1. Автоматизация тепловых процессов

1.1 Типовые решения автоматизации процессов нагревания.

Основные принципы управления процессом нагревания рассмотрим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообменника, в который подают нагреваемый продукт и теплоноситель. Показателем эффективности данного процесса является τⁿ_вых - температура продукта на выходе из теплообменника, а целью управления - поддержание этой температуры на определенном уровне (рис. 1.1)

Зависимость температуры tⁿ _вых от параметров процесса может быть найден из уравнения теплового баланса:

где F_n, F_T - расходы соответственно продукта и горячего теплоносителя;

с_n, с_T - удельные теплоемкости продукта и горячего теплоносителя;

tⁿ_вх , t^T_вх - температуры продукта и теплоносителя на входе в теплообменник;

t ⁿ _вых , t ^Т_вых - температуры продукта и теплоносителя на выходе из

теплообменника.

Решая данное уравнение относительно – tⁿ _{вых ,}, получим:

Расход теплоносителя F_T можно легко можно стабилизировать.

Расход продукта F_n - не может быть ни стабилизирован, ни использован для внесения регулирующих воздействий (т.к. связан с определенным технологическим процессом).

Температуры tⁿ_вх и t^Т _вх, а также удельные теплоемкость С_п и

С_т определяются технологическими режимами предыдущих процессов, поэтому их также нельзя стабилизировать. Значит регулируемой величиной является tⁿ_вых, а регулирующее воздействие осуществляется путем изменение расхода F_T.

Теплообменники как объекты регулирования температуры обладают большим временем запаздывания, поэтому следует уделять особое внимание выбору места установки датчика и закону регулирования.

Для уменьшения запаздывания датчик температуры необходимо помещать как можно ближе к теплообменнику и значительный эффект может дать применение регуляторов с предварением и исполнительных механизмов с позиционерами.

В качестве контролирующих величин следует принимать F_П и F_T, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значения этих параметров необходимо для нормального пуска, наладки технологического процесса. Расход F_T требуется знать также для подсчета технико-экономических показателей процесса, а расход F_П и tⁿ_вых - для оперативного управления процессом.

Сигнализации подлежат температура tⁿ_вых и F_П. В связи с тем, что резкое падание расхода F_n может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.

Все рассуждения в отношении процесса нагревания справедливы и для процесса охлаждения.

1.2 Каскадно-связанное регулирование

Использование двухконтурных САР значительно улучшает качество регулирования конечной температуры продукта (основная регулируемая величина), если в качестве вспомогательного параметра выбирают расход теплоносителя (рис. 1.2а), если теплоносителем служит пар с переменным давлением, то предпочтительнее брать давление теплоносителя в рубашке теплообменного аппарата (рис. 1.26)

7

_{теплоноситель}

i

^

Рис. 1.4

х

теплоноситель

теплоноситель

_al

₅₁

_{РИС 15}