傳熱設備的控制方案(編輯修改稿)
2025-05-19 22:42 本頁面
【文章內容簡介】 工藝介質分路上述控制方案在多數(shù)應用場合能夠發(fā)揮很好的控制作用。但存在下列問題：① 靜態(tài)特性分析表明，載熱體流量G2較大時，系統(tǒng)進入非線性飽和區(qū)，這時，增加載熱體流量對出口溫度的升高影響不大，控制作用減弱。② 動態(tài)特性分析表明，相對流體輸送設備，換熱器是具有較大時間常數(shù)和時滯的被控對象。動態(tài)特性較差，采用改變載熱體流量控制常常不夠及時，系統(tǒng)超調量較大。為此提出工藝介質控制方案，其策略是將熱流體和冷流體混合后的溫度作為被控變量，熱流體溫度大于設定溫度，冷流體溫度低于設定溫度，通過控制冷熱流體流量的配比，使混合后的溫度等于設定溫度?？刹捎萌刂崎y直接實現(xiàn)，也可采用兩個控制閥（其中，一個為氣開型，一個為氣關型）實現(xiàn)，三通控制閥可采用分流（安裝在入口）或合流（安裝在出口）方式，圖27所示為相應的控制方案。 (a) 用三通閥的分流控制 (b) 用兩個閥的分流控制 圖4。27 工藝介質控制系統(tǒng)工藝介質分路的特點：① 對載熱體流量不加控制，而對被加熱流體進行分路，使飽和區(qū)發(fā)生在被加熱流體流量較大時，因此，常用于傳熱面積較小的場合；② 由于采用混合，因此動態(tài)響應快，用于多程換熱器等時滯大的場合；③ 能耗較大，供熱量應大于所需熱量，常用于廢熱回收系統(tǒng)；④ 設備投資大，需要兩個控制閥和一個控制器。采用三通控制閥時，如果換熱器的阻力較小，則為了保證一定的壓降比，控制閥兩端壓降只能取較小數(shù)值，造成控制閥口徑很大。此外，控制閥流量特性的畸變也較嚴重。因此，也可采用兩個控制閥組成分流或合流控制，需注意，與分流控制不同，兩個控制閥的輸入信號都是20~100kPa，只是一個為氣開型，另一個為氣關型。 調節(jié)傳熱面積改變傳熱面積Am，也能夠改變傳熱速率，使傳熱量發(fā)生變化，達到控制出口溫度的目的。由于冷凝溫度與壓力有關，如果被加熱介質溫度較低，需要熱量較少，控制閥安裝在蒸汽管線時，蒸汽可能冷卻到沸點以下，使加熱器一側出現(xiàn)負壓，造成冷凝液不能正常排放。冷凝液的積蓄造成傳熱面積較小，傳熱量減小，被加熱介質溫度下降，通過控制系統(tǒng)使載熱體控制閥打開，蒸汽量增加，而傳熱面積不大的結果是使蒸汽壓力升高，冷凝液在高壓作用下被排出，隨之，傳熱面積又增加，傳熱量增大，被加熱介質溫度上升，控制系統(tǒng)又使控制閥關小，蒸汽壓力下降，冷凝液積蓄，這種周而復始的過程使被加熱介質溫度周期振蕩，冷凝液呈現(xiàn)脈沖式排放。為此，當傳熱面積較小、被加熱介質溫度較低時，應采用調節(jié)傳熱面積的控制方案。調節(jié)傳熱面積的控制方案如圖28所示，它將控制閥安裝在冷凝液管線，由于冷凝液液位以下的液體不發(fā)生相變，因此給熱系數(shù)比液位上部氣相冷凝給熱小，這種控制方案通過改變冷凝液液位來改變傳熱面積，達到控制被加熱介質溫度的目的。圖4。28 調節(jié)傳熱面積的控制方案從靜態(tài)看，控制閥安裝在冷凝液管線，蒸汽壓力得到保證，不會出現(xiàn)負壓，不會出現(xiàn)冷凝液的脈沖式排放和被加熱介質溫度周期振蕩。從動態(tài)看，從冷凝液流量變化，到液位變化，再到傳熱面積變化，并使被加熱介質溫度變化，這個被控過程具有較大的時滯。冷凝液液位變化到傳熱面積變化的過程是累積過程，可用積分環(huán)節(jié)描述。因此，過程動態(tài)特性較差，調節(jié)不夠及時。此外，控制閥打開的關閉時，過程特性不相同，閥開時傳熱面積變化快，閥關時傳熱面積變化慢，造成過程特性的非線性，時控制器參數(shù)整定困難。因此該控制方案的控制性能不佳。由于傳熱量變化緩慢，對熱敏型介質，該控制方案可防止局部過熱；對傳熱面積較大，蒸汽壓力較低的場合，可有較好的控制效果。因此，只有在必要時才采用該控制方案。此外，為防止冷凝液排空，造成排氣，可在排液控制閥后增設冷凝罐和液位控制系統(tǒng)。 (a)溫度液位串級 (b)溫度流量前饋反饋圖4。29 調節(jié)傳熱面積的控制方案為改善過程時間常數(shù)較大的影響，可采用串級控制系統(tǒng)，將部分的被控對象作為副被控對象，減小整個過程時間常數(shù)。例如，由于控制閥開度變化到冷凝液液位變化的過程具有一定的時間滯后，將液位作為副被控變量，可組成溫度和液位的串級控制系統(tǒng)。如圖29(a)所示,實施時需注意設置液位上限報警系統(tǒng)，防止因液位過高造成
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