熱交換器溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計

熱交換器溫度控制系統(tǒng)一．控制系統(tǒng)組成由換熱器出口溫度控制系統(tǒng)流程圖1可以看出系統(tǒng)包括換熱器、熱水爐、控制冷流體的多級離心泵，變頻器、渦輪流量傳感器、溫度傳感器等設(shè)備。圖1換熱器出口溫度控制系統(tǒng)流程圖控制過程特點：換熱器溫度控制系統(tǒng)是由溫度變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和被控對象（出口溫度）組成閉合回路。被調(diào)參數(shù)（換熱器出口溫度）經(jīng)檢驗元件測量并由溫度變送器轉(zhuǎn)換處理獲得測量信號c，測量值c與給定值r的差值e送入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器對偏差信號e進行運算處理后輸出控制作用u。二、設(shè)計控制系統(tǒng)選取方案根據(jù)控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將其分為簡單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)。其中在換熱器上常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)又包括串級控制系統(tǒng)和前饋控制系統(tǒng)。對于控制系統(tǒng)的選取，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的控制對象、控制要求，經(jīng)濟指標(biāo)等諸多因素，選用合適的控制系統(tǒng)。以下是通過對換熱器過程控制系統(tǒng)的分析，確定合適的控制系統(tǒng)。換熱器的溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖2所示，冷流體和熱流體分別通過換熱器的殼程和管程，通過熱傳導(dǎo)，從而使熱流體的出口溫度降低。熱流體加熱爐加熱到某溫度，通過循環(huán)泵流經(jīng)換熱器的管程，出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。冷流體通過多級離心泵流經(jīng)換熱器的殼程，與熱流體交換熱后流回蓄電池，循環(huán)使用。在換熱器的冷熱流體進口處均設(shè)置一個調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)冷熱流體的大小。在冷流體出口設(shè)置一個電功調(diào)節(jié)閥，可以根據(jù)輸入信號自動調(diào)節(jié)冷流體流量的大小。多級離心泵的轉(zhuǎn)速由便頻器來控制。換熱器過程控制系統(tǒng)執(zhí)行器的選擇考慮到電動調(diào)節(jié)閥控制具有傳遞滯后大，反應(yīng)遲緩等缺點，根具離心泵模型得到通過控制離心泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量具有反應(yīng)靈敏，滯后小等特點，而離心泵轉(zhuǎn)速是通過變頻器調(diào)節(jié)的，因此，本系統(tǒng)中采用變頻器作為執(zhí)行器。圖2換熱器的溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖引起換熱器出口溫度變化的擾動因素有很多，簡要概括起來主要有：（1）熱流體的流量和溫度的擾動，熱流體的流量主要受到換熱器入口閥門的開度和循環(huán)泵壓頭的影響。熱流體的溫度主要受到加熱爐加熱溫度和管路散熱的影響。（2）冷流體的流量和溫度的擾動。冷流體的流量主要受到離心泵的壓頭、轉(zhuǎn)速圖5裝配式熱電偶

測量范圍及允許誤差范圍熱電偶類別代號分度號測量范圍基本誤差限鎳鉻－康銅WRKE0－800℃±0.75%t鎳鉻－鎳硅WRNK0－1300℃±0.75%t鉑銠13-鉑WRBR0-1600℃±0.25%t鉑銠10－鉑WRPS0－1600℃±0.25%t鉑銠30－鉑銠6WRRB0－1800℃±0.25%t注：t為感溫元件實測溫度值（℃）熱電偶時間常數(shù)熱惰性級別時間常數(shù)（秒）熱惰性級別時間常數(shù)（秒）Ⅰ90－180Ⅲ10－30Ⅱ30－90Ⅳ＜10熱電偶公稱壓力：一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜態(tài)外壓而破裂。

熱電偶最小插入深度：應(yīng)不小于其保護套管外徑的8－10倍（特列產(chǎn)品例外）

絕緣電阻：當(dāng)周圍空氣溫度為15－35℃，相對濕度＜80％時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線盒的熱電偶，當(dāng)相對溫度為93±3℃時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V）

高溫下的絕緣電阻：熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應(yīng)大于下表規(guī)定的值。規(guī)定的長時間使用溫度（℃）試驗溫度（℃）絕緣電阻值（Ω）≥60060072000≥80080025000≥1000100050002溫度變送器選擇通用型智能溫度變送器如圖6所示，接線端子如圖7所圖6通用型智能溫度變送器

