Вопрос. Автоматизировать кожухотрубный теплообменник

Схема кожухотрубного теплообменника

С неизменяющимся агрегатным состоянием веществ.

Рис.1.

· Технологический процесс: нагревание технологического потока G до температуры θ^вых с помощью теплоносителя G_т с неизменяющимся агрегатным состоянием.

· Показатель эффективности: θ^вых.

· Цель управления: поддержание θ^вых= θ_зд.

Математическое описание на основе физики процесса.

· Движение теплоносителей осуществляется противотоком при заданных θ_т^вх, θ_т^вых, θ^вых, θ^вх.

· Движущая сила процесса: (1),

где .

· Тепловая нагрузка аппарата: (2).

· Q(дж/с) позволяет определить G_т^эфф и G^эфф на основе тепловых балансов:

(3а);

(3б);

(4а);

(4б).

Эффективное время пребывания:

. (5).

Математическое описание на основе теплового баланса.

Уравнение динамики:

(6).

Уравнение статики при :

(7)

На основании (6) и (7) можно принять: . (8).

Информационная схема объекта.

Рис.2.

· Возможные управляющие воздействия: .

· Возможные контролируемые возмущения: .

· Возможные неконтролируемые возмущения: .

· Возможная управляемая переменная: .

Анализ динамических характеристик объекта.

Уравнение динамики в нормализованном виде.

(9).

На основе этого уравнения динамики объект по каналу описывается математической моделью апериодического звена 1-го порядка:

(10),

где: ; .

Объект имеет транспортное запаздывание:

(11),

где V_труб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.

Таким образом, в целом динамика объекта по каналу управления описывается математической моделью апериодического звена 1-го порядка с запаздыванием:

(12).

Анализ статической характеристики объекта.

Из уравнения статики выразим q^вых в явном виде:

(13).

· Статическая характеристика линейна по каналам: .

· Статическая характеристика нелинейна по каналу .

· Статическую характеристику можно линеаризовать по отношению к G введением стабилизации соотношения расходов: , тогда получим:

(14).

· Линеаризованное представление статической характеристики через разложение в ряд Тейлора:

(15).

· Линеаризованное представление приращения выходной переменной через приращения всех возможных входных переменных:

(16).

Типовая схема автоматизации

Кожухотрубного теплообменника.

Рис.3.

Типовое решение автоматизации.

Типовое решение автоматизации кожухотрубных теплообменников включает в себя подсистемы регулирования, контроля, сигнализации и защиты.

Регулирование.

· Регулирование температуры по подаче теплоносителя G_т - как показателя эффективности процесса нагревания в кожухотрубном теплообменнике.

Контроль.

· расходы - G_т, G;

· температуры - ;

· давление - Р_т, Р.

Сигнализация.

· существенные отклонения q^вых от задания;

· резкое падение расхода технологического потока G¯ , при этом формируется сигнал «В схему защиты».

Система защиты.

По сигналу «В схему защиты» - отключается магистраль подачи теплоносителя G_т.

Автоматизация теплообменника смешения