8 被控對象的檢測儀表說明和執(zhí)行機構說明分別見表 11和 12: 表 11 檢測儀表說明 位號 檢測點說明 單位 FI1105 過熱蒸汽流量 Kg/s FI1201 稀液流量 Kg/s FI1202 濃縮液流量 Kg/s FI1203 二次蒸汽流量 Kg/s LI1201 蒸發(fā)器液位 % TI1201 蒸發(fā)器溫度 ℃ PI1201 蒸發(fā)器壓力 M Pa 表 12 執(zhí)行機構說明 位號 執(zhí)行機構說明 FV1105 過熱蒸汽管線調節(jié)閥 FV1201 蒸發(fā)器入后稀液管線調節(jié)閥 FV1202 蒸發(fā)器底部出口濃縮液管線調節(jié)閥 FV1203 蒸發(fā)器頂部出口二次蒸汽管線調節(jié)閥 蒸發(fā)器 E1201 對象工藝過程簡介 蒸發(fā)器是一類有相變的換熱裝置,在過程工業(yè)中廣泛應用于濃縮、提純等環(huán)節(jié)。經過換熱后的過熱蒸汽變?yōu)槔淠懦?。稀液流量?FI1201,析液流量管線設調節(jié)閥 FV1201。二次蒸汽流量為 FT1203,二次蒸汽流量管線設調節(jié)閥 FV1203。 蒸發(fā)器控制任務描述 針對本次控制對象的控制任務,具體分為以下三個方面: ( 1)滿足生產指標的考慮: 在濃縮液流量穩(wěn)定的前提下,保證濃縮液中組分(糖分)維持在%~%的波動范圍之內。 ( 2) 滿足節(jié)能指標的考慮 :出于對效能、環(huán)境等因素的考慮,要求在控制系統(tǒng)的設計和實施中對過熱蒸汽用量等能耗等指標予以充分考慮。 蒸發(fā)器特性分析 狀態(tài)圖描述 為了便于對蒸發(fā)器進行對象分析,更系統(tǒng)、更全面的了解和掌握控制對象的特性,下面采用系統(tǒng)描述語言 —— 狀態(tài)圖對蒸發(fā) 器裝置進行描述,狀態(tài)圖能夠清楚表達系統(tǒng)的所有狀態(tài)及其轉移條件,其中圖 ,圖 。 12043S 1S 2S 3S 4S 5S 1. 1S 1. 2S 1. 3S 2. 1S 2. 2S 2. 3S 2. 4S 3. 1S 3. 2S 3. 3S 4. 1S 4. 2S 4. 3終 止 狀 態(tài) 正 常 停 車起 始 狀 態(tài)冷 態(tài) 開 車穩(wěn) 態(tài) 工 況S t o pS 6S 7S 8S 9 圖 系統(tǒng)正常工作狀態(tài)圖 10 1 2 356S 6S 7 S 8S 941t 2t 圖 緊急停車狀態(tài)圖 符號 內 容 符號 內 容 0 初始狀態(tài) 打開閥 FV1201 1 冷態(tài)開車 LI1201達到 80% 2 穩(wěn)態(tài)工況 設置控制器 LIC1201設定值并投自動 3 正常停車 打開閥 FV1202 4 終止狀態(tài) 打開閥 FV1203 5 緊急停車 流量 FI1202超過 6 緊急處理 設置控制器 FIC1202設定值并投自動 S1 進料 打開閥 FV1105 S2 LI1201穩(wěn)定在 80% 溫度 TI1201超過 99℃ S3 濃縮液出口流量穩(wěn)定在 S4 蒸發(fā)器溫度穩(wěn)定在 108℃ 提升負荷,調節(jié)閥 FV1202 S5 蒸發(fā)器的出口流量穩(wěn)定在 S6 關閉閥 FV1202 設置控制器 FIC1202設定值并投自動 S7 關閉閥 FV1105 11 表 系統(tǒng)13 工作 狀態(tài)表 表 14 條件列表 符號 內容 ready 所有閥門全部處于關閉狀態(tài) start 按下開車按鈕 S8 關閉閥 FV1203 S9 關閉閥 FV1201 12 stop 按下停車按鈕 a1 按下緊急停車按鈕或緊急停車聯(lián)鎖自動啟動 t1 蒸發(fā)器溫度 T1201超過 200℃ t2 蒸發(fā)器液位高于 90% 蒸發(fā)器特性分析 通過上述狀態(tài)圖描述可以知道被控對象 —— 蒸發(fā)器是一個復雜的控制系統(tǒng)。上述輸入變量和輸出變量之間相互關聯(lián)。 FV1105開 度FI1105TI1201PI1201FV1201閥 后 壓 力FV1201開 度LI1201AI1201FV1201開度稀 液 蒸 發(fā) 量FI1203蒸 發(fā) 器上 部 汽相 組 分FV1202閥 前 壓力FV1202 圖 蒸發(fā)器 SDG模型 SDG 是一種系統(tǒng)的定性描述方式,圖中每一個圓圈代表一個參數(shù),圓圈之間的箭頭表達了參數(shù)之間的影響關系,箭頭的始端代表影響變量,箭頭的末端代表被影響變量。通過加熱爐 SDG 模型,可以直觀地表達出各輸入、輸出變量以及中間變量 13 之間的相互影響關系以及參數(shù)之間的耦合關系。不同對象參數(shù)具有不同的特性,需要采用不同的控制方法。溫度動態(tài)特性具有慣性大,容易受其它因素干擾,且易于變化的特點。 由于溫度變化滯后大,控制起來不靈敏,因此溫度控制系統(tǒng)需要增加微分作 用環(huán)節(jié)。