06 换热器热流出口温度控制
换热器出口温度实验报告
换热器出口温度实验报告本实验旨在研究换热器出口温度与进口温度、流体流量、冷却介质温度等因素之间的关系，为换热器的设计和性能优化提供参考依据。
实验装置：本实验采用一个实验装置，包括一个换热器、进口温度控制器、冷却介质温度控制器、流体流量控制器以及相关传感器和记录仪器。
实验步骤：1. 打开换热器进口温度控制器，将进口温度设定为25，并记录下来。
2. 打开冷却介质温度控制器，将冷却介质温度设定为10，并记录下来。
3. 打开流体流量控制器，将流体流量设定为100 L/h，并记录下来。
4. 等待一段时间，使实验装置达到稳定状态。
5. 用温度传感器在换热器的进口和出口测量对应温度数值，并记录下来。
6. 将进口温度控制器的设定温度分别设定为30、35和40，并重复步骤4-5。
7. 将冷却介质温度控制器的设定温度分别设定为5、15和20，并重复步骤4-5。
8. 将流体流量控制器的设定流量分别设定为80 L/h、120 L/h和150 L/h，并重复步骤4-5。
实验结果分析：通过实验记录的数据，可以得出以下结论：1. 换热器出口温度随着进口温度的升高而升高，即进口温度与出口温度呈正相关关系。
2. 换热器出口温度随着冷却介质温度的升高而降低，即冷却介质温度与出口温度呈负相关关系。
3. 换热器出口温度随着流体流量的增加而降低，即流体流量与出口温度呈负相关关系。
实验结论：换热器出口温度受进口温度、冷却介质温度和流体流量等因素的影响。
进口温度的升高、冷却介质温度的降低以及流体流量的增加都会导致换热器出口温度的升高。
在设计换热器或者优化换热器性能时，需要根据实际需求调整进口温度、冷却介质温度和流体流量等参数，以达到所期望的换热效果。
实验改进：为了进一步完善实验结果的准确性，可以考虑以下改进措施：1. 增加实验的重复次数，以减少偶然误差的影响。
2. 使用更为精确的温度传感器和流量计，以提高测量结果的精度。
3. 在实验装置中增加调节进口温度、冷却介质温度和流体流量的手动控制装置，以便更为精确地调节相应参数。
换热器出口温度设置
摘要目前,换热器控制中大多数仍采用简单控制系统及传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统。
但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点，传统的PID 控制往往不能满足其静态、动态特性的要求。
使换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。
如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义本课题是针对换热器实验设备温度控制改进提出的。
设计中首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。
然后根据换热系统组成、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。
再根据所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，提出了串级控制及前馈控制或串级—反馈，前馈—反馈等复杂控制系统，来满足对于存在大的负荷干扰且和控制品质要求较高的应用场合。
关键字：换热器、数学模型、PID 、出口温度控制、串级控制前言换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。
换热器因而面临着新的挑战。
换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。
在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。
随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。
从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。
石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。
换热器温度控制系统简单控制系统方案
换热器温度控制系统简单控制系统方案(总16页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March目录目录 (2)1、题目 (2)2、换热器概述 (2)换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。
换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。
3、控制系统 (3)控制系统的选择 (3)工艺流程图和系统方框图 (3)4、被控对象特性研究 (4)被控变量的选择 (4)操纵变量的选择 (4)被控对象特性 (5)调节器的调节规律的选择 (6)5、过程检测控制仪表的选用 (7)测温元件及变送器 (7)执行器 (10)调节器 (12)、仪表型号清单列表 (12)6、系统方块图 (13)7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13)调节控制参数 (13)PID参数整定及系统仿真 (14)系统性能分析 (16)8、参考文献 (17)1、题目热交换器出口温度的控制。
2、换热器概述换热器的用途换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
进行换热的目的主要有下列四种：.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很好的进行；.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度范围内进行；.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。
