第五部分 傳熱設(shè)備控制

1、5 傳熱設(shè)備的控制傳熱設(shè)備的控制5.1 5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性5.2 5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制5.3 5.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)過程中工業(yè)生產(chǎn)過程中 , , 用于進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為傳熱設(shè)備。用于進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為傳熱設(shè)備。傳熱過程中冷熱流體進(jìn)行熱量交換時(shí)可以發(fā)生相變化或不發(fā)生傳熱過程中冷熱流體進(jìn)行熱量交換時(shí)可以發(fā)生相變化或不發(fā)生相變。相變。熱量的傳遞可以是熱傳導(dǎo)、熱輻射或熱對(duì)流。熱量的傳遞可以是熱傳導(dǎo)、熱輻射或熱對(duì)流。實(shí)際傳熱過程中通常是幾種熱量傳遞方式同時(shí)發(fā)生。根據(jù)傳熱實(shí)際傳熱過程中通常是幾種熱量傳遞方式同時(shí)發(fā)生。根據(jù)傳熱過

2、程中熱交換的兩種流體是否接觸過程中熱交換的兩種流體是否接觸, , 可分為直接接觸式、間壁可分為直接接觸式、間壁式和蓄熱式等三種。式和蓄熱式等三種。5 .1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性一一. . 換熱器靜態(tài)特性的基本方程式換熱器靜態(tài)特性的基本方程式1 1熱量衡算式：熱量衡算式：熱流體放出熱量熱流體放出熱量= =冷流體吸收熱量冷流體吸收熱量+ +熱損失熱損失v 發(fā)生相變時(shí)：發(fā)生相變時(shí)：冷凝（汽相冷凝（汽相液相）或汽化（液相液相）或汽化（液相汽相）汽相） 相變時(shí)，流體的溫度不變：傳熱速率相變時(shí)，流體的溫度不變：傳熱速率 冷熱流體均有相變冷熱流體均有相變: : 僅

3、有一種流體有相變僅有一種流體有相變: : 或或v 不發(fā)生相變：不發(fā)生相變：傳熱速率傳熱速率: : 冷熱流體均無相變冷熱流體均無相變: : 5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性qG()OiqG1 12222()OiGG c221 111()iOGG c1 122GG22221 111()()OiiOG cG cG質(zhì)量流量； c比熱容相變熱； 溫度5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性2.2.傳熱速率方程式：傳熱速率方程式：算術(shù)平均值：算術(shù)平均值：對(duì)數(shù)平均值：對(duì)數(shù)平均值：3 3換熱器靜態(tài)特性的基本方程換熱器靜態(tài)特性的基本方程 或或mmqUA2121()()2oiiom21212121()()ln()

4、oiiomoiio111 11 1212211(1)2oiiiGcGcUAmG c21111 11 1221(1)2iioiG cG cUAmG c5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性影響冷流體出口溫度擾動(dòng)影響冷流體出口溫度擾動(dòng)載熱體流量載熱體流量G2載熱體入口溫度載熱體入口溫度2o冷流體流量冷流體流量G1冷流體入口溫度冷流體入口溫度1i冷流體平均比熱容冷流體平均比熱容c1、載熱體的平均比熱容載熱體的平均比熱容c2、換熱器的傳熱總系數(shù)換熱器的傳熱總系數(shù)U平均傳熱面積平均傳熱面積Am等。等。當(dāng)冷流體、載熱體確定，換熱當(dāng)冷流體、載熱體確定，換熱器設(shè)備確定后，這些參數(shù)確定。器設(shè)備確定后，這些參數(shù)確定

5、。操縱變量操縱變量主要擾動(dòng)變量主要擾動(dòng)變量5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性 換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道一）換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道一）冷流體流量冷流體流量G1-G1-出口溫度通道增益出口溫度通道增益K1K1求導(dǎo)得：求導(dǎo)得：該通道的該通道的靜態(tài)放大系數(shù)靜態(tài)放大系數(shù)K1K10,0,輸入輸出間呈非線性關(guān)系輸入輸出間呈非線性關(guān)系 表明：表明：冷流體流量增加，冷流體出口溫度降低（斜率為負(fù)）且隨冷流體冷流體流量增加，冷流體出口溫度降低（斜率為負(fù)）且隨冷流體流量增大，冷流體出口溫度降低量減小流量增大，冷流體出口溫度降低量減小21111 11 1221(1)2iioiG cG cUAmG c12

