Автоматизация гидромеханических процессов

 

 

4.1.Автоматизация процессов перемещения жидкостей и газов.

 

Процессы перемещения жидкостей и газов и процессы разделения и очистки неодно-родных систем относят к гидромеханическим процессам.

В химической промышленности для транспортировки жидкостей по трубопроводам наиболее часто применяют:

1. Центробежные насосы.

 

2. Поршневые насосы.

 

Для перемещения газов применяют поршневые компрессоры.

 

Регулирование работы насосов и компрессоров обычно состоит в поддержании их за-

 

Данной производительности.

 

 

Характеристика центробежного насоса (зависимость между развиваемым напором L и производительностью F) рис. 4.1.

 

Кривая 1 характеристика центробежного насоса.

 

Кривые 2-4 характеристики местных гидравлических сопротивлений нагнетательного трубопровода.

Кривая 2 соответствует наибольшему гидравлическому сопротивлению и наименьшей производительности насоса F ₁.

 

Кривая 4 соответствует наименьшему гидравлическому сопротивлению и наибольшей производительности F _{3 .}

 

Таким образом, дросселируя поток можно изменить производительность насоса. Этот метод регулирования производительности насоса не является экономичным вследствие до-полнительных потерь энергии, обуславливаемых гидравлическим сопротивлением дросселя, однако этот метод отличается простотой, поэтому его часто используют.

Чувствительный элемент АСР, например диафрагма, монтируется на нагнетательной линии перед клапаном, что обеспечивает меньшую колебательность процесса регулирования. При увеличении расхода жидкости проходное сечение клапана уменьшается, при этом повы-

 

 

шается суммарное гидравлическое сопротивление линии, и расход жидкости уменьшается до

 

заданного значения.

 

FRC

 

FE

 

Сечение

клапана Расход (дросселя)

 

 

Рис. 4.2. Схема регулирования производительности центробежных насосов.Дросселировать линию всасывания центробежных насосов не рекомендуется, т. к. это

 

вызывает кавитацию, которая приводит к быстрому разрушению насоса, а также к резкому понижению производительности и напора насоса. Клапан на нагнетательной линии насоса может работать и от регуляторов других величин, что определяется требованиями технологии.

FRC

Пар

1

2

FE

Конденсат

Сечение

Количество

Число ходов

Расход

клапана

k 1

пара

k

2

поршня

k 3

Количество

Число ходов

Расход

пара

k 2

поршня

k

3

 

Рис. 4.3. Схема стабилизации производительности поршневых насосов.

 

1 –паровая машина; 2 –поршневой насос.

 

В случае применения объемных поршневых насосов давление, обуславливающее пе-ремещение жидкости, создается при периодическом вытеснении из замкнутого объема воз-вратно-поступательно движущимся поршнем. Производительность поршневого насоса прак-тически постоянна и не зависит от напора. Поршневые насосы приводятся в действие паровы-ми машинами или электродвигателями.

Производительность поршневого насоса с паровым приводом регулируемся изменени-ем подачи пара в цилиндр привода. Для этого на паропроводе устанавливают клапан, при от-крытии проходного сечения которого к приводу насоса будет подаваться различное количест-во пара, определяющее число ходов поршня насоса и тем самым изменяя его производитель-

 

ность. Управляющее воздействие на клапан подают от регулятора расхода, а чувствительный

элемент системы устанавливают на нагнетательной линии насоса. По сравнению с дроссели-

рованием это более рациональный метод.

При часто и резко изме-

PRC

няющемся давлении

пара при-

Стабилизирующий

Корректирующий

меняют каскадную систему ре-

Пар

регулятор

регулятор ^FRC

гулирования

давления

пара

с

1

2

коррекцией

по

расходу

Конденсат

FE

нагнетаемого продукта.

Регулирование

произво-

дительности поршневых насосов

Рис. 4.4. Каскадная система регулирования производи-

с приводом от электродвигателя

тельности поршневых насосов.

осуществляется путем перепуска

1 –паровая машина; 2 –поршневой насос.

части жидкости с нагнетатель-

FRC

ной линии на всасывающую. Та-

ким

же

образом

регулируют

производительность

шестерен-

FE

чатых и лопастных насосов.

Производительность цен-

Рис. 4.5. Схема регулирования производительности порш-

тробежных компрессоров (газо-

невого насоса с электроприводом.

дувок)

стабилизируется

систе-

К ресиверу

FRC

мами с клапаном, установлен-

ном на всасывающей линии.

PRC

К потребителю

Такие компрессоры неус-

FE

тойчиво

работают

в

области

PE

помпажа,

характеризующийся

наличием

больших

давлений

и

Рис. 4.6. Схема регулирования производительности цен-

малых

расходов: при

работе

в

тробежного компрессора (газодувки) с противопомпажной

этой области уменьшение по-

защитой.

