Типовые решения по автоматизации теплообменников

Тема 5.6 Автоматизация тепловых процессов

1 Типовые решения по автоматизации теплообменников

2 Типовые решения по автоматизации трубчатых печей

3 Типовые решения по автоматизации парокотельных установок

4 Типовые решения по автоматизации процессов выпаривания, кристаллизации

Типовые решения по автоматизации теплообменников

Основные принципы управления процессом нагревания рассмот­рим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообмен­ника (рис. 1), в который подают нагреваемый продукт и теп­лоноситель. Показателем эффективности данного процесса яв­ляется температура продукта на выходе из теплообменни­ка, а целью управления — поддержание этой температуры на определенном уровне.

Проанализируем объект управления, чтобы определить воз­можные управляющие и возмущающие воздействия. Расход теплоносителя F_T можно легко стабилизировать или использовать для внесения эффективных регулирующих воздей­ствий. Расход продукта F_П определяется другими технологиче­скими процессами, а не процессом нагревания, поэтому он не может быть ни стабилизирован, ни использован, для внесения регулирующих воздействий; при изменении расхода F_П в тепло­обменник будут поступать сильные возмущения. Начальные температуры продукта и теплоносителя , а также их удель­ные теплоемкости с_П и с_Т определяются технологическими режи­мами других процессов, поэтому стабилизировать их при веде­нии процесса нагревания невозможно. К неликвидируемым воз­мущениям относится также изменение температуры окружаю­щей среды и свойств теплопередающей стенки вследствие от­ложения солей, а также коррозии.

Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий невозможно устранить. Поэтому следует в качестве регулируемой величины выбрать температуру , а регулирующее воздействие оказывать изменением расхо­да F_T. В качестве контролируемых величин следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходи­мо для нормального пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход требуется знать также для подсчета технико-экономиче­ских показателей процесса, а расход F_П и температуру — для оперативного управления процессом.

Сигнализации подлежат температура и расход продукта. Поскольку резкое падение расхода F_П может послужить причи­ной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.

Рисунок 1 – Схема автоматизации процесса нагревания

Использование двухконтурных САР позволяет значительно улучшить качество регу­лирования конечной температуры продукта, если вспомогатель­ной регулируемой величиной выбрать параметр, изменение ко­торого будет сильным возмущением для процесса теплообмена. Часто в качестве вспомогательного параметра выбирают рас­ход теплоносителя (рис. 2). Если теплоносителем служит пар с переменным давлением, то предпочтительнее брать давление теплоносителя или давление в межтрубном пространстве.

Рисунок 2 – Двухконтурная система регулирования процесса нагревания

1 - теплообменник

Для ре­гулирования систем, в которых изменение расхода теплоносите­ля недопустимо, используют метод байпасирования (рис. 3). Регулирующее воздействие в этих случаях осуществляется изменением соотношения расходов байпасируемого и основного потоков.

Рисунок 3 – Схема регулирования температуры изменением расхода продукта в байпасном трубопроводе с использованием трехходового клапана

1 - байпас

Ма­лейшие изменения параметров теплоносителя при непосредст­венном смешении двух и более жидкостей приводят к значи­тельным и быстрым изменениям конечной температуры продук­та, поэтому при управлении теплообменниками смешения часто применяют связанное регулирование и регулирование соотно­шения расходов теплоносителя и продукта с коррекцией по тем­пературе продукта.