传热设备的控制方案 ln
传热设备的控制培训教案
传热设备的控制培训教案目标:通过本培训,学员将了解传热设备的基本原理,掌握传热设备的控制技能,提高对传热设备的操作和维护能力。
一、传热设备基本原理介绍1. 传热设备的作用和分类2. 传热原理:传导、传热和对流3. 传热参数:热传导率、传热系数和传热面积二、传热设备的控制技能1. 传热设备的控制系统概述:手动控制和自动控制2. 温度控制:传热设备的温度控制方法和技巧3. 压力控制:传热设备的压力控制方法和技巧4. 流量控制:传热设备的流量控制方法和技巧三、传热设备操作和维护1. 传热设备的日常操作流程2. 传热设备的故障排查和处理3. 传热设备的定期维护和保养四、案例分析和实操演练1. 通过实际案例分析,学习传热设备控制的应用技巧2. 进行传热设备的实操演练,加深理论知识的实际应用五、培训总结1. 总结传热设备的控制要点和技巧2. 解答学员对传热设备的疑问六、培训考核1. 通过传热设备的理论考核和实操考核,评估学员的学习效果七、培训后跟进1. 组织学员对培训内容进行复习和总结2. 提供进阶培训机会,加强学员对传热设备控制技术的掌握通过本培训,学员将能够全面了解传热设备的基本原理,掌握传热设备的控制技能,提高操作和维护能力,为企业的生产运营提供更加有力的支持。
八、培训课程详述1. 传热设备基本原理介绍1.1 传热设备的作用和分类传热设备是用来传递热能的设备,常见的传热设备包括换热器、锅炉、冷却器等。
根据传热方式的不同,传热设备可分为传导传热设备、对流传热设备和辐射传热设备。
1.2 传热原理:传导、传热和对流传导是热量通过物质的直接接触和传递,传热是热量通过热媒介的传递,对流是通过流体的对流传递热量。
1.3 传热参数:热传导率、传热系数和传热面积热传导率是材料传导热量的能力;传热系数是传热的能力;传热面积越大,则传热效果越好。
2. 传热设备的控制技能2.1 传热设备的控制系统概述:手动控制和自动控制传热设备的控制系统分为手动和自动两种,手动控制中人工调节传热设备的温度、压力、流量等参数;自动控制通过传感器、控制器等设备实现对传热设备的自动监测和调节。
传热设备的控制方案
05 传热设备的控制发展趋势 与展望
高效节能的控制技术
01
02
03
精确温度控制
采用先进的温度传感器和 控制算法,实现对传热设 备的精确温度控制,降低 能源消耗。
优化加热效率
换热器主要用于不同温度流体之间的 热量交换,锅炉则用于加热水至沸腾 状态,冷却器则用于冷却流体,而热 管则用于传递热量。
传热设备在工业中的应用
01
在石油、化工、食品、制药等众 多工业领域,传热设备被广泛应 用于加热、冷却、蒸发、结晶等 工艺过程中。
02
例如,在石油化工行业中,换热 器被用于加热或冷却油品和化工 原料,锅炉在制浆造纸业中被用 于生产工艺加热等。
不再发生变化
热平衡是温度控制的重要依据, 也是判断传热设备性能优劣的重
要指标之一
03 传热设备的控制方案
手动控制方案
01
02
03
04
操作方法
通过人工观察和调节,控制传 热设备的运行状态。
适用场景
小型传热设备或实验设备,以 及需要灵活操作的情况。
优点
操作简单,可随时调整参数。
缺点
依赖人工观察和操作,精度和 效率有限。
通过中央控制系统实现对多个传热 设备的集中管理和控制,提高管理 效率。
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传热设备的控制方案
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目录
• 传热设备概述 • 传热设备的控制原理 • 传热设备的控制方案 • 传热设备的控制挑战与解决方案 • 传热设备的控制发展趋势与展望
过程控制教程-PPT5 传热设备的控制
综合上述分析,应选对数或抛物线特性的控制阀
5.2 一般传热设备的控制
一般传热设备指以对流传热为主的传热设 备。例如, 换热器、蒸汽加热器、氨冷器、 例如, 换热器、蒸汽加热器、氨冷器、 精馏塔的再沸器等。 精馏塔的再沸器等。 被控变量 操作变量 工艺介质的出口温度、 工艺介质的出口温度、 载热体的流量
调节载热体的汽化温度 1. 控制目的:改变传热速率方程中的平均温差Δθm 控制方案: 气氨控制阀开度变化→汽相压力变化→汽化温度变化→传热量变化→出口 温度变化 要求有一定的蒸发空间,常用LC控制进入的液氨量 2. 特点 改变汽相压力,因此,动态响应快 需增加液位控制系统及相应的液氨加压的压缩机。投资费用大 液氨的压力要较高,以利汽化。因此,对设备的耐压要求也提高 当气氨的压力波动较大时,可加入气氨压力的副环,组成串级控制
5 传热设备的控制
控制阀流量特性的选择 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 2
该通道的静态放大系数K4>0,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
