第五部分 传热设备的控制.ppt

5 传热设备的控制 5 .1 传热设备的特性 工业生产过程中 , 用于进行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化或不发生相变。 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。根据传热过程中热交换的两种流体是否接触, 可分为直接接触式、间壁式和蓄热式等三种。 5.1 传热设备的特性 一. 换热器静态特性的基本方程式 1．热量衡算式：热流体放出热量=冷流体吸收热量+热损失 发生相变时：冷凝（汽相→液相）或汽化（液相→汽相） 相变时，流体的温度不变：传热速率 冷热流体均有相变: 仅有一种流体有相变: 或 不发生相变：传热速率: 冷热流体均无相变: * 5.1 传热设备的特性 5.2 一般传热设备的控制 5.3 复杂控制系统的应用 5.1 传热设备的特性 G质量流量； c比热容 γ相变热； 温度 5.1 传热设备的特性 2.传热速率方程式： 算术平均值： 对数平均值： ? 3．换热器静态特性的基本方程  或 5.1 传热设备的特性 影响冷流体出口温度扰动 载热体流量G2 载热体入口温度θ2o 冷流体流量G1 冷流体入口温度θ1i 冷流体平均比热容c1、 载热体的平均比热容c2、 换热器的传热总系数U 平均传热面积Am等。 当冷流体、载热体确定，换热器设备确定后，这些参数确定。 操纵变量 主要扰动变量 5.1 传热设备的特性 换热器的静态放大系数（扰动通道一） 冷流体流量G1-出口温度通道增益K1 求导得： 该通道的静态放大系数K1〈0,输入输出间呈非线性关系 表明：冷流体流量增加，冷流体出口温度降低（斜率为负）且随冷流体流量增大，冷流体出口温度降低量减小 5.1 传热设备的特性 换热器的静态放大系数（扰动通道二） 2．冷流体入口温度-出口温度通道的增益K2 求导得 该通道的静态放大系数K2〈1,输入输出间呈线性关系 表明：冷流体出口温度变化量小于冷流体入口温度的变化量 5.1 传热设备的特性 换热器的静态放大系数（扰动通道三） 3．载热体入口温度-出口温度通道的增益K3 求导得 该通道的静态放大系数K30,输入输出间呈线性关系 表明：载热体入口温度变化量正比于冷流体入口温度的变化 5.1 传热设备的特性 换热器的静态放大系数（扰动通道四） 4．载热体流量-出口温度通道的增益K4 求导得 该通道的静态放大系数K40,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 5.1 传热设备的特性 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 5.1 传热设备的特性 2???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 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、精馏塔的再沸器等。 被控变量 工艺介质的出口温度、 操作变量 载热体的流量 5.2