分程控制系统对调节阀的要求及实例

分程控制系统对调节阀的要求及实例

简单控制系统是一个调节器的输出带动一个调节阀动作,而分程控制系统的特点是一个调节器的输出同时控制几个工作范围不同的调节阀。例如一个调节阀在20~ 60kPa范围内工作，另一个调节阀在60-100kPa的范围内工作。分程控制系统方块图见图1。

1、动作原理

分程是靠阀门定位器或电一气阀门定位器来实现的。如某调节器的输出信号范围是0.02~0.1MPa气信号，要控制A、B两只调节阀，那么只要在A、B调节阀上分别装上气动阀门定位器，A阀上的定位器调整为:当输入0.02~0.06MPa时,输出为0.02~0.1MPa;而B阀上的定位器调整为:当输入0.06~0.1MPa时,输出为0.02~0.1MPa。即当调节器输出在0.02~0.06MPa时,A阀动作，而调节器输出在0.06~0.1MPa时,B调节阀动作，从而达到了分程的目的。

2、分程控制的应用

(1)采用几种根本不同的控制手段图2所示为间歇式化学反应器，每次加料完毕后，为引发化学反应,必须先进行加热。待反应开始后，由于产生大量的反应热，若不及时带走反应热,则反应会越来越剧烈，以致发生爆炸事故,所以要通入冷水降温，将热量带走。为此，设计了分程控制系统见图2.

(2)它由一个反作用调节器、气关式冷水调节阀A和气开式蒸汽调节阀B所组成。当调节器输出信号由20~60kPa变化时,A阀从全开至全关;当信号由60~100kPa变化时,B阀由全关至全开。两只调节阀的动作情况见图3。

反应与控制过程如下:加料后，反应开始前，反应器内温度低于设定值，反作用调节器输出信号增大，打开B阀，用加热蒸汽加热冷水变成热水,再通过夹套对反应器加热升温,促使反应开始,由于是放热反应,一旦反应进行，将产生反应热使反应温度迅速上升,当温度大于设定后,调节器的输出开始下降，渐渐关闭B阀，接着打开A阀，通入冷水,带走反应热量,直至把反应温度控制在设定值上

(3)扩大调节阀的可调范围在某些场合，调节手段虽然只有一种,但要求操纵变量的流量有很大的可调范围，例如大于100以上。而国产统一设计的调节阀的可调范围最大也只有30,满足了大流量就不能满足小流量，反之亦然。为此可采用两个大小并联使用，在小流量时用小阀，大流量时用大阀，这样就大大地扩大了可调范围。

这样分程后调节阀的可调范围比单个调节税阀的可调范围约增大了25.9倍，大大地扩展了可调范围，从而提高了控制质量。

例如:在中和反应过程中，若用中和pH =2的溶液所选用的调节阀,来中和PH=5的溶液时,阀门的开度要减小到原来的1%。显然，若只用一个调节阀是达不到控制要求的，为此，必须采用大、小两只调节阀进行并联使用,这样就构成了分程控制系统。图4和图5所示分别为大、小调节阀分程控制原理图和分程动作示意图。

3、分程控制系统对调节阀的要求

(1)关于流量特性的问题

因为在两只调节阀的分程点上，调节阀的流量特性会产生突变，这在大、小阀并联时更为突出。如果两只调节阀都是线性特性，情况更严重，见图6(a)。这种情况的出现对控制系统调节质量是十分不利的，解决办法有两个① 采用两只对数特性调节阀，这样从小阀向大阀过渡时，调节阀的流量特性相对要平滑些，见图6(b)所示。

②采用分程信号重叠的方法，如两个信号段可分为0.02~0.065MPa和0.055~0.1MPa,即不等于阀全开时，大阀已经小开了，这样流量特性会改善

(2)根据工艺要求选择同向或异向规律的调节阀

在分程控制系统中，调节阀的开关形式可分为两类。一类称同向规律调节阀,即随着调节阀输入信号的增加,两个阀门都是开大或关小，见图7。另一类称为异向调节阀，即随着调节阀输入信号的增加,一个阀门关闭,而另一个阀门开大，或者相反，见图8。

(3)泄漏量问题

分程控制系统中，尽量应使两只调节阀都无泄漏，特别是对大、小阀并联使用时，如果大阀的泄漏量过大，小阀将不能正常发挥作用，调节阀的流量可调范围仍然得不到增加。

(4)调节阀参数整定问题

当分程控制系统中两只调节阀分别控制两个操纵变量时，这两只阀所对应的通道特性可能差异很大,即广义对象特性差异很大。这时，调节器参数整定必须注意,需要兼顾两种情况,选取一组合适的调节器参数。

4.图例