5 传热设备的控制
控制方案确定和控制阀流量特性的选择 1. 控制方案的确定 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 控制系统框图 组成简单反馈控制系统 前馈—反馈控制系统 串级控 制系统 其他控制系统
传热设备的控制方案
4.2 传热设备的控制方案4.2.1 绪论传热过程在工业生产中应用极为广泛,有的是为了便于工艺介质达到生产工艺所规定的温度,以利于生产过程的顺利进行,有的则是为了避免生产过程中能量的浪费。
在实现传热过程的各种设备中,蒸汽加热的浪费最多。
目前,蒸汽加热换热器的控制仍采用传统的PID 控制,以加热蒸汽的流量作为调节手段,以被加热工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统[1]。
工业生产过程中,由于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。
传热设备简况见表2-1。
表2-1 传热设备传热设备的特性应包括传热设备的静态特性和传热设备的动态特性。
静态特性设备输入和输出变量之间的关系;动态特性是动态变化过程中输入和输出之间的关系。
下面以换热器为例简单介绍一下传热设备的基本原理。
4.2.2 换热器简介(1)换热器静态特性的基本方程式①热量衡算式图2-1所示为换热器的基本原理。
图4。
2-1 换热器的基本原理由于换热器两侧没有发生相变,因此,可列出热量衡算式G2c2(θ2i-θ2o)=G1c1(θ1o-θ1i) (2-1) 式中,下标1表示冷流体参数,2表示在热流体参数。
②传热速率方程式换热器的传热速率方程式为 q=UA mΔθm (2-2)式中,Δθm是平均温度差,对单程、逆流换热器,应采用对数平均式,表示为(2-3) 但在大多数情况下,采用算术平均值已有足够精度,其误差小于5%。
算术平均温度差表示为(2-4)③换热器静态特性的基本方程式根据热量平衡关系,将式(2-4)代入式(2-2),并与式(2-1)联立求解,得到换热器静态特性的基本方程式(2-5) 假设换热器的被控变量是冷流体的出口温度θ1o,操纵变量是载热体的流量G2,则式(2-5)可改写为(2-6)(2)换热器传热过程的动态特性在工业生产中,生产负荷常常是在一定范围内不断变化的,由此决定了传热设备的运行工况必须不断调节以与生产负荷变化相适应。
过程控制工程_16传热设备的控制
过程控制工程_16传热设备的控制传热设备的控制是过程控制工程中的一个重要领域。
传热设备的控制主要是通过调节流体的流量、温度和压力等参数,以实现传热设备的优化运行和能量效率的提高。
传热设备的控制可以分为两个层面:设备自身的控制和整个传热系统的集成控制。
设备自身的控制主要是通过控制设备内部的温度、压力和流量等参数来实现设备的稳定运行和优化性能。
整个传热系统的集成控制则是通过协调不同传热设备之间的工作,以实现整个传热系统的高效运行。
设备自身的控制主要包括温度控制和压力控制。
温度控制是通过调节传热设备的加热或冷却功率,以维持设备内部的温度在设定的范围内。
温度控制可以采用两种方法:开环控制和闭环控制。
开环控制是根据设备的特性和传热介质的温度变化规律来设定加热或冷却功率。
闭环控制则是根据设备内部的温度传感器的反馈信号来调节加热或冷却功率。
压力控制是通过调节传热设备的进出口阀门的开度,以控制设备内部的压力在设定的范围内。
整个传热系统的集成控制主要包括流量控制和传热介质的选择。
流量控制是通过调节传热设备的进出口阀门的开度和泵的转速等参数,以控制传热介质的流量。
流量控制可以采用开环控制和闭环控制的方法,根据传热介质的特性和系统的要求来决定具体采用哪种方法。
传热介质的选择是根据系统的需要和传热设备的特性来确定的。
不同的传热介质有不同的传热性能和成本,需要根据实际情况来选择合适的传热介质。
传热设备的控制还涉及到能量效率的提高。
传热设备通常会伴随能量损失,通过优化传热设备的控制参数和工作条件,可以减少能量损失,提高能量效率。
例如,可以通过控制传热设备的进出口温度差和流量,来减小能量损失。
另外,还可以通过增加传热表面积和改善传热介质的流动状态,来提高传热设备的传热效率。
传热设备的控制也需要考虑安全和保护设备的因素。
传热设备通常会涉及到高温、高压和易燃易爆等危险因素,需要采取相应的措施来确保设备的安全运行。
例如,可以安装温度和压力传感器,以实时监测设备的工作状态,一旦超出设定的安全范围,及时采取措施停机或减少工作负荷等。
传热设备的控制技术
传热设备的控制技术首先,传热设备的温度控制是至关重要的一项技木。
通过在传热设备上安装温度传感器和控制器,可以实现对设备内部温度的实时监控和调节,以确保设备能在安全的温度范围内运行。
例如,在加热器中,温度控制器可以根据设定的温度要求来调节加热器的功率,以实现恒温加热的效果。
其次,传热设备的流量控制也是非常重要的一项技术。
