目录
目录 (1)
1绪论 (3)
1.1换热设备的概述 (3)
1.1.1设备的分类 (3)
1.1.2换热设备的换热目的 (3)
1.2换热器应用及发展 (4)
1.3设计任务 (4)
2换热器温控系统控制方案设计与论证 (5)
2.1 课程设计的方案论证 (5)
2.2换热器温度控制系统结构及框图 (5)
2.3变量选择 (6)
2.4工作原理及实现功能 (6)
2.4.1系统工作原理 (6)
2.4.2系统实现的功能 (7)
3被控对象特性分析 (8)
3.1数学模型概述 (8)
3.2建模方法 (8)
3.3测试法建模 (8)
3.4换热器测试法建模 (9)
4系统硬件设计 (10)
4.1 温度变送器 (10)
4.2 执行器(调节阀) (11)
4.3调节器 (12)
4.3.1调节器的选型 (12)
4.3.2调节器正反作用的选择 (14)
4.4系统组成 (14)
4.4.1原件清单 (14)
4.4.2系统配接图 (14)
5控制规律选择及系统仿真 (16)
5.1调节器控制规律的选择 (16)
5.2控制参数整定 (17)
总结 (18)
参考文献 (19)
本科生课程设计成绩评定表 (20)
1绪论
1.1换热设备的概述
使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品、加工、动力以及原子能工业部门当中。通常，在某些化工厂的设备投资中，换热器占总投资的30%；在现代炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的40%以上；在海水淡化工业生产当中，几乎全部设备都是由换热器组成的。换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。
1.1.1设备的分类
根据不同的使用目的，换热器可以分为四类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器。按照传热原理和实现热交换的形式不同可以分为间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热（冷热流体直接接触）、有液态载热体的间接式换热器四种。在石油、化工生产中间壁式换热器应用的最为广泛。按冷、热流体进行热量交换的形式分为两类：一类是在无相变情况下的加热或冷却，另一种是在相变的情况下的加热或冷却。按传热设备的结构形式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等。衡量一台换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构合理，安全可靠，节省材料，成本低，制造、安装、检修方便。
1.1.2换热设备的换热目的
在炼油的化工生产中，换热器设备应用极其广泛。进行换热的目的主要有下列四种：
(1)使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行；
(2)生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度范围
内进行；
(3)某些工艺过程需要改变无聊的相态；
(4)回收热量。
由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可以是流量、压力、液位等。
1.2换热器应用及发展
换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、
机械、冶金、交通、制药等工程领域中。据统计，在现代石油化工企业中换热器投资约占装置建设总投资的30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到避面的一侧（对流传热），通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传递给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。
目前,换热器控制中大多数仍采用简单控制系统及传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统。
对于存在大的负荷干扰且对于控制品质要求较高的应用场合，可能需要用到串级控制及前馈控制或串级—反馈，前馈—反馈等复杂控制系统。
1.3设计任务
本次设计针对换热器的温度反馈控制系统进行研究。通过对冷却水流量的控制以期实现出口油温度的恒定。具体要求为：
题目: 换热器温度反馈控制系统
初始条件：润滑油入口温度：90℃
润滑油出口温度：45℃
冷却水流量：40Kg/s
冷却水入口温度：28℃
2换热器温控系统控制方案设计与论证
2.1 课程设计的方案论证
根据题目要求并通过检阅大量文献，有三种方案可以实现换热器温度控制系统：
方案一:为了克服干扰对系统的影响，选择串级系统。其中润滑油出口温度为被控参数、冷却水流量为控制参数。
方案二:选择前馈-反馈系统。其中润滑油出口温度为被控参数、冷却水流量为控制参数，为了克服主要扰动(润滑油的流量Q)的干扰，在单闭环控制的基础上，加入对润滑油流量的检测，与单闭环控制构成前馈-反馈系统。
方案三:选择温度反馈控制系统。其中润滑油出口温度为被控参数、冷却水流量为控制参数。
以上三个方案都可以实现对换热器的控制，方案一使用串级控制系统，通过引入副回路使控制更加精确，减小了扰动的影响；方案二使用前馈-反馈系统，能实现对特定干扰的提前检测与消除，适用于系统干扰确定且较大的情况；方案三直接使用温度反馈控制系统，通过反馈来实现温度的恒定控制。其中前两种方案控制效果要好一些，但系统实现起来较复杂，在实际生产中，当简单反馈控制系统能满足要求时，一般直接使用简单反馈控制系统。
通过对以上三种方案的分析比较及本次设计的技术参数要求，选择方案三作为换热器温度控制系统的方案即可满足要求。
2.2换热器温度控制系统结构及框图
根据前面的方案分析，换热器温度反馈控制系统控制图如图2-1所示。
图2-1换热器控制图