溫度控制的操縱變量通常是流量,如加熱介質的流量、冷卻介質的流量、燃料的流量等。因此,在工業(yè)生產中要實現(xiàn)對系統(tǒng)溫度的準確控制常使用 PID控制器進行合理控制。這是由于工業(yè)過程中調節(jié)閥(執(zhí)行機構)往往直接作用于流量,而管道的容量有限,緩沖余地小,閥門一動作,流量立即變化, 滯后時間小、響應快。 流量的測量容易受到噪聲的干擾,流量本身可能是平穩(wěn)的,平均流量沒有什么變化,但是測量信號常常是頻繁地變動。特別是流體通過截流裝置時,此種騷動程度比較大,產生的噪聲也較大。 由于噪聲頻率很高,盡管噪聲幅度變化不大,但若加 上微分控制器,則其輸出容易出現(xiàn)波動,反而使系統(tǒng)不穩(wěn)定,降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ( 3) 液位 液位特性的特點是負荷變化不大、滯后比較小、且在一定范圍內允許變化。 觀察該控制系統(tǒng),影響蒸發(fā)器液位高低的主要因素是稀液的流入量、濃縮液的流出量以及冷凝水的排出量。且容易實現(xiàn)對它的測量。 15 總體方案設計原則 系統(tǒng)控制方案設計在整個工程方案設計中占有十分重要的地位,一個控制系統(tǒng)的成功與否主要取決于是否有一個設計優(yōu)良的控制方案。 因此,為實現(xiàn)此目的,設計加熱爐裝置的控制方案時,應遵循以下基本原則: ( 1)滿足要求 最大限度地滿足被控對象的控制要求,這是設計該控制系統(tǒng)的首要前提,也是設計中最重要的一條原則。 ( 2)安全可靠 保證控制系統(tǒng)長期運行的安全、可靠、穩(wěn)定,是設計中的重要原則。 ( 3)經濟實用 在滿足控制要求的前提下,力求控制系統(tǒng)簡單、經濟、實用、維護方便。本參賽隊以上述原則為基本出發(fā)點,根據蒸發(fā)器生產工藝要求,對蒸發(fā)器進行控制方案設計。 基礎過程控制系統(tǒng) (BPCS) 基礎過程控制系統(tǒng)設計原則 一、控制方案設計原則 控制方案的設計遵循合理性、可行性原則,即所設計的控制方案一 定是經過驗證可以實施的。 16 二、控制閥選型原則 ( 1)閥門開閉形式選擇原則 對于一個具體的控制系統(tǒng)來說,究竟選擇氣開閥還是氣閉閥,要由具體的生產工藝來決定。 ② 從保證產品質量出發(fā),當調節(jié)閥處于無能源狀態(tài)而回復到初始位置時,不應降低產品的質量。 ④ 從介質的特點考慮。不過,如遇到下面兩種情況時,在調節(jié)閥開、閉形式的選擇上需要加以注意。如果出現(xiàn)這種情況,需要與工藝專業(yè)人員認真分析、仔細協(xié)商、分清主次、權衡利弊、慎重選擇。 (2) 閥門流量特性選擇原則 調節(jié)閥的流量特性指流過調節(jié)閥的流量與閥桿行程之間的函數(shù)關系。固有流量特性是調節(jié)閥兩端壓降恒定時的流量特性,亦稱為理想流量特性。調節(jié)閥出廠所提供的流量特性是理想流量特性。圖 所示為調節(jié)閥的流量特性曲線,可以看出流過調節(jié)閥的流量隨調節(jié)閥開度的變化曲線,其中 1 為線性流量特性, 2 為等百分比流量特性, 3 為快開流量特性。所以在調節(jié)閥流量特性選擇時,先選好工作流量特性,然后根據壓降比 S 來確定理想流量特性。 選擇調節(jié)閥工作流量特性的目的是通過調節(jié)閥調節(jié)機構的增益來補償因對象增益變化而造成的開環(huán)總增益變化的影響。為使 K 開恒定,需用調節(jié)閥增益 Kv2 的變化補償過程對象增益 K p。 對于流量控制回路,被 控變量與操縱變量相同,都為流量,所以流量對象 K p=1。若使用差壓變送器而又沒有加開方器時,變送器輸出與壓差成正比,即 YM=KQ2; KM=d Y/d Q=2KQ,使KM K p 與流量 Q 成正比,為補償該非線性關系,應選擇 Kv2 與流量 Q 的倒數(shù)成正比的調節(jié)閥流量特性,即選用快開調節(jié)閥。 當 S 時,應選理想流量特性與所需工作流量特性相同;當 S 時,應該采用特殊的低 S 調節(jié)閥;當 S 時,對應關系如表 21 所示。反之,如果系統(tǒng)是正反饋,那么系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,一旦遇到干擾,過渡過程將會發(fā)散。在控制回路中,對象、調節(jié)閥、測量變送裝置和偏差環(huán)節(jié)的符號是很容易確定的,這樣就可以確定控制器的正反作用。 四、控制器規(guī)律選擇原則 工業(yè)過程中常見的控制規(guī)律有開關控制、比例控制、比例 積分控制、比例 微分控制、比例 積分 微分控制等。有一些基本原則可以在選擇時加以考慮: 對于不太重要的參數(shù),可以考慮采用比例控制,甚至采用開關控制; 對于不太重要的參數(shù),但是慣性較大,又不希望動態(tài)偏差較大,可考 慮采
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