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

给定值+ X 变频器干扰 水泵 主回路干副调节器 主调节器 X - 调节阀 流量 涡街流量换热器热 水出口温- 换热器热水出口温 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制框图

3、系统硬件设计

或控制量

型号

参数

热保护套管末端类型 直管型 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)

温度变送器

（Endress+Hauser）

TR13

流量变送器

（Endress+Hauser）73W涡街

流量计

73W参数：

标称口径

DN

15…150

(1/2\

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

防护等级 IP 67 (NEMA 4x)

控制器

（Autonics）TX4S

TX4S参数

额定电压： 250 V 负载电流： 5 A 室内 控温精度： 0.1 ℃ 类型：

智能温度调节控制器 输出额定功率： 6 w 温控范围： 1000 ℃ 显示方式：

数字显示

调节阀 D971X

D971X电动蝶阀参数

公称通

DN(mm)

径 公称压

PN(MPa)

力

强度试验

试验压

密封试验

力

气密封试验

适用介

空气、水、污水、蒸气、煤气、油品等。

质 驱动形

手动、蜗杆蜗轮传动、气传动、电传动。

式

50～2000

0.6 1.0 1.6 0.9 1.5 2.4 0.66 1.1 1.76 0.6 0.6 0.6

4、控制规律选择

调节器的作用是对来自变送器的测量信号与给定值比较所产生的偏差e(t)进行比例(P)、比例积分(PI)、比例微分(PD)或比例积分微分(PID)运算，并输出信号到执行器。选择调节器的控制规律是为了使调节器的特性与控制过程的特性能很好配合，使所设计的系统能满足生产工艺对控制质量指标的要求

（1）控制器：本系统是温度控制为被控参数，温度检测本身具有滞后性，为

了弥补这个缺点，本系统选用比例积分(PI)控制规律。