换热器控制系统结构图如图2-2所示，输出量为被控参数，传感器把它测回到输入端与给定值比较，在由控制器指导执行器对被控参数进行操作。
图2-2换热器控制系统结构图
2.3变量选择
简单控制系统是指那些只有一个被控量、一个操作量，只用一个控制器和一个调节阀所组成的控制回路。根据上述分析可知该系统只需用简单控制系统既能完成控制要求。
被控参数选择润滑油出口温度，主要是因为本系统主要干扰是润滑油流量的变化，当选择冷却水为控制参数，则可以使主要干扰进入系统的位置远离被控参数，从而减小干扰对被参数的影响，提高了系统的控制品质。
控制参数选择冷却水流量。若系统出现故障时，应使冷却水以最大速度进入换热器，避免因换热器温度过高，烧坏换热器。从系统整体来看，扰动作用是由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏离给定值；控制作用是由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响，以使被控参数尽力维持在给定值。因此，选冷却水流量为控制参数。
2.4工作原理及实现功能
2.4.1系统工作原理
换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程：冷流体冷却水和热流体润滑油分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体润滑油的出口温度降低。通过控制冷却水的流量来使润滑油的出口温度稳定在设定值附近。
反馈系统的工作原理是：根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组
成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。
2.4.2系统实现的功能
通过控制冷却水的流量来使润滑油的出口温度稳定在设定值附近，即让流进来的热润滑油（90℃）经冷却水冷却后使其出口温度维持在45℃附近。
换热器仿真实训 一、工作原理简述 换热器的操作技术培训是很重要的基本单元操作训练。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的一侧(对流传热)，通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。 本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。 在对流传热中，传递的热量除与传热推动力(温度差)有关外，还与传热面积和传热系数成正比。传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或垢层，都会降低传热系数，减少传热量。所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。 另外，考虑到金属的热胀冷缩特性，尽量减小温差应力和局部过热等问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。 二、工艺流程简介 冷物流(92℃)经阀VB01进入本单元，由泵P101A／B，经调节器FIC101控制流量送入换热器E101壳程，加热到气145℃(20％被汽化)后，经阀VD04出系统。热物流(225℃)由阀VB11进入系统，经泵P102A／B，由温度调节器TIC101分程控制主线调节阀TV101A和副线调节阀TV101B(两调节阀的分程动作如图2-23所示)使冷物料出口温度稳定；过主线阀TV101A的热物流经换热器E101管程后，与副线阀TV101B来的热物流混合(混合温度为(177±2)℃)，由阀VD07出本单元，工艺流程如图2-24所示，。 图2-23调节阀TV101分程动作示意图
图2-24换热器仿真操作流程图 ●训练步骤 (一)冷态开车 1．启动冷物流进料泵P101A (1)确定所有手动阀已关闭，将所有调节器置于手动状态且输出值为0； (2)开换热器E101壳程排气阀VD03(开度约50％)； (3)全开泵P101A前阀VB01； (4)启动泵P101A； (5)当泵P101A出口压力达到9.0atm（表）时，全开P101A后手阀VB03。 2．冷物流进料 (1)顺序全开调节阀FV101前后手阀VB04和VB05；再逐渐手动打开调节阀FV101； (2)待壳程排气标志块由红变绿时，说明壳程不凝气体排净，关闭VD03； (3)开冷物流出口阀VD04，开度为50％；同时，手动调节FV101，使FIC101指示值稳定到12000kg／h，FV101投自动(设定值为12000kg／h)。 3．启动热物流泵P102A (1)开管程排气阀VD06(开度约50％)； (2)全开泵P102A前阀VB11； (3)启动泵P102A； (4)待泵P102A出口压力达到正常值10.0atm(表)，全开泵P102A后手阀
毕业设计说明书 G RADUATE T HESIS 论文题目：换热器热流出口温度控制学院：电气工程学院
摘要 换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例,热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的,从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但由于目前制造工艺的限制,控制方式的单一性,换热器普遍存在控制效果差,换热效率低的现象,造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果,提高换热效率,对于缓解我国能源紧张的状况,具有长远的意义。 本课题来源于对SMPT—1000实验平台换热器的研究，对于换热器热流出口温度的控制，使用PID控制来进行调节，通过不断的调整其参数，确定一个比较准确的参数值，通过调整冷水阀的开度调整其流量来控制热流的出口温度。 本设计利用PCS7来完成整个系统自动控制，通过PCS7软件对系统进行硬件和软件组态，完成控制出口温度的编程，最后通过人机界面监控维护控制系统正常运行。 关键词换热器;温度;PID控制;PCS7
