传热设备的控制

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为传热系数数；Fm为传热面积积；ΔTm为传热壁两两侧流体的的平均温差差.对于逆流单单程换热器器，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换热器静态态特性方程程2022/12/2913影响冷流体体出口温度度的扰动有有冷流体流量量G1、冷流体入入口温度T1i、冷流体平均均比热容c1、载热体的的平均比热热容c2载热体流量量G2、载热体入入口温度T2o、换热器的传传热总系数数K和平均传热热面积Fm等。换热器的控控制分析2022/12/2914当冷流体、、载热体确确定，换热热器设备确确定后，冷冷流体平均均比热容c1、载热体的的平均比热热容c2、换热器的的传热总系系数K和平均传热热面积Fm等确定操纵变量是载热体流流量G2，主要扰动变变量是冷流体热热量G1、冷流体入入口温度T1i和载热体入入口温度T2o。换热器的控控制分析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（扰扰动动通通道道二二））换热热器器的的静静态态放放大大系系数数2022/12/2917载热体流流量到出出口温度度通道的的增益K4该通道的的静态放放大系数数K4>0,输入输出出间呈非非线性关关系。表表明：载载热体体流量增增加，冷冷流体出出口温度度升高（（斜率为为正）但但随载热热体流量量增大，，冷流体体出口温温度趋于于饱和（控制通通道）换热器的的静态放放大系数数2022/12/2918变量分析析：•被扰变量量：冷流流体出口口温度•操作变量量：载热热体热量量•扰动变量量：冷流流体入口口温度、、流量及及载热体体入口温温度系统特性性分析：：非线性性特性，，饱和特特性控制方案案的确定定2022/12/2919选择原则则：使系系统总的的开环放放大系数数保持恒恒定定值控制制系统：：假设扰动动是冷流流体或载载热体的的入口温温度，负负荷线移移动根据选型型原则应应选对数数或抛物物线特性性的控制制阀假设扰动动是冷流流体的流流量，负负荷线变变化根据选型型原则应应选对数数或抛物物线特性性的控制制阀随动控制制系统：：负荷线不不变，设设定值变变化根据选选型原原则应应选对对数或或抛物物线特特性的的控制制阀综上分分析，，应选选对数数或抛抛物线线特性性的控控制阀阀控制阀阀流量量特性性的选选择2022/12/2920被控变变量(1)被加热热/冷却介介质的的出口口温度度（无无相变变）；；(2)加热/冷却所所需的的热量量（有有相变变），，如精精馏塔塔底再再沸器器的蒸蒸发量量。控制变变量(1)调载热热体的的流量量；(2)调节传传热平平均温温差；；(3)调传热热面积积；(4)将工艺艺介质质分路路，一一路经经换热热，另另一路路走旁旁路。。换热器器的控控制问问题2022/12/2921改变传传热系系数K和平均均温差差ΔTm改变平平均温温差ΔTm换热器器的控控制方方案2022/12/2922改变传热热面积Fm换热器的的控制方方案2022/12/2923被控变量量：工艺艺介质的的出口温温度。控制变量量：燃料料油或燃燃料气的的流量。。主要干扰扰：工艺介质质的进料料温度、、流量、、组分；；燃料油油/燃料气的的压力、、流量、、成分（（或热值值）；燃燃料油的的雾化情情况；空空气充分分情况；；火嘴的的阻力，，炉膛压压力等。。加热炉的的控制问问题2022/12/2924加热炉的的单回路路控制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出口口温温度度对对燃燃料料油油压压力力的的串串级级控控制制采用用浮浮动动