在液体冷却系统或者空气循环系统中,通过对流量控制阀或者风扇的控制,可以实现对冷却剂或者空气流动的调节,以达到对设备进行有效冷却或加热的目的。
这种控制可以帮助设备在不同负荷情况下保持稳定的工作状态,提高能源利用效率。
另外,传热设备的压力控制也是非常重要的一项技术。
在压力容器或者蒸汽锅炉中,对压力的控制可以帮助设备保持在安全的工作压力范围内。
通过安装压力传感器和控制阀,可以实现对设备内部压力的实时监控和调节,从而确保设备能够安全稳定地运行。
总之,传热设备的控制技术是多种多样的,可以根据具体的设备类型和工作要求来选择合适的控制方法。
通过合理有效地控制传热设备,可以实现节能减排、提高生产效率、保护设备安全等多重目标,对于现代工业生产来说具有重要意义。
传热设备的控制技术在工业生产和生活中扮演着重要的角色。
通过合理有效的控制技术,可以实现对传热设备的温度、流量和压力等参数的精准控制,提高设备的工作效率,节约能源和保障生产安全。
下面将详细介绍传热设备控制技术的相关内容。
一、温度控制技术传热设备的温度控制是非常重要的一项技术。
在加热设备中,通过安装温度传感器和控制器来实现对设备加热温度的精准控制。
温度控制器可以实时监测设备内部温度,根据设定的温度要求来调节加热器的功率,以保持设备在安全的温度范围内运行。
另外,在冷却设备中,也可以通过温度传感器和控制器来监测和控制冷却剂的温度,以实现对设备的有效冷却。
二、流量控制技术在液体冷却系统或者空气循环系统中,流量控制也是非常重要的一项技术。
通过对流量控制阀或者风扇的控制,可以实现对冷却剂或者空气流动的调节,以达到对设备进行有效冷却或加热的目的。
典型操作单元的控制传热设备的控制
典型操作单元的控制传热设备的控制操作单元控制传热设备的控制一、目的为保证产品质量、提高设备利用率,确保设备稳定运行,特制定本操作控制方案。
二、操作依据1. 《传热设备操作手册》2. 《传热设备维护保养标准》三、操作要求1. 设备操作人员应经过专业培训,熟知传热设备的操作流程和维护保养要求。
2. 对传热设备进行定期检查和维护,确保设备状态良好。
3. 严格按照设备操作手册要求进行操作,不得擅自更改操作参数。
4. 在操作传热设备时,应保持设备周围环境整洁,防止杂物进入设备。
四、操作步骤1. 启动前检查a. 核对传热设备的各个操作参数,确保无误。
b. 检查传热设备的供电情况,确保电源正常。
c. 检查与传热设备相关的设备和管道连接是否牢固,无漏气漏水现象。
2. 启动操作a. 按照设备操作手册要求,打开设备电源开关。
b. 设置传热设备运行参数,如温度、压力等。
3. 运行监控a. 定期观察传热设备的运行状态,确保设备运行正常。
b. 定期检测传热设备的温度、压力等参数,确保在安全范围内。
4. 停止操作a. 当传热设备需要停止运行时,按照设备操作手册要求进行操作。
b. 停止供电并关闭设备操作界面。
五、注意事项1. 在操作传热设备时,应严格按照设备操作手册的要求进行操作。
2. 发现传热设备运行异常情况时,应立即停止设备运行,并及时报告维修人员。
3. 断电时应先关闭设备操作界面的各种参数设置,确保设备运行参数清零。
4. 操作完毕后,应对传热设备及周边环境进行清理,保持设备整洁。
六、附:操作记录表日期:__________操作人员:___________操作内容:___________很抱歉,我目前还无法生成长篇内容。
如果您需要,我可以帮您概括操作单元控制传热设备的相关内容。
传热设备的控制
传热设备的控制摘要在工业生产过程中,传热设备的控制是保证设备性能和生产效率的关键。
本文将介绍传热设备的控制原理、常用控制方法以及控制策略的优化。
引言传热设备是将能量从一个物体传递到另一个物体的装置。
在许多工业生产过程中,传热设备被广泛应用,如锅炉、换热器、蒸发器等。
传热设备的控制对于保证设备的正常运行和提高生产效率至关重要。
传热设备的控制原理传热设备的控制原理主要基于传热过程的特性和环境要求。
传热过程主要包括传导、对流和辐射。
在控制传热设备时,需要考虑以下几个方面:1.温度控制:传热设备的温度是控制的关键指标。
根据实际需求,可以通过调整供热、制冷、流体流量等参数来实现温度的控制。
2.热传导控制:热传导是传热设备中的一种主要传热方式。
通过选择合适的材料和设计传热面积来控制热传导的速率。
3.热对流控制:热对流是通过流体介质进行热传递的方式。
控制流体的流速、流量和流路等参数可以实现热对流的控制。
4.热辐射控制:在一些特殊的传热设备中,热辐射也是一种重要的传热方式。
通过选择合适的材料和控制辐射表面的温度来控制热辐射的效果。
传热设备的常用控制方法传热设备的控制方法多种多样,根据具体的设备和应用需求选择适合的控制方法可以提高设备的效率和可靠性。
以下是一些常用的传热设备控制方法:1.开闭环控制:开闭环控制是传热设备常用的控制方法之一。
闭环控制通过将传感器的反馈信号与设定值进行比较,调整执行机构的工作状态,从而实现对传热设备的控制。
开环控制则是根据预先设定的规律对传热设备进行控制,不考虑反馈信息。
