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

 

,        (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.

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);

 

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.

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.

 

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