由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。
在大多数情况下，被控变量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。
热交换器温度控制系统课程设计
热交换器温度控制系统一．控制系统组成由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。
图1换热器出口温度控制系统流程图控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。
被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。
二、设计控制系统选取方案根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。
其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。
对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。
以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。
在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。
在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。
多级离心泵的转速由便频器来控制。
换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。
换热器冷却水出口温度计算
换热器冷却水出口温度计算换热器冷却水出口温度是指在换热器中冷却水通过换热器后的温度。
换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。
通过换热器，热量可以从热源传递到冷却介质上，以达到降低或调节温度的目的。
换热器冷却水出口温度的计算是工程设计和运行中的一个重要问题。
合理的出口温度可以保证换热器的正常运行，并且对于冷却介质的温度控制也有着重要的意义。
在计算换热器冷却水出口温度时，需要考虑以下几个因素：1. 冷却介质的入口温度：冷却介质从换热器的入口进入，其初始温度对于出口温度有着重要的影响。
通常情况下，冷却介质的入口温度越高，出口温度也会相应升高。
2. 热源的温度：换热器中的热源可以是各种各样的，比如燃煤锅炉、燃气锅炉、发电机组等。
热源的温度决定了换热器中传递热量的大小，从而影响冷却介质的出口温度。
3. 换热器的结构和传热特性：不同类型的换热器具有不同的结构和传热特性。
例如，壳管换热器和板式换热器的传热方式和效果都有所不同，因此对于出口温度的计算也会有所差异。
4. 换热器的工作条件：换热器的工作条件包括流体的流速、流量、换热面积等。
这些参数的变化都会对出口温度产生一定的影响。
在实际工程中，计算换热器冷却水出口温度通常采用热力学和传热学的基本原理。
通过建立换热器的热力学模型，可以对换热器内部的热量传递过程进行分析和计算。
一种常用的方法是采用热平衡方程来计算换热器的出口温度。
根据能量守恒定律，可以得到以下方程：m1 * c1 * (T1 - T2) = m2 * c2 * (T2 - T3)其中，m1和m2分别是冷却介质和热源的质量流率，c1和c2分别是冷却介质和热源的比热容，T1、T2和T3分别是冷却介质的入口温度、出口温度和热源的温度。
通过解这个方程，可以得到换热器冷却水的出口温度T2。
当然，在实际工程中，还需要考虑一些修正因素，比如换热器的效率、压降等，以获得更准确的计算结果。
除了热平衡方程，还有其他一些方法可以用来计算换热器冷却水的出口温度。
换热器热流出口温度控制
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载换热器热流出口温度控制地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容毕业设计说明书GRADUATE THESIS论文题目：换热器热流出口温度控制学院：电气工程学院摘要换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。
以工业上常用的列管式换热器为例,热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的,从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。
但由于目前制造工艺的限制,控制方式的单一性,换热器普遍存在控制效果差,换热效率低的现象,造成能源的浪费。
如何提高换热器的控制效果,提高换热效率,对于缓解我国能源紧张的状况,具有长远的意义。
本课题来源于对SMPT—1000实验平台换热器的研究，对于换热器热流出口温度的控制，使用PID控制来进行调节，通过不断的调整其参数，确定一个比较准确的参数值，通过调整冷水阀的开度调整其流量来控制热流的出口温度。
本设计利用PCS7来完成整个系统自动控制，通过PCS7软件对系统进行硬件和软件组态，完成控制出口温度的编程，最后通过人机界面监控维护控制系统正常运行。
