结构推理 在不少小型石油化工厂的氨冷器控制中,为了稳定被冷却物料的出口温度,只设置了液位控制系统,如图所示。试说明该方案的控制机理及存在问题,并提出改进方案。确定控制阀的气关、气开型式及控制器的正、反作用。 (1)
【正确答案】解该方案中只设置了液氨的液位控制系统,不直接设置温度控制系统。它是采用恒定传热面积的方法来使传热量平稳,从而达到稳定被冷却物料出口温度的目的。这种控制方案的特点是结构简单,又能保证一定的汽化空间,使气氨中不夹带液氨,保证生产安全,在负荷比较稳定时,这样也可以达到出口温度平稳的要求。但它的不足之处在于不能直接反映出被冷却物料的出口温度,对于温度控制来说,它实际上是一个开环系统。在负荷变动较大且工艺对出口温度要求较高的场合,这种控制方案是不能满足要求的。 为了改进控制质量,可以设计以被冷却物料的出口温度为主变量,以氨冷器中液氨的液位为副变量的串级控制系统,其原理图见图(1) (2) 控制方案能及时克服由于液氨压力(流量)变化引起液位的变化,又能在负荷有较大变动时,仍能保持出口物料的温度恒定。 当然,这种控制方案不能完全保持液位恒定,在负荷大范围变化时,液位有可能超过规定的范围。所以在负荷变化很大且对气氨质量要求较高的场合,仍应对液位采取一些保护性措施或采用选择性控制系统。 图(3)所示为温度与液位的选择性控制系统。在正常工况下,温度控制器TC工作,根据被冷却物料的出口温度来改变液氨的进入量。只有在异常工况下,氨冷器内的液位超过极限值时,液位控制器LC取代了温度控制器TC的工作,以保证液位不超过安全极限性。 上述两控制器的相互取代是通过低选器LS实现的。 对于氨冷器的控制,为了安全,即保证氨冷器内液氨液位不至于过高,控制阀应选择气开式。这样当一旦气源断气时,控制阀自动关闭,液氨停止进入,使液位不会过高,气氨中不会带液,保证了后续设备(氨压缩机)的安全。 在控制阀已选定为气开式后,图(1)所示的液位控制系统中LC应为反作用。图(2)所示的温度-液位串级控制系统中的主控制器TC应为正作用,副控制器HC应为反作用。 图(3)所示的温度-液位选择性控制系统中,温度控制器TC应为正作用,液位控制器应为 反作用。
【答案解析】