6、111121 11 112222()()12(1)2oiiccKG cG cGUAmG cUAmG c5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道二）換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道二）2 2冷流體入口溫度冷流體入口溫度- -出口溫度通道的增益出口溫度通道的增益K K2 2求導(dǎo)得求導(dǎo)得 該通道的該通道的靜態(tài)放大系數(shù)靜態(tài)放大系數(shù)K K2 21,1,輸入輸出間呈線性關(guān)系輸入輸出間呈線性關(guān)系 表明：冷流體出口溫度變化量小于冷流體入口溫度的變化量表明：冷流體出口溫度變化量小于冷流體入口溫度的變化量21111 11 1221(1)2iioiG cG cUAmG c1 11 11222

7、1 11 11221(1)21(1)2oiGcGcUAmG cKGcGcUAmG c5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道三）換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道三）3 3載熱體入口溫度載熱體入口溫度- -出口溫度通道的增益出口溫度通道的增益K3K3求導(dǎo)得求導(dǎo)得 該通道的靜態(tài)放大系數(shù)該通道的靜態(tài)放大系數(shù)K30,K30,輸入輸出間呈線性關(guān)系輸入輸出間呈線性關(guān)系 表明：載熱體入口溫度變化量正比于冷流體入口溫度的變化表明：載熱體入口溫度變化量正比于冷流體入口溫度的變化21111 11 1221(1)2iioiG cG cUAmG c131 11 122211(1)2oiKGcG

8、cUAmG c5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道四）換熱器的靜態(tài)放大系數(shù)（擾動(dòng)通道四）4 4載熱體流量載熱體流量- -出口溫度通道的增益出口溫度通道的增益K4K4求導(dǎo)得求導(dǎo)得 該通道的靜態(tài)放大系數(shù)該通道的靜態(tài)放大系數(shù)K40,K40,輸入輸出間呈非線性關(guān)系輸入輸出間呈非線性關(guān)系 表明：表明： 載熱體流量增加，冷流體出口溫度升高（斜率為正）但隨載熱體流量增加，冷流體出口溫度升高（斜率為正）但隨載熱體流量增大，冷流體出口溫度趨于飽和載熱體流量增大，冷流體出口溫度趨于飽和21111 11 1221(1)2iioiG cG cUAmG c1211 14221 11 122

9、222()12(1)2oiiG cKG cG cGG cUAmG c5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性 控制方案確定和控制閥流量特性的選擇控制方案確定和控制閥流量特性的選擇1 1控制方案的確定控制方案的確定 變量分析：變量分析：被擾變量：冷流體出口溫度被擾變量：冷流體出口溫度操作變量：載熱體熱量操作變量：載熱體熱量擾動(dòng)變量：冷流體入口溫度、流量及載熱體入口溫度擾動(dòng)變量：冷流體入口溫度、流量及載熱體入口溫度 系統(tǒng)特性分析：非線性特性，飽和特性系統(tǒng)特性分析：非線性特性，飽和特性 控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖 組成簡單反饋控制系統(tǒng)組成簡單反饋控制系統(tǒng) 前饋前饋反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)

10、控制系統(tǒng) 其他控制系統(tǒng)其他控制系統(tǒng) 5.1 傳熱設(shè)備的特性傳熱設(shè)備的特性2 控制閥流量特性的選擇控制閥流量特性的選擇 選擇原則：使系統(tǒng)總的開環(huán)放大系數(shù)保持恒定選擇原則：使系統(tǒng)總的開環(huán)放大系數(shù)保持恒定 定值控制系統(tǒng)：定值控制系統(tǒng)： 假設(shè)擾動(dòng)是冷流體或載熱體的入口溫度，負(fù)荷線移動(dòng)假設(shè)擾動(dòng)是冷流體或載熱體的入口溫度，負(fù)荷線移動(dòng) 根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥 假設(shè)擾動(dòng)是冷流體的流量，負(fù)荷線變化假設(shè)擾動(dòng)是冷流體的流量，負(fù)荷線變化根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥 隨動(dòng)控制系統(tǒng)：隨動(dòng)控制系統(tǒng)： 負(fù)荷線不變，設(shè)