关键词换热器;温度;PID控制;PCS7AbstractHeat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power engineering and other process industries. In the industry commonly used shell and tube heat exchanger, for example, the hot fluid and cold fluid heat transfer by convection heat transfer to achieve the purpose, so that the heat exchanger outlet temperature of the material to meet the needs of industrial production. However, as the manufacturing process constraints, control unity, common heat exchanger control is poor, the phenomenonof low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control performance of the heat exchanger to improve heat transfer efficiency, to ease China's energy shortage situation, have long-term significance.The design comes from the SMPT-1000 test platform research exchanger for heat exchanger outlet temperature control, the use of PID control to adjust, through continuous adjusting its parameters to determine a more accurate parameter values by adjusting opening of the cold water valve to control the flow of adjustment of the outlet temperature of the heat flow.This design uses PCS7 to complete the system of automatic control by PCS7 software on the system hardware and software configuration, complete control of the outlet temperature of the programming, the last operating normally by HMI monitoring and control system.Keywords Heat;temperature; PID control; PCS7目录 TOC \o "1-3" \h \z \uHYPERLINK \l "_Toc421781690" 摘要 PAGEREF_Toc421781690 \h IHYPERLINK \l "_Toc421781691" Abstract PAGEREF_Toc421781691 \h IIHYPERLINK \l "_Toc421781692" 目录 PAGEREF_Toc421781692 \h IIIHYPERLINK \l "_Toc421781693" 第1章绪论 PAGEREF_Toc421781693 \h 1HYPERLINK \l "_Toc421781694" 1.1换热器设备 PAGEREF_Toc421781694 \h 1HYPERLINK \l "_Toc421781695" 1.2 选题背景及意义 PAGEREF _Toc421781695 \h 1HYPERLINK \l "_Toc421781696" 1.3国内外研究现状及发展史PAGEREF _Toc421781696 \h 2HYPERLINK \l "_Toc421781697" 1.4本设计主要内容 PAGEREF_Toc421781697 \h 4HYPERLINK \l "_Toc421781698" 1.5 本章小结 PAGEREF_Toc421781698 \h 4HYPERLINK \l "_Toc421781699" 第2章系统工艺流程及算法控制PAGEREF _Toc421781699 \h 5HYPERLINK \l "_Toc421781700" 2.1 SMPT-1000实验平台及换热器PAGEREF _Toc421781700 \h 5HYPERLINK \l "_Toc421781701" 2.2 换热器 PAGEREF_Toc421781701 \h 6HYPERLINK \l "_Toc421781702" 2.2.1 高阶换热器 PAGEREF_Toc421781702 \h 6HYPERLINK \l "_Toc421781703" 2.2.2换热器工作原理 PAGEREF _Toc421781703 \h 6HYPERLINK \l "_Toc421781704" 2.3 PID控制 PAGEREF_Toc421781704 \h 7HYPERLINK \l "_Toc421781705" 2.3.1 PID基本介绍 PAGEREF_Toc421781705 \h 7HYPERLINK \l "_Toc421781706" 2.3.2 参数整定 PAGEREF_Toc421781706 \h 10HYPERLINK \l "_Toc421781707" 2.3.3 主要功能和应用 PAGEREF _Toc421781707 \h 12HYPERLINK \l "_Toc421781708" 2.4控制系统的设计 PAGEREF_Toc421781708 \h 13HYPERLINK \l "_Toc421781709" 