Регулирование уровня

Лекция №6. Регулирование уровня Уровень является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате. Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток жидкости равен стоку, и скорость изменения уровня равна нулю. Следует отметить, что “приток” и “сток” здесь являются обобщенными понятиями. В простейшем случае, когда в аппарате не происходят фазовые превращения (сборники, промежуточные ёмкости, жидкофазные реакторы), приток равен расходу жидкости, подаваемой в аппарат, а сток – расходу жидкости, отводимой из аппарата. В более сложных процессах, сопровождающихся изменением фазового состояния веществ, уровень является характеристикой не только гидравлических, но и тепловых и массообменных процессов, а приток и сток учитывают фазовые превращения веществ. Такие процессы протекают в испарителях, конденсаторах, выпарных установках, ректификационных колоннах и т.п. В общем случае изменение уровня описывается уравнением вида S dL  GВХ  GВЫХ  GОБ dt , (3.11) где S – площадь горизонтального (свободного) сечения аппарата; GВХ, GВЫХ - раcходы жидкости на входе в аппарат и выходе из него; GОБ количество жидкости, образующейся (или расходуемой) в аппарате в единицу времени. В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из следующих двух способов регулирования: 1) позиционное регулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких пределах: LН  L  LВ. Такие системы регулирования устанавливают на сборниках жидкости или промежуточных емкостях (рис. 3.8). При достижении предельного значения уровня происходит автоматическое переключение потока на запасную ёмкость. LC 4 6 5 3 LE 2 1 Рис. 3.8. Пример схемы позиционного регулирования уровня: 1-насос; 2- аппарат; 3- сигнализатор уровня; 4 – регулятор уровня; 5, 6 - регулирующие клапаны 2) непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на заданном значении, т.е. L = L0. При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нём регулируют одним из трёх способов: изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование “на притоке”, рис. 3.9, а); изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование “на стоке”, рис. 3.9,б); регулирование соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР, рис.3.9, в); FE 3 2 LC 1 LC LC 1 1 FE FEC 5 2 2 а б в 4 Рис. 3.9. Схемы непрерывного регулирования уровня: а - регулирование “на притоке”; б – регулирование “на стоке”;в – каскадная АСР; 1 – регулятор уровня; 2 – регулирующий клапан; 3,4 – измерители расхода; 5 – регулятор соотношения. Отключение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расхода жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны друг другу и вследствие интегрирующих свойств объекта уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать). В случае, когда гидродинамические процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, можно регулировать уровень изменением подачи теплоносителя (или хладоагента), как это показано на рис. 3.10. В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования уровня в каждом конкретном случае должен выполняться с учётом остальных контуров регулирования. Пар 2 3 1 LC Греющий пар Жидкость Особое место в системах регулирования уровня занимают АСР уровня в аппаратах с кипящим (псевдожиженным) слоем зернистого материала. Устойчивое поддержание уровня кипящего слоя возможно в достаточно узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя. При значительных колебаниях расхода газа (или расхода зернистого материала) наступает режим уноса слоя или его оседания. Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особенно высокие требования. В качестве регулирующих воздействий используют расход зернистого материала на входе или выходе аппарата (рис. 3.11, а) или расход газа на ожижение слоя (рис. 3.11, б).Рис. 3.10. Схема регулирования уровня в испарителе: 1 – испаритель; 2- регулятор уровня; 3 – регулирующий клапан. Зернистый Зернистый Материал Материал 1 LC Газ 2 2 LC 3 а 1 3 б Газ ) Рис. 3.11. Регулирование уровня )кипящего слоя: а – отводом зернистого материала; б – изменением расхода газа; 1- аппарат с кипящем слоем; 2 – регулятор уровня; 3 – регулирующий орган