Типовой процесс автоматизации нагревание и охлаждение

Основные принципы управления процессом 'Нагревания рассмотрим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообменника (рис. 4.17), в который подают нагреваемый продукт и теплоноситель. Показателем эффективности данного процесса является температура tn" продукта на выходе из теплообменника, а целью управления - поддержание этой температуры на определенном уровне.
Зависимость температуры tп" от параметров процесса может быть найдена из уравнения теплового баланса:

Gп ×С_n(t^//_n - t^/_n) = Gт×С_т (t^/_т - t^//_т)

где Gп, Gт расходы соответственно продукта и горячего теплоносителя;

 С_п> Ст - удельные теплоемкости продукта и горячего теплоносителя;

tn', tг' - температуры продукта и горячего теплоносителя на входе в теплообменник;

tт" - температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменника.

Решая данное уравнение относительно tп", получим:

Рис. 4.17. Типовая схема автоматизации процесса нагревания.

Расход теплоносителя Gт можно легко стабилизировать или использовать для внесения эффективных регулирующих воздействий. Расход продукта Gп определяется другими технологическими процессами, а не процессом.нагревания, поэтому он не может быть ни стабилизирован, и использован для внесения регулирующих воздействий; при изменении Gп в теплообменник будут поступать сильные возмущения. Температуры tп и t'т, а также удельные теплоемкости сп и ст определяются технологическими режимами других процессов, поэтому стабилизировать их при ведении процесса нагревания невозможно. К неликвидируемым возмущениям относятся также изменение температуры окружающей среды и свойств теплопередающей стенки вследствие отложения солей, а также коррозии.
Анализ объекта управления показал, что большую часть возмущающих воздействий невозможно устранить. (В связи с этим следует в качестве регулируемой величины брать температуру tn", а регулирующее воздействие осуществлять путем изменения расхода Gт.
Теплообменники как объекты регулирования температуры обладают большими запаздываниями, поэтому следует уделять особое внимание выбору места установки датчика и закону регулирования. Для уменьшения транспортных запаздываний датчик температуры необходимо помещать как можно ближе к теплообменнику. Для устранения запаздывания значительный эффект может дать применение регуляторов с предварением и исполнительных механизмов с позиционерами.
В качестве контролируемых величин следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходимо для нормального пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход Gт требуется знать также для подсчета технико-экономических показателей процесса, а расход Gп и температуру t для оперативного управления процессом.
Сигнализации подлежат температура tn" и расход продукта. В связи с тем что резкое падение расхода Оп может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию горячего теплоносителя.

Рис. 4.18. Двухконтурные системы регулирования процесса нагревания с использованием в качестве вспомогательной регулируемой величины расхода теплоносителя (а), давления пара (б) и давления в межтрубном пространстве (в).

Все рассуждения в отношении процесса нагревания справедливы и для процесса охлаждения. Объектом управления в этом случае будет являться кожухотрубный теплообменник, в который подается холодоноситель и охлаждаемый продукт; показателем эффективности - конечная температура продукта, а целью управления - поддержание этой температуры на заданном значении. Основным узлом управления будет регулятор конечной температуры охлаждаемого продукта, регулирование же будет осуществляться путем изменения расхода холодоносителя.