11、定值變化負(fù)荷線不變，設(shè)定值變化 根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥根據(jù)選型原則應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥 綜合上述分析，應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥綜合上述分析，應(yīng)選對(duì)數(shù)或拋物線特性的控制閥 5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備指以對(duì)流傳熱為主的傳熱設(shè)一般傳熱設(shè)備指以對(duì)流傳熱為主的傳熱設(shè)備。例如，備。例如， 換熱器、蒸汽加熱器、氨冷器、換熱器、蒸汽加熱器、氨冷器、精餾塔的再沸器等。精餾塔的再沸器等。被控變量被控變量 工藝介質(zhì)的出口溫度、工藝介質(zhì)的出口溫度、操作變量操作變量 載熱體的流量載熱體的流量5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制iii12110mUAcG

12、22mUAcG11根據(jù)熱量衡算式和傳熱速率方程式：改變載熱體流量時(shí)，會(huì)引起根據(jù)熱量衡算式和傳熱速率方程式：改變載熱體流量時(shí)，會(huì)引起平均溫差的變化，流量增大，平均溫度升高。平均溫差的變化，流量增大，平均溫度升高。采用其他控制方案：工藝介質(zhì)分路控制采用其他控制方案：工藝介質(zhì)分路控制載熱體流量與冷流載熱體流量與冷流體出口溫度的關(guān)系體出口溫度的關(guān)系調(diào)節(jié)載熱體流量調(diào)節(jié)載熱體流量調(diào)節(jié)載熱體流量的目的調(diào)節(jié)載熱體流量的目的: :改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)U U和平均溫差和平均溫差mm載熱體不發(fā)生相變：傳熱系數(shù)載熱體不發(fā)生相變：傳熱系數(shù)U U變化不大，根據(jù)傳熱面積變化不大，根據(jù)傳熱

13、面積AmAm分為：分為： AmAm足夠大：工作點(diǎn)在負(fù)荷線的非飽和區(qū)，改變足夠大：工作點(diǎn)在負(fù)荷線的非飽和區(qū)，改變G G2 2能有效控制能有效控制mmAmAm不夠：負(fù)荷增加時(shí)，工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，增加不夠：負(fù)荷增加時(shí)，工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，增加G G2 2不能有效增大不能有效增大mm5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制考慮換熱器的動(dòng)態(tài)特性：考慮換熱器的動(dòng)態(tài)特性：時(shí)滯時(shí)滯冷流體入口溫度對(duì)出口溫度時(shí)滯較大，而且其他冷流體入口溫度對(duì)出口溫度時(shí)滯較大，而且其他擾動(dòng)通道也具有較大的時(shí)間常數(shù)。擾動(dòng)通道也具有較大的時(shí)間常數(shù)?？刂品桨冈O(shè)計(jì)應(yīng)包含時(shí)滯補(bǔ)償控制系統(tǒng)或改進(jìn)工控制方案設(shè)計(jì)應(yīng)包含時(shí)滯補(bǔ)償控制系統(tǒng)或改進(jìn)工藝

14、減小時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯。藝減小時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯。5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)v單回路控制（載熱體其他擾動(dòng)波動(dòng)不大）單回路控制（載熱體其他擾動(dòng)波動(dòng)不大）v串級(jí)控制（載熱體壓力或流量波動(dòng)較大）串級(jí)控制（載熱體壓力或流量波動(dòng)較大）v前饋前饋- -反饋控制（原料流量波動(dòng)較大）反饋控制（原料流量波動(dòng)較大）5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制例如：氣壓高或液位高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并使連鎖動(dòng)作，關(guān)閉例如：氣壓高或液位高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并使連鎖動(dòng)作，關(guān)閉有關(guān)閥門。有關(guān)閥門。當(dāng)氣壓或液位波動(dòng)較大時(shí)，也可采用當(dāng)氣壓或液位波動(dòng)較大時(shí)，也可采用串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)。 出口溫度和蒸汽

