Автоматизация основных процессов химической
Технологии
Автоматизация гидромеханических процессов
Автоматизация процессов перемещения жидкостей и газов.
Процессы перемещения жидкостей и газов и процессы разделения и очистки неоднородных 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 заданной производительности.
Рис. 4.1. Характеристика центробежного насоса
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 Fl.
Кривая 4 соответствует наименьшему гидравлическому сопротивлению и наибольшей производительности F3,
Таким образом, дросселируя поток можно изменить производительность насоса. Этот метод регулирования производительности насоса не является экономичным вследствие дополнительных 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 повышается суммарное гидравлическое сопротивление линии, и расход жидкости уменьшается до заданного значения
Рисунок 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
Рисунок 4.3 - Схема стабилизации производительности поршневых насосо: 1 - паровая машина; 2 — поршневой насос.
В случае применения объемных поршневых насосов давление, обуславливающее перемещение жидкости, создается при периодическом вытеснении из замкнутого объема возвратно-поступательно движущимся поршнем. Производительность поршневого насоса практически постоянна и не зависит от напора. Поршневые насосы приводятся в действие паровыми машинами или электродвигателями.
Производительность поршневого насоса с паровым приводом регулируемся изменением подачи пара в цилиндр привода. Для этого на паропроводе устанавливают клапан, при открытии проходного сечения которого к приводу насоса будет подаваться различное количество пара, определяющее число ходов поршня насоса и тем самым изменяя его производительность. Управляющее воздействие на клапан подают от регулятора расхода, а чувствительный элемент системы устанавливают на нагнетательной линии насоса. По сравнению с дросселированием это более рациональный метод.-
Рисунок 4.4 - Каскадная система регулирования производительности поршневых насосов. 1 - паровая машина; 2 - поршневой насос.
При часто и резко изменяющемся давлении пара применяют каскадную систему регулирования давления пара с коррекцией по расходу нагнетаемого продукта.
Регулирование производительности поршневых насосов с приводом от электродвигателя осуществляется путем перепуска части жидкости с нагнетательной линии на всасывающую.
Рисунок 4.5 - Схема регулирования производительности поршневого насоса с электроприводом
Таким же образом регулируют производительность шестеренчатых и лопастных насосов. Производительность центробежных компрессоров (газодувок) стабилизируется системами с клапаном, установленом на всасывающей линии.
Рис. 4.6. Схема регулирования производительности центробежного компрессора (газодувки) с противопомпажной защитой
Такие компрессоры неустойчиво работают в области помпажа, характеризующийся наличием больших давлений и малых расходов: при работе в этой области уменьшение потребления 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 области помпажа.
Рисунок 4.7 - Структурная схема производительности работы поршневых компрессоров.
Для обеспечения работы компрессора в этих условиях необходимо иметь противопомпажную 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 обусловит увеличение производительности компрессора, снижение давления в нагнетательной линии и повышение давления во всасывающей линии, что предотвратит помпаж компрессора.
Регулирование производительности поршневых компрессоров, развивающих большие 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.