Abstract Heat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power engineering and other process industries. In the industry commonly used shell and tube heat exchanger, for example, the hot fluid and cold fluid heat transfer by convection heat transfer to achieve the purpose, so that the heat exchanger outlet temperature of the material to meet the needs of industrial production. However, as the manufacturing process constraints, control unity, common heat exchanger control is poor, the phenomenon of low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control performance of the heat exchanger to improve heat transfer efficiency, to ease China's energy shortage situation, have long-term significance. The design comes from the SMPT-1000 test platform research exchanger for heat exchanger outlet temperature control, the use of PID control to adjust, through continuous adjusting its parameters to determine a more accurate parameter values by adjusting opening of the cold water valve to control the flow of adjustment of the outlet temperature of the heat flow. This design uses PCS7 to complete the system of automatic control by PCS7 software on the system hardware and software configuration, complete control of the outlet temperature of the programming, the last operating normally by HMI monitoring and control system. Keywords Heat;temperature; PID control; PCS7
换热器温度控制系统简单控制系统方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
目录 目录 (2) 1、题目................................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、换热器概述..................................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 控制系统的选择 (3) 工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 被控变量的选择 (4) 操纵变量的选择 (4) 被控对象特性 (5) 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 测温元件及变送器 (7) 执行器 (10) 调节器 (12) 、仪表型号清单列表 (12) 6、系统方块图 (13) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13) 调节控制参数 (13) PID参数整定及系统仿真 (14) 系统性能分析 (16) 8、参考文献 (17)
热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速
吉林建筑大学城建学院课程设计报告 题目名称加热炉出口温度控制系统设计院（系）电气工程及其自动化 课程名称过程控制工程课程设计 班级电气13-1 学号 学生姓名 指导教师 起止日期2016.6.20-2016.7.1 成绩
目录 摘要 (Ⅰ) ABSTRACT (Ⅱ) 第1章绪论 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 设计任务 (1) 1.3加热炉温度控制系统简介 (1) 1.4加热炉温度控制系统的发展 (2) 第2章对象模型建立 (4) 2．1 建立数学模型 (4) 2．2控制系统分析 (5) 第3章系统设备选型 (6) 3.1 测量变送器和传感器的选择 (6) 3.2执行器的选择 (6) 3.3控制器的选择 (6) 第4章控制器参数整定及Simulink仿真 (9) 4.1控制器参数整定 (9) 4.2Simulink仿真 (11) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14)