2.4.1温度控制特点 PAGEREF_Toc421781709 \h 13HYPERLINK \l "_Toc421781710" 2.4.2 换热器温度控制系统PAGEREF _Toc421781710 \h 13HYPERLINK \l "_Toc421781711" 2.5本章小结 PAGEREF_Toc421781711 \h 15HYPERLINK \l "_Toc421781712" 第3章基于PCS7实现系统控制PAGEREF _Toc421781712 \h 16HYPERLINK \l "_Toc421781713" 3.1 PCS7简介 PAGEREF_Toc421781713 \h 16HYPERLINK \l "_Toc421781714" 3.2 PCS7作用 PAGEREF_Toc421781714 \h 16HYPERLINK \l "_Toc421781715" 3.3 PCS7控制系统结构 PAGEREF _Toc421781715 \h 17HYPERLINK \l "_Toc421781716" 3.4工程项目的建立 PAGEREF_Toc421781716 \h 18HYPERLINK \l "_Toc421781717" 3.5 控制系统硬件设计与组态PAGEREF _Toc421781717 \h 19HYPERLINK \l "_Toc421781718" 3.5.1 硬件系统组成 PAGEREF _Toc421781718 \h 19HYPERLINK \l "_Toc421781719" 3.5.2 硬件选型选型以及通讯PAGEREF _Toc421781719 \h 20HYPERLINK \l "_Toc421781720" 3.5.3 操作员站组态 PAGEREF _Toc421781720 \h 22HYPERLINK \l "_Toc421781721" 3.5.4 网络连接组态 PAGEREF _Toc421781721 \h 23HYPERLINK \l "_Toc421781722" 3.6软件组态 PAGEREF_Toc421781722 \h 23HYPERLINK \l "_Toc421781723" 3.6.1系统软件程序 PAGEREF_Toc421781723 \h 23HYPERLINK \l "_Toc421781724" 3.6.2与硬件地址的连接 PAGEREF _Toc421781724 \h 24HYPERLINK \l "_Toc421781725" 3.6.3系统报警软件程序 PAGEREF _Toc421781725 \h 25HYPERLINK \l "_Toc421781726" 3.7人机界面创建 PAGEREF_Toc421781726 \h 25HYPERLINK \l "_Toc421781727" 3.8 过程趋势画面的创建 PAGEREF _Toc421781727 \h 26HYPERLINK \l "_Toc421781728" 第4章控制系统的投运 PAGEREF _Toc421781728 \h 28HYPERLINK \l "_Toc421781729" 4.1运前的准备工作 PAGEREF_Toc421781729 \h 28HYPERLINK \l "_Toc421781730" 4.2副环参数整定 PAGEREF_Toc421781730 \h 28HYPERLINK \l "_Toc421781731" 4.3主环参数整定 PAGEREF_Toc421781731 \h 28HYPERLINK \l "_Toc421781732" 4.4控制系统的仿真运行 PAGEREF _Toc421781732 \h 29HYPERLINK \l "_Toc421781733" 4.4.1 热流出口温度 PAGEREF _Toc421781733 \h 29HYPERLINK \l "_Toc421781734" 4.4.2 系统扰动测试 PAGEREF _Toc421781734 \h 30HYPERLINK \l "_Toc421781735" 第5章总结 PAGEREF_Toc421781735 \h 31HYPERLINK \l "_Toc421781736" 参考文献 PAGEREF_Toc421781736 \h 32HYPERLINK \l "_Toc421781737" 谢辞 PAGEREF_Toc421781737 \h 34第1章绪论1.1换热器概述换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。
换热器温度控制系统
1.E-0101B混合加热器设计为确保混合加热器（E-0101B)中MN（亚硝酸甲酯）,CO（一氧化碳）的出口温度为408K，选用0.68Mpa,408K的加热蒸汽加热入口温度为294K的工艺介质。
为保证生成物的产量，质量，及最终生成物的转化率，且工艺介质较稳定，蒸汽源压力较小，变化不大，因此针对此实际情况，最后确定设计一个换热器的反馈控制方案。
1.1换热器概述换热器工作状态如何,可用几项工作指标加以衡量。
常用的工作指标主要有漏损率、换热效率和温度效率。
它们比较全面的说明了换热器的特点和工作状态，在生产和科学试验中了解这些指标，对于换热器的管理和改进都是必不可少的。
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
1.2换热器的分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一按传热原理分类：间壁式换热器，蓄热式换热器，流体连接间接式换热器，直接接触式换热器，复式换热器二按用途分类：加热器，预热器，过热器，蒸发器三、按结构分类：浮头式换热器，固定管板式换热器，U形管板换热器，板式换热器等此设计要求是将进料温度都为297.99K的MN（亚硝酸甲酯）和CO（一氧化碳）加热到出口温度为473K，所以我们经过调查研究，综合比较之后选择了管壳式(又称列管式) 换热器。