15、壓力串級(jí)出口溫度和蒸汽壓力串級(jí) 出口溫度和液位串級(jí)。出口溫度和液位串級(jí)。也可采用也可采用選擇控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)，即在安全軟極限時(shí)，正常控制器切換即在安全軟極限時(shí)，正常控制器切換到取代控制器到取代控制器2 載熱體發(fā)生相變：例如，氨冷器、蒸汽加熱器等載熱體發(fā)生相變：例如，氨冷器、蒸汽加熱器等AmAm足夠大：足夠大：可滿足汽相完全冷凝為液相，液相完全汽化為汽相，因可滿足汽相完全冷凝為液相，液相完全汽化為汽相，因此，改變此，改變G G2 2 能有效控制能有效控制mmAmAm不夠：不夠：汽相不能完全冷凝為液相，因此，汽相壓力會(huì)升高，同樣汽相不能完全冷凝為液相，因此，汽相壓力會(huì)升高，同樣，液相不能完全汽

16、化為汽相，因此，液位會(huì)升高，液相不能完全汽化為汽相，因此，液位會(huì)升高. .因此，因此，如采用載熱如采用載熱體流量控制出口溫度時(shí)，應(yīng)設(shè)置報(bào)警或聯(lián)鎖系統(tǒng)體流量控制出口溫度時(shí)，應(yīng)設(shè)置報(bào)警或聯(lián)鎖系統(tǒng)5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制例如例如 , , 蒸汽加熱器的冷流體出口溫度控制可采用出口溫度和蒸汽加熱器的冷流體出口溫度控制可采用出口溫度和蒸汽壓力的選擇性控制系統(tǒng)蒸汽壓力的選擇性控制系統(tǒng) ；氨冷器的出口溫度控制可采用該溫度和液氮液位的選擇性控制氨冷器的出口溫度控制可采用該溫度和液氮液位的選擇性控制系統(tǒng)等系統(tǒng)等, , 如圖所示。同樣如圖所示。同樣, , 可根據(jù)擾動(dòng)變化的頻度和幅度可根據(jù)擾動(dòng)變化

17、的頻度和幅度 , ,采采用前饋用前饋 - -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制調(diào)節(jié)載熱體的汽化溫度調(diào)節(jié)載熱體的汽化溫度1 1 控制目的：改變傳熱速率方程中的平均溫差控制目的：改變傳熱速率方程中的平均溫差mm控制方案：氣氨控制閥開度變化控制方案：氣氨控制閥開度變化汽相壓力變化汽相壓力變化汽化溫度變化汽化溫度變化傳傳熱量變化熱量變化出口溫度變化出口溫度變化 要求有一定的蒸發(fā)空間，常用要求有一定的蒸發(fā)空間，常用LCLC控制進(jìn)入的液氨量控制進(jìn)入的液氨量2 2 特點(diǎn)特點(diǎn) 改變汽相壓力，因此，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快改變汽相壓力，因此，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 需增加液位控制系統(tǒng)及相應(yīng)的液氨加壓的

18、壓縮機(jī)。投資費(fèi)用大需增加液位控制系統(tǒng)及相應(yīng)的液氨加壓的壓縮機(jī)。投資費(fèi)用大 液氨的壓力要較高，以利汽化。因此，對(duì)設(shè)備的耐壓要求也提高液氨的壓力要較高，以利汽化。因此，對(duì)設(shè)備的耐壓要求也提高 當(dāng)氣氨的壓力波動(dòng)較大時(shí)，可加入氣氨壓力的副環(huán)，組成串級(jí)控制當(dāng)氣氨的壓力波動(dòng)較大時(shí)，可加入氣氨壓力的副環(huán)，組成串級(jí)控制 5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制工藝介質(zhì)分路工藝介質(zhì)分路1 1 工藝介質(zhì)分路的目的：工藝介質(zhì)分路的目的： 工藝介質(zhì)分路采用先過熱，再混合冷流體降溫來達(dá)到所需溫度工藝介質(zhì)分路采用先過熱，再混合冷流體降溫來達(dá)到所需溫度控制方案：控制方案： 采用三通控制閥（可安裝在入口或出口處）采用三通

