分享
詳情
現在流量控制的方法
流量控制和壓力控制之間的相互作用可以為工業應用創造新的製程方法。
在學校，工程師被教導流量控制和壓力控制是相關但不同的概念——控制流量側重於體積，而控制壓力側重於力。然而，在實際應用中，通常是兩者之間的相互作用為創新者提供了創建強大的新工藝方法的機會。近年來，這樣的機會變得更加令人興奮。流動化學和連續型製造的發展為計量和線上混合的穩態流量控制的長期傳統帶來了新的變化。進一步將流量控制擴展到液位控制、溫度控制、pH 控制甚至塗層重量控制。
壓力與流量控制之間的交互作用
隨著創新者不斷突破以適應各種製程，我們先來回顧流量控制和壓力控制系統如何整合以創建新的流程方法。下圖提供了相互作用的概覽，其中壓力控制有助於流量控制，然後流量控制用於直接應用或輔助其他變數的控制。如圖所示，壓力和流量通常會一起工作以實現指定的結果。在一種配置中，可以用恆定的供應壓力和可變的阻力（例如控制閥或電磁閥）來控制流量。在另一種配置中，可以透過將供應壓力改為固定阻力來實現流量控制。
恆定供應壓力下在不同的阻力來調節流量
透過多個步驟處理流體的大型製造工廠提供了流量控制的經典案例，其中將具有恆定供應壓力的流體發送到帶有流量計和控制閥的PID控制迴路。在這種情況下，工程師可以透過控制球形流量控制閥來變更流量。流量控制閥根據流量計和 PID 控制器進行調整，提供可變阻力以實現所需的流量設定點（下圖）。
恆定阻力下在不同的供應壓力來調節流量
噴漆系統提供了使用可變壓力和恆定阻力的範例（下圖）。有一個泵浦來保持流體塗料的循環，噴嘴需要施加各種壓力才能達到適當的流量。背壓閥通常用於控制再循環迴路中的壓力。噴嘴的阻力被認為是一個固定阻力，可以用流量係數或孔口等效值來近似。考慮到幾乎所有工業流體過程都是湍流（甚至是黏性塗料噴塗），流速可以近似為所施加壓力的平方根。微壓背壓閥提供可變壓力來控制流量。
直接流量控制應用與現代流動化學
上述穩態製程控制策略已在化學工業中用於計量和填充等過程中數十年。然而，在過去的 20 年裡，創新發展產生了利用流量和壓力控制之間相互作用的新方法。製藥、精細化工和農化行業使用精確的壓力和流量控制技術加速了從間歇式反應容器轉向在線混合和連續反應化學。這些發展得益於極其可靠和精確的科氏流量計以及對簡化和更靈活流程的渴望。在連續流動反應器過程中，反應物的精確流量控制可確保適當的比例控制以實現一致的反應，從而產生優質的最終產物。反應器系統專為平衡管理、停留時間和反應速度而設計。設計通常透過精密液體科氏質量流量計 (MFM) 和氣體質量流量控制器 (MFC) 來計量反應物。將流體計量加入反應器中，在該反應器中在線連續進行轉換。
在下圖範例中，透過與控制閥配對的液體科氏 MFM 以恆定壓力供應液體以控制流量。同時，恆定供應壓力的氣體透過氣體 MFC 計量以控制流量。它們在反應器入口混合在一起並連續流過反應器。控制溫度以優化反應，可選用微壓背壓閥來提高反應速率或控制某些副產物的階段。這種設計可用於氫化等製程。類似的設計適用於線上產品混合，其中成分在現代穩態連續製造過程中計量和混合，以達到所需的成分比例。
控制流量以控制其他變數
進一步擴展壓力和流量控制的相互作用，流量控制可用於影響其他變量，如 pH 值、液位、溫度或塗層重量。
串級控制案例
串級控制使用兩個回授迴路，一個主要的外部控制迴路向次要的內部控制迴路發送一個設定點訊號。它們一起控制最終的製程變數。當內迴路對設定點變化做出快速反應並且控制對變化（液位、溫度、pH 值等）響應緩慢的主要外迴路時，串級控制效果很好。串級控制迴路通常被設計成二級內循環控制流量，一級外循環調整流量設定點以實現所需的最終製程變數。這種安排的優點是內循環將快速響應過程擾動並向外循環發送訊號，避免最終過程變數的大偏移。
pH串聯控制應用