требления газа приводит к кратковременному изменению потока направления газа. При этом

возникают большие колебания давления газа, которые могут вызвать поломку компрессора.

Однако коэффициент полезного действия компрессора имеет наибольше значение вблизи об-

ласти помпажа.

 

 

Число ходов поршня

 

Дросселирование потока

Производительность (расход)

 

Байпасирование

 

 

Рис. 4.7. Структурная схема производительности работы поршневых компрессоров.

 

Для обеспечения работы компрессора в этих условиях необходимо иметь противопом-пажную автоматическую защиту.

В качестве такой защиты может использоваться система сброса части сжатого газа в ресивер при уменьшении его расхода в линию к потребителю. При приближении к области помпажа регулятор расхода откроет клапан, установленный на линии к ресиверу. Это обусло-вит увеличение производительности компрессора, снижение давления в нагнетательной линии

и повышение давления во всасывающей линии, что предотвратит помпаж компрессора. Регулирование производительности поршневых компрессоров, развивающих боль-

 

шие давления, обычно осуществляется методом перепуска части газа с нагнетательной линии во всасывающую по байпасному трубопроводу.

Работа такой системы регулирования в значительной степени облегчается меньшей пульсацией давления вследствие сжимаемости газов.

 

4.2.Автоматизация разделения и очистки неоднородных систем.

 

Разделение жидких систем в химической промышленности производят в отстойниках, фильтрах и центрифугах, а очистку газовых систем – в циклонах, фильтрах, скрубберах, элек-трофильтрах.

Регулирование отстойников заключается в поддержании на минимально возможном значении концентрации твёрдой фазы в осветлённой жидкости при изменении расхода исход-ной суспензии и концентрации твёрдой фазы (ценного продукта) в суспензии. Для этого под-бирают диаметр отстойника, чтобы время нахождения жидкой фазы в аппарате превышало время, необходимое для оседания твёрдых частиц в бункере. Осветлённая жидкость выводит-ся из отстойника благодаря переливу, а граница раздела зон осаждения и уплотнения поддер-живается на постоянной высоте регулятором уровня, воздействующим на расход сгущённой суспензии.

 

Для фильтрации жидких неоднородных систем с большой производительностью при-меняют барабанные, дисковые, карусельные и ленточные вакуум-фильтры. Регулирование процесса фильтрования имеет своей задачей получение минимальной возможной влажности осадка при изменении концентрации и расхода суспензии, вязкости осадка, дисперсного со-става твёрдых частиц. При использовании, например, барабанных фильтров обычно регули-руют уровень суспензии в ванне, изменяя поступление исходной суспензии. Осадок снимается

 

с барабана ножом. В случае необходимости толщина осадка регулируется путём изменения степени вакуумирования или скорости вращения барабана.

Центрифугирование жидких систем осуществляется в разнообразных по конструкции отстойных или фильтрующих центрифугах. На этот процесс воздействуют те же основные возмущения, что и на процесс фильтрации; цели регулирования так же одинаковы. Для дос-тижения минимально возможной влажности осадка применяют центрифуги с высокой разде-ляющей способностью, обеспечивающей требуемое качество разделения при значительных колебаниях возмущений. При центрифугировании регулированию в основном подлежит рас-ход исходной суспензии, что обеспечивает постоянную производительность аппарата. Фугат и осадок отводится путём свободного удаления.

Очистку газов от частиц пыли размером более 10 мкм проводят в циклонах. Циклоны чувствительны к колебаниям нагрузки по газу и рассчитываются на определённую производи-тельность по газу с допустимым содержанием в нём пыли. Если технологические условия по-зволяют, то нагрузку циклонов по газу стабилизируют.

Процесс фильтрования газовых систем в фильтрах заключается в прохождении запы-лённого газа через пористые перегородки, задерживающие на своей поверхности твёрдые час-тицы. Регулирование такого процесса заключается в поддержании на минимально возможном значении концентрации частиц твёрдого вещества в газе на выходе из фильтра.

 

Регенерация фильтрующих поверхностей, например, в рукавных фильтрах, произво-дится сжатым воздухом, периодически подаваемым через сопла в рукава с целью деформации фильтрующей ткани, приводящей к тому, что пыль с неё сбивается. Для этого регулируют пе-репад давления на фильтре. При достижении максимального значения позиционный регулятор выдаёт сигнал на продувку фильтра сжатым воздухом. Фильтр продувают до тех пор, пока пе-репад давления не снизится до минимального значения. Воздух на продувку должен поступать

с давлением, значение которого устанавливается отдельным регулятором. В связи с трудно-стью измерения перепада давления на фильтре (засорение импульсных трубок пылью) регене-рацию фильтрующих поверхностей проводят также по заранее заданной временной програм-ме, в которой устанавливается определённая длительность периодов фильтрации и регенера-ции. Такая программа реализуется с помощью командного прибора.