摘要 随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理，在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况以及生产情况。过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用，它是加热炉控制系统的重要部分，是对以及控制系统的一个总领和扩充。现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制，以保证在加热过程中温度的准确控制，这就为工业生产提供了有利条件。加热炉是工业生产中的一个重要装置，它的任务是把原料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用。 关键词：加热炉；过程控制系统；温度控制
1. E-0101B混合加热器设计 为确保混合加热器（E-0101B)中MN（亚硝酸甲酯）,CO（一氧化碳）的出口温度为408K，选用0.68Mpa,408K 的加热蒸汽加热入口温度为294K的工艺介质。为保证生成物的产量，质 量，及最终生成物的转化率，且工艺介质较稳定，蒸汽源压力较小，变化不大，因此针对此 实际情况，最后确定设计一个换热器的反馈控制方案。 1.1 换热器概述 换热器工作状态如何, 可用几项工作指标加以衡量。常用的工作指标主要有漏损率、换热效率 和温度效率。它们比较全面的说明了换热器的特点和工作状态，在生产和科学试验中了解这 些指标，对于换热器的管理和改进都是必不可少的。 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、 动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷 却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上 流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流 体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的 主要设备之一。 1.2换热器的分类 适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器 的具体分类如下： 一按传热原理分类：间壁式换热器，蓄热式换热器，流体连接间接式换热器，直接接触 式换热器，复式换热器 二按用途分类：加热器，预热器，过热器，蒸发器 三、按结构分类：浮头式换热器，固定管板式换热器，U形管板换热器，板式换热器等 此设计要求是将进料温度都为297.99K 的MN（亚硝酸甲酯）和CO（一氧化碳）加热到出
过程控制系统课程设计 设计题目加热炉温度控制系统 学生姓名 专业班级自动化 学号 指导老师 2010年12月31日 目录 第1章设计的目的和意义 (2) 第2章控制系统工艺流程及控制要求 (2) 2.1 生产工艺介绍
2.2 控制要求 第3章总体设计方案 (3) 3.1 系统控制方案 3.2 系统结构和控制流程图 第4章控制系统设计 (5) 4.1 系统控制参数确定 4.2 PID调节器设计 第5章控制仪表的选型和配置 (7) 5.1 检测元件 5.2 变送器 5.3 调节器 5.4 执行器 第6章系统控制接线图 (13) 第7章元件清单 (13) 第8章收获和体会 (14) 参考文献 第1章设计的目的和意义 电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。 在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定
性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。 在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。 在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。 这里，给出了一种简单的温度控制系统的实现方案。 第2章控制系统工艺流程及控制要求 2.1 生产工艺介绍 加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示。
作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 目录 目录 (1) 1、题目........................................................ 错误!未定义书签。 2、换热器概述.................................................. 错误!未定义书签。 2.1换热器的用途............................................ 错误!未定义书签。 2.2换热器的工作原理及工艺流程图............................ 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 3.1控制系统的选择 (3) 3.2工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 4.1 被控变量的选择 (4) 4.2 操纵变量的选择 (4) 4.3 被控对象特性 (5) 4.4 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 5.1 测温元件及变送器 (7) 5.2 执行器 (10) 5.3 调节器 (13) 5.4、仪表型号清单列表 (13) 6、系统方块图 (14) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (14) 7.1调节控制参数 (14)
