换热器出口温度

目录

1.换热器的概述 (2)

1.1设备的类型 (2)

1.2换热器的控制 (3)

2.换热器组成及工作原理 (3)

2.1换热器的组成 (3)

2.2换热器工作原理 (3)

2.3换热器的数学描述 (4)

3. 控制方案的选择 (6)

3.1系统参数选择 (6)

3.2确定参数 (7)

4.现场仪表选型 (8)

4.1温度测量 (8)

4．2温度变送器 (9)

4.3流量传感器 (10)

4.4流量调节器 (12)

4.5执行器 (13)

5.系统方块图 (15)

6.分析被控对象特性 (15)

6.1分析被控对象 (15)

6.2选择控制算法 (16)

7进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能 (17)

7.1调节控制参数 (17)

7.2 PID参数确定 (18)

7.3 进行系统仿真 (18)

8.课程设计总结 (20)

1.换热设备的概述

使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中。通常，在某些化工厂的设备投资中，换热器占总投资的30%；在现代炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的40%以上；在海水淡化工业生产当中，几乎全部设备都是由换热器组成的。换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。

1.1设备的分类

根据不同的使用目的，换热器可以分为四类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器。按照传热原理和实现热交换的形式不同可以分为间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热（冷热流体直接接触）、有液态载热体的间接式换热器四种。在石油、化工生产中间壁式换热器应用的最为广泛。按冷、热流体进行热量交换的形式分为两类：一类是在无相变情况下的加热或冷却，另一种是在相变的情况下的加热或冷却。按传热设备的结

构形式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等[1]

。衡量一台换热器好

坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构合理，安全可靠，节省材料，成本低，制造、安装、检修方便。

1.2换热设备的换热目的

在炼油的化工生产中，换热器设备应用极其广泛。进行换热的目的主要有下列四种：

1.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；

2.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；

3.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。对于不同的工艺要求，被控变量也可以是流量、压力、液位等。

2 .换热器出口温度控制系统的组成特点

2.1换热器的组成

有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。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。

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（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测温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的送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。

2.2 换热器的工作原理

换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：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，可以根据数入信号自动调节冷流体流量的大

小。多级离心泵的转速由变频器来控制[2]

。

从传热过程的基本方程式可知，为了保证出口的温度平稳，满足工艺生产的要求，必须对传热量进行调节，调节传热量有以下几条途径：

1.

调节载热体的流量。调节载热体流量大小，其实只是改变传热速率方程中的传热系数K和平均温差△T m，对于载热体在加热过程中不发生相变的情况，主要是改变传热速率方程的热系数K；而对于载热体在传热过程中发生相变的情况，主要是改变传热方程中的△T m。

2.调节传热平均温差△T m。这种控制方案滞后较小反应迅速，应用比较广泛。

3.调节传热面积F。这种方案滞后较大，只有在某些必要的场合才采用。

4.将工艺介质分路。该方案是一部分工艺介质经换热，；另一部分走旁路。

在设计传热设备自动化控制方案时，要视具体传热设备的特点和工艺条件而定。而在某些场合，当被加热工艺介质的出口温度较低，采用低压蒸汽作载热体，传热面积裕量又较大时，为了保证温度控制平稳及冷凝液排除畅通，往往以冷凝

器流量作为操纵变量，调节传热面积，以保持出口温度恒定[3]

。

2．3 换热器的数学描述

在工业生产中，生产负荷常常是在一定范围内不断变化的，由此决定了换热设备的运行工矿必须不断调节以与生产负荷变化相适应。以列管式换热器为例，假定换热器过程中的热损失可忽略不计，则有：

1.热平衡方程式

当不考虑热损失时，热流量体放出的热量应该等于冷流体吸收的热量，则有：q=G2C2(t20-t21)=G1C1(t11-t10)

式中,G1,G2表示冷、热流体的重量流量,kg/h; C1,C2表示冷、热流体在进出口温度范围的平均比热,kJ/(kg·℃); t10, t20表示冷、热流体进入换热器的温度,℃; t11, t21表示冷、热流体出换热器的温度,℃;

2．传热速率方程式

热量的传递方向总是由高温物体传向低温物体, 两物体之间的温差是传热的推动力,温差越大,传热速率亦越大.传热速率方程式是:

在大多数情况下,如果不是用于设备的设计,而只是为了表示变量之间关系,那么算术平均温差就足

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,即在工艺介质流量大时,加热工艺介质达到规定温度所需的蒸汽流量必然随之增大,则上式计