Анализ теплообменного аппарата как объекта автоматического регулирования

Аннотация

Зайцев В.А. Анализ теплообменного аппарата как объекта автоматического регулирования. Рассматривается система управления поверхностным теплообменным аппаратом на примере кожухотрубного парожидкостного теплообменника. Предложен принцип управления теплообменным процессом с учетом входных и выходных параметров, а также возмущающих воздействий.

Актуальность

Теплообменные аппараты являются неотъемлемой частью большинства технологических процессов, поэтому задача автоматизации противоточных теплообменных аппаратов является весьма важной вследствие существенной энергоемкости теплообменников и их широкой распространенности в промышленной практике.

В существующих системах регулирования противоточными теплообменниками не решается задача обеспечения оптимального теплообмена при изменяющихся нагрузках. При этом, как правило, ограничиваются задачей стабилизации выходной температуры одного из потоков. Таким образом, задача модернизации существующей системы управления теплообменным аппаратам, поддерживающей в динамике условия оптимального теплообмена, является весьма актуальной.

Важным этапом в улучшении системы управления рассматриваемым объектом является анализ теплообменника как объекта управления, т.е. выявление всех существенных входных, выходных и возмущающих переменных.

Цель

Повышение качества процесса управления температурой технологического потока на выходе из теплообменника при действии возмущающих воздействий за счет модернизации системы автоматического управления противоточным теплообменным аппаратом.

Постановка задачи

Исследовать противоточный теплообменный аппарат как объект автоматического управления.

Принципиальная и структурная схема теплообменного аппарата

Особенностью теплообменников с изменяющимся агрегатным состоянием веществ, как объектов регулирования, состоит в том, что при постоянном давлении и отсутствии переохлаждения образующегося конденсата (или перегрева образующегося пара), температура жидкой и паровой фаз одинакова и по ней нельзя судить об интенсивности процесса испарения или конденсации. В этом случае основным показателем процесса теплообмена является уровень жидкой фазы.

Постоянство температуры в той части теплообменника, где происходит конденсация или испарение вещества, позволяет рассматривать ее как звено с сосредоточенными параметрами (рис. 1) [1]. Часть теплообменника, в которой происходит лишь нагрев или охлаждение вещества и температура изменяется по длине теплообменника, следует рассматривать как звено с распределенными параметрами.

Теплообменный аппарат как объект управления

С учетом реальных условий работы, все существенные факторы, влияющие на процесс теплообмена, разбиваются на следующие группы [2]:

1. Контролируемые возмущения – это те возмущения, которые можно измерить, но невозможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температура окружающей среды и т.п.). Для исследуемого процесса такими возмущениями являются: температура теплоносителя Т^вх_гор, а также температура и расход нагреваемого потока Т^вх_хол, G_хол на входе в аппарат.
2. Неконтролируемые возмущения – возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Первые – это падение активности катализатора изменение коэффициентов тепло- и массопередачи и т.п. В качестве неконтролируемых возмущений в данном объекте может выступать накипь, образовавшаяся на поверхности трубок внутри теплообменника, а также давление пара, участвующего в теплообмене.
3. Выходные переменные. Из их числа выбирают регулируемые координаты. При построении замкнутых систем регулирования в качестве регулируемых координат выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в аппарате. К ним относятся: температуры теплоносителей Т^вых_гор и Т^вых_хол.
4. Управляющие переменные – входные сигналы объекта управления, с помощью которых можно влиять на режим работы объекта: величина расхода теплоносителя G_гор.

На рисунке 2 показана структурная схема поверхностного теплообменника.

Выводы

1. Выделены существенные факторы, влияющие на процесс автоматизации.
2. Анализ теплообменного аппарата как объекта управления показал, что исследуемый объект автоматизации является сложным, многомерным и многосвязным объектом управления, что не учтено существующими системами автоматического управления.

Список использованной литературы

1. Дудников Е.Г. Автоматическое управление в химической промышленности/ Е.Г. Дудников, А.В. Казаков, Ю.Н. Софиева, А.Э. Софиев, А.М. Цирлин – Москва: Химия, 1987. – 368 с.
2. Лапшенков Г.И. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности/ Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий – Москва: Химия, 1982. – 377 с.
3. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии/ И.Л. Иоффе – Л.: Химия, 1991. – 352 с.

Наверх