7.2 PID参数整定及系统仿真 (15) 7.3 系统性能分析 (18) 8、参考文献 (19) 1、题目 热交换器出口温度的控制。 2、换热器概述 2.1 换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及 其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的目的主要有 下列四种： ①.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行； ②.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度 范围内进行；③.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。 由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变 量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、 调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可 以是流量、压力、液位等。 2.2 换热器的工作原理及工艺流程图 换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别 通过换热器的管程和壳程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体
第一章系统分析与控制方案的确立 1.系统分析 图1.1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 T1出口 支路1 炉膛 支路2 燃料 被加热物料 图1.1加热炉出口温度系统 由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 2.串级控制系统的设计 加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。由于加热炉时间常数大，而且扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，单回路反馈控制系统不能满足工艺对加热炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度为副变量，构成炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统有效地提高控制质量，以满足工业生产的要求，系统的串级控制结构图如图1.2所示。
图 1.2 加热炉出口温度串级控制系统结构图 串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设 定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的 过渡过程。由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如 图 1.3 所示。 图 1.3 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图 (1) 主被控参数的选择 应选择被控过程中能直接反映生产过程中的产品产量和质量，又易于测量 的参数。在加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统中加热炉出口温度为系 统的主被控参数，因为加热炉出口温度是整个控制作用的关键，要求出口物料 温度维持在某给定值上下。如果其调节欠妥当，会造成整个系统控制设计的失 败。 (2) 副被控制参数的选择 从整个系统来看，加热炉的炉膛温度虽然不是我们要控制的直接目标，但 是炉膛温度会很大程度上影响出口物料的温度，因此我们选择炉膛温度为副被 控参数。 (3) 控制器的选择 主控制器的选择：主被控变量是工艺操作的主要指标（温度），允许波动的 度 副控制器 调节阀 主控制器 主检测、变送仪表 副检测、变送仪表 炉膛 出口温度
化工仿真技术实习报告 实习名称：热交换器 学院： 专业： 班级： 姓名：学号 指导教师： 日期：年月日
一、实习目的 1、熟习换热器的操作方法； 2、掌握换热器各个部件的表示方法及操作，加深对换热器性能的了解； 3、了解测定流量，温度的一些常用方法，仿真系统测试换热器的原理； 4、了解换热器的一些常见故障及排除方法和技巧。 二、实习内容 1、工艺流程简介 本热交换器为双程列管式结构，起冷却作用，管程走冷却水（冷流）。含量30％的磷酸钾溶液走壳程（热流）。 工艺要求：流量为18441 kg/h的冷却水，从20℃上升到30.8℃,将65℃流量为8849 kg/h的磷酸钾溶液冷却到32℃。管程压力0.3MPa，壳程压力 0.5MPa。 流程图画面“G1”中：阀门V4是高点排气阀。阀门V3和V7是低点排液阀。P2A为冷却水泵。P2B为冷却水备用泵。阀门V5和V6分别为泵P2A 和P2B的出口阀。P1A为磷酸钾溶液泵。P1B为磷酸钾溶液备用泵。阀门V1和V2分别为泵P1A和P1B的出口阀。 FIC-1 是磷酸钾溶液的流量定值控制。采用ＰＩＤ单回路调节。 TIC-1 是磷酸钾溶液壳程出口温度控制，控制手段为管程冷却水的用量(间接关系)。采用PID单回路调节。 检测及控制点正常工况值如下： TI-1 壳程热流入口温度为65℃ TI-2 管程冷流入口温度为20℃ TI-3 管程冷流出口口温度为30.8℃左右 TI-2 壳程热流入口温度为32℃ FR-1 冷却水流量18441kg/h FIC-1 磷酸钾流量8849kg/h 报警限说明（H为报警上限，L为报警下限）： TIC-1>35.0℃ TIC-1<28.0℃ FIC-1>9500kg/h FIC-1<7000kg/h 2、工艺流程图