在一個案例研究中，一個水處理設施正在設計一個 pH 值控制系統，將 CO2 噴射到水體中以控制水的 pH 值。 （請參閱下圖。）此應用涉及需要在較寬的流量範圍內控製質量流量以滿足不同體積的水，同時減少 CO2 注入和水的 pH 值變化之間的時間延遲。
pH值的設定點是在可程式邏輯控制器 (PLC) 中建立的。水中的 pH 計會向 PLC 發送訊號，PLC 會調整 MFC 的設定值以達到目標 pH。 MFC 中廣泛的流量控制允許系統設計適用於各種水箱尺寸，而 MFC 的通訊功能促進了與 PLC 的輕鬆配對。
溫度串控制
冷卻控制迴路在化學過程和製造工廠中無所不在，用於控制各種系統中的溫度。從釀造或發酵室到化學製造工廠，甚至資料中心冷卻，溫度控制都是一個重要的製程變數。即使在嚴格的操作視窗內，精確的冷卻液流量控制也有助於保持準確的製程溫度。在典型的冷卻或冷卻器迴路中，冷卻流體以維持目標溫度的流速輸送到製程。在某些設計中可以使用微壓背壓閥來控制再循環迴路中的冷卻流體壓力來控制流量，如上圖的噴嘴範例所示。透過恆定孔口的可變壓力提供適當的流量，該流量串級以控制最終溫度的過程。製程溫度向壓力控制迴路發送訊號，壓力控制迴路變化以調節流量以保持溫度受控。由於精度在此類冷水機組迴路壓力控制系統中尤其重要，因此帶有壓力比例閥的圓頂加載直接密封隔膜閥是理想的解決方案。隨著溫度需求的變化或溫度設定點的變化，圓頂負載的直接密封隔膜閥會快速調整以保持冷卻液流量控制，使溫度保持在目標值。
結語
雖然其中許多範例為經驗豐富的製程工程師所熟悉，但流量控制閥、壓力比例閥、儀表和自動化系統的持續改進正在創造突破性的機會。透過重新檢查流量和壓力相互作用的方式，通常可以想像使用可用控制組件的新方法和創新方法來滿足具有挑戰性的應用要求，並為世界一流的製造開發改進系統。
希望您喜歡這篇內容，若想進一步了解我們的產品，歡迎點選網址或來電洽詢，期盼我們能為您找到適合的產品。
流量控制和壓力控制之間的相互作用可以為工業應用創造新的製程方法。
在學校，工程師被教導流量控制和壓力控制是相關但不同的概念——控制流量側重於體積，而控制壓力側重於力。然而，在實際應用中，通常是兩者之間的相互作用為創新者提供了創建強大的新工藝方法的機會。近年來，這樣的機會變得更加令人興奮。流動化學和連續型製造的發展為計量和線上混合的穩態流量控制的長期傳統帶來了新的變化。進一步將流量控制擴展到液位控制、溫度控制、pH 控制甚至塗層重量控制。
壓力與流量控制之間的交互作用
隨著創新者不斷突破以適應各種製程，我們先來回顧流量控制和壓力控制系統如何整合以創建新的流程方法。下圖提供了相互作用的概覽，其中壓力控制有助於流量控制，然後流量控制用於直接應用或輔助其他變數的控制。如圖所示，壓力和流量通常會一起工作以實現指定的結果。在一種配置中，可以用恆定的供應壓力和可變的阻力（例如控制閥或電磁閥）來控制流量。在另一種配置中，可以透過將供應壓力改為固定阻力來實現流量控制。
恆定供應壓力下在不同的阻力來調節流量
透過多個步驟處理流體的大型製造工廠提供了流量控制的經典案例，其中將具有恆定供應壓力的流體發送到帶有流量計和控制閥的PID控制迴路。在這種情況下，工程師可以透過控制球形流量控制閥來變更流量。流量控制閥根據流量計和 PID 控制器進行調整，提供可變阻力以實現所需的流量設定點（下圖）。
恆定阻力下在不同的供應壓力來調節流量
噴漆系統提供了使用可變壓力和恆定阻力的範例（下圖）。有一個泵浦來保持流體塗料的循環，噴嘴需要施加各種壓力才能達到適當的流量。背壓閥通常用於控制再循環迴路中的壓力。噴嘴的阻力被認為是一個固定阻力，可以用流量係數或孔口等效值來近似。考慮到幾乎所有工業流體過程都是湍流（甚至是黏性塗料噴塗），流速可以近似為所施加壓力的平方根。微壓背壓閥提供可變壓力來控制流量。
直接流量控制應用與現代流動化學
