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.

Важно! Следует отметить, что «приток» и «сток» здесь являются обобщенными понятиями. В случае, когда в аппарате (сборники, смесители, промежуточные емкости, жидкофазные сооружения и проч.) не происходить фазовых превращений, приток равен расходу жидкости, подаваемой в аппарат, а сток – расходу жидкости, отводимой из аппарата. В технологических процессах, сопровождающихся изменением фазового состояния вещества, уровень является характеристикой не только гидравлических, но тепловых и массообменных процессов, а приток и сток учитывают фазовые превращения (испарение, конденсацию и проч.)

Изменение уровня L в аппарате с постоянной по высоте площадью поперечного сечения А в общем случае можно представить уравнением:

,

(6)

где F_вх и F_вых – приток и сток вещества соответственно с учетом химических и фазовых превращений.

В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из двух способов регулирования:

1) позиционное регулирование, при котором уровень в аппарате поддерживается в заданных, достаточно широких пределах ;

2) непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня на заданном значении L=L_зд.

Регулирование уровня применяют для автоматизации водонапорных, подпиточных, расширительных и других баков и резервуаров, а также для сигнализации переполнения или опорожнения емкостей.

Системы позиционного регулирования уровнем чаще всего устанавливают на сборниках жидкости (например, башенных водокачек) или на промежуточных емкостях (например, в резервуарах водоотливных насосных станций). Пример схемы позиционного регулирования уровня жидкости в аппарате показан на рис. 41. При достижении уровнем верхнего предельного значения поток автоматически переключается на резервную емкость: регулятор закрывает регулирующий клапан 3 и открывает клапан 4.

При отсутствии фазовых превращений в аппарате непрерывное регулирование уровня осуществляют одним из трех способов:

- изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке», рис. 42–а);

- изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке», рис. 42–б);

- каскадным регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и выходе из него, с коррекцией по уровню (рис. 42–в).

В случаях, когда процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, уровень можно регулировать изменением подачи теплоносителя. В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом основных контуров регулирования. Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень жидкости существенно влияет на тепловые процессы: например, в паровых теплообменниках уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена.

Особое место в системах регулирования уровня занимают САУ аппаратов с кипящим (псевдосжиженным) слоем сыпучего зернистого материала. Устойчивое поддержание уровня в сушилках кипящего слоя при сушке осадков сточных вод 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 особо высокие требования. В качестве управляющих воздействий используют расход зернистого материала осадка на входе или выходе из аппарата (рис. 43–а), или расход газа на ожижение слоя (рис. 43–б).