【正文】 生產(chǎn)過程的順利進行，同時 避免生產(chǎn)過程中的浪費，以節(jié)約能源 。換熱器的分類比較廣泛： 反應(yīng)釜 壓力容器 冷凝器 反應(yīng)鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器 汽水換熱器 換熱機組 石墨換熱器 空氣換熱器 鈦換 熱器 換熱設(shè)備 ，要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。 通常它兩側(cè)的介質(zhì) (工藝介 質(zhì)和載 熱 體 )在換熱 過程 中均無 相變 。 1) 控制載 熱 體流量 這個方案的控制流程 如圖 2。若由于某種原因使 2oT 降低，控制器 TC 將使控制閥門增大，載熱體流 量1G 增加，傳遞的熱量增加，這就必然導(dǎo)致冷熱流體平均溫差 T? 升高，從而使工藝介質(zhì) 的出口溫度 2oT 增加。當(dāng)載熱體流量已經(jīng)變得很大， 11ioTT? 較小時，進入飽和 區(qū)控制就很遲迍，此中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 3 時不宜采用此方案。 3) 工藝介 質(zhì) 的旁路控制 當(dāng)工藝介質(zhì)的流量允許變化 ， 而且換熱器 的傳 熱面有 富余 時，可 將工 藝介質(zhì) 的一 部分經(jīng)換熱 器，其 余部 分由旁 路直 接流到 出口 處 ，然 后 將兩者 混合 起來控 制溫 度。但需 注意 的 是換 熱 器必須 有較 大余量 的傳 熱面積 ，且 載熱體一直 處于最 大流 量，因 此在 通過換 熱器 的 被加 熱 介質(zhì)流量較小時就不太經(jīng)濟。如果被加熱物料出口溫度高于給定值，說明傳熱量過大，可將 冷凝液控制閥關(guān)小，冷凝液就會積累起來，減少了有效的蒸汽冷凝面積，從而使傳熱量減 少，工藝介質(zhì)出口溫度就會降低。 【 3】自動控制原理傳遞函數(shù)部分 對象的靜態(tài)特性就是要確定 1 1 2 1 2o i iT T T G與 、 、 、 G之間的函數(shù)關(guān)系。 式中的下標(biāo)處 1 為載熱體； 2 為冷流體； i 為入口； o 為出口。其中各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)均可由此式推出： 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 5 (l)熱流體入口溫度 1iT 對出口溫度 1oT 的影響，即 11ioTT? ?? 通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。 （ 3）熱流體流量 1G 對其出口溫度 1oT 的影響，即 11oGT? ?? 通道的靜態(tài)放大倍數(shù)， 通過對式（ 15）進行求導(dǎo) 11odTdG ，求 取靜態(tài)放大倍數(shù)為 : ? ?2 2 2 1121 2 2 2 2 211111212iio G c T TdTdG G c G cGcKF G c???????????????? （ 19） 由上式（ 19）可見， 11oGT? ?? 通道的靜態(tài)特性是一個非線性關(guān)系。同樣可通過對式 (15)求導(dǎo) 11odTdG ，其結(jié)果與式（ 19）相似，兩者為一復(fù)雜的非線性關(guān)系。分布參數(shù)對象中輸出 (即被控變量 )既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)，其變化規(guī)律需用偏微分方程來 描述。 傳熱系數(shù) K和比熱容 c為常數(shù) 。取長度為 dz 的圓柱體為微元，這一微元的熱量動態(tài)平衡方程可敘述為：（單位時間內(nèi)流體 1帶入微元 的熱量 )一 (單位時間內(nèi)流體 1離開微元所帶走的熱量 )+(單位時間內(nèi)流體 2傳給流體 1微元的熱量 )=流體 1微元內(nèi)蓄熱量的變化率，即 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?111 1 1 1 1 1 2 1 1 1, , , ,T l t T l tG c T l t G c T l t d l K A d l T l t T l t M c d lll????? ? ? ? ????? ?????? 【 7】 （ 110） 式中 1Mdl ， L 為換熱器的總長度 。 1Mdl — 微元體的質(zhì)量 消去方程式中的 dl ，并適當(dāng)?shù)恼?，得? ? ? ? ? ? ? ? ?111211 1 1, ,T l t T l tM KA T l t T l tG t l G c??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ? （ 111） 同理，可得流體的熱量動態(tài)平衡方程式 ? ? ? ? ? ? ? ?222122 2 2, ,T l t T l tM KA T l t T l tG t l G c??? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ????? ? ? ? （ 112） 時間和空間的邊界表達式為： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?1 1 2 21 1 1 12 2 2 2, 0 , , 00 , , 1 ,0 , , 1 ,iooiT l T l T l T lT t T t T t T tT t T t T t T t????????? （ 113） 上述兩個方程式（ 111）和 （ 112） 及其邊界條件 （ 113） 就是描述列管式換熱器行為的動態(tài)方程。對于換熱器的動態(tài)特性，可以用下 面的近似關(guān)系式來表示。 s — 拉普拉斯運算子符號。此外，還考慮了由于停留時間所引 起的純滯后。假設(shè)熱流體溫中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 9 度由 80℃降低到 40℃，則根據(jù)以下數(shù)據(jù) : 水的比熱 ? ?12 1 / .c c kcal kg C?? 水的密度取 3/kg m ， 40℃時水的密度為 3/kg m 。 根據(jù)式經(jīng)驗公式（ 115） 可求得換熱器動態(tài)特性的基本規(guī)律，由式（ 19）求出增益 K為 : 122 。 通過對被控對象特性的研究以及對現(xiàn)有的常用的控制方法的分析 【 5】 ，現(xiàn)擬采用比值控制對換熱器的出口溫度進行 控制。其中，定比值控制系統(tǒng)又可分為開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)控制系統(tǒng)與雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)比值控制系統(tǒng) 中從動量無抗擾動能力 【 3】 ，只能適用于比較平穩(wěn)且系統(tǒng)對比值關(guān)系要求不高的場合。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中得到廣泛的應(yīng)用。 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)對主動量的抗擾動控制和定值控制，兩個閉合回路可以克服各自的外界干擾，使主、從動量均比較 穩(wěn)定，從而使總物料量也比較平穩(wěn)，系統(tǒng)的運行比較平穩(wěn)。 其控制流程圖為： 輸出 2vq —— 比值器 溫度檢測變送器1LMG 溫度檢測變送器 2LMG 溫度控制器FC 調(diào)節(jié)閥 vG 被控對象1pG 擾動 1dG 1vq 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 11 圖 6 控制系統(tǒng)流程圖 三． 儀表的選型及參數(shù)的確定 流量測量儀 選用 SKLUCB 型插入式渦街流量計，如圖所示： 圖 7 插入式渦街流量計 工作原理： 按國際標(biāo)準(zhǔn)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。 [8] 圖 8 調(diào)節(jié)閥 KVQJ 系列電動單座、套筒調(diào)節(jié)閥，接受調(diào)節(jié)儀表來的直流電流信號，改變被調(diào)介質(zhì)流量，使被控工藝參數(shù)保持在給定值。配用不同的執(zhí)行機構(gòu)可分為普通型和 電子型兩種。由于是采用比值對流量進行控制，所以選擇控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律為 PID 調(diào)節(jié)。控制精度較好，實施起來也比較方便。重新溫習(xí)《過程裝備控制儀表與應(yīng)用》這門課，對其中的部分內(nèi)容有了新的認識，并在實際 中