过程控制工程-传热设备的控制.ppt

1、14 传热设备的控制,内容,概述（结构类型，换热器的静态特性） 一般传热设备的控制 加热炉的控制 锅炉设备的控制,14.1 概述,传热过程是工业生产过程中重要的组成部分。根据工艺的要求，完成对物料进行加热或冷却来维持一定的温度。为了保证工艺过程的正常、安全运行，必须对传热设备进行有效的控制。,1、从热量的传递方式来分： 热传导、对流和热辐射 2、从进行热交换的两种流体的接触关系来分： 直接接触式、间接式和蓄热式,一、传热设备的类型,3、按冷热流体进行热量交换的形式看有两类： 一类是在无相变情况下的加热与冷却； 另一类是在相变情况下的加热与冷却。 4、从结构来分： 列管式、蛇管式、夹套式和套管式

2、,传热设备的类型：,二、传热设备的控制要求,传热目的： 使工艺介质达到规定的温度； 使工艺介质改变相态； 回收热量。 传热设备的控制： 主要是热量平衡的控制，温度作为被控变量。对某些传热设备，也有约束条件的控制。,换热器的静态特性,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的出口温度T1o。其中c1, c2分别为相应介质的比热。,逆流单程换热器,换热器特性,G1：工艺介质的流量 G2：载热体的流量 T1i：工艺介质的入口温度 T2i：载热体的入口温度 T1o：工艺介质的出口温度 T2o：载热体的出口温度 c1: 工艺介质的比热

3、容 c2 : 载热体的比热容,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,热交换过程的传热速率方程,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,热交换过程的静态方程,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比阀。,令： ， ，,14.2一般传热设备的控制,换热器的控制方案 蒸汽加热器的控制 冷凝冷却器的控制,换热器的控制问题,被控变量 (1) 被加热/冷却

4、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。,换热器的控制基本方案有两类： a.以载热剂的流量为操纵变量,b.工艺介质的旁路控制。,二、蒸汽加热器的控制,（1）控制载热剂蒸汽的流量：改变温差T和传热面积F。,（2）控制冷凝液排放：传热面积F。,三、冷凝冷却器的控制,（1）控制载热剂流量,（2）控制气氨排量,14.3 加热炉的控制,加热炉在生产过程中往往是关键的工艺设备，其控制系统应给予足够的重视。其控制系统的主要

5、作用： 维持对物料热传递的效率； 维持一可以控制的燃料燃烧效率； 保证加热炉操作的安全。 加热炉最主要的控制指标是工艺介质的出口温度及流量。,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。,加热炉的单回路控制,加热炉的串级控制（一）,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（二）,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,催化裂化加热炉的控制系统,加热炉的安全联锁保

6、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。,safe-interlockprotector system of heating furnaces 为保证大型加热炉的安全生产；防止发生事故而造成极为严重的损失，应有必要的安全联锁保护系统。采用哪些安全联锁信号、采用何种联锁保护系统，应视具体情况而定。 以燃料气为燃料的加热炉中主要危险有以下几点。 (1)被加热工艺介质流量过低或中断。此时必须采取切断燃料气进气调节阀，停止供给燃料，停止燃烧，防止加热炉炉管烧坏、破裂而引起重大火灾事故。 (2)当火焰熄灭时会在燃烧室内形成能量积累效应，

7、产生引起爆炸性的燃料与空气的混合物，若不注意用蒸汽吹扫，会引发炉瞠爆炸。 (3)当燃料气压过低、流量过小时，会出现火焰回流到燃气管内现象。必须保证最小燃料气供应流量或压力。 (4)当燃料气压力过高、燃烧速度小于流体速度时，会造成喷嘴脱火、灭火现象，导致燃烧室形成爆炸的条件。,正常生产时，用炉出口温度来调节燃料气量的大小。当调节阀后的燃料气压力过高达安全极限时，压力调节器P通过低值选择器Ls取代温度调节器工作，关小调节阀以防止脱火。一旦压力恢复正常，仍由温度调节器控制燃气流量。 当燃气流量过低时，GL1联锁报警信号使三通电磁阀线圈失电，调节器输出气压信号放空，切断燃料气供给阀，防止回火事故。联锁

8、动作以后，只有经人工检查确认危险已彻底消除才可人工复位，继续按程序投入运行，避免误动作造成再次爆炸事故。 当工艺介质流量过低或供应中断时，GL2信号切断燃料气调节阀，停止燃烧。或者因火焰熄灭、火焰监测器开关Bs动作，同样也停止供燃料气。 以燃料油为燃料的加热炉中，主要危险除与上述以燃料气加热相同的以外，尚有当雾化蒸汽压力过低或中断时会使燃料油得不到良好雾化，轻则发生燃料燃烧不完全冒烟，反映在烟气含氧低，严重时火焰会熄火或造成炉内局部燃料积累，形成“炸膛”条件，必须加上联锁信号进行联锁保护。,结论,14.4 锅炉设备的控制,内容,锅炉设备的介绍 汽包水位控制 燃烧系统的控制 过热蒸汽温度控制,锅

9、炉设备的工艺流程,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。,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、非最小相位和非线性等特性,汽包水位的对象特性,干扰通道特性,控制通道特性,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,汽包水位的单冲量控制,汽包水位的双冲量控制,前馈补偿原理：C2的符号由调节阀的作用决定，具体数值可现场调整或根据阀门特性计算其初始值。,双冲量控制C1 、C2和C0的数值设置,假设线性阀门：,流量测量变送的：,取,C1一般取值为1。C0为恒值， 正常工况下与C2PF抵消。,汽包水位的三冲量控制,三冲量控制C2的数值设置,内回路的闭环传递函数：,C2的数值设置：,三冲量控制系统的简化连接,锅炉的燃烧控制,蒸汽压力的变化反映生产的蒸汽量与消耗的蒸汽量相适应的程度。负荷变化时，须通过控制燃