传热设备的控制培训教案

2023/1/51传热设备的控制2023/1/52工业生产过程中,用于进行热量交换的设备称为传热设备。传热过程中冷热流体进行热量交换时可以发生相变化或不发生相变。热量的传递可以是热传导、热辐射或热对流实际传热过程中通常是几种热量传递方式同时发生。根据传热过程中热交换的两种流体是否接触,可分为直接接触式、间壁式和蓄热式等三种概述2023/1/53使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程能很好进行。在过程中加入所需吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的范围内进行使工艺介质改变相态。回收热能。传热设备的控制目标概述2023/1/54概述传热设备简况2023/1/55传热设备的特性研究静态特性的目的：过程扰动分析：作为控制阀选型和控制方案设计的基础计算放大系数：作为系统分析和控制器参数整定的参考分析对象特性：作为控制阀特性选择的依据2023/1/56传热设备的特性传热设备工艺计算的基本方程式（一）热量衡算式：热流体放出热量=冷流体吸收热量+热损失

发生相变时：冷凝（汽相→液相）或汽化（液相→汽相）相变时流体的温度不变传热速率冷热流体均有相变：仅有一种流体相变：2023/1/57传热设备的特性传热设备工艺计算的基本方程式（一）热量衡算式：热流体放出热量=冷流体吸收热量+热损失

不发生相变传热速率冷热流体均不发生相变2023/1/58传热设备的特性传热设备工艺计算的基本方程式（二）传热速率方程对数平均值算术平均值2023/1/59问题：针对逆流单程列管式热交换器，巳知入口条件（G1,T1i,G2,T2i）,要求计算稳定条件下工艺介质的出口温度T1o。其中c1,c2分别为相应介质的比热。换热器静态特性2023/1/510假设工艺介质与载热体均无相变，而且没有热损失。即被加热物料得到的热量/单位时间

=载热体放出的热量/单位时间热交换过程的热量平衡方程2022/12/2911K为传热系系数；Fm为传热面面积；ΔTm为传热壁壁两侧流流体的平平均温差差.对于逆流流单程换换热器，，可取对数数平均值值若在1/3-3之间，则则可用算算术平均均近似热交换过过程的传传热速率率方程2022/12/2912换热器静静态特性性方程2022/12/2913影响冷流流体出口口温度的的扰动有有冷流流体体流流量量G1、冷冷流流体体入入口口温温度度T1i、冷流流体体平平均均比比热热容容c1、载载热热体体的的平平均均比比热热容容c2载热热体体流流量量G2、载载热热体体入入口口温温度度T2o、换热热器器的的传传热热总总系系数数K和平平均均传传热热面面积积Fm等。。换热热器器的的控控制制分分析析2022/12/2914当冷流流体、、载热热体确确定，，换热热器设设备确确定后后，冷冷流体体平均均比热热容c1、载热热体的的平均均比热热容c2、换热热器的的传热热总系系数K和平均均传热热面积积Fm等确定定操纵变变量是载热热体流流量G2，主要扰扰动变变量是冷流流体热热量G1、冷流流体入入口温温度T1i和载热热体入入口温温度T2o。换热器器的控控制分分析2022/12/2915（扰扰动动通通道道一一））冷流流体体流流量量到到出出口口温温度度通通道道的的增增益益K1该通通道道的的静静态态放放大大系系数数K1〈〈0,输入入输输出出间间呈呈非非线线性性关关系系。。表表明明：：冷冷流流体体流流量量增增加加，，冷冷流流体体出出口口温温度度降降低低（（斜斜率率为为负负））且且随随冷冷流流体体流流量量增增大大，，冷冷流流体体出出口口温温度度降降低低量量减减小小换热热器器的的静静态态放放大大系系数数2022/12/2916冷流流体体入入口口温温度度到到出出口口温温度度通通道道的的增增益益K2该通通道道的的静静态态放放大大系系数数K2〈〈1,输入入输输出出间间呈呈线线性性关关系系。。表表明明：：冷冷流流体体出出口口温温度度变变化化量量小小于于冷冷流流体体入入口口温温度度的的变变化化量量（扰动动通道道二））换热器器的静静态放放大系系数2022/12/2917载热体体流量量到出出口温温度通通道的的增益益K4该通道道的静静态放放大系系数K4>0,输入输输出间间呈非非线性性关系系。表表明：：载载热体体流量量增加加，冷冷流体体出口口温度度升高高（斜斜率为为正））但随随载热热体流流量增增大，，冷流流体出出口温温度趋趋于饱饱和（控制制通道道）换热器器的静静态放放大系系数2022/12/2918变量分析：：•被扰变量：：冷流体出出口温度•操作变量：：载热体热热量•扰动变量：：冷流体入入口温度、、流量及载载热体入口口温度系统特性分分析：非线线性特性，，饱和特性性控制方案的的确定2022/12/2919选择原则：：使系统总总的开环放放大系数保保持恒定定值控制系系统：假设扰动是是冷流体或或载热体的的入口温度度，负荷线线移动根据选型原原则应选对对数或抛物物线特性的的控制阀假设扰动是是冷流体的的流量，负负荷线变化化根据选型原原则应选对对数或抛物物线特性的的控制阀随动控制系系统：负荷线不变变，设定值值变化根据选型原原则应选对对数或抛物物线特性的的控制阀综上分析，，应选对数数或抛物线线特性的控控制阀控制阀流流量特性性的选择择2022/12/2920被控变量量(1)被加热/冷却介质质的出口口温度（（无相变变）；(2)加热/冷却所需需的热量量（有相相变），，如精馏馏塔底再再沸器的的蒸发量量。控制变量量(1)调载热体体的流量量；(2)调节传热热平均温温差；(3)调传热面面积；(4)将工艺介介质分路路，一路路经换热热，另一一路走旁旁路。换热器的的控制问问题2022/12/2921改变变传传热热系系数数K和平平均均温温差差ΔTm改变变平平均均温温差差ΔTm换热热器器的的控控制制方方案案2022/12/2922改变变传传热热面面积积Fm换热器器的控控制方方案2022/12/2923被控变变量：：工艺艺介质质的出出口温温度。。控制变变量：：燃料料油或或燃料料气的的流量量。主要干干扰：：工艺介介质的的进料料温度度、流流量、、组分分；燃燃料油油/燃料气气的压压力、、流量量、成成分（（或热热值））；燃燃料油油的雾雾化情情况；；空气气充分分情况况；火火嘴的的阻力力，炉炉膛压压力等等。加热炉炉的控控制问问题2022/12/2924加热炉炉的单单回路路控制制2022/12/2925出口口温温度度对对炉炉膛膛温温度度的的串串级级控控制制出口口温温度度对对燃燃料料油油流流量量的的串串级级控控制制加热热炉炉的的串串级级控控制制（（一一））2022/12/2926出口温度度对燃