换热器比值控制.doc

各专业全套优秀毕业设计图纸 目 录 1、概述 1 1.1换热设备的分类 1 1.2 换热器的温度控制原理 2 2、被控对象特性研究 3 2.1 被控变量的选择 3 2.2 操纵变量的选择 3 2.3 被控对象特性分析 3 3、控制方案的选择 9 3.1换热器的控制方法 9 3.2 确定控制方案 11 4、过程检测控制仪表的选用 12 4.1 流量测量仪 12 4.2 执行器（调节阀） 14 4.3 调节器 15 5、系统仿真，分析系统性能 16 5.1各个环节的传函及参数的确定 16 5.2系统仿真及PID参数整定 16 5.3 系统性能分析 19 6、课程设计总结 20 7、参考文献 21 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比值控制系统设计，比值控制系统的方框图如下： u 图1 比值控制系统方框图 其中，被控变量：出口温度； 操纵变量：流量。 1.1换热设备的分类 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。 2、蓄热式换热器：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。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。 其中，在间壁式换热器中，管壳式换热器易于制造、生产成本较低、选材范围广、 传热表面的清洗比较方便、适应较强、处理量较大，具有高度工作可靠性，能够承受高 压、高温。虽然在结构紧凑性，传热强度和单位传热面积的金属耗量方面它确实有着缺点，但是由于其优点，使之能在出现的新兴换热器的今天，依然充满生命力，居于统治地位。 1.2换热器的温度控制原理 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。 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。 图2 换热器温度控制系统工艺流程图 2、被控对象特性研究 换热器是传热设备中较为简单的一种，也是最常见的一种。通常它两侧的介质(工艺介质和载热体)在换热过程中均无相变。换热器换热的目的是保证工艺介质加热(或冷却)到一定温度。为保证出口温度平稳，满足工艺要求，必须对传递的热量进行调节。 2.1 被控变量的选择 被控变量是生产过程中希望保持在定值或按一定规律变化的过程参数。在换热器出口温度比值控制系统设计中，当然选择出口温度作为被控变量，因为我们要得到流体稳定的出口温度。 2.2 操纵变量的选择 在控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量就是操纵变量。将出口温度维持在一定值，主要是对冷热流体间传递的热量进行控制，有控制载热体流量、工艺介质的旁路流量、传热面积等多种方式。考虑工艺合理性，