19、控制閥（可安裝在入口或出口處） 采用兩個(gè)控制閥分程控制（一個(gè)是氣開型，另一個(gè)是氣關(guān)型）采用兩個(gè)控制閥分程控制（一個(gè)是氣開型，另一個(gè)是氣關(guān)型） 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 對(duì)載熱體流量不加控制，而對(duì)被加熱流體進(jìn)行分路，使飽和區(qū)發(fā)對(duì)載熱體流量不加控制，而對(duì)被加熱流體進(jìn)行分路，使飽和區(qū)發(fā)生在被加熱流體流量較大時(shí)，因此，常用于傳熱面積較小的場合生在被加熱流體流量較大時(shí)，因此，常用于傳熱面積較小的場合 由于采用混合，因此，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，用于多程換熱器等時(shí)滯大的場由于采用混合，因此，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，用于多程換熱器等時(shí)滯大的場合合 能耗較大，供熱量應(yīng)大于所需熱量，常用于廢熱回收系統(tǒng)能耗較大，供熱量應(yīng)大于所需熱量，常用于廢熱回收

20、系統(tǒng) 設(shè)備投資大，需要兩個(gè)控制閥和一個(gè)控制器設(shè)備投資大，需要兩個(gè)控制閥和一個(gè)控制器雙重控制系統(tǒng)：響應(yīng)快及靜態(tài)特性好。先開旁路閥，再慢調(diào)載熱體流雙重控制系統(tǒng)：響應(yīng)快及靜態(tài)特性好。先開旁路閥，再慢調(diào)載熱體流量量 調(diào)節(jié)傳熱面積調(diào)節(jié)傳熱面積控制閥安裝在蒸控制閥安裝在蒸 汽管線時(shí)汽管線時(shí) , , 蒸汽可能冷卻到沸蒸汽可能冷卻到沸點(diǎn)以下點(diǎn)以下 , , 使加熱器一側(cè)出現(xiàn)負(fù)壓使加熱器一側(cè)出現(xiàn)負(fù)壓 , , 造成冷凝液造成冷凝液不能正常排放。不能正常排放。 冷凝液的積蓄造成傳熱面積較冷凝液的積蓄造成傳熱面積較小小 , , 傳熱量減小傳熱量減小 , , 被加熱介質(zhì)溫度下降被加熱介質(zhì)溫度下降 , , 載載熱熱 體控制

21、閥打開體控制閥打開 , , 蒸汽量增加蒸汽量增加 , , 蒸汽壓力升蒸汽壓力升高高 , , 冷凝液排出冷凝液排出 , , 傳熱面積又增加傳熱面積又增加 , , 傳熱量傳熱量增大增大 , , 被加熱介質(zhì)溫度上升被加熱介質(zhì)溫度上升 , , 系統(tǒng)又使控制系統(tǒng)又使控制 閥關(guān)小閥關(guān)小 , , 蒸汽壓力下降蒸汽壓力下降 , , 冷凝液積蓄。冷凝液冷凝液積蓄。冷凝液呈現(xiàn)脈沖式排放。呈現(xiàn)脈沖式排放。 當(dāng)傳熱面積較小、被加熱介質(zhì)溫度較低當(dāng)傳熱面積較小、被加熱介質(zhì)溫度較低 時(shí)采用時(shí)采用調(diào)節(jié)傳熱面積的控制方案調(diào)節(jié)傳熱面積的控制方案5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控

