中國石油大學過程控制課件10 傳熱設備控制

1、傳熱設備的控制內 容n 引 言n換熱器的靜態(tài)特性n換熱器的控制n加熱爐的控制n鍋爐控制引 言n換熱分為直接（冷介質和熱介質直接混合）和間接兩種方式，間接方式較多。n間接換熱器包括列管式換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、夾套式換熱器。n間接換熱一般為：高溫經過對流（或輻射）到達間壁，再采用熱傳導到達間壁的另一側，最后通過對流到達低溫介質。換熱器的靜態(tài)特性G1, T1o, c1G2, T2i , c2G1, T1i , c1G2, T2o , c2工藝介質載熱體問題問題：針對逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件（G1, T1i, G2, T2i）,要求計算穩(wěn)定條件下工藝介質的出口溫度T1o。其中

2、c1, c2分別為相應介質的比熱。熱交換過程的熱量平衡方程假設工藝介質與載熱體均無相變，而且沒有熱損失。即 被加熱物料得到的熱量/單位時間= 載熱體放出的熱量/單位時間)(11111ioTTGcq)(22222ioTTGcq21qqG1, T1o, c1G2, T2i , c2G1, T1i , c1G2, T2o , c2工藝介質載熱體熱交換過程的傳熱速率方程mmTKFqK 為傳熱系數；Fm 為傳熱面積；Tm 為傳熱壁兩側流體的平均溫差.對于逆流單程換熱器，可取對數平均值oiiooiiomTTTTTTTTT12121212ln)()(oiioTTTT1212若在1/3 3 之間，則可用算術平

3、均近似2)()(1212oiiomTTTTT熱交換過程的靜態(tài)方程)(2)()(11111212iooiiomTTGcTTTTKFq)()(222211111oiioTTGcTTGcq)(121)()(112211121111ioiiiomTTGcGcTTTTKFGc22111112111211GcGcKFGcTTTTmiiioG1, T1o, c1G2, T2i , c2G1, T1i , c1G2, T2o , c2工藝介質載熱體熱交換過程的靜態(tài)方程22111112111211GcGcKFGcTTTTmiiioG1, T1o, c1G2, T2i , c2G1, T1i , c1G2, T2

4、o , c2工藝介質載熱體熱交換過程的靜態(tài)特性分析iiioTTTTy1211mKFcGx111mKFcGx2222111211xxxy01234567800.10.20.30.40.50.60.70.80.91yx1 = 0.5x1 = 1.0 x1 = 2x1 = 4x2嚴重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調節(jié)閥需選用等百分比閥。22111112111211GcGcKFGcTTTTmiiio令： ， ，換熱器的控制問題n被控變量被控變量(1) 被加熱/冷卻介質的出口溫度（無相變）；(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發(fā)量。控制變量控制變量(1) 調載熱體的流量；(2) 調節(jié)

5、傳熱平均溫差；(3) 調傳熱面積； (4) 將工藝介質分路，一路經換熱，另一路走旁路。11112222mmoiioqKFTcG TTc GTT換熱器的控制方案凝液蒸汽TCTCLC氨氣液氨改變傳熱系數K 和平均溫差Tm 改變平均溫差Tm 左圖不起相變改變K，相變改變平均溫差。換熱器的控制方案不起相變,改變K換熱器的控制方案凝液蒸汽TC相變改變平均溫差。換熱器的控制方案凝液蒸汽TCTCLC氨氣液氨改變傳熱系數K 和平均溫差Tm 改變平均溫差Tm 左圖不起相變改變K，相變改變平均溫差。換熱器的控制方案(續(xù))TC蒸汽凝液TC載熱體工藝介質改變傳熱面積Fm 液氨蒸發(fā)器控制液氨蒸發(fā)器控制加熱爐的控制問題n

6、火力加熱設備n熱量經過輻射（主要）和對流（次要）傳遞到管壁，再經過熱傳導到達內壁，然后通過對流傳給加熱介質。n介質的出口溫度不能過高（分解、結焦、燒壞爐管），也不能過低（不能達到下級工藝要求）加熱爐的控制問題n被控變量被控變量：工藝介質的出口溫度。n控制變量控制變量：燃料油或燃料氣的流量。n主要干擾主要干擾：工藝介質的進料溫度、流量、組分；燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。加熱爐的單回路控制FCTCPCPC回油燃料油霧化蒸汽工藝介質加熱爐的串級控制（一）TCTC燃料油進料出料FCTC進料出料燃料油出口溫度對爐膛溫度的串級控制出口溫

