蒸馏塔串级控制

本系统为了较好的达到控制目标， 采用如图所示的提馏段温度串级控 制系统。副调节器QC2根据加热蒸 汽流量信号控制调节阀，这样就可 以在加热蒸汽压力波动的情况下， 仍能保持蒸汽流量稳定。但副调节 器QC2的给定值则受主调节器θC1的 控制，后者根据温度θ改变蒸汽流量 给定值Qr，从而保证在发生进料方 面的扰动的情况下，仍能保持温度θ 满足要求。用这个方法以非常有效 地克服蒸汽压力波动对于温度θ的影 响，因为流量自稳定系统的动作很 快，蒸汽压力变化所引起的流量波 动在2至3s以内就消除了，而这样短 暂时间的蒸汽流量波动对于温度θ的 影响是很微小的。
控制规律选择
在这个系统中，对主变量（温度） 的控制要求不高，但是，系统要求 副变量（蒸汽流量）能够快速、准确地 跟随主控制器的输出而变化。故主 控制器可以选择P作用，而副控制 器应选择PI作用。
• 执行器选择 • 执行器在控制系统中的作用是接受来自 控制器的控制信号，通过其本身开度的变 化，从而达到控制流量的目的。 • 精馏塔的回流控制阀应在故障时全开来 保证全回流，所以选择气关阀。 • 本系统采用电/气阀门定位器与气动执行 机构配套使用来控制阀门开度。
进 料 Qr θC 1 Q C2 加 热 蒸 汽 Q
θr θ
塔底部
再沸器
串级控制系统方块图如图2-4所示，它有俩个闭环系统：副环是流量自稳定系统， 串级控制系统方块图如图 所示，它有俩个闭环系统：副环是流量自稳定系统，主 所示 环是温度控制系统。 环是温度控制系统。 主参数：塔底物料温度θ 主参数：塔底物料温度θ 副参数：加热蒸汽流量Q 控制量：蒸汽阀开度 一次扰动D1：加热蒸汽压力的波动对θ的扰动。 二次扰动D2：来自液相加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度和组分等
• 调节机构选择 • 调节阀选用直通单座调节阀，器阀体内 只有一个阀芯和一个阀座。其特点是结构 简单、泄露量小（甚至可以完全切断）和 允许压差小。 • 温度变送器的选择 • 根据测量精度和测量范围等要求，选用K 型镍铬-镍硅热电偶为温度传感器。
• 流量变送器选择 • 由于需要检测流量的介质为加热蒸汽， 所以可以考虑选用靶式流量变送器DBLB矢 量靶式流量变送器，在自动调节系统中， 主要用于检测，适用于测量一般液体及气 体的流量。将被测量值转换为4～20mA直 流信号输出。
进料 θ θC 1 加热 蒸汽 塔底部 再沸器
• 串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同， 就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环） 则为一个随动系统。以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中， 副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出 口温度的“细调”任务。与单回路控制系统相比，串级控制系统多 用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多 （对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效 果却有显著的提高。其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二 次扰动的副回路，使系统有如下几点的改善： • ①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。 • ②对二次扰动有很强的克服能力。 • ③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能 力。 • 综上所述，根据系统工艺要求，决定在系统设计中采用闭环串级控 制方式。
工作过程
• • • • • • 参照前述ppt： 主参数：塔底物料温度θ 副参数：加热蒸汽流量Q 控制量：蒸汽阀开度 副回路扰动D1：加热蒸汽压力的波动对θ的扰动。 主回路扰动D2：来自液பைடு நூலகம்加料方面的各种干扰，包括它的流量、温度 和组分
进料 Qr θr θ θC 1
加热 蒸汽
Q
QC 2
塔底部
再沸器
控制器选择
• 副控制器的作用方向 ： 工艺上要求副调节器为反向作用， 确定调节器的作用方向，只要看调节器的输入偏差信号变 化方向与工艺要求调节器的输出信号的变化方向是否一致， 两者方向一致，则调节器为正向作用，两者方向相反，则 调节器为反作用 • 主控制器的作用方向 ： 主调节器的作用方向，应在副调 节器的作用确定以后，再根据工艺要求来确定。因为副调 节器直接控制执行器，要保证执行器正确动作。在主调节 器输入偏差增大（或减小）时，要求主调节的输出信号增 大（或减小），因此主调节的作用为正向作用。
控制方案的确定
精馏塔底部示意图：在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与 下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度θ。 保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。 从调节阀的做到温度θ发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热 蒸汽压力的波动对θ的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰， 包括它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中 传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度θ。很明显当加热 蒸汽压力波动较大时，如果采用如图2-1所示的简单单回路温度控制系统，调 节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。
精馏塔釜温度与蒸汽流量串级 控制系统
系统简介
• 精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏 塔的控制直接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗，因此精 馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多 输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要 求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结 构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行 自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质 量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情 况为了更好实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。 • 按提馏段指标的控制方案：当塔釜液为主要产品时，常常按提馏 段指标控制。如果是液相进料，也常采用这类方案。这是因为在液位 相进料时，进料量的变化，首先影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段 塔板上的温度不能很好地反映浓度的变化，所以采用提馏段控制温度 比较及时。另外如果对釜底出料的成分要求高于塔顶出料，塔顶或精 馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几倍最小 回流比时，可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指 标，而以改变再沸器加热量作为控手段的方案，就是提馏段温控。
Matlab仿真参数
• • • • • • • • • • • • 主控制器传递函数 副控制器传递函数 设定标准值为1300 干扰40%即为520，在850s左右扰动信号 单回路中：控制器选择PI控制 参数的整定：P为0.45 I为1/120 串级中：主控制器选择PID控制，副控制器选择P作用 参数的整定：主控制器P为2.1 I为1/28 D为1/75 副控制器P为0.2 一次干扰：单回路调节时间大约500s，串级回路大约250s 二次干扰：单回路调节时间大约700s，串级回路大约300s 一次和二次干扰：单回路调节时间大约600s，串级回路大约280s
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