22、制1 1 調(diào)節(jié)傳熱面積的目的：改變傳熱速率方程中的傳熱面積調(diào)節(jié)傳熱面積的目的：改變傳熱速率方程中的傳熱面積AmAm即改變不發(fā)生相變化的冷凝液高度來改變傳熱面積即改變不發(fā)生相變化的冷凝液高度來改變傳熱面積控制方案：用溫度來控制排出的冷凝液量控制方案：用溫度來控制排出的冷凝液量2 2 特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳熱量變化緩慢，可防止局部過熱傳熱量變化緩慢，可防止局部過熱要求傳熱面積大，因此，對(duì)象時(shí)滯大，閥開和關(guān)時(shí)的對(duì)象特性要求傳熱面積大，因此，對(duì)象時(shí)滯大，閥開和關(guān)時(shí)的對(duì)象特性 同，因此，控制品質(zhì)差同，因此，控制品質(zhì)差控制閥安裝在凝液管，控制凝液排放較控制載熱體時(shí)要暢通控制閥安裝在凝液管，控制凝液排放較控制載熱體

23、時(shí)要暢通可充分利用載熱體的壓力，提高傳熱效率可充分利用載熱體的壓力，提高傳熱效率傳熱量較小，被控溫度較低時(shí)，不會(huì)發(fā)生排液震蕩或溫度震蕩的傳熱量較小，被控溫度較低時(shí)，不會(huì)發(fā)生排液震蕩或溫度震蕩的現(xiàn)象現(xiàn)象 改進(jìn)控制方案：串級(jí)控制改進(jìn)控制方案：串級(jí)控制傳熱設(shè)備可近似用具有時(shí)滯的多容過程描述。傳熱設(shè)備可近似用具有時(shí)滯的多容過程描述。在實(shí)施控制方案時(shí)在實(shí)施控制方案時(shí) , , 應(yīng)注意下列事項(xiàng)。應(yīng)注意下列事項(xiàng)。被控變量是溫度被控變量是溫度 , , 因此因此, , 對(duì)檢測變送環(huán)節(jié)的要求是盡量減小檢對(duì)檢測變送環(huán)節(jié)的要求是盡量減小檢測變送環(huán)節(jié)造成的時(shí)滯和減小時(shí)間常數(shù)測變送環(huán)節(jié)造成的時(shí)滯和減小時(shí)間常數(shù)。為此。為此

24、, , 可采用快響應(yīng)檢可采用快響應(yīng)檢測元件。測元件。操縱變量是流量操縱變量是流量, , 被控過程具有較大時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯被控過程具有較大時(shí)間常數(shù)和時(shí)滯, , 具有非線具有非線性飽和特性性飽和特性 , , 因此因此, ,控制閥宜選用等百分比流量特性控制閥宜選用等百分比流量特性?？刂破鞯目刂埔?guī)律可選用控制器的控制規(guī)律可選用比例和積分比例和積分, ,積分控制作用主要用于消積分控制作用主要用于消除余差除余差, , 因此因此, ,可采用積分分離等措施。因過程增益一般較小可采用積分分離等措施。因過程增益一般較小, , 因因此選用的比例度一般較小。當(dāng)時(shí)間常數(shù)較大時(shí)宜添加微分控制此選用的比例度一般較小。當(dāng)時(shí)間常

25、數(shù)較大時(shí)宜添加微分控制, , 改改善過程動(dòng)態(tài)控制性能。善過程動(dòng)態(tài)控制性能?？刂品桨敢詥位芈房刂茷橹骺刂品桨敢詥位芈房刂茷橹?, ,根據(jù)擾動(dòng)變化的頻度、幅度等根據(jù)擾動(dòng)變化的頻度、幅度等, ,可可采用串級(jí)、前饋采用串級(jí)、前饋- -反饋控制反饋控制, , 必要時(shí)必要時(shí), , 可使用選擇性控制系統(tǒng)?？墒褂眠x擇性控制系統(tǒng)。 5.2 一般傳熱設(shè)備的控制一般傳熱設(shè)備的控制傳熱設(shè)備的控制以單回路控制為主傳熱設(shè)備的控制以單回路控制為主 , , 但當(dāng)控制性能不能滿足時(shí)但當(dāng)控制性能不能滿足時(shí) , , 可根據(jù)過程可根據(jù)過程 擾動(dòng)分析擾動(dòng)分析 , , 設(shè)置復(fù)雜控制系統(tǒng)或先進(jìn)控制系統(tǒng)。本節(jié)設(shè)置復(fù)雜控制系統(tǒng)或先進(jìn)控制系統(tǒng)。