上述穩態製程控制策略已在化學工業中用於計量和填充等過程中數十年。然而，在過去的 20 年裡，創新發展產生了利用流量和壓力控制之間相互作用的新方法。製藥、精細化工和農化行業使用精確的壓力和流量控制技術加速了從間歇式反應容器轉向在線混合和連續反應化學。這些發展得益於極其可靠和精確的科氏流量計以及對簡化和更靈活流程的渴望。在連續流動反應器過程中，反應物的精確流量控制可確保適當的比例控制以實現一致的反應，從而產生優質的最終產物。反應器系統專為平衡管理、停留時間和反應速度而設計。設計通常透過精密液體科氏質量流量計 (MFM) 和氣體質量流量控制器 (MFC) 來計量反應物。將流體計量加入反應器中，在該反應器中在線連續進行轉換。
在下圖範例中，透過與控制閥配對的液體科氏 MFM 以恆定壓力供應液體以控制流量。同時，恆定供應壓力的氣體透過氣體 MFC 計量以控制流量。它們在反應器入口混合在一起並連續流過反應器。控制溫度以優化反應，可選用微壓背壓閥來提高反應速率或控制某些副產物的階段。這種設計可用於氫化等製程。類似的設計適用於線上產品混合，其中成分在現代穩態連續製造過程中計量和混合，以達到所需的成分比例。
控制流量以控制其他變數
進一步擴展壓力和流量控制的相互作用，流量控制可用於影響其他變量，如 pH 值、液位、溫度或塗層重量。
串級控制案例
串級控制使用兩個回授迴路，一個主要的外部控制迴路向次要的內部控制迴路發送一個設定點訊號。它們一起控制最終的製程變數。當內迴路對設定點變化做出快速反應並且控制對變化（液位、溫度、pH 值等）響應緩慢的主要外迴路時，串級控制效果很好。串級控制迴路通常被設計成二級內循環控制流量，一級外循環調整流量設定點以實現所需的最終製程變數。這種安排的優點是內循環將快速響應過程擾動並向外循環發送訊號，避免最終過程變數的大偏移。
pH串聯控制應用
在一個案例研究中，一個水處理設施正在設計一個 pH 值控制系統，將 CO2 噴射到水體中以控制水的 pH 值。 （請參閱下圖。）此應用涉及需要在較寬的流量範圍內控製質量流量以滿足不同體積的水，同時減少 CO2 注入和水的 pH 值變化之間的時間延遲。
pH值的設定點是在可程式邏輯控制器 (PLC) 中建立的。水中的 pH 計會向 PLC 發送訊號，PLC 會調整 MFC 的設定值以達到目標 pH。 MFC 中廣泛的流量控制允許系統設計適用於各種水箱尺寸，而 MFC 的通訊功能促進了與 PLC 的輕鬆配對。
溫度串控制
冷卻控制迴路在化學過程和製造工廠中無所不在，用於控制各種系統中的溫度。從釀造或發酵室到化學製造工廠，甚至資料中心冷卻，溫度控制都是一個重要的製程變數。即使在嚴格的操作視窗內，精確的冷卻液流量控制也有助於保持準確的製程溫度。在典型的冷卻或冷卻器迴路中，冷卻流體以維持目標溫度的流速輸送到製程。在某些設計中可以使用微壓背壓閥來控制再循環迴路中的冷卻流體壓力來控制流量，如上圖的噴嘴範例所示。透過恆定孔口的可變壓力提供適當的流量，該流量串級以控制最終溫度的過程。製程溫度向壓力控制迴路發送訊號，壓力控制迴路變化以調節流量以保持溫度受控。由於精度在此類冷水機組迴路壓力控制系統中尤其重要，因此帶有壓力比例閥的圓頂加載直接密封隔膜閥是理想的解決方案。隨著溫度需求的變化或溫度設定點的變化，圓頂負載的直接密封隔膜閥會快速調整以保持冷卻液流量控制，使溫度保持在目標值。
結語
雖然其中許多範例為經驗豐富的製程工程師所熟悉，但流量控制閥、壓力比例閥、儀表和自動化系統的持續改進正在創造突破性的機會。透過重新檢查流量和壓力相互作用的方式，通常可以想像使用可用控制組件的新方法和創新方法來滿足具有挑戰性的應用要求，並為世界一流的製造開發改進系統。
希望您喜歡這篇內容，若想進一步了解我們的產品，歡迎點選網址或來電洽詢，期盼我們能為您找到適合的產品。