目录 目录 (1) 1、题目....................................................... 错误!未定义书签。 2、换热器概述................................................. 错误!未定义书签。 2.1换热器的用途........................................... 错误!未定义书签。 2.2换热器的工作原理及工艺流程图........................... 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 3.1控制系统的选择 (3) 3.2工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 4.1 被控变量的选择 (4) 4.2 操纵变量的选择 (4) 4.3 被控对象特性 (5) 4.4 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 5.1 测温元件及变送器 (7) 5.2 执行器 (9) 5.3 调节器 (10) 5.4、仪表型号清单列表 (11) 6、系统方块图 (11) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (12) 7.1调节控制参数 (12) 7.2 PID参数整定及系统仿真 (13) 7.3 系统性能分析 (15) 8、参考文献 (16)
1、题目 热交换器出口温度的控制。 2、换热器概述 2.1 换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的目的主要有下列四种： ①.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行；②.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度范围内进行；③.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。 由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可以是流量、压力、液位等。 2.2 换热器的工作原理及工艺流程图 换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的管程和壳程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。 图2 换热器温度控制系统工艺流程图
二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院 课程设计报告书 课程名称：过程控制与集散系统课程设计班级：自动化2010级4班 学号：201004134140 姓名：肖翔 指导教师：万恒 二○一三年十一月
一．设计题目和设计要求； 设计题目：加热炉出口温度控制系统的设计 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料 图1 加热炉出口温度系统 但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 设计要求： 1.绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2.以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3.假设主对象的传递函数为0140()(1)(2) G s s s =++，副对象的传递函数为02()(1) G s s =+40，主、副控制器的传递函数分别为s K s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ， 请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。 4.利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出 响应曲线。
换热器单元仿真训 化工二班、 1、工艺说明 本单元设计采用管壳式换热器。来自界外的92℃冷物流（沸点:198.25℃）由泵P101A/B送至换热器E101的壳程被流经管程的热物流加热至145℃,并有20%被汽化。冷物流流量由流量控制器FIC101控制,正常流量为12000kg/h。来自另一设备的225℃热物流经泵P102A/B送至换热器E101与注经壳程的冷物流进行热交换,热物流出口温度由TIC101控制(177℃)。 2 、设备名称预览 P101A/B：冷物流进料泵 P102A/B：热物流进料泵 E101：列管式换热器 3、开车操作流程
3.1 启动冷流进料泵P101A (1)开换热器壳程排气阀VD03。 (2)开P101A泵的前阀VB01。 (3)启动泵P101A。 (4)当进料压力指示表PI101指示达9.0atm以上,打开P101A泵的出口阀VB03。3.2 冷物流E101进料 (1)打开FIC101的前后阀VB04，VB05,手动逐渐开大调节阀FV101(FIC101)。 (2)观察壳程排气阀VD03的出口,当有液体溢出时（VD03旁边标志变绿）,标志着壳 程已无不凝性气体，关闭壳程排气阀VD03,壳程排气完毕。 (3) 打开冷物流出口阀（VD04），将其开度置为50%，手动调节FV101，使FIC101 其达到12000kg/h，且较稳定时FIC101设定为12000kg/h,投自动。 3.3 启动热物流入口泵P102A (1)开管程放空阀VD06。 (2)开P102A泵的前阀VB11。 (3)启动P102A泵。 (4)当热物流进料压力表PI102指示大于10atm时,全开P102泵的出口阀VB10。3.4 热物流进料 (1)全开TV101A的前后阀VB06,VB07，TV101B的前后阀VB08,VB09。 (2)打开调节阀TV101A（默认即开）给E101管程注液，观察E101管程排汽阀VD06 的出口,当有液体溢出时(VD06旁边标志变绿)，标志着管程已无不凝性气体,此时关管程排气阀VD06，E101管程排气完毕。 (3)打开E101热物流出口阀（VD07），将其开度置为50%，手动调节管程温度控制 阀TIC101，使其出口温度在177±2℃，且较稳定,TIC101设定在177℃,投自动。 4、正常工作操作参数 (1)冷物流流量为12000kg/h，出口温度为145℃，气化率20%。 (2)热物流流量为10000kg/h，出口温度为177℃。 5、停车操作流程 5.1 停热物流进料泵P102A (1)关闭P102泵的出口阀VB01。 (2)停P102A泵。