圖7接線端子性能簡介

輸入單路或雙路熱電偶、熱電阻信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。

技術(shù)特點

本產(chǎn)品采用了先進的數(shù)字化技術(shù)，具備了傳統(tǒng)模擬儀表所不具備的多項先進性能，在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優(yōu)異表現(xiàn)，即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中依然能夠可靠應(yīng)用，同時，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用徹底克服了傳統(tǒng)溫度變送器線性差的缺點，內(nèi)部采用數(shù)字化調(diào)校、無零點及滿度電位器、自動動態(tài)校準零點、溫度飄移自動補償?shù)戎T多先進技術(shù)，并符合IEC61000-4-4:1995中所規(guī)定的第四類(惡劣工業(yè)現(xiàn)場)環(huán)境對產(chǎn)品的抗電磁干擾要求,這一系列技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)品的穩(wěn)定性及可靠性得到科學(xué)的保證。

以上各項技術(shù)領(lǐng)先國際先進水平.

適用性

可以與單元組合儀表及DCS、PLC等系統(tǒng)配套使用，在油田、石化、制造、電力、冶金等行業(yè)的重大工程中有著廣泛應(yīng)用。

技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)傳輸準確度：±0.2%×F·S

溫度漂移：≤0.0015%F·S/℃

冷端溫度補償準確度：±0.1%測量熱電阻時允許的引線電阻：≤50Ω

工作溫度：工業(yè)級標(biāo)準-10～+55℃

電流輸出允許外接的負載阻抗:4-20mA輸出時0~500Ω；0-10mA輸出時0~1KΩ需要更大的負載能力請在訂貨時說明。

電磁兼容:符合IEC61000-4-4:1995中所規(guī)定的第四類(惡劣工業(yè)現(xiàn)場)環(huán)境對產(chǎn)品的抗電磁干擾要求.

輸入/輸出/電源/通訊/雙路間絕緣強度：≥1500V.ac

儲運環(huán)境溫度：-40～+80℃

相對濕度：10-90％RH（40℃時）

供電電源：交流：AC95～265V

直流：DC12V～32V（反接保護）

輸入功率：0.9～1.8W（與型號有關(guān)，詳見本手冊附錄中關(guān)于輸入功率的計算方法）

通訊接口：RS232或RS485，MODBUS軟件協(xié)議（選配）。

外形尺寸：寬×高×深：22.5×100×115mm

凈重：140g±20g型號

說明SK-WD-××××通用型溫度變送器輸入回路

缺省為單回路D

雙回路（相互隔離）第一路輸出1

4-20mA2

1-5V3

0-10mA4

0-5V5

0-10V第二路輸出

缺省為無第二輸出1

4-20mA2

1-5V3

0-10mA4

0-5V5

0-10V供電方式

缺省為交流220VD直流24V3流量傳感器選用SKLUCB型插入式渦街流量計如圖8所示圖8SKLUCB型插入式渦街流量計工作原理

按國際標(biāo)準化組織IS07145(在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測定—在截面一點的速度測量法)，采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號或4～20mADC電流信號。

儀表特點1、可測量蒸汽,氣體,液體的體積流量和質(zhì)量流量；

2、無機械運動部件,測量精度高,結(jié)構(gòu)緊湊維護方便；3、壓力損失小,量程范圍寬；范圍度達1:25；

4、采用消擾電路和抗振傳感頭；

5、采用消擾電路和抗振傳感頭，使儀表具有一定抗環(huán)境振動性能；

6、可測介質(zhì)溫度達+250℃。

7、可實現(xiàn)不斷流拆裝傳感器，可實現(xiàn)放大器與傳感器分離（分離距離15m）；技術(shù)參數(shù)公稱通經(jīng)（mm）

250～1500儀表材質(zhì)

1Cr18Ni9Ti公稱壓力（Mpa）

PN1.6Mpa；PN2.5Mpa被測介質(zhì)溫度（℃）

－40～+250℃環(huán)境條件

溫度－10～+55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa精度等級

示值的±2.5%量程比

1:10；1:15阻力損失系數(shù)

