换热器热流出口温度控制

1、毕业设计说明书Graduate Thesis论文题目：换热器热流出口温度控制学 院：电气工程学院摘要换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程 工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例 ,热流体和冷流体通过对流热传导 达到换热的目的 ,从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但由于目前 制造工艺的限制 ,控制方式的单一性 ,换热器普遍存在控制效果差 ,换热效率低的 现象 ,造成能源的浪费。 如何提高换热器的控制效果 ,提高换热效率 ,对于缓解我国 能源紧张的状况 ,具有长远的意义。 b5E2RGbCAP本课题来源于对SMPT1000实验平台换热器的研究，对于换热器热流

2、出口 温度的控制， 使用 PID 控制来进行调节， 通过不断的调整其参数， 确定一个比较 准确的参数值，通过调整冷水阀的开度调整其流量来控制热流的出口温度。 p1EanqFDPw本设计利用PCS7来完成整个系统自动控制，通过PCS7软件对系统进行硬 件和软件组态， 完成控制出口温度的编程， 最后通过人机界面监控维护控制系统 正常运行。 DXDiTa9E3d关键词 换热器;温度；PID控制;PCS7AbstractHeat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power en

3、gineering and other process industries. In the industry commonly used shell and tube heat exchanger, for example, the hot fluid and cold fluid heat transfer by convection heat transfer to achieve the purpose, so that the heat exchanger outlet temperature of the material to meet the needs of industri

4、al production. However, as the manufacturing process constraints, control unity, common heat exchanger control is poor, the phenomenon of low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control performance of the heat exchanger to improve heat transfer efficiency, to e

5、ase China's energy shortage situation, have long-term significance.RTCrpUDGiTThe design comes from the SMPT-1000 test platform research exchanger for heat exchanger outlet temperature control, the use of PID control to adjust, through continuous adjusting its parameters to determine a more accur

6、ate parameter values by adjusting opening of the cold water valve to control the flow of adjustment of the outlet temperature of the heat flow5.PCzVD7HxAThis design uses PCS7 to complete the system of automatic control by PCS7 software on the system hardware and software configuration, complete cont

7、rol of the outlet temperature of the programming, the last operating normally by HMI monitoring and control system.jLBHrnAILgKeywords Heat;temperature; PID control; PCS7摘 要 x.HAQX74J0XAbstract L.DIAYtRyKfE目 录 I.I.Zzz6ZB2Ltk第 1 章 绪论 0.d.vzfvkwMI11.1 换热器设备 0.r.qyn14ZNXI1.2 选题背景及意义 E0mxvxOtOco1.3 国内外研究

8、现状及发展史 1.SixE2yXPq51.4 本设计主要内容 3.6.ewMyirQFL1.5 本章小结 3.k.avU42VRUs第 2 章 系统工艺流程及算法控制 4.y6v3ALoS892.1 SMPT-1000实验平台及换热器 4M2ub6vSTnP22 换热器50YujCfmUCw2.2.1 高阶换热器 5.eUts8ZQVRd换热器工作原理 s5QsAEJkW5T2.3PID控希9 6GMslasNXkA2.3.1 PID 基本介绍 TI6rRGchYzg2.3.2 参数整定 9.7EqZcWLZNX2.3.3 主要功能和应用 1.1lzq7IGf02E2.4 控9系统的设计 1.