26、本節(jié)介紹傳熱設(shè)備的介紹傳熱設(shè)備的前饋前饋 - -反饋控制反饋控制、基于模型計(jì)算的控制和、基于模型計(jì)算的控制和選擇性控選擇性控制制等。等。5.3.1 5.3.1 前饋前饋反饋控制反饋控制傳熱設(shè)備控制中傳熱設(shè)備控制中 , , 當(dāng)擾動(dòng)的波動(dòng)較大當(dāng)擾動(dòng)的波動(dòng)較大 , , 頻繁變化頻繁變化 , , 幅度較大幅度較大 , , 擾動(dòng)不可控但可測擾動(dòng)不可控但可測 , , 控制控制 要求又較高時(shí)要求又較高時(shí) , , 宜將該主要擾動(dòng)作為宜將該主要擾動(dòng)作為前饋信號(hào)前饋信號(hào) , , 組成前饋組成前饋 - -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) ( ( 一般不采用單純一般不采用單純 的前饋的前饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) ) ) 。5.3

27、復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用5.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用 前饋控制在傳熱設(shè)備控制中的應(yīng)用前饋控制在傳熱設(shè)備控制中的應(yīng)用1 1 靜態(tài)前饋控制：靜態(tài)前饋控制：根據(jù)熱量衡算式計(jì)算前饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)根據(jù)熱量衡算式計(jì)算前饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù) ; ;即即冷流體流量為主動(dòng)量，組成靜態(tài)前饋控制冷流體流量為主動(dòng)量，組成靜態(tài)前饋控制2.2.前饋前饋- -反饋控制反饋控制： 21111()OiGG c1 1211()OiGcG5.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用以冷流體流量擾動(dòng)為例，可以計(jì)算靜態(tài)前饋的控制規(guī)律。以冷流體流量擾動(dòng)為例，可以計(jì)算靜態(tài)前饋的控制規(guī)律。根據(jù)不變性原理，得到根據(jù)不變

28、性原理，得到 代入可得到代入可得到 410KmKK222212G cGKmUAmG式中，和式中，和 采用靜態(tài)時(shí)載熱體采用靜態(tài)時(shí)載熱體 和和 冷流體的流量值和冷流體的流量值和。 2G1G2G1G5.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用酮苯塔進(jìn)料溫度的前饋酮苯塔進(jìn)料溫度的前饋- -反饋控制系反饋控制系統(tǒng)統(tǒng) 由于進(jìn)料量波動(dòng)較大，故引入由于進(jìn)料量波動(dòng)較大，故引入進(jìn)料量前饋信號(hào)組成前饋進(jìn)料量前饋信號(hào)組成前饋- -反饋控制反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng) 控制通道時(shí)間常數(shù)與擾動(dòng)通控制通道時(shí)間常數(shù)與擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)，經(jīng)測試，很接近。因道時(shí)間常數(shù)，經(jīng)測試，很接近。因此，采用靜態(tài)前饋此，采用靜態(tài)前饋5.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜控制系統(tǒng)的應(yīng)用銅業(yè)氨冷器出口溫度的前饋銅業(yè)氨冷器出口溫度的前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)由于進(jìn)料量溫度波動(dòng)較大，故引入進(jìn)料溫度前饋信號(hào)由于進(jìn)料量溫度波動(dòng)較大，故引入進(jìn)料溫度前饋信號(hào)由于氣氨壓力波動(dòng)較大故引入氣氨壓力前饋信號(hào)由于氣氨壓力波動(dòng)較大故引入氣氨壓力前饋信號(hào)溫度擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)較大，因此，用動(dòng)態(tài)前饋溫度擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)較大，因此，用動(dòng)態(tài)前饋動(dòng)態(tài)前饋傳遞函數(shù)是：動(dòng)態(tài)前饋傳遞函數(shù)是： 壓力信號(hào)則用靜態(tài)前饋壓力信號(hào)則用靜態(tài)前饋1( )51FF