管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。
在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。
换热器出口温度单回路控制
换热器出口温度单回路控制(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：图1、单回路控制系统方框图单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用。
设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。
除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。
2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。
被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器温度控制系统的工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使冷流体的出口温度升高。
冷流体通过循环泵流经换热器的壳程，出口温度稳定在设定值附近。
热流体通过多级泵流经换热器的管程，与冷流体热交换后流回蓄水池，循环使用。
从控制任务要求可知，换热器温度控制系统是单点、恒值控制。
且题目要求用单回路控制系统，控制范围和控制精度要求一般，功能上无特殊要求，采用广泛使用的PID 控制。
图2 PID 控制系统原理图PID 控制是偏差比例（P ）、偏差积分（I ）、偏差微分（D ）控制的简称。
列管式换热器出口温度控制系统的设计讲解
目录摘要 (1)1换热器过程控制概述、组成及特点 (2)1.1 概述 (2)1.2 换热器的组成 (2)1.3 系统控制过程的特点 (3)1.4 引起换热器出口温度变化的扰动因素 (3)2 换热器出口温度控制系统方案图 (4)2.1 换热器出口温度控制系统流程图 (4)2.2换热器出口温度控制系统方框图 (5)3 换热器过程控制系统分析 (4)3.1 系统介绍 (4)3.2 两极Smith预估补偿器 (6)3.3模糊控制器 (7)4 方案比较 (9)4.1 换热器一般温控系统 (9)4.2 Smith预估器的控制机理 (9)5 控制器的选择 (10)5.1 LDG型系列电磁流量计 (10)5.2 HR-WP-201TR/TC22W智能热电阻/热电偶温度变送器 (10)5.3 LWGB系列涡轮流量变送器 (11)5.4 KVHV电动V型调节球阀 (11)5.5 AI-7048型4路PID 温度控制器 (12)5.6 流量控制器：型号TLS11-LC (13)参考文献 (13)摘要换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。
这个对象的特点是：热流体和冷流体通过对流热传导进行换热，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。
本设计采用一带有Smith预估补偿的模糊串级控制器的控制系统，主控变量为换热管出口温度，副变量为冷水流量。
对换热器出口温度偏差、偏差变化率和冷流体的流量值模糊化,使换热器热流体出口温度控制过渡过程平稳，具有较传统PID串级控制算法过渡时间缩短，超调量减少，抗干扰能力强等特点。
列管式换热器出口温度控制系统的设计1换热器过程控制概述、组成及特点1.1 概述换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。
这个对象的特点是：热流体和冷流体通过对流热传导进行换热，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。
本设计采用一带有Smith预估补偿的模糊串级控制器的控制系统，主控变量为换热管出口温度，副变量为冷水流量。
换热器出口温度单回路控制
1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：图1、单回路控制系统方框图单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用。
设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。
除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。
2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。
被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器温度控制系统的工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使冷流体的出口温度升高。
冷流体通过循环泵流经换热器的壳程，出口温度稳定在设定值附近。
热流体通过多级泵流经换热器的管程，与冷流体热交换后流回蓄水池，循环使用。
从控制任务要求可知，换热器温度控制系统是单点、恒值控制。
且题目要求用单回路控制系统，控制范围和控制精度要求一般，功能上无特殊要求，采用广泛使用的PID 控制。
图2 PID 控制系统原理图PID 控制是偏差比例（P ）、偏差积分（I ）、偏差微分（D ）控制的简称。
控制系统由PID 控制器和被控对象组成。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成偏差，将偏差比例、积分和微分控制，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。
