換熱器自動控制

換熱器自動控制，自動調節經換熱器加熱或冷卻的工藝介質(工質)的出口溫度。

簡介

調節手段根據傳熱速率方程選擇，可有多種形式，如載熱體或載冷體的流量,傳熱面積,平均溫差等。傳熱過程的動態回響一般都比較緩慢，為了克服時間滯後的影響，在換熱控制過程中往往需要引入微分控制作用。因微分控制作用可使信號提前，能起早期修正的作用，並有助於增加調節系統的穩定性。當要求很嚴格時，還要採用串級、前饋和熱焓等複雜的控制方案。在大型石油化工裝置中，為確保生產的連續性，也常採用選擇性控制方案。當有多個換熱器並聯運行時，為充分利用熱能，要求把這些換熱器看成一個換熱網路，按最最佳化原理確定換熱網路的最優控制方案。在現代石油化學工業中，為了充分利用能源，換熱過程交錯並聯，因而對控制的要求日漸迫切。

根據換熱特點，換熱器分為一般換熱器（兩側無相變）、蒸汽加熱器（冷凝放熱）和冷卻器(汽化吸熱)三種類型。

一般換熱器控制主要利用載熱體流量作為調節手段，組成出口溫度調節系統。根據載熱體流量本身是否波動可設計成單參數調節或串級調節系統。當載熱體為另一工質因而不允許調節其總量時，可設計成分流式或合流式溫度調節系統。在利用載熱體流量調節溫度時，調節通道的非線性影響是需要注意的因素，應限制流量並保證足夠的換熱面積逾量，否則控制系統便不夠靈敏。

蒸汽加熱器控制調節手段除仍利用載熱體（加熱蒸汽）流量外，也常採用調節蒸汽冷凝液的排出量來調節溫度。由於蒸汽流量易受管網壓力波動的干擾，控制系統多設計成串級形式。當進口的被加熱介質流量波動較大時,可設計成前饋-反饋控制形式。若被加熱介質出口溫度較低,致使蒸汽冷凝液在大氣壓下溫度低於100℃，或採用乙烯、丙烯等烴類物質做載熱體時，一般採用調節冷凝液排出量的方法來控制溫度。調節冷凝液排出量實際上就是通過改變傳熱面積進行溫度控制。由於改變傳熱面積的調節通道時間滯後較大，一般多採用串級調節方式。副參數可以是冷凝液的液面信號或蒸汽流量信號。典型的蒸汽加熱器控制系統由流量調節器、前饋補償器等部分構成。

冷卻器控制冷卻器溫度控制系統的調節系統有三種：改變冷卻流量，改變冷卻器內冷劑液面和改變冷劑汽化壓力。由於冷卻器中的冷卻劑要大量汽化，必須有一定的汽化空間以保證調節的靈敏度並避免汽化的冷劑中夾雜液滴而造成壓縮機操作事故。無論選擇何種方法，都要設定冷凝液面的指示報警或液面的自動控制。為克服對象時間滯後,也常選用串級調節方式。另外,為了使大型石油化工裝置的壓縮機能安全運轉，也必須避免在汽化冷劑中夾帶液滴。在早期的控制方案中，都採用聯鎖切斷的辦法保護壓縮機。但是大型生產過程中的聯鎖切斷停車會造成嚴重的經濟損失，因此要求在局部工作狀況失常時自動化系統能使生產過程繼續維持運轉。溫度和液面的選擇性調節方案可以較好地解決這類問題。冷卻器選擇性調節系統由溫度調節器、液面調節器和低值選擇器組成。當冷劑液面達到上限時，液面調節器經低值選擇器取代正常工作的溫度調節器，保證冷劑液面不會越限。此時溫度調節器處於開環狀態，出口溫度沒有控制。當工作狀況恢復正常，冷劑液面下降低於上限時，溫度調節器經低值選擇器重新投入正常運行，此時液面調節器處於等待狀態。

在大型石油化工企業中，為充分利用不同溫位的熱量和有效地回收熱能，提高節能效益，要求進行最合理的熱交換。在這種情況下，換熱過程可能縱橫交錯、相互關聯。對於這類過程，按常規方法孤立地設計單個換熱器溫度控制方案已無法滿足要求。為此，人們開始套用系統工程原理進行換熱網路最佳化設計，並據此確定整個換熱過程的總體控制方案。在換熱過程控制中套用計算機會使控制系統更加完善。

參考書目

俞金壽著：《傳熱設備的自動調節》，化學工業出版社，北京，1981。

欣斯基著，方崇智譯：《過程控制系統》，化學工業出版社，北京，1982。(F.G.Shinsky, Process-Control System, 2nd ed., McGraw-Hill, New York,1979.)