15.传热设备控制.ppt

传热设备的控制,戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所2001/11/28,换热设备控制思考题,1、针对逆流单程列管式换热器，当两侧液体均无相变时，试推导得到工艺介质出口温度与输入条件之间的静态关系；2、了解夹套式（集中参数系统）与套管式换热器（分布参数系统）的动态模型建立方法；3、掌握换热器的控制问题与常用的控制方案；4、掌握加热炉出口温度的控制问题与串级方案。,内容,引言换热器的静态特性换热器的动态特性换热器的控制加热炉的控制锅炉设备的控制,换热器的静态特性,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。,热交换过程的热量平衡方程,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,热交换过程的传热速率方程,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1/33之间，则可用算术平均近似,热交换过程的静态方程,热交换过程的静态特性分析,严重非线性，若其它环节为线性，调节阀需选用等百分数阀。,换热器的控制问题,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。,换热器的控制方案,换热器的控制方案续,问题若上述单回路控制方案仍未能满足工艺要求，如何改进控制方案，以进一步提高控制质量,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。,加热炉的单回路控制,加热炉的串级控制（一）,加热炉的串级控制（二）,催化裂化加热炉的控制系统,加热炉的安全联锁保护系统,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。,锅炉设备的工艺流程,锅炉设备控制思考题,1、了解锅炉设备的控制问题与系统分解；2、掌握汽包水位的对象特点与控制方案；3、掌握锅炉设备燃料与空气逻辑变比值控制系统的分析与设计方法；4、了解锅炉设备过热蒸汽温度的控制问题与常用的控制方法。,锅炉设备的控制问题,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。,汽包水位的控制问题,被控变量汽包水位，用Hs表示控制变量汽包给水量，用Gs表示主要干扰蒸汽负荷（蒸汽流量），用Ds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,干扰通道特性,控制通道特性,非最小相位特性,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,汽包水位的单冲量控制,汽包水位的双冲量控制,前馈补偿原理假设调节阀为气关阀，C11，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。,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,稳态I1I2I3I4IpQ1KQ2分析提降量过程,练习题1,对于下图所示的套管式换热器，假设1间壁的热容可忽略；2工艺介质为液相，属层流流动；3加热蒸汽在套管内的温度可用集中参数T1t来表示。设内套管的圆周长为A，工艺介质单位长度的流体质量为M2。试建立该换热器的动态数学模型。,练习题2,对于下列蒸汽换热器，要求介质出口温度达到规定值。试分析下列情况下应选择哪一种控制方案，并画出控制系统的结构图与方块图。（1）工艺介质流量GF比较稳定，但蒸汽压力PV波动较大；（2）蒸汽压力PV比较稳定，但工艺介质流量GF波动较大；（3）介质流量GF较稳定，但入口温度Ti及蒸汽压力PV波动较大。,练习题3,对于锅炉汽包水位的控制问题，可采用如图所示的简化的三冲量控制系统。假设调节阀为气关阀，要求（1）结合汽包水位的控制对象，画出完整的系统方框图，并注明各方框图的输入输出变量意义；（2）确定C1，C2，C3与调节器的正反作用方向，并说明C2与C3数值确定方法。,精馏塔控制思考题,1、掌握简单精馏塔的控制问题与分解方法；2、掌握精馏塔的静态特性；3、了解精馏塔对象中操作变量对主要被控变量的动态影响程度与速度；4、针对塔顶、塔底产品质量不同的要求，掌握基本控制系统的分析与设计方法；5、了解精馏塔的复杂控制与先进控制方法。,