傳熱設備的控制方案-資料下載頁
2025-04-22 22:42本頁面
【正文】 氣相帶液，造成后續(xù)工序的事故，為此，除可增設信號報警和聯(lián)鎖控制外，也可采用選擇性控制系統(tǒng)，即超馳控制系統(tǒng)。氨冷器根據(jù)被冷卻物料出口溫度控制進入的液氨量。液氨在氨冷器內蒸發(fā)吸熱，當液位過高時，液氨的蒸發(fā)空間減小，蒸發(fā)量減少使溫度升高，造成氣氨中夾雜大量液滴，使后續(xù)設備（例如壓縮機）損壞。因此設計如圖213所示溫度和液位選擇性控制系統(tǒng)。圖4。213 氨冷器的選擇性控制系統(tǒng)正常工況下，如果溫度升高，溫度控制器輸出控制液氨流量。增加液氨量，經液氨的蒸發(fā)，使出口溫度下降。如果液位上升到軟限液位設定仍不能降低溫度，由液位控制器取代溫度控制器，根據(jù)液位控制進氨量，保護了后續(xù)設備，一旦溫度下降，溫度控制器輸出與液位控制器輸出相等，并繼續(xù)下降時，溫度控制器就自動取代液位控制器，工藝操作恢復到正常工況。 對象的動態(tài)數(shù)學模型對于間壁式換熱器，如果間壁兩側都不發(fā)生相變，尤其是流速較慢時的液相傳熱，一般都是分布參數(shù)對象。分布參數(shù)對象中的變量既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)，它們的動態(tài)行為要用偏微分方程來描述。現(xiàn)以圖214所示的套管式換熱器為例，說明這類對象動態(tài)數(shù)學模型的建立方法。圖4。214 套管式換熱器現(xiàn)作如下假設：① 間壁的熱容可忽略；② 流體1和流體2均為液相，且是層流流動；③ 傳熱系數(shù)U和比熱容cc2是定值；④ 同一橫截面上的各點溫度相同。假設后可取高度為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：(單位時間內流體1帶入微元的熱量)(單位時間內流體1離開微元所帶走的熱量)+(單位時間內流體2傳給流體1微元的熱量)=流體1微元內蓄熱量的變化率即 (215)式中l(wèi)=z/L。L為套管換熱器的總長度；A為內套管的圓周長，Adl即為微元的表面積；M1為流體1單位長度的流體質量，M1dl即為微元的質量。消去方程式(215)中的dl，并作適當?shù)恼{整得： (216)式中 同理可得流體2的熱量動態(tài)平衡方程式： (217)時間和空間的邊界條件表達式為 (218)方程式(216) 和(217)及其邊界條件就是描述圖214所示的套管式換熱器動態(tài)行為的動態(tài)方程。為了便于計算機實時控制和現(xiàn)代控制理論的應用，采用時間、空間離散化方法，將上述連續(xù)偏微分方程轉換成相應的離散化狀態(tài)空間模型。首先，將連續(xù)變量離散化： (219)把套管式換熱器按軸向劃分為N段，離散空間步長與相應的離散化分數(shù)的關系為 (220)然后對方程式(216) 和(217)進行離散化處理，其數(shù)學基礎是有限差分方法[2]。當時間和空間步長取得足夠小時，偏微分項可以用相應的有限差分來近似，應用這種近似，并經過一定的處理就能夠得到換熱器的離散狀態(tài)空間模型。應用下列差分格式： 對方程式(216) ~(218)進行近似處理，得 (221) (222) (223)方程式(221) ~(223)包括了整個套管換熱器每一個段的差分方程，為了簡化模型的表達，并應用現(xiàn)代控制理論，引入系統(tǒng)分解的方法，把整個換熱器分解成N個子系統(tǒng)。定義子系統(tǒng)的狀態(tài)矢量、控制矢量分別為：根據(jù)上述子系統(tǒng)的狀態(tài)矢量和控制矢量的選取，由方程式(221) ~(223)可以導出各子系統(tǒng)的離散狀態(tài)方程如下： (224)式中 選取總系統(tǒng)狀態(tài)矢量和控制矢量為并定義 則由方程式(224)，總系統(tǒng)的離散狀態(tài)模型為 (225)式中方程式(225)就是所要求的套管式換熱器離散狀態(tài)空間模型，它是一個線性定長系統(tǒng)。105 / 14
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