任务二传热设备的自动控制解析《化工仪表及自动化》
一两侧均无相变化的换热器控制方案二载热体进行冷凝的加热器自动控制三冷却剂进行汽化的冷却器自动控制目录
学习目标1.了解传热设备基本特点。2.了解传热设备结构与类型。3.了解传热设备基本控制方法。4.实现对换热器模拟仿真控制。
一两侧均无相变化的换热器控制方案
1.控制载热体的流量如图表示利用控制载热体流量来稳定被加热介质出口温度的控制方案。从传热基本方程式可以解释这种方案的工作原理。改变载热体流量控制温度
1.控制载热体的流量若不考虑传热过程中的热损失，则热流体失去的热量应该等于冷流体获得的热量，可写出下列热量平衡方程式Q=G1c1(T1-T2)=G2c2(t2-t1)式中，Q为单位时间内传递的热量；G1，G2分别为载热体和冷流体的流量；c1，c2分别为载热体和冷流体的比热容；T1，T2分别为载热体的入口和出口温度；t1，t2分别为冷流体的入口和出口温度。
1.控制载热体的流量另外，传热过程中传热的速率可按下式计算 Q=KF△tm式中，K为传热系数；F为传热面积；△tm为两流体间的平均温差。
1.控制载热体的流量由于冷热流体间的传热既符合热量平衡方程式，又符合传热速率方程式，因此有下列关系式 G2c2(t2-t1)=KF△tm 从上式可以看出，在传热面积F、冷流体进口流量G2，温度t及比热容C2一定的情况下，影响冷流体出口温度t2的因素主要是传热系数K及平均温差△tm。
1.控制载热体的流量控制载流体流量实质上是改变△tm①、假如由于某种原因使t2升高，控制器TC将使阀门关小以减少载体热流量，传热就更加充分，因此载热体的出口温度T2将要下降，从而使工艺介质出口温度T2也下降。②其实质上是通过改变△tm来控制工艺介质出口温度t2的。③改变载热体流量多适用于载热体流量的变化对温度影响较灵敏的场合。
1.控制载热体的流量如果载热体本身压力不稳定，可另设稳压系统，或者采用以温度为主变量、流量为副变量的串级控制系统，如图所示。换热器串级控制系统
2.控制载热体旁路流量当载热体是工艺流体，其流量不允许变动时，可采用如图所示的控制方案。这种方案是利用改变温差△tm的手段，保证载热体总流量不受影响。在载热体为工艺主要介质时，极为常见。用载热体旁路控制温度图
3.控制被加热流体自身流量如图所示，控制阀安装在被加热流体进入换热器的管道上。由式可以看出，被加热流体流量G2越大，出口温度t2就越低。这种控制方案，只能用在工艺介质的流量允许变化的场合。用介质自身流量控制度图
4.控制被加热流体自身流量的旁路当被加热流体的总流量不允许控制，而且换热器的传热面积有余量时，可将一小部分被加热流体由旁路直接流到出口处，使冷热物料混合来控制温度，如图所示。这种控制方案从工作原理来说与第三种方案相同。用介质旁路控制温度
二载热体进行冷凝的加热器自动控制
1.控制蒸汽流量这种方案最为常见。当蒸汽压力本身比较稳定时可采用如图所示的简单控制方案。通过改变加热蒸汽量来稳定被加热介质的出口温度。当阀前蒸汽压力有波动时，可对蒸汽总管加设压力定值控制，或者采用温度与蒸汽流量的串级控制。用蒸汽流量控制温度图
2.控制换热器的有效换热面积如图所示，将控制阀装在凝液管线上。如果被加热物料出口温度高于给定值，说明传热量过大，可将凝液控制阀关小。反之，如果被加热物料出口温度低于给定值，可开大凝液控制阀，增大有效传热面积，使传热量相应增加。绝对压力、表力、负压（真空度）的关系
2.控制换热器的有效换热面积这种控制方案，由于凝液至传热面积的通道是个滞后环节，控制作用比较迟钝。较有效的办法为采用串级控制方案。
2.控制换热器的有效换热面积图1温度-液位串级控制系统图2温度-流量串级控制系统图图1为温度与凝液的液位串级控制，图2为温度与蒸汽流量的串级控制。串级控制有两种方案
2.控制换热器的有效换热面积0102控制凝液排出量的方案，优点是由于变化和缓，有防止局部过热；缺点是控制通道长、变化迟缓，且需要有较大的传热面积裕量。控制蒸汽流量的方案，优点是简单易行、过渡过程时间短、控制迅速；缺点是需选用较大的蒸汽阀门、传热量变化比较剧烈，会造成冷凝液的排放不连续，影响均匀传热。两种控制方案的优缺点：
三冷却剂进行汽化的冷却器自动控制
1.控制冷却剂的流量电气式压力计的组成方框图如图所示的方案为通过改变液氨的进入量来控制介质的出口温度。这种方案的控制过程为：当工艺介质出口温度上升时，传热量增加，介质的出口温度下降。
1.控制冷却剂的流量这种控制方案并不以液位为被控变量，但要注意液位不能过高，液位过高会造成蒸发空间不足，使出去的氨气中夹带大量液氨，引起氨压缩机的操作事故。
2.温度与液位的串级控制温度-液位串级控制如图所示方案中，操纵变