《仪表与过程控制系统》课程设计-换热器温度反馈控制系统

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1、武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书目录目录11绪论11.1换热设备的概述11.1.1设备的分类11.1.2换热设备的换热目的11.2换热器应用及发展21.3设计任务22换热器温控系统控制方案设计与论证22.1课程设计的方案论证22.2换热器温度控制系统结构及框图32.3变量选择42.4工作原理及实现功能42.4.1系统工作原理42.4.2系统实现的功能53被控对象特性分析54系统硬件设计54.1温度变送器54.2执行器(调节阀)64.3调节器84.3.1调节器的选型84.3.2调节器正反作用的选择94.4系统组

2、成94.4.1原件清单94.4.2系统配接图95控制规律选择及系统仿真105.1调节器控制规律的选择105.2控制参数整定1122武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书5.3系统仿真12总结13参考文献14本科生课程设计成绩评定表1422武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书1绪论1.1换热设备的概述使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中。通常，在某些化工厂的设备投资中，换热器占总投资的30%；在现代炼油厂中，换

3、热器约占全部工艺设备投资的40%以上；在海水淡化工业生产当中，几乎全部设备都是由换热器组成的。换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。　1.1.1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

4、况下的加热或冷却。按传热设备的结构形式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等[1]。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。　1.1.2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

5、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。22武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书1.2换热器应用及发展换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等工程领域中。据统计，在现代石油化工企业中换热器投资约占装置建设总投资的30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数40%。由

6、此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到避面的一侧（对流传热），通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传递给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。目前,换热器控制中大多数仍采用简单控制系统及传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统。对于存在大的负荷干扰且对于控制品质要求较高的应用场合，可能需要

7、用到串级控制及前馈控制或串级—反馈，前馈—反馈等复杂控制系统。1.3设计任务本次设计针对换热器的温度反馈控制系统进行研究。通过对冷却水流量的控制以期实现出口油温度的恒定。具体要求为：题目:换热器温度反馈控制系统初始条件：润滑油入口温度：90℃润滑油出口温度：45℃冷却水流量：40Kg/s冷却水入口温度：28℃22武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书2换热器温控系统控制方案设计与论证2.1课程设计的方案论证根据题目要求并通过检阅大量文献，有三种方案可以实现换热器温度控制系统：方案一:为了克服干扰对系统的影响，选择串

8、级系统。其中润滑油出口温度为被控参数、冷却水流量为控制参数。方案二:选择前馈-反馈系统。其中润滑油出口温度为被控参数、冷却水流量为控制参数，为了克服主要扰动(润滑油的流量Q)的干扰，在单闭环控制的基础上，加入对润滑油流量的检测，与单闭环控制构成前馈-反馈系统。方案三:选择温度反馈控制系统。