7、度對燃料油流量的串級控制主要干擾為燃料熱值變化等燃油流量波動加熱爐的串級控制（二）TC進料出料燃料油PCTC進料出料燃料油出口溫度對燃料油壓力的串級控制采用浮動閥的控制方案，壓力串級流量小、粘度大的情況倍數繼動器催化裂化加熱爐的控制系統(tǒng)FCFCTCPCPCPC自分餾塔來的回煉油原料油去反應器開關燃料油回油罐去瓦斯罐干氣( 熱裂解氣 )加熱爐的安全聯鎖保護系統(tǒng)TCPCLSGL2BSGL1燃料進料出料主要危險：1、被加熱介質流量過少或者中斷；2、火焰熄滅；3、燃料氣流量過小造成回火；4、燃料氣壓力過大造成脫火。加熱爐的安全聯鎖保護系統(tǒng)TCPCLSGL2BSGL1燃料進料出料LS：低選器；BS：火焰

8、檢測器；GL1：燃料氣流量過低聯鎖裝置；GL2：進料流量過低聯鎖裝置。鍋爐的控制內容n鍋爐設備的介紹n汽包水位控制n燃燒系統(tǒng)的控制n過熱蒸汽溫度控制鍋爐設備的工藝流程熱空氣燃料燃料嘴爐膛汽包過熱器減溫器PMD負荷設備調節(jié)閥過熱蒸汽送負荷設備爐墻省煤器熱空氣送往爐膛給水空氣預熱器冷空氣煙氣(經引風機送往煙囪)鍋爐設備的控制問題給水量減溫水燃料量送風量引風量水 位蒸汽溫度蒸汽壓力過剩空氣爐膛負壓負荷鍋爐設備 系統(tǒng)分解：（1）鍋爐汽包水位的控制；（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；（3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。汽包水位的控制問題n 液位過高，過低的危害n被控變量：汽包水位，用H (s)表示n控制變量：汽包給水量，

9、用G (s)表示n主要干擾：蒸汽負荷（蒸汽流量），用D (s)表示n通道對象：非自衡、非最小相位和非線性等特性汽包水位的對象特性DHH 0HH 2H 1ttGHHH 1tt干擾通道特性控制通道特性1)()(221sTKsKsDsHsesKsGsH0)()(純滯后是由于給水溫度低于汽包內飽和水溫，從而導致水面下氣泡破裂。新加入的水用于填補氣泡破裂造成的空間。溫差越大，滯后時間越長。非最小相位特性1)()(221sTKsKsDsH) 1() 1() 1()()()(20121212sTssTKsTsKsTKKsDsH2120TKKT對象為非最小相位（存在位于復平面右半平面的零點）的條件為02120

10、TKKT汽包水位的單沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水汽包水位的雙沖量控制前饋補償原理：C2的符號由調節(jié)閥的作用決定，具體數值可現場調整或根據閥門特性計算其初始值。RMDGPDG2CvGpG H1CcGHcPmHGFPsQWQ雙沖量控制C1 、C2和C0的數值設置PQKwvmaxminmaxsFsQPZZQ假設線性閥門：流量測量變送的：minmaxmax22ZZQQCKPCKPKQssvFvvw取swQQminmaxmax2ZZKQCvsC1一般取值為1。C0為恒值，正常工況下與C2PF抵消。LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFC1PC +C2PF+C0汽包水位的三沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFFC三沖量控制C2的數值設置內回路的閉環(huán)傳遞函數：2201FCvpFCvpmWGG GGG GGC2的數值設置：minmaxmax2ZZQQPCwwFswQQminmaxmaxZZQQPssFmaxmax2wsQQCRMDGPDGFCGvG1pGLCGHcPmHGFPsQWQ2pGmWG三沖量控制系統(tǒng)的簡化連接FC水位蒸汽給水C1C2C3LC水位蒸汽給水C3C1C2鍋爐的燃燒控制n蒸汽壓力的變化反映生產的蒸汽量與消耗的蒸汽量相適應的程度。負荷變化時，須通過控制燃料量使蒸汽壓力穩(wěn)定。n燃燒控制需使引風量與送風量相配合保證爐膛負壓。n燃料改變時須控制送風量