换热器出口温度设置 Prepared on 24 November 2020
摘要 目前,换热器控制中大多数仍采用简单控制系统及传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点，传统的PID控制往往不能满足其静态、动态特性的要求。使换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义 本课题是针对换热器实验设备温度控制改进提出的。设计中首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。然后根据换热系统组成、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。再根据所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，提出了串级控制及前馈控制或串级—反馈，前馈—反馈等复杂控制系统，来满足对于存在大的负荷干扰且和控制品质要求较高的应用场合。 关键字：换热器、数学模型、PID 、出口温度控制、串级控制
前言 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。 未来换热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。
目录 目录?１ １、题目?2 2、换热器概述 (2) 2、１换热器得用途 (2) ２、2换热器得工作原理及工艺流程图........................................ ２３、控制系统?3 3、１控制系统得选择?3 ３、2工艺流程图与系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) ４、１被控变量得选择?4 4、2 操纵变量得选择?４ ４、3 被控对象特性 (5) 4、4 调节器得调节规律得选择?6 ５、过程检测控制仪表得选用 (7) 5、１测温元件及变送器?7 ５、2 执行器 (9) 5、3 调节器 (10) 1 5、4、仪表型号清单列表?1 ６、系统方块图 (11) 1 7、调节控制参数,进行参数整定及系统仿真,分析系统性能?2 1 7、１调节控制参数?2 7、2 ＰID参数整定及系统仿真........................................... １３ 7、3 系统性能分析 (15) 1 8、参考文献?6 1、题目 热交换器出口温度得控制。
2、换热器概述 2、1 换热器得用途 换热器又叫做热交换器（heａt exchanｇer),就是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门得通用设备,在生产中占有重要地位。进行换热得目得主要有下列四种: ①、使工艺介质达到规定得温度,以使化学反应或其她工艺过程很好得进行;②、生产过程中加入吸收得热量或除去放出得热量,使工艺过程能在规定得温度范围内进行；③、某些工艺过程需要改变无聊得相态；④、回收热量。 由于换热目得得不同,其被控变量也不完全一样。在大多数情况下,被控变量就是温度,为了使被加热得工艺介质达到规定得温度,常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同得工艺要求,被控变量也可以就是流量、压力、液位等。 2、2 换热器得工作原理及工艺流程图 换热器得温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下:冷流体与热流体分别通过换热器得管程与壳程,通过热传导，从而使热流体得出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度,通过循环泵流经换热器得管程,出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器得壳程。在换热器得冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体得大小。 图2 换热器温度控制系统工艺流程图 从传热过程得基本方程式可知，为了保证出口得温度平稳,满足工艺生产得要求,必须对传热量进行调节,调节传热量有以下几条途径： ①、调节载热体得流量。调节载热体流量大小,其实只就是改变传热速率方程中得传热系数Ｋ与平均温差△Ｔm，对于载热体在加热过程中不发生相变得情况,主要就是改变传热速率
换热器温度控制系统 设计
换热器温度控制系统设计 1、换热设备概述 换热器又称热交换器，是进行热量交换的设备的统称。换热器广泛应用于化工、石化、炼油、轻工、制药、食品加工、动力以及原子能等工业。换热器应用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备；板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。 2、控制方案的确定 实验控制对象位列管式换热器,主要的扰动是冷物料的流量Q。换热器温度控制系统包括换热器、控制冷流体的离心泵，传感器等设备。实验采用温度流量串级控制，以冷物料出口温度为主对象，以冷物料流量Q为副对象。 换热器控制图 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3 3、系统硬件设计 或控制量 型号 参数 温度变送器 （Endress+Hauser ） TR13 工作温度范围 PT100 (薄膜式(TF) 50 °C...500 °C (58 °F...932 °F) PT100 (绕线式(WW))： -200 °C (600) °C (- 328 °F...1,112 °F) PT100 (薄膜式(TF))： -50 °C...400 °C (58 °F...752 °F) 最大过程压力(静压) 20 °C 时：50 bar (725 psi) 73W 参数： 标称口径 DN 15…150 (1/2"…6") 测量范围 气体: 4…5 210 m3/h 过程温度 -200...+400°C (-328...+752°F) 最高可达 +450°C / 842°F (特殊选型) 输出信号 4…20 mA 电流输出 防爆认证 ATEX 、FM 、CSA 、TIIS 、NEPSI 、IEC 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制