2.PID控制:PID控制是一种常见的控制策略,用于控制传热设备的温度。
PID控制器通过测量温度、计算误差、积分误差和微分误差,并根据权重系数来调整控制信号,以实现温度的稳定控制。
3.模糊控制:模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,适用于复杂的传热设备控制问题。
模糊控制器根据事先设定的模糊规则和输入输出关系,通过模糊推理来实现对传热设备的控制。
换热机组控制方案说明
换热机组控制方案说明换热机组是一种常见的能源转换装置,它通过将热能从一个系统传输到另一个系统,实现能量的转换。
换热机组通常由换热器、泵、阀门和传感器等组成,通过控制这些设备的运行来实现对热能的转换和传输。
换热机组的控制方案决定了其性能、效率和运行稳定性,因此设计一个合理有效的控制方案非常重要。
1.基本功能控制:这是控制方案的基础,包括启动、停止、运行模式的选择等。
在换热机组的控制系统中,通常设置有自动、手动和远程控制模式,可以根据需要进行切换。
此外,还应具备故障报警、自动保护等功能,以确保设备的安全运行。
2.温度控制:换热机组通常用于控制和调节两个系统之间的温度差,保持系统的热平衡。
因此,温度控制是换热机组控制方案中最重要的一部分。
可以使用PID调节器,根据实际温度与设定温度之间的差异,调节泵和阀门的开启度,实现温度控制。
3.压力控制:在换热机组运行过程中,不同系统之间的压力差也是需要控制的因素之一、通过安装压力传感器,测量差压,并将测量结果输入控制系统中,根据设定值来控制泵和阀门的开关状态,以达到所需的压力差。
4.流量控制:换热机组的流量控制是实现热能传输的关键。
通过流量传感器,测量两个系统之间的热传输介质的流量,并将结果反馈给控制系统。
根据设定值来控制泵和阀门的开启度,以实现所需的流量。
5.效率优化:换热机组的设计目标之一是提高能源利用效率,降低能源消耗。
因此,控制方案应该具备效率优化的功能。
例如,通过定时启动、停止机组设备,根据系统需求来调节泵和阀门的工作状态,减少能源浪费和损耗。
6.远程监控和控制:随着科技的发展,远程监控和控制技术已经逐渐应用于换热机组。
通过互联网和现代通信技术,可以实现对换热机组的远程监控和控制。
用户可以通过电脑或手机等终端设备,随时随地进行机组的监控和控制,提高操作的便利性和机组管理的效率。
总之,一个合理有效的换热机组控制方案应该结合实际需要,综合考虑温度、压力、流量等因素,通过合理调节泵和阀门的工作状态,实现热能的传输和转换,提高能源利用效率,保证系统的稳定运行。
试谈传热设备的控制
试谈传热设备的控制引言传热设备是工业生产中非常重要的一种设备,它在很多生产过程中起到了至关重要的作用。
传热设备的控制是确保其正常运行和高效工作的关键。
本文将探讨传热设备的控制方面的一些关键问题。
传热设备的分类在介绍传热设备的控制前,我们首先需要了解传热设备的分类。
传热设备可以分为以下几类: 1. 传导传热设备:如管壳式换热器、板式换热器等; 2. 对流传热设备:如冷却塔、散热器等; 3. 辐射传热设备:如炉子、加热炉等。
这些不同类型的传热设备在控制方面有着不同的要求和挑战。
传热设备的控制要点1.温度控制:控制传热设备的温度是非常重要的。
过高或过低的温度都可能导致设备的性能下降甚至故障。
因此,传热设备应具备良好的温度控制系统,可以及时调节温度以满足生产需求。
2.流量控制:传热设备的流量也是需要控制的,过高或过低的流量都会影响传热效果。
流量控制可以通过调节阀门或泵的方式实现,确保设备在适当的流量下工作。
3.压力控制:传热设备在操作时需要维持一定的压力范围,过高或过低的压力都可能对设备造成损害。
因此,传热设备应配备压力控制系统,保持合适的操作压力。
4.运行状态监测:通过传感器和监测设备,对传热设备的运行状态进行实时监测是至关重要的。
这样可以及时发现设备故障或异常,并采取相应的措施修复或调整。
传热设备控制的挑战传热设备的控制并不是一项简单的任务,它面临着以下几个挑战: 1. 多变的工况:不同的生产过程需要不同的传热条件,因此传热设备的控制需要具备适应不同工况的能力。
2. 高效能耗:传热设备通常需要耗费大量的能源,因此在控制过程中需要尽可能提高能源利用率,减少能源浪费。
3. 安全性要求:由于传热设备涉及高温、高压等危险因素,因此对于安全性的要求非常严格。
传热设备的控制系统需要具备可靠性和安全性,确保人员和设备的安全。
4. 环境影响:传热设备的运行可能会产生废气、废水等对环境有害的物质,因此在控制过程中需要考虑环保要求,尽可能减少对环境的影响。
设备换热器的控制方案
设备换热器的控制方案1. 引言设备换热器是现代工业中常见的重要设备之一,用于在工业过程中控制温度,实现热量传递的目的。
为了保证设备换热器的高效运行和安全操作,需要选取合适的控制方案。
本文将综合考虑多个因素,如设备换热器的类型、工作环境、控制要求等,提出一种适用于设备换热器的控制方案。
2. 设备换热器的类型设备换热器可以分为多种类型,如壳管式换热器、板式换热器、管束式换热器等。