9、2. zvpgeqJ1hk2.4.1 温度控9特点 1.2NrpoJac3v12.4.2 换热器温度控9系统 1.21nowfTG4KI2.5 本章小结 1.4. fjnFLDa5Zo第3章基于PCS7实现系统控制 15tfnNhnE6e53.1 PCS7 简介HbmVN777sL3.2PCS7 作用V54jRB8Hs3.3 PCS7 控制系统结构1.683ICPA59W93.4 工程项目的建立 1m7ZkklkzaaP3.5 控制系统硬件设计与组态 1.8AVktR43bpw3.5.1 硬件系统组成 1O8RjBnOwCEd3.5.2 硬件选型选型以及通讯 129MiJTy0dTT3.5.3

10、 操作员站组态 2g0IiSpiue7A3.5.4 网络连接组态 2.1uEh0U1Yfmh3 .6软件组态 2.2.IAg9qLsgBX3.6.1 系统软件程序 2.2WwghWvVhPE3.6.2 与硬件地址的连接 2.3asfpsfpi4k系统报警软件程序 2o4oeyYZTjj13.7 人机界面创建 2.4BkeGuInkxI3.8 过程趋势画面的创建 2.5PgdO0sRlMo第 4 章控制系统的投运 2.73cdXwckm154.1运前的准备工作 2.7. h8c52WOngM4.2 副环参数整定 2.7. v4bdyGious4.3 主环参数整定 2.7. J0bm4qMpJ94

11、.4控制系统的仿真运行 2X8VauA9grYP4.4.1 热流出口温度 2.8bR9C6TJscw系统扰动测试 2p9N9LBDdtrd第 5 章 总结 3D1J8T7nHuGT参考文献 Q3F281D7bvUA谢 辞 34B47a9QFw9h第1章绪论1.1换热器概述换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递 的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备 之一。换热器按传热面的结构分类为以下几种：ix6iFA8xoX(1) 表面式换热器又称为间壁式换热器。在此类换热器中，温

12、度不同的两种 流体，在被一固体壁面分开的不同空间里流动。热流体放出的热量通过固体壁面传给冷流体。如列管式换热器，一种流体在管内(管程)流动，另一种流体在管 外壳程)流动。这类换热器类型多，应用广化工生产中所用换热器绝大多数 属于此类，如列管式换热器、夹套式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、板 式换热器等等。wt6qbkCyDE(2) 直接接触式换热器在这类换热器中，冷热两种流体直接接触进行换热。 这对工艺上允许两种流体混合的情况而言，既方便又有效，所用设备也较简单。 如凉水塔是用来冷却循环水的，在凉水塔内，空气与水直接接触进行换热。又如在气压冷凝器中，蒸汽与水直接接触使蒸汽冷凝等等。Kp5z

13、H46zRk(3) 蓄热式换热器该换热器是借助热容量较大的固体蓄热体(如耐火砖等)，将热量从高温流体传递给低温流体的热交换器。当蓄热体与高温流体接触时，从 高温流体处接受热量，蓄热体温度升高， 然后与低温流体接触，将热量传递给低 温流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。这类换热器结构较简单，可耐 高温，故常用于高温气体热量的利用或冷却。其缺点是设备体积较大，同时也难 免两种流体在一定程度上相混合。YI4HdOAA61换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备等近30多种产业，相互形成产业链条。1.2选题背景及意义近年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，温度已成为工业对象 控制中一种

14、重要的参数 热换器是化工和一些工业部门生产过程中主要的换热设 备，生产中通常对流体加热或冷却都要有热量交换，因而都需要换热器，随着科 研人员的不断发展和创新对能源的利用和开发。热换器在生活中的应用也日益增 进，在现在的工业生产换热器占有较大的份额。ch4PJx4BlI换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备等近30多种产业，相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在 500亿元左右，主 要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、 制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元，；电力冶金领域换热器市场规模在 80

15、亿元左右;船舶工业换热器市场规 模在40亿元以上;机械工业换热器市场规模约为 40亿元;集中供暖行业换热器市 场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导 体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电多晶硅生产等领域都 需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。qd3YfhxCzo近年来，跟着我国石化、钢铁等行业的快速发展，热交换器的需求水平大幅 上涨，但海内企业的供应能力有限，导致热交换器行业呈现供不应求的市场状态， 巨大的供应缺口需要入口来弥补3。我国能源利用率大约只有33%,其利用率还很 低，比发达国家低约10个百分点。国内换热器行业在节能增

