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传热设备的控制培训教案

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常见问题

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

2、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：,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,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；

3、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

4、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

5、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,2019/7/22,20,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,

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