不同类型的换热器在结构和工作原理上存在差异,因此需要针对具体的换热器类型设计相应的控制方案。
3. 工作环境的特点设备换热器的工作环境对其控制方案的选择具有重要影响。
工作环境包括温度、湿度、压力等因素。
在高温、高湿度、高压力的环境下,设备换热器的控制要求更为严格,需要采用更精确和可靠的控制方案。
4. 控制要求设备换热器的控制要求可能包括以下几个方面:4.1 温度控制设备换热器通常需要在一定的温度范围内工作,过高或过低的温度都会导致设备换热器无法正常工作。
因此,需要设计一种控制方案来确保设备换热器在理想温度范围内工作。
4.2 流量控制设备换热器的流量控制也是很重要的一项控制要求。
通过控制流体的流量,可以调节换热效果和热交换的速度,保证设备换热器的正常运行。
4.3 压力控制设备换热器在工作过程中需要承受一定的压力。
过低或过高的压力都会影响设备换热器的换热效果和安全性能。
因此,需要采取措施控制设备换热器的压力,确保其在合理的范围内运行。
5. 设备换热器的控制方案综合考虑设备换热器的类型、工作环境和控制要求,本文提出以下一种适用于设备换热器的控制方案:5.1 使用温度传感器和PID控制器进行温度控制通过在设备换热器中安装温度传感器,实时监测换热器的温度。
然后,使用PID控制器根据设定的温度范围来控制换热器的加热或冷却装置,保持换热器在理想温度范围内工作。
5.2 采用流量调节阀进行流量控制在设备换热器的进出口处安装流量传感器,并通过流量调节阀来控制流体的流量。
换热器温度控制方案
换热器温度控制方案换热器是工业生产中常见的设备,用于将热能从一个介质传递到另一个介质。
在实际应用中,为了确保换热器的效率和安全性,温度的控制是非常重要的。
本文将探讨几种常见的换热器温度控制方案,并对其优缺点进行分析。
首先,我们来介绍一种常见的控制方案——比例控制。
比例控制是通过调节冷却介质流量或加热介质流量的比例来控制换热器的温度。
这种方法简单直接,易于实施。
然而,由于比例控制只能调节流量,而不能对介质的温度进行直接控制,所以在某些情况下,可能无法满足精确控制的要求。
为了更好地控制换热器温度,反馈控制是一种更高级的控制方案。
反馈控制是通过测量换热器的出口温度,并根据测量结果调整加热或冷却介质的流量。
这种方式可以实现对温度的精确控制,提高系统响应速度和控制精度。
然而,反馈控制需要实时监测和计算,对硬件和算法要求较高,增加了系统的复杂性和成本。
除了比例控制和反馈控制,前馈控制也是一种常见的控制方案。
前馈控制是提前根据进口温度和流量变化预测出口温度的变化,并根据预测结果进行相应的调整。
这种方法可以在温度变化前就采取控制行动,提前消除变化带来的影响。
前馈控制在应对外部扰动和预测未来变化方面具有一定的优势。
然而,由于前馈控制无法准确预测所有变化情况,仍然需要与反馈控制结合使用。
在实际应用中,智能控制技术的发展也为温度控制带来了新的方案。
例如,基于人工智能的控制算法可以实时学习和优化系统的控制策略,在保证温度稳定的同时,提高系统的能效和自适应能力。
此外,传感器技术的进步也为温度控制提供了更多的数据来源,使得控制更加精确和可靠。
综上所述,换热器温度的控制方案多种多样,每种方案都有自己的优缺点。
在选择控制方案时,需要根据具体的应用需求、控制精度要求和系统复杂性等因素进行综合考量。
未来随着技术的进一步发展,相信会出现更多高效、智能的控制方案,为换热器温度控制提供更多选择和可能性。
第六章 传热设备的控制
n
Am m
q:传热速率 λ:导热系数
Am: 垂直于热流方向的平壁面积
n: 单层平壁厚度
△өm:平壁两侧面上的温度差
(2)对流传热
冷流体与壁面之间的传热速率
q Am ( w 1 )
热流体与壁面之间的传热速率
q Am ( 2 w ) : 给热系数; 2 热流体温度;
c1d10 M 1 dt G1c1 (1i 10 ) UA(10 20 ) , M 2 c2d 20 G2c2 ( 2i 20 ) UA( 20 10 ) dt M 1 , M 2流体的质量;c1,c2流体的比热容 U传热系数;A平均传热面积
(6 18)
选定ө1o,ө2o为输出量; ө1i,ө2i,G1,G2为输出变量,对(6-18) 进行线性化
G1 d1o T1 dt (1 a1 )1o a1 2 o 1i (1i 1o ) G 1 , (6 19) T d 2 o a (1 a ) ( ) G2 2 1o 2 2o 2i 2i 2o 2 dt G2
10 则 1i
G1c1 1 G1c1 ( 1) UAm 2 G2 c 2 G1c1 1 G1c1 ( 1) UAm 2 G2 c 2
10 ,即 2i 变化到 2i 2i , 其他量不变 (2) 求 2i 此时 1o 1 (6 15) G1c1 1 Gc 2i (1 1 1 ) UAm 2 G2 c2
注意:传导、对流、辐射三种形式很少单独进行,往往是两 种或三种形式综合作用。
(4)组合传热速率方程式:
q=UAm△өm q传热速率 U传热系数:包括对流传热和热传导的综合影响 Am- 平均传热面积 △өm-平均温差
对流传热实验的装置调整与控制
对流传热实验的装置调整与控制热传导、对流传热和辐射传热是热能传递的三种基本途径。
对流传热实验是研究流体中的对流传热规律以及传热现象的重要手段之一。
在进行对流传热实验时,装置的调整和控制是确保实验结果准确可靠的关键。
为了进行对流传热实验,首先需要准备一个稳定的对流传热装置。
这个装置通常由加热器、冷却器、流体介质和传感器组成。
试验中的加热器可以是电炉、电阻丝或太阳能辐射等。
冷却器则可以是冷水或者风扇。
流体介质可以是空气、水或其他特定的液体。
传感器用于测量温度、压力和流速等参数。
在装置调整方面,首先需要保证试验装置的密封性。
如果装置中存在泄漏,将会影响对流传热的准确测量。
因此,检查和修复泄漏问题是必要的。
其次,装置应具备合适的流动性。
流体的流动状态对于对流传热的分析至关重要。
根据实验的具体目的,可调整流体的流速、管径和流体输送的方向等参数。
通过这些调整,可以研究不同流动条件下的对流传热规律。
控制实验条件是保证实验结果准确性的重要步骤。
温度是对流传热实验中最常测量的参数之一。
通过控制加热器的功率和冷却器的温度,可以保持流体介质的稳定温度。
此外,控制流体的流速和压力变化也是必要的。
在实验进行中,应注意保持流体的稳定流速,以及避免流体中的气泡和沉淀物对传热过程的干扰。
此外,对流传热实验中还需要进行实验数据的采集和处理。
为了保证实验结果的准确性,需要使用精密的传感器测量各项参数,并及时记录。
通常使用数据采集系统来自动记录数据。
数据的采集周期应根据实验的特点和要求进行调整,以确保数据的准确性和完整性。
实验数据采集完成后,还需要进行数据处理和分析。
这包括计算平均值、方差和标准差等统计指标,以及绘制实验曲线和对比分析。
总结起来,进行对流传热实验时,装置的调整和控制是保证实验结果准确可靠的重要环节。
通过保证装置的密封性和流动性,可以确保实验环境的稳定性。
在控制实验条件方面,需要注意温度、流速和压力等参数的控制。
此外,对实验数据的采集和处理也是不可忽视的。
传热设备控制(new)
2021/8/16
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4.5 加热炉的控制
4.5.1 概述
加热炉是石油化工生产过程的主要设备之一
作用: 工艺介质的升温或气化
结构形式:箱式炉、立式炉、圆筒炉
工作原理: 燃料(油)分几路(雾化喷嘴)进炉燃烧
炉膛火焰辐射给炉管
工艺
炉管经热传导、对流传热给工艺介质
介质
对象特点:
炉膛容量大、时间常数大、滞后时间长; 属多容过程;可用一阶加纯滞后环节近似描述; 理论分析比较困难。
燃 101 料 油
工艺 介质
TT 101
TT 102
FT 101
加热炉
工艺 介质
TT TC 101 101
加热炉
PC 101
PT
101 燃 料
进料
出料
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燃料油
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浮动(压力平衡式)阀工作原理
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加热炉的串级控制方案 总结
TC TC 燃料油
TC PC
进 燃料油
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102
FC FT
燃 101 101 料 油
加热炉
工艺 介质
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3、出口温度对燃料阀后压力的串级
燃料量小、粘度大时,流量测量困难 压力测量较方便
特点:应用较广 应注意管道堵塞
4、采用压力平衡式控制阀 这种阀本身兼有压力控制器功能,相 当于炉出口温度对燃料压力的串级。
TC
TC 101 TC 102 FC
炉出口温度对炉膛温度的串级控制 炉出口温度对燃料流量的串级控制 炉出口温度对燃料阀后压力的串级控制 采用压力平衡式控制阀的控制
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2传热设备的控制方案4.2 传热设备的控制方案4.2.1 绪论传热过程在工业生产中应用极为广泛,有的是为了便于工艺介质达到生产工艺所规定的温度,以利于生产过程的顺利进行,有的则是为了避免生产过程中能量的浪费。
在实现传热过程的各种设备中,蒸汽加热的浪费最多。
目前,蒸汽加热换热器的控制仍采用传统的PID 控制,以加热蒸汽的流量作为调节手段,以被加热工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统[1]。