换热器出口温度的串级控制
目录1 换热器工作原理及结构特点 (1)1.1问题背景 (1)1.2被控对象的特性分析 (2)1.3 目前换热器的控制方法 (7)2 控制方案的选择 (9)3 仪表的选型及参数的确定 (11)3.1流量测量仪 (11)3.2调节器 (12)3.3 调节阀 (13)4 控制系统的仿真 (14)4.1各个环节传递函数及各个参数的确定 (14)5 课程设计总结 (17)6 主要参考文献 (18)7 附图 (19)1 换热器工作原理及结构特点1.1问题背景换热器是一种用来进行热量交换的工艺设备，在工业生产中应用极为广泛。
它的作用是通过热流体加热冷流体，使工作介质达到生产工艺所规定的温度要求，以利于生产过程的顺利进行，同时避免生产过程中的浪费，以节约能源。
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
按照传热方式的不同，换热设备可分为三类：1、混合式换热器：利用冷、热流体直接混合的作用进行热量的交换。
这类交换器的结构简单、价格前便宜、常做成塔状。
例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。
在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。
2、蓄热式换热器：蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气气热交换的场合。
主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。
3、间壁式换热器：所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过壁面的导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。
间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。
在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。
这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。
按照传热面的形状与结构特点它还可分为：（1)管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。
（2）板面式换热器：如板式、螺旋板式，、板壳式等。
（3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。
换热器出口温度的串级控制
比例，这样既可以改变进入换热器的载热体流量，又能保证载热体总流 量不受影响。 3) 工艺介质的旁路控制 当工艺介质的流量允许变化，而且换热器的传热面有富余时，可将 工艺介质的一部分经换热器，其余部分由旁路直接流到出口处，然后 将两者混合起来控制温度。该控制方案中被控变量是冷流体和热流体 混合后的温度，热流体温度大于设定温度，冷流体温度小于设定温 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。从控制原理上来看，这种方案实际上是一个混合过程。所以反应 及时，过程的滞后并不直接显示出来，适用于停留时间较长的换热 器。但需注意的是换热器必须有较大余量的传热面积，且载热体一直 处于最大流量，因此在通过换热器的被加热 介质流量较小时就不太 经济。考虑经济性，旁路的流量通常占总流量的 10%～30%。 4) 控制传热面积 从传热速率方程 来看，使传热系数 和传热平均温差 基本保持不 变，调节传热面积可能改变传热量，从而达到控制出口温度的目的。此 时调节阀装在冷凝液的排出管线上。如果被加热物料出口温度高于给定 值，说明传热量过大，可将 冷凝液控制阀关小，冷凝液就会积累起 来，减少了有效的蒸汽冷凝面积，从而使传热量减 少，工艺介质出口 温度就会降低。反之，如果被加热物料出口温度低于给定值，可将冷凝 液控制阀开大，增大传热面积，使传热量相应增加。
图3
换热器控制流程图
由于冷流体的传热符合热量平衡方程式，又符合传热速率方程式，通 过对换热器静态特性分析部分的内容，因此有下列关系 （1-19） 整理后得 （1-20） 当从上式可看出，在传热面积、冷流体进口流量 、温度 和比热容 一定的情况下，影响冷流体出口温度 的因素主要为传热系数及平均温 差。控制载流体流量实质上是改变。若由于某种原因使降低，控制器 TC 将使控制阀门增大，载热体流 量增加，传递的热量增加，这就必然 导致冷热流体平均温差升高，从而使工艺介质 的出口温度增加。载热 体流量增加，一方面使温差增加，另一方面传热系统数也会增加，但在 通常情况下传热系统数变化不大，所以经常忽略。因此流量是应用最为普遍的控制方案，多适用于载热体流量 的变化对温度影响较灵敏的场合。当载热体流量已经变得很大， 较小 时，进入饱和区控制就很迟迍，此时不宜采用此方案。 2) 控制载热体旁路流量 当载热体本身也是一种工艺物料，其流量不允许变化时，可采用此 控制方案。它的控制原理也是利用改变温差的手段来达到温度控制的目 的。这里采用三通控制阀来改变进入换热器的载热体流量与旁路流量的
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。
换热器温度控制系统过程控制
