换热器出口温度单回路控制.docx

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中北大学课程设计说明书目录

目录 1

1、概述 2

1.1设备的分类 2

1.2换热设备的换热目的 2

1.3换热器的组成 3

1.4换热器的工作原理 3

2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定 4

3、被控对象特性研究 6

3.1被控变量的选择 6

3.2操纵变量的选择 6

3.3被控对象特性 6

4、过程检测控制仪表的选用 8

4.1测温元件及变送器 8

4.2执行器 10

4.3调节器 12

4.4、仪表型号清单列表 13

5、系统方块图 14

6、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 14

6.1调节控制参数 14

6.2PID参数整定及系统仿真 15

6.3系统性能分析 18

7、课程设计结论 19

8、参考文献 20

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1、概述

换热器又叫做热交换器(heatexchanger),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(换热器)、一个检测元件及变送器(温度传感器)、一个调节器(PID)和一个执行器(阀门)所构成的闭合系统，方框图如下：

参比信号(设定点)

参比信号(设定点)

差

被控过程+

Ym

测量元件及变送器

F干扰作用(干扰变量)

控制信号操纵变量

被控变量Y

执行器

调节器

m

图1、单回路控制系统方框图

[1]

其中，被控变量：温度；操纵变量：流量

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

[1]

式、蛇管式、夹套式和套管式等。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

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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。

1.3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

[6]以将其分为简单控制系统和复杂控制系统

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。

1.4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

[2]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

管式得

管式得

熟水护

鱼得

其G

冷水出口

图2换热器温度控制系统工艺流程图

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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