工业生产过程中,由于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。
传热设备简况见表2-1。
表2-1 传热设备传热设备的特性应包括传热设备的静态特性和传热设备的动态特性。
静态特性设备输入和输出变量之间的关系;动态特性是动态变化过程中输入和输出之间的关系。
下面以换热器为例简单介绍一下传热设备的基本原理。
4.2.2 换热器简介(1)换热器静态特性的基本方程式①热量衡算式图2-1所示为换热器的基本原理。
图4。
2-1 换热器的基本原理由于换热器两侧没有发生相变,因此,可列出热量衡算式G2c2(θ2i-θ2o)=G1c1(θ1o-θ1i) (2-1)式中,下标1表示冷流体参数,2表示在热流体参数。
②传热速率方程式换热器的传热速率方程式为q=UAm Δθm(2-2)式中,Δθm是平均温度差,对单程、逆流换热器,应采用对数平均式,表示为(2-3)但在大多数情况下,采用算术平均值已有足够精度,其误差小于5%。
算术平均温度差表示为(2-4)③换热器静态特性的基本方程式根据热量平衡关系,将式(2-4)代入式(2-2),并与式(2-1)联立求解,得到换热器静态特性的基本方程式(2-5)假设换热器的被控变量是冷流体的出口温度θ1o ,操纵变量是载热体的流量G2,则式(2-5)可改写为(2-6)(2)换热器传热过程的动态特性在工业生产中,生产负荷常常是在一定范围内不断变化的,由此决定了传热设备的运行工况必须不断调节以与生产负荷变化相适应。
以逆流、单程、列管式换热器为例,假定换热过程中的热损失可忽略不计,则有控制通道的静特性:(2-7)T0,Ti,TSi——分别为工艺介质的出口、入口和加热蒸汽的温度WS,W ——分别为加热蒸汽和工艺介质的流率C,C ——分别为加热蒸汽和工艺介质的PS定压比热容——总传热系数KAA——平均传热面积分析上式可知,换热器对象的放大系数存在严重饱和非线性,即在工艺介质流量W 大时,加热工艺介质达到规定温度所需的蒸汽流量W S必然随之增大,则上式计算出的放大系数K 减小。
对于决定换热器动态响应的特性参数,机理分析和工程实践都表明,换热器是一个惯性和时间滞后均较大的被控系统,且是分布参数的。
若将动特性用集中参数来描述,换热器可用一个三容时滞对象来近似描述。
为简化起见,将换热器的动特性取为:(2-8)式(2-8)中的放大系数K已在上面阐述,时间常数T和滞后时间τ是两个决定换热器动态响应过程的时间型参数,它们也是随换热器的工况变化而变化的。
以式(2-8)中的滞后时间为例,它是由多容对象处理为单容对象而引入的容量滞后时间τc与由工艺介质传输距离引起的纯滞后时间τd两部分组成。
显然,当生产负荷变化时,介质流速随之变化,从而使得滞后时间也是随负荷变化的。
4.2.3 控制方案的确定根据上述分析,为了控制换热器的冷流体出口温度,有四种可以影响的过程变量,其中,冷流体入口温度、载热体入口温度和冷流体流量都是由上工序确定,因此不可控制,但可测量。
或者因通道的增益较小,不宜作为操纵变量。
可操纵的过程变量只有载热体流量。
因此,对冷流体出口温度可采用单回路控制系统,即出口温度为被控变量,载热体流量为操纵变量的单回路控制系统。
由于其他三个过程变量不可控但可测量,当它们的变化较频繁,幅值波动较大时,也可作为前馈信号引入,组成前馈-反馈控制系统。
当载热体流量或压力波动较大时,宜将载热体流量或压力作为副被控变量,组成串级控制系统。
从上述分析可知,采用载热体流量作为操纵变量时,在流量过大时,进入饱和非线性区,这时,增大载热体流量将不能很好的控制冷流体出口温度,而需要采用其他控制方案。
4.2.4 传热设备控制方案的实现(1)调节载热体流量改变载热体流量,引起传热速率方程的传热总系数U和平均温度差Δθm的变化。
可根据载热体是否发生相变,分两种情况讨论。
①载热体不发生相变根据热量衡算式和传热速率方程式可知,当改变载热体流量时,会引起平均温度差的变化,流量增大,平均温度差增大,因此,在传热面积足够时,系统工作在图2-2所示的非饱和区,通过改变载热体流量可控制冷流体出口温度。
图4。
2-2 载热体流量与冷流体出口温度的关系当传热面积受到限制时,由图2-2可知,由于传热面积不足,通过增加载热体流量不能有效的提高冷流体出口温度,即系统工作在饱和区。
这时,通过调节载热体流量的控制方案不能很好地控制出口温度,应采用其他控制方案,例如下面将介绍的工艺介质分路控制方案。
考虑换热器的动态特性,由于流体在流动过程中不可避免存在时滞,例如,冷流体入口温度对出口温度的时滞就较大,而其他扰动通道也具有较大的时间常数,为此,在控制方案的设计时应采用时滞补偿控制系统或改进工艺,减少时间常数和时滞。
.当载热体压力波动不大时,可采用以冷流体出口温度为被控变量、载热体流量为操纵变量的单回路控制系统,控制方案如图2-3(a)所示;当压力或流量波动较大时,可增加压力或流量为副环,组成以载热体压力或流量为副被控变量的串级控制系统,控制方案如图2-3(b)所示。
(a)单回路控制系统(b)串级控制系统图4。