换热器温度控制系统的设计院系专业___________________________________ 班级___________________________________ 学号___________________________________ 姓名___________________________________ 指导教师________________________________ 负责教师________________________________2010年X月课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室: 学号 学生姓名 专业班级 课程设计 （论文） 换热器温度控制系统的设计 题目 课程设计{论文>任务换热器温度控制系统，通过换热器用蒸汽对冷物料进行加热， 使换热器出口温度 为某一定值。
工艺要求换热器出口温度在185土 2C 以内，引起出口温度变化的扰动有：冷物料的流量与初温、蒸汽压力波动等，其中最主要的扰动是冷物料的流 量Q 。
试设计换热器温度控制系统。
1 •技术要求：测量范围：0-250 C 控制温度：185± 2C 最大偏差：8C 2 •说明书要求：确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；选择传感、变送器、控制器、执行器，给出具体型号； 确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及程序 流程图；编写设计说明书。
指导教师评语及成绩指导教师签字： ___________第1章换热器温度控制系统设计任务和要求 (1)1.1概述...................................................................... 1.1.2换热器温度控制系统设计的任务 (1)1.3换热器温度控制系统设计的要求 (1)第2章换热器温度控制系统设计的论证方案 (2)2.1 课程设计的方案论证................................................ 2.2. 2换热器温度控制系统结构及框图 (2)第3章换热器温度控制系统内容的设计 (4)3.1温度变送器的选择.........................................................4.3.2流量变送器的选择..........................................................4.3.3执行器（调节阀）的选择： ................................................. 6.3.4调节器的选择：........................................................... 8.第4章课程设计总结............................................................... 9.参考文献 (10)第1章换热器温度控制系统设计任务和要求1.1概述随着工业的迅速发展，能量消耗量不断增加，能源紧张己成为一个世界性的问题。
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15
实验步骤
整定控制器参数。
当比例增益Kc取1时，改变热流出口温度TI1104的SP，如从 120℃变为130℃，当TI1104稳定后再将SP从130℃改为 120℃，观察并记录TI1104的响应曲线。
控制器参数 Ti ----
0.85Tk 0.5Tk
Td ------0.13Tk
计算出控制器参数之后，先将K---c放在比计算值稍小一些
（一般小20%）的数值上，再依次放上Ti和Td的值，最后再
将K---c放回到计算值上即可。修改SP的值加入阶跃干扰，观
察1104的响应曲线，看衰减比是否达到4:1。
0.5Ts 0.3Ts
Td ------0.1Ts
计算出控制器参数之后，先将Kc放在比计算值稍小一些（一
般小20%）的数值上，再依次放上Ti和Td的值，最后再将Kc放
回到计算值上即可。施加扰动，观察换热器热流出口温度的
响应情况。
30
PID控制器参数的工程整定法
衰减振荡法
1.将TI1104设定值从120变为130，记录TI1104的响应曲线。 2.待TI1104稳定后，将TI1104设定值从130再变为120，记录 TI1104的响应曲线。 3.待系统稳定之后，手工将FV1105开度设置为40，观察 TI1104曲线的变化趋势。 4.当TI1104稳定后，再将FV1105开度调回到30，等待TI1104 稳定。
根据比例控制器的特点，不断修改Kc的值，每修改一次都要 通过改变SP来加入阶跃扰动，直到热流出口温度曲线出现4:1 衰减。观察并记录TI1104的响应曲线，同时记录下此时Kc的 值。
16
实验步骤
整定控制器参数。
17
实验步骤
整定控制器参数。
确定Kc的值之后，根据积分控制的特点，不断修改Ti的值，每 修改一次都要通过改变SP来加入阶跃扰动，观察并记录 TI1104的响应曲线。
一般不加入微分
压力
时间常数与体积有关，例如： 时间常数较大的话可以加 大体积的容器压力时间常数较 入微分，一般情况下采用 大；而管道压力时间常数较小 比例-积分控制器
温度
时间常数比较大，控制起来不 灵敏
需要加入微分作用
35
Dpro
31
PID控制器参数的工程整定法
衰减振荡法
32
PID控制器参数的工程整定法
衰减振荡法
适当修改控制器参数的值，直到响应曲线达到4:1为止。观察 并记录此时的响应曲线以及各参数值。
33
总结
控制规律选择的一般原则
对控制要求不高的参数，可只采用比
1
例控制器，甚至采用开关控制
对控制要求不高，且惯性较大的参数
在没有打开任何工程的前提下，在SMPT-1000监控环境中打 开减温器工程06_Desuperheater。
点击工具栏中的 按钮，打开阀门/挡板控制配置对话框，确 认阀门FV1103和FV1105均设置为手操状态。
将热流出口阀FV1105开度置为30%，观察热流流量FI1105的 变化。
4
基础知识
换热器介绍
换热器：又称为热交换器，是将热流体的部分热量传递给冷 流体的设备。
