第九章—1传热设备的控制.pptVIP

第九 章典型化工单元的控制传热设备的控制 内 容 引 言 热交换过程的静态特性 换热设备的控制 加热炉的控制 锅炉设备的控制（自学） 热交换过程的静态特性 热交换过程的热量平衡方程 热交换过程的传热速率方程 热交换过程的静态方程 热交换过程的静态特性分析 换热设备的控制方法 被控变量 (1) 被加热/冷却介质的出口温度（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。 换热设备的控制方案 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。 对象特性建模方法：定性分析+实验测试，通常可用一阶加纯滞后环节来近似。 加热炉的单回路控制 加热炉的串级控制 催化裂化加热炉的控制系统 加热炉的安全联锁保护系统 锅炉设备的工艺流程(自学 ) 锅炉设备的控制问题 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、非线性等特性 汽包水位的对象特性 非最小相位特性 汽包水位的单冲量控制 汽包水位的双冲量控制 汽包水位的三冲量控制 三冲量控制系统的简化连接 锅炉蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统 * * 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与载热体的出口温度（T1o, T2o）。其中c1, c2分别为相应介质的比热。 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 K 为传热系数；Fm 为传热面积； ΔTm 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 严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。 采用浮动阀的控制方案 气 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。 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。 干扰通道特性 控制通道特性 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 液位非自衡对象响应测试 （1）手动改变控制器的输出信号u(k)，观察被控变量y(k)的变化过程。 （2）由阶跃响应曲线得到对象基本特征参数 。 非自衡对象特征参数的获得 Kp (稳态输出斜率)： 其中umax、umin与 ymax、ymin为输入输出的量程上下限；若巳归一化，则 umax－ umin =1, ymax－ ymin =1。 T0 (纯滞后时间)： 非自衡对象PID控制系统稳定性分析 开环传递函数： 稳定条件： 非自衡对象PID参数整定原则 将上述PID控制器投入“Auto” （自动）方式，并适当改变控制回路的设定值，观察控制系统跟踪性能。若响应过慢，而且无超调存在，则适当加大Kc值，例如增大到原来的两倍；反之，则减小Kc值。 PID参数初始值的选择： 前馈补偿原理：假设调节阀为气关阀，C1=1，则调节器为正作用，而C2应取负号，具体数值可现场调整或根据阀门特性计算其初始值。