2-3 调节载热体流量的控制方案当原料流量(冷流体流量)等波动较大时,可采用前馈-反馈控制系统,其前馈信号可来自冷流体流量,控制方案如图2-4所示图4。
2-4 前馈-反馈控制系统②载热体发生相变当载热体发生相变时,会产生放热或吸热现象。
例如,蒸汽加热器中蒸汽冷凝放热,氨冷器中液氨蒸发吸热等。
热量衡算式中放热或吸热与相变热有关。
当传热面积足够时,例如,蒸汽加热器中,送入的蒸汽可以全部冷凝,并可继续冷却,这时,可通过调节载热体流量有效地改变平均温度差,控制冷流体出口温度。
当传热面积不足时,例如蒸汽加热器中蒸汽冷凝量确定冷流体出口温度,蒸汽不能全部冷凝时,气相压力会升高,同样,在氨冷器中,液氨不能全部蒸发成为气相,使氨冷器液位升高。
这时,应同时考虑传热速率方程式和热量衡算式,确定冷凝量或蒸发量和相应的出口温度。
因此,在传热面积不足时,如果采用载热体流量控制方案时,应增设信号报警或联锁控制系统。
例如,气压高或液位高时发出报警信号,并使联锁动作,关闭有关控制阀。
当气压或液位的波动较大时,也可采用串级控制系统。
例如,出口温度和蒸汽压力、出口温度和液位的串级控制系统等。
有时,可采用选择性控制系统,即在安全软限时,将正常控制器切换到取代控制器。
例如,蒸汽加热器的冷流体出口温度控制可采用出口温度和蒸汽压力的选择性控制系统,氨冷器的控制可采用该温度和液氨液位的选择性控制系统等,如图2-5所示。
图4。
2-5 氨冷器的选择性控制(2)调节载热体的汽化温度改变载热体的汽化温度,引起平均温度差Δθm的变化。
以图2-6所示的氨冷器为例。
由于控制阀安装在气氨管路上,因此,当控制阀开度变化时,气相压力变化,引起汽化温度变化,使平均温度差变化,改变了传热量,出口温度随之变化。
该控制方案的特点如下:①改变气相压力,系统响应快,应用较广泛。
②为了保证足够蒸发空间,需要维持液氨的液位恒定,为此,须增设液位控制系统,增加设备投资费用。
③由于控制阀两端有压损,此外,为使控制阀能有效控制出口温度,应使设备有较高气相压力。
为此,需要增大压缩机功率,并对设备耐压提出更高要求,使设备投资费用增加。
图4。
2-6 调节汽化温度的控制(3)工艺介质分路上述控制方案在多数应用场合能够发挥很好的控制作用。
但存在下列问题:①静态特性分析表明,载热体流量G2较大时,系统进入非线性饱和区,这时,增加载热体流量对出口温度的升高影响不大,控制作用减弱。
②动态特性分析表明,相对流体输送设备,换热器是具有较大时间常数和时滞的被控对象。
动态特性较差,采用改变载热体流量控制常常不够及时,系统超调量较大。
为此提出工艺介质控制方案,其策略是将热流体和冷流体混合后的温度作为被控变量,热流体温度大于设定温度,冷流体温度低于设定温度,通过控制冷热流体流量的配比,使混合后的温度等于设定温度。
可采用三通控制阀直接实现,也可采用两个控制阀(其中,一个为气开型,一个为气关型)实现,三通控制阀可采用分流(安装在入口)或合流(安装在出口)方式,图2-7所示为相应的控制方案。
(a) 用三通阀的分流控制(b) 用两个阀的分流控制图4。
2-7 工艺介质控制系统工艺介质分路的特点:①对载热体流量不加控制,而对被加热流体进行分路,使饱和区发生在被加热流体流量较大时,因此,常用于传热面积较小的场合;②由于采用混合,因此动态响应快,用于多程换热器等时滞大的场合;③能耗较大,供热量应大于所需热量,常用于废热回收系统;④设备投资大,需要两个控制阀和一个控制器。
采用三通控制阀时,如果换热器的阻力较小,则为了保证一定的压降比,控制阀两端压降只能取较小数值,造成控制阀口径很大。
此外,控制阀流量特性的畸变也较严重。
因此,也可采用两个控制阀组成分流或合流控制,需注意,与分流控制不同,两个控制阀的输入信号都是20~100kPa,只是一个为气开型,另一个为气关型。
4.2.5 调节传热面积改变传热面积A m,也能够改变传热速率,使传热量发生变化,达到控制出口温度的目的。
由于冷凝温度与压力有关,如果被加热介质温度较低,需要热量较少,控制阀安装在蒸汽管线时,蒸汽可能冷却到沸点以下,使加热器一侧出现负压,造成冷凝液不能正常排放。
冷凝液的积蓄造成传热面积较小,传热量减小,被加热介质温度下降,通过控制系统使载热体控制阀打开,蒸汽量增加,而传热面积不大的结果是使蒸汽压力升高,冷凝液在高压作用下被排出,随之,传热面积又增加,传热量增大,被加热介质温度上升,控制系统又使控制阀关小,蒸汽压力下降,冷凝液积蓄,这种周而复始的过程使被加热介质温度周期振荡,冷凝液呈现脉冲式排放。
为此,当传热面积较小、被加热介质温度较低时,应采用调节传热面积的控制方案。
调节传热面积的控制方案如图2-8所示,它将控制阀安装在冷凝液管线,由于冷凝液液位以下的液体不发生相变,因此给热系数比液位上部气相冷凝给热小,这种控制方案通过改变冷凝液液位来改变传热面积,达到控制被加热介质温度的目的。
图4。
2-8 调节传热面积的控制方案从静态看,控制阀安装在冷凝液管线,蒸汽压力得到保证,不会出现负压,不会出现冷凝液的脉冲式排放和被加热介质温度周期振荡。