浙大工业过程控制15传热设备控制

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1、传热设备的控制戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所7/15/20211课件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。7/15/20212课件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7/15/20213课件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

2、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。7/15/20214课件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7/15/20215课件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1/3~3之间，则可用算术平均近似7/15/20216课件热交换过程的静态方程7/15/20217课件热交换

3、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。7/15/20218课件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。7/15/20219课件换热器的控制方案7/15/202110课件换热器的控制方案(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？7/15/202111课

4、件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。7/15/202112课件加热炉的单回路控制7/15/202113课件加热炉的串级控制（一）7/15/202114课件加热炉的串级控制（二）7/15/202115课件催化裂化加热炉的控制系统7/15/202116课件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

5、联锁装置。7/15/202117课件锅炉设备的工艺流程7/15/202118课件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。7/15/202119课件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。7/15/202120课件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

6、：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7/15/202121课件汽包水位的对象特性干扰通道特性控制通道特性7/15/202122课件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7/15/202123课件汽包水位的单冲量控制7/15/202124课件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，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。7/15/202125课件汽包水位的三冲量控制7/15/202126课件三冲量控制系统

7、的简化连接7/15/202127课件锅炉蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统稳态：I1=I2=I3=I4=IpQ1=KQ2分析提降量过程？7/15/202128课件练习题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T1(t)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。7/15/202129课件练习题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

8、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P