Cd<2.6輸出信號

傳感器：脈沖頻率信號0.1~3000Hz低電平≤1V高電平≥6V

變送器：兩線制4~20mADC電流信號供電電源

傳感器：、+24VDC

變送器：+24VDC

現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池信號傳輸線

KVVP3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）傳輸距離

≤500m信號線接口

內(nèi)螺紋M20×1.5防爆等級

ExdIIBT6防護等級

IP65允許振動加速度

1.0g

4調(diào)節(jié)器選用SK－808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀如圖9所示，接線端子如圖10所示圖9SK－808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀圖10接線端子主要技術(shù)指標(biāo)基本誤差：0.5％FS或0.2％FS±1個字分辨力：1/20000、14位A/D轉(zhuǎn)換器顯示方式：雙排四位LED數(shù)碼管顯示采樣周期：0.5S報警輸出：二限報警，報警方式為測量值上限、下限及偏差報警，繼電器輸出觸點容量AC220V/3A控制輸出：⑴繼電器觸點輸出⑵固態(tài)繼電器脈沖電壓輸出（DC12V/30mA）⑶單相/三相可控硅過零觸發(fā)⑷單相/三相可控硅移相觸發(fā)⑸模擬量4～20mA、0～10mA、1～5V、0～5V控制輸出通訊輸出：接口方式--隔離串行雙向通訊接口RS485/RS422/RS232/Modem波特率--300～9600bps內(nèi)部自由設(shè)定饋電輸出：DC24V/30mA電源：開關(guān)電源85～265VAC功耗4W以選型表代碼說明SK-808/900智能PID調(diào)節(jié)儀外型尺寸A橫式160×80×125mmA/S豎式80×160×125mmB方式96×96×110mmC橫式96×48×110mmC/S豎式48×96×110mmD方式72×72×110mm報警輸出B□B1-1個報警點，B2-2個報警點控制輸出N無控制輸出L繼電器控制輸出G固態(tài)繼電器輸出K1單相可控硅過零觸發(fā)K2三相可控硅過零觸發(fā)K3單相可控硅移相觸發(fā)K4三相可控硅移相觸發(fā)X14-20mA輸出X20-10mA輸出X31-5V輸出X40-5V輸出通訊輸出P微型打印機R串行通訊RS232S串行通訊RS485變送器配電電源無饋電輸出V12帶DC12V饋電輸出V24帶DC24V饋電輸出供電電源220VAC供電WDC24V供電輸入信號Sn見"輸入信號類型表"輸入類型表參數(shù)提示符輸入信號內(nèi)容參數(shù)提示符輸入信號內(nèi)容tc-KK型rtd0-400Ωtc-SS型1000Pt1000tc-EE型bA1BA1tc-bB型bA2BA2tc-tT型0-500-50mAtc-nN型0-5V0-5Vtc-jJ型1-5V1-5VP100Pt1000-200-20mAC100Cu1000-100-10mACu50Cu504-204-20mA5調(diào)節(jié)閥選用電動三通合流（分流）調(diào)節(jié)閥如圖11所示ZAZQ（X）型電動三通合流（分流）調(diào)節(jié)閥有合流和分流二種型式，由DKZ電動執(zhí)行機構(gòu)和三通合流或三通分流調(diào)節(jié)組成，以電源為動力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準信號0～10mADC或4-20mADc驅(qū)使閥門開度與此操作信號相對應(yīng)。合流閥的作用是將一種流體分成兩路流體。分流合流閥只能對應(yīng)選用，但當(dāng)DN≤80時，和流閥可用于分流場合。可替代兩臺單、雙座調(diào)節(jié)閥，節(jié)省投資，占據(jù)空間小。三通調(diào)節(jié)閥通常用于熱交換器的兩種介質(zhì)調(diào)節(jié)，及簡單的配比調(diào)節(jié)。圖11動三通合流（分流）調(diào)節(jié)閥主要技術(shù)參數(shù)公稱通徑mm合流253240506580100125150200250300分流80100125150200250300額定流量系數(shù)Kv合流8.513213452851352103405358001260分流851352103405358001260公稱壓力MPa1.64.06.0流量特性直線執(zhí)

行

機

構(gòu)Ⅱ型DKZ-310DKZ-310DKZ-410DKZ-510DKZ-510Ⅲ型DKZ-510CDKZ-310CDKZ-410CDKZ-510CDKZ-510C出軸推力(N)4000400064001600016000行程mm16254060100上閥蓋型式1.61.02.51.61.51.00.650.40.30.160.260.18允許壓差(MPa)普通式（常溫型），熱片式（中溫型）介質(zhì)溫度℃-20～+200、-40～+250（常溫型）-40～