第九章1傳熱設(shè)備的控制

第九章

典型化工單元的控制

傳熱設(shè)備的控制

2/6/20231內(nèi)容引言熱交換過程的靜態(tài)特性換熱設(shè)備的控制加熱爐的控制鍋爐設(shè)備的控制（自學(xué)）2/6/20232傳熱設(shè)備：工業(yè)生產(chǎn)過程中，用于進(jìn)行熱量交換的設(shè)備或工業(yè)上用以實現(xiàn)冷熱兩流體換熱的設(shè)備2/6/20233對物料進(jìn)行加熱或冷卻的設(shè)備結(jié)構(gòu)形式：列管式、蛇管式、夾套式、套管式一般傳熱設(shè)備（以上）特殊傳熱設(shè)備：加熱爐、鍋爐、蒸發(fā)器等

傳熱設(shè)備的類型

傳熱方式：傳導(dǎo)、對流、輻射物流接觸關(guān)系：直接接觸式，間壁式、蓄熱式

熱量交換形式：無相變的熱量交換、有相變的熱量交換2/6/20234

（1）

對工藝介質(zhì)進(jìn)行加熱或冷卻（2）

使工藝介質(zhì)發(fā)生相變（3）

熱量回收主要是進(jìn)行溫度控制，以及一些保護性控制

控制要求：2/6/20235兩側(cè)均有相變2/6/20236熱交換過程的靜態(tài)特性問題：針對逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件（G1,T1i,G2,T2i）,要求計算穩(wěn)定條件下工藝介質(zhì)與載熱體的出口溫度（T1o,T2o）。其中c1,c2分別為相應(yīng)介質(zhì)的比熱。2/6/20237熱交換過程的熱量平衡方程假設(shè)工藝介質(zhì)與載熱體均無相變，而且沒有熱損失。即

被加熱物料得到的熱量/單位時間 =載熱體放出的熱量/單位時間2/6/20238熱交換過程的傳熱速率方程K為傳熱系數(shù)；Fm

為傳熱面積；ΔTm為傳熱壁兩側(cè)流體的平均溫差.對于逆流單程換熱器，可取對數(shù)平均值若在1/3~3之間，則可用算術(shù)平均近似2/6/20239熱交換過程的靜態(tài)方程2/6/202310熱交換過程的靜態(tài)特性分析嚴(yán)重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調(diào)節(jié)閥需選用等百分?jǐn)?shù)閥。2/6/202311換熱設(shè)備的控制方法被控變量

(1)被加熱/冷卻介質(zhì)的出口溫度（無相變）； (2)加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發(fā)量。控制變量

(1)調(diào)載熱體的流量；(2)調(diào)節(jié)傳熱平均溫差； (3)調(diào)傳熱面積； (4)將工藝介質(zhì)分路，一路經(jīng)換熱，另一路走旁路。2/6/202312換熱設(shè)備的控制方案2/6/202313加熱爐的控制問題被控變量：工藝介質(zhì)的出口溫度?？刂谱兞浚喝剂嫌突蛉剂蠚獾牧髁?。主要干擾： 工藝介質(zhì)的進(jìn)料溫度、流量、組分；燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）；燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。對象特性建模方法：定性分析+實驗測試，通?？捎靡浑A加純滯后環(huán)節(jié)來近似。2/6/202314加熱爐的單回路控制2/6/202315加熱爐的串級控制采用浮動閥的控制方案氣2/6/202316催化裂化加熱爐的控制系統(tǒng)2/6/202317加熱爐的安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)LS：低選器；BS：火焰檢測器；GL1：燃料氣流量過低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過低聯(lián)鎖裝置。2/6/202318鍋爐設(shè)備的工藝流程(自學(xué))2/6/202319鍋爐設(shè)備的控制問題系統(tǒng)分解：（1）鍋爐汽包水位的控制； （2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制； （3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。2/6/202320汽包水位的控制問題被控變量：汽包水位，用H(s)表示控制變量：汽包給水量，用G(s)表示主要干擾： 蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量），用D(s)表示通道對象： 非自衡、非最小相位、非線性等特性2/6/202321汽包水位的對象特性干擾通道特性控制通道特性2/6/202322非最小相位特性對象為非最小相位（存在位于復(fù)平面右半平面的零點）的條件為2/6/202323汽包水位的單沖量控制2/6/202324液位非自衡對象響應(yīng)測試（1）手動改變控制器的輸出信號u(k)，觀察被控變量y(k)的變化過程。（2）由階躍響應(yīng)曲線得到對象基本特征參數(shù)

。2/6/202325非自衡對象特征參數(shù)的獲得Kp(穩(wěn)態(tài)輸出斜率)：其中umax、umin與ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則umax－umin=1,ymax－ymin=1。T0

(純滯后時間)：2/6/202326非自衡對象

PID控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開環(huán)傳遞函數(shù)：穩(wěn)定條件：2/6/202327非自衡對象

PID參數(shù)整定原則 將上述PID控制器投入“Auto”（自動）方式，并適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若響應(yīng)過慢，而且無超調(diào)存在，則適當(dāng)加大Kc值，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小Kc值。PID參數(shù)初始值的選擇：2/6/202328汽包水位的雙沖量控制前饋補償原理：假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，C1=1，則調(diào)節(jié)器為正作用，而C2應(yīng)取負(fù)號，具體數(shù)值可現(xiàn)場調(diào)整或根據(jù)閥門特性計算其初始值。2/6/202329汽包水位的三沖量控制2/6/2023