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1、2019/7/22,1,过程控制 青海大学,传热设备的控制,2019/7/22,2,过程控制 青海大学,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,2019/7/22,3,过程控制 青海大学,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
2、相态。 回收热能。,传热设备的控制目标,概述,2019/7/22,4,过程控制 青海大学,概述,传热设备简况,2019/7/22,5,过程控制 青海大学,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,2019/7/22,6,过程控制 青海大学,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：,
3、2019/7/22,7,过程控制 青海大学,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,2019/7/22,8,过程控制 青海大学,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,2019/7/22,9,过程控制 青海大学,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,2019/7/22,10,过程控制 青海大学,
4、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,2019/7/22,11,过程控制 青海大学,K 为传热系数；Fm 为传热面积； Tm 为传热壁两侧流体的平均温差.,对于逆流单程换热器， 可取对数平均值,若,在1/3 -3 之间，则可用算术平均近似,热交换过程的传热速率方程,2019/7/22,12,过程控制 青海大学,换热器静态特性方程,2019/7/22,13,过程控制 青海大学,影响冷流体出口温度的扰动有 冷流体流量G1、冷流体入口温度T1i、 冷流体平均比热容c1、载热体的平均比热容c2 载热体流
5、量G2、载热体入口温度T2o、 换热器的传热总系数K和平均传热面积Fm等。,换热器的控制分析,2019/7/22,14,过程控制 青海大学,当冷流体、载热体确定，换热器设备确定后，冷流体平均比热容c1、载热体的平均比热容c2、换热器的传热总系数K和平均传热面积Fm等确定 操纵变量是载热体流量G2， 主要扰动变量是冷流体热量G1、冷流体入口温度T1i和载热体入口温度T2o。,换热器的控制分析,2019/7/22,15,过程控制 青海大学,（扰动通道一）,冷流体流量到出口温度通道的增益K1,该通道的静态放大系数K10,输入输出间呈非线性关系。表明：冷流体流量增加，冷流体出口温度降低（斜率为负）且随
6、冷流体流量增大，冷流体出口温度降低量减小,换热器的静态放大系数,2019/7/22,16,过程控制 青海大学,冷流体入口温度到出口温度通道的增益K2,该通道的静态放大系数K21,输入输出间呈线性关系。表明：冷流体出口温度变化量小于冷流体入口温度的变化量,（扰动通道二）,换热器的静态放大系数,2019/7/22,17,过程控制 青海大学,载热体流量到出口温度通道的增益K4,该通道的静态放大系数K40,输入输出间呈非线性关系。表明： 载热体流量增加，冷流体出口温度升高（斜率为正）但随载热体流量增大，冷流体出口温度趋于饱和,（控制通道）,换热器的静态放大系数,2019/7/22,18,过程控制 青海
7、大学,变量分析： 被扰变量：冷流体出口温度 操作变量：载热体热量 扰动变量：冷流体入口温度、流量及载热体入口温度 系统特性分析：非线性特性，饱和特性,控制方案的确定,2019/7/22,19,过程控制 青海大学,选择原则：使系统总的开环放大系数保持恒定 定值控制系统： 假设扰动是冷流体或载热体的入口温度，负荷线移动 根据选型原则应选对数或抛物线特性的控制阀 假设扰动是冷流体的流量，负荷线变化 根据选型原则应选对数或抛物线特性的控制阀 随动控制系统： 负荷线不变，设定值变化 根据选型原则应选对数或抛物线特性的控制阀,综上分析，应选对数或抛物线特性的控制阀,控制阀流量特性的选择,2019/7/22
8、,20,过程控制 青海大学,被控变量 (1) 被加热/冷却介质的出口温度（无相变）； (2) 加热/冷却所需的热量（有相变），如精馏塔底再沸器的蒸发量。 控制变量 (1) 调载热体的流量； (2) 调节传热平均温差； (3) 调传热面积； (4) 将工艺介质分路，一路经换热，另一路走旁路。,换热器的控制问题,2019/7/22,21,过程控制 青海大学,改变传热系数K 和平均温差Tm,改变平均温差Tm,换热器的控制方案,2019/7/22,22,过程控制 青海大学,改变传热面积Fm,换热器的控制方案,2019/7/22,23,过程控制 青海大学,被控变量：工艺介质的出口温度。 控制变量：燃料油
9、或燃料气的流量。 主要干扰： 工艺介质的进料温度、流量、组分；燃料油/燃料气的压力、流量、成分（或热值）；燃料油的雾化情况；空气充分情况；火嘴的阻力，炉膛压力等。,加热炉的控制问题,2019/7/22,24,过程控制 青海大学,加热炉的单回路控制,2019/7/22,25,过程控制 青海大学,出口温度对炉膛温度的串级控制,出口温度对燃料油流量的串级控制,加热炉的串级控制（一）,2019/7/22,26,过程控制 青海大学,出口温度对燃料油压力的串级控制,采用浮动阀的控制方案,加热炉的串级控制（二）,2019/7/22,27,过程控制 青海大学,催化裂化加热炉的控制系统,2019/7/22,28,过程控制 青海大学,LS：低选器； BS：火焰检测器； GL1：燃料气流量过低联锁装置； GL2：进料流量过低联锁装置。,加热炉的安全联锁保护系统,