列管式换热器主要由壳体、管束、管板和封头等部分组成。 在其中进行换热的液体有两种，一种在管内流动，其行程称 为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。
换热器可分成加热器和冷却器两类。
5
基础知识
冷态开车
4.当TI1104稳定后，再将FV1105开度调回到30，等待 TI1104稳定。
28
PID控制器参数的工程整定法
衰减振荡法
在纯比例作用的情况下，将Kc由小到大逐渐变化，每变化一 次Kc值，通过修改SP的值加入阶跃干扰，并观察热流出口温 度的阶跃响应曲线，直到出现4:1衰减振荡为止。测量并记录 此时的增益K-s以及振荡周期Ts。
在响应曲线稳态无差且衰减比接近4:1时，可适当调整比例增 益，将衰减比调节到4:1。观察并记录TI1104的响应曲线以及 Kc和Ti的值。
18
实验步骤
整定控制器参数。
19
实验步骤
整定控制器参数。
确定Kc以及Ti的值之后，再修改Td的值，即加入微分作用。令 Td=1，改变过热蒸汽出口温度TI1104的SP，即从120℃变为 130℃，观察并记录响应曲线。当TI1104稳定后，再将SP从 130℃变为120℃，观察响应曲线。
7
基础知识
8
基础知识
温度自衡过程
将阀门FV1105固定开度为30，点击工具栏中的运行按钮 ， 运行换热器工程。
将阀门FV1103固定到一个开度，待热流出口温度TI1104稳定 之后记录下流量FI1102和温度TI1104的值。
将阀门FV1103调整到一个新的开度，待温度稳定之后记录流 量和温度新的稳态值。
压力 1.4-3.3 20-180 2-20
24
PID控制器参数的工程整定法
临界比例度法（Ziegler-Nichols方法）
在纯比例作用的情况下，将Kc由小到大逐渐变化，每变化一 次Kc值，通过修改SP的值加入阶跃干扰，并观察热流出口温 度的阶跃响应曲线，直到出现等幅振荡为止。测量并记录此 时的临界增益K---cmax以及等幅振荡周期Tk。
根据实验数据K---cmax和Tk的值，按照临界比例度法整定PID控 制器参数的经验公式，就可以计算得出采用不同类型的PID控 制器，使响应曲线呈4:1衰减振荡时的控制器参数。
25
PID控制器参数的工程整定法
临界比例度法（Ziegler-Nichols方法）
控制器类型
P PI PID
Kc 0.5K---cmax 0.46K---cmax 0.6K---cmax
Dpro
换热器热流出口温度控制
《深入浅出过程控制-小锅带你学过控》
实验目的
掌握比例积分微分作用的控制规律、PID控制器的使用 巩固学习PID控制器参数工程整定方法——衰减振荡法、
临界比例度法 了解温度对象的特性和控制方法
2
基础知识
1. 温度 2.换热器介绍 3.冷态开车 4.温度自衡过程 5.传热设备的控制要求
3
基础知识
温度：是用于表示物质冷热程度的物理量。物质由分 子组成，分子在不断地运动着，分子的平均动能增加 时，物质的温度升高；分子的平均动能减小时，物质 的温度降低。温度又可定义为与物质分子平均动能成 比例的一种物理量。
温标：是统一规定的度量温度的标尺。温标规定了温 度的读数起点（零点）和测温的基本单位。常用的温 标有：华氏温标、摄氏温标、国际温标。
2
，可采用比例-微分控制器
对于精度要求高的，要加入积分规律
3
，可采用比例-积分控制器
较重要、控制精度要求较高、希望动
4
态偏差小、被控对象的时间滞后较大
的，可采用比例-积分-微分控制器
34
被控对象特性
被控变量
总结
特征
流量
时间常数较小 容易受到干扰
液位 纯滞后较小
所采用的控制器
不易加入微分作用，一般 采用比例-积分控制器
当TI1104稳定后，再将FV1105开度调到30，等待TI1104稳定。
22
实验步骤
施加扰动测试控制器性能。
23
经验整定法P、I、D参数范围
控制器参数 对象类型
P（KC） I（Ti） D（Td）
液位 1.25-25
----
----
流量
1-2.5
6-60
2-10
温度
1.6-5 180-600 10-100
本实验可以继续下去，对应FV1103任何一种开度，蒸汽温度 TI1104都能达到平衡。
9
基础知识
由于热流最高温度的限制，无论冷流流量的变化有多大，都 不会导致TI1104无休止地上升或下降。所以，热交换过程属于 完全自衡过程。
10
基础知识
传热设备的控制要求
传热的目的主要有下列三种： 1.使工艺介质达到规定的温度 2.使工艺介质改变相态 3.回收热量
PID控制器组态（见下页）。 设置执行单元，阀门位号FV1103，数据输出类型为“绝对量”。 进行信号连接。
13
实验步骤
14
实验步骤
在趋势曲线画面添加所需曲线。 运行换热器工程。 控制系统投运。
控制系统投运原则：无平衡、无扰动切换 TIC1104投运过程：控制器状态为手动，进行手动控制，不断
11
换热器热流出口温度单回路控制系统的设计
被控对象：换热器 操纵变量：冷水入口流量
被控变量：热流出口温度 干扰变量：热流流量、冷水温度
12
实验步骤
打开换热器工程。 确认FV1103为内控状态。 进行控制系统组态。
设置数据采集点，采集换热器热流出口温度TI1104实测值作控制 器输入。
施加扰动测试控制器性能。
令TIC1104的比例增益Kc=2.5、积分时间Ti=55、微分时间 Td=3，将TI1104设定值从120变为130，记录TI1104响应曲线。
待TI1104稳定后，将TI1104设定值从130再变为120，记录 TI1104的响应曲线。
待系统稳定之后，手工将FV1105开度设置为40，观察TI1104 曲线的变化趋势。
将Td的值改为2，同样通过改变TI1104的SP，观察响应曲线。 根据微分作用的特点，修改Td的值，当响应曲线接近4:1衰减
振荡时，适当修改Kc、Ti和Td的值，使响应曲线的衰减比达到 4:1，观察并记录TI1104的响应曲线和此时的PID控制器参数。