万方数据
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蓄热式换热器的仿真模拟与研究 作者：崔中坚， 刘刚， 王海， 冯震， CUI Zhong-jian， LIU Gang， WANG Hai， FENG Zhen 作者单位：东华大学环境科学与工程学院 刊名： 建筑热能通风空调 英文刊名：BUILDING ENERGY & ENVIRONMENT 年，卷(期)：2010,29(3) 参考文献(5条) 1.郝红;张于峰转轮除湿器的数学模型及性能研究[期刊论文]-暖通空调 2005(12) 2.杨世铭;陶文铨传热学 1998 3.若尾法昭;影片一朗填充床传热与传质过程 1986 4.林瑞泰多孔介质传热传质引论 1995 5.余驰;王磊太阳能低温水源热泵辅助供暖系统模拟研究[期刊论文]-制冷与空调 2006(01) 本文读者也读过(7条) 1.张海强.刘晓华.江亿.Zhong Haiqiang.Liu Xiaohua.Jiang Yi蓄热式换热器周期性换热过程的性能分析[期刊论文]-暖通空调2011,41(3) 2.王维刚.WANG Weigang蓄热式换热器的优化设计[期刊论文]-化工机械2010,37(4) 3.严亮新型高频换向陶瓷蓄热式换热器性能分析及实验研究[学位论文]2007 4.罗海兵.陈维汉蓄热式换热器传热过程的数值模拟[期刊论文]-化工装备技术2004,25(4) 5.冯震核电站汽机房通风方案的优化[学位论文]2010 6.朱铮.杨其才.刘刚.冯震.Zhu Zheng.Yang Qicai.Liu Gang.Feng Zhen电厂自然通风方式的选择[期刊论文]-制冷与空调（四川）2011,25(2) 7.吴志根.陶文铨多孔金属矩阵材料在相变蓄热中的强化换热数值分析[会议论文]-2011 本文链接：https://www.doczj.com/doc/8b4431308.html,/Periodical_jzrntfkt201003002.aspx
第一章板式换热器安装施工方案 第二章施工准备和施工方法 第一节施工方法 依据施工图的技术要求、设备说明书要求，确定设备、管道和风道的位置及标高，划线安装，特殊要求与设计、甲方（或监理方）协商解决。 施工流向：先核对基准线，先定位，划线后安装。 第二节施工准备 施工图的审核交底 由公司主管经理组织技术人员、施工人员及设计人员对施工图进行审核，达到熟悉图纸，便于施工的目的。施工图中不清楚的地方请设计人员解释交底，互相交流，达到设计、施工和使用的目的。 设备、材料准备 依据施工图提供的设备、材料明细表及施工进度计划订购设备、材料，并要求生产厂按期供货。工程所需材料及配件按施工进度分批运到施工现场。
第三章工程施工监督检查、验收的要点 第一节制冷设备安装 水泥基座找平，划线后安装。 在设备底座地脚螺栓附近垫铁，用水平仪检查其纵向（筒体轴向）与横向的水平度，每米长度上其不平度不超过0.5毫米。设备安装方向正确中心线位移不超过 5 毫米。 用水泥浆浇灌底座及地脚螺栓。 水泥干固后再按第二条复查。 第二节冷却塔安装 冷却塔安装平衡牢固。 冷却塔的出水管口及喷嘴的方向和位置正确、布水均匀。 第三节泵类安装 在基座上划线后安装。 在泵座地脚螺栓附近垫铁，将底座垫高约20—40毫米，检查离心泵泵体水平度，每米不超过0.1毫米，水平联轴器应保持同轴度；轴向倾斜每米不超过0.8毫米；径向位移不超过0.1毫米。 用水泥浆浇灌泵座及地脚螺栓。 3—4天水泥于固后，再按第2项复查。 第四节箱罐安装 箱罐标高允许偏差土5毫米，水平度每米长度不超过10毫米，垂直度每米高度不超过10毫米，中心线位移不超过5毫米。 箱罐的支、吊、托架安装应平直牢固，位置正确。
二○一六～二○一七学年第一学期 信息科学与工程学院课程设计报告书 课程名称： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 二○一六年十月
1. 设计题目 加热炉出口温度控制系统的设计 2. 设计任务 图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。 被加热物料 图1 加热炉出口温度系统 但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。 3. 设计要求 1)绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。 2)以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。 3)假设主对象的传递函数为) 2)(1(1)(01++=s s s G ，副对象的传递函数为) 1(1)(02+=s s G ，主、副控制器的传递函数分别为s K s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。 4)利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出响应曲线。
一．单回路反馈控制系统的设计 单回路反馈控制系统结构框图 原料出口温度T受进入管式加热炉原料的初始温度和进入流量和燃烧值的影响。在原料流量一定的情况下，在燃料入口处安装一个调节阀，控制进入管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉的燃料流量，调节阀的开度大小由原料出口温度值控制，构成管式加热炉出口温度单回路反馈控制系统。 二．串级控制系统的设计 单回路控制系统的控制效果较差，很难达到满意的效果。采用串级控制系统，以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统。 串级控制系统回路的结构框图