第九章1传热设备的控制

第九章

典型化工单元的控制

传热设备的控制

2/6/20231内容引言热交换过程的静态特性换热设备的控制加热炉的控制锅炉设备的控制（自学）2/6/20232传热设备：工业生产过程中，用于进行热量交换的设备或工业上用以实现冷热两流体换热的设备2/6/20233对物料进行加热或冷却的设备结构形式：列管式、蛇管式、夹套式、套管式一般传热设备（以上）特殊传热设备：加热炉、锅炉、蒸发器等

传热设备的类型

传热方式：传导、对流、辐射物流接触关系：直接接触式，间壁式、蓄热式

热量交换形式：无相变的热量交换、有相变的热量交换2/6/20234

（1）

对工艺介质进行加热或冷却（2）

使工艺介质发生相变（3）

热量回收主要是进行温度控制，以及一些保护性控制

控制要求：2/6/20235两侧均有相变2/6/20236热交换过程的静态特性问题：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与载热体的出口温度（T1o,T2o）。其中c1,c2分别为相应介质的比热。2/6/20237热交换过程的热量平衡方程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2/6/20238热交换过程的传热速率方程K为传热系数；Fm

为传热面积；ΔTm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2/6/20239热交换过程的静态方程2/6/202310热交换过程的静态特性分析严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。2/6/202311换热设备的控制方法被控变量

(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。2/6/202312换热设备的控制方案2/6/202313加热炉的控制问题被控变量：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。对象特性建模方法：定性分析+实验测试，通常可用一阶加纯滞后环节来近似。2/6/202314加热炉的单回路控制2/6/202315加热炉的串级控制采用浮动阀的控制方案气2/6/202316催化裂化加热炉的控制系统2/6/202317加热炉的安全联锁保护系统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。2/6/202318锅炉设备的工艺流程(自学)2/6/202319锅炉设备的控制问题系统分解：（1）锅炉汽包水位的控制； （2）锅炉燃烧系统的控制； （3）过热蒸汽系统的控制。2/6/202320汽包水位的控制问题被控变量：汽包水位，用H(s)表示控制变量：汽包给水量，用G(s)表示主要干扰： 蒸汽负荷（蒸汽流量），用D(s)表示通道对象： 非自衡、非最小相位、非线性等特性2/6/202321汽包水位的对象特性干扰通道特性控制通道特性2/6/202322非最小相位特性对象为非最小相位（存在位于复平面右半平面的零点）的条件为2/6/202323汽包水位的单冲量控制2/6/202324液位非自衡对象响应测试（1）手动改变控制器的输出信号u(k)，观察被控变量y(k)的变化过程。（2）由阶跃响应曲线得到对象基本特征参数

。2/6/202325非自衡对象特征参数的获得Kp(稳态输出斜率)：其中umax、umin与ymax、ymin为输入输出的量程上下限；若巳归一化，则umax－umin=1,ymax－ymin=1。T0

(纯滞后时间)：2/6/202326非自衡对象

PID控制系统稳定性分析开环传递函数：稳定条件：2/6/202327非自衡对象

PID参数整定原则 将上述PID控制器投入“Auto”（自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调存在，则适当加大Kc值，例如增大到原来的两倍；反之，则减小Kc值。PID参数初始值的选择：2/6/202328汽包水位的双冲量控制前馈补偿原理：假设调节阀为气关阀，C1=1，则调节器为正作用，而C2应取负号，具体数值可现场调整或根据阀门特性计算其初始值。2/6/202329汽包水位的三冲量控制2/6/2023