16、效、提高传热效率、 减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于 石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求 增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均 10-15%左右的速度增长，到2020年我国换热器 行业规模有望达到1500亿元。由此可见，在节能方面，我国还存在着非常大的潜力。E836L11DO5本课题主要研究列管式换热器，列管式换热器的换热面积大，结构坚固，操作弹 性大，材料广泛，便于清洁，适合大型装置特点，列管换热器在制药行业带来的 效益非常的明显。从卫生要求较高的液体

17、，一个工业用水量较大和卫生要求较高 的制药厂都可以用列管式换热器来处理。本课题研究的换热器是个冷却器，可以 通过换热回收热物料的热量。S42ehLvE3M1.3国内外研究现状二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换 热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。501nNvZFis30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由 铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。jW1viftGw930年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间， 为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。xS

18、ODOYWHLP60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能 紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到 进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。LOZMklqlOw自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的 管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式 换热器。中国换热器产业起步较晚。1963年抚顺机械设备制造有限公司按照美国 TEMA标准制造出中国第一台管壳式换热器，1965年兰州石油机械研究所研制 出我国第一台板式换热器，苏州新苏化工机械

19、有限公司（原苏州化工机械厂）在20世纪60年代研制出我国第一台螺旋板式换热器。之后，兰州石油机械研究所 首次引进德国斯密特（Schmidt）换热器技术，原四平换热器总厂引进法国维卡 勃（Vicarb）换热器技术，国内换热器行业在消化吸收国外技术的基础上，开始 获得较快发展。ZKZUQsUJed20世纪80年代后，中国出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化 传热元件被推向市场，国内传热技术高潮时期的代表作有折流杆换热器、新结构 高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸 发式空冷器等一批优良的高效换热器。dGY2mcoKtT入二十一世纪以来，我国的板式换热器研究取

20、得了长足的进步，在借鉴国 外先进经验的同时，也逐渐形成了自己的一套设计开发模式，与世界领先技术的差距进一步缩小。我国板式换热器的制造厂家有四五十家、年产各种板式换热器 数千台计，但是我国的板式换热器的应用远不及国外，这与人们对板式换热器的了解程度、使用习惯以及国内产品的水平有关。七十年代，板式换热器主要应用于食品、轻工、机械等部门；八十年代也仅仅是应用到民用建筑的集中供热；八 十年代中期开始，在化工工艺流程中较苛刻的场合也出现了板式换热器的身影。 由于人们对板式换热器工作原理、热力计算、校验等不熟悉的原因，使得板式换热器在开发到应用的时间跨度上，花费了较多的时间。rCYbSWRLIA最近几年，

21、我国还在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、 高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面获得了重大突破。飞速发展的 柏恩品牌（BHE）诞生于2004年。2008年8月，由中国石化集团上海工程公司与中国第一重型机械公司、兰州石油机械研究所、镇海炼化公司共同承担研制的 镇海炼化百万吨/年乙烯项目-EO/EG装置大型管壳式换热器国产化研制通过技 术鉴定，标志着我国在大型管壳式换热器领域获得了重大突破。该换热器是国内正在制造的首台换热面积超过10000m2的超大型管壳式换热器。FyXjoFIMWh1.4本设计主要内容本课题主要设计并实现换热器热流的出口温度的控制系统，控制系统的主要目的是实现换热器热流出口温度的自动控制，换热器出口温度的测量、指示、 记 录和控制对于生产过程十分重要，温度动态特性的特点是惯性大、容量滞后大、 多容，控制起来不灵敏，因此温度控制系用需要增加微分和积分作用，所以本课题用PID控制系统来分析，PID控制系统参数调整方便，使换热器控制精度更高、 动态偏差小，被控对象的时间滞后较大问题得到了解决，通过适当的调整PID参数，可以获得比较满意的控制效果。主要设计手段是利用