換熱器試驗(yàn)過程溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

王明明

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720066

摘要：換熱器是一種熱交換設(shè)備，又稱熱交換器，適用于不同溫度的流體介質(zhì)之間，用來傳遞熱量，廣泛應(yīng)用于食品、化工、暖通、石油、電子等相關(guān)部門。為了使流體的溫度滿足工藝流程要求的指標(biāo)，就要運(yùn)用換熱器來實(shí)現(xiàn)熱流體向冷流體的熱量傳遞作用，以確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。換熱器在石化或煤炭工業(yè)中，在工藝設(shè)備中是一個(gè)重要的組成部分，因熱量的回收循環(huán)利用需利用余熱回收裝置來進(jìn)行。換熱器設(shè)備也可單獨(dú)使用，如冷卻器、冷凝器和加熱器等。

關(guān)鍵詞：換熱器；溫度控制；余熱回收

1 換熱器試驗(yàn)原理

在生產(chǎn)生活中，對(duì)于換熱器性能的測(cè)試非常重要。不論是在產(chǎn)品研發(fā)上，還是在科學(xué)教研之中，都需要依據(jù)能量守恒定律，熱流放熱等冷流吸熱的原理，在誤差允許的范圍內(nèi)處理分析試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算并判斷出換熱器的性能。

換熱器的試驗(yàn)過程中，所測(cè)量的數(shù)據(jù)可分為兩類，一類為計(jì)算所得數(shù)據(jù)，另一類為直接獲得的度數(shù)，最后計(jì)算得出分析換熱器性能的分析數(shù)據(jù)。

2 溫度控制系統(tǒng)

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置為多方面科研工作提供了硬件及軟件平臺(tái)，包括換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制在內(nèi)。實(shí)驗(yàn)裝置的硬件和軟件涉及到了很多技術(shù)，包括變頻控制技術(shù)壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的測(cè)試技術(shù)、微機(jī)通訊技術(shù)和微機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)化工過程控制技術(shù)等，是比較典型的且實(shí)用性非常強(qiáng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，特點(diǎn)在于集過程、設(shè)備和控制于一體。

2.2 控制結(jié)構(gòu)

加熱器出口的工作介質(zhì)的溫度受多種因素的影響，主要為冷流體入口的流量、溫度和蒸汽入口的流量、溫度等。在本文中，由于按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)的冷流體的流量也不能作為控制量，所以采用的控制系統(tǒng)是控制蒸汽流量系統(tǒng)，即在冷介質(zhì)流量變化時(shí)，要控制冷介質(zhì)出口溫度，就要通過控制蒸汽的流量來控制，并使其保持在所需的范圍之內(nèi)。

輸出量作為被控參數(shù)由執(zhí)行器進(jìn)行操作，傳感器測(cè)量值與給定值相比較，其差值作為控制器的輸入，換熱器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2.3 測(cè)控系統(tǒng)

2.3.1液液無相變用熱交換器測(cè)試系統(tǒng)

經(jīng)過被測(cè)換熱器試件分別對(duì)冷、熱流體進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，即冷熱流體分別經(jīng)冷卻劑和加熱器轉(zhuǎn)換至規(guī)定的溫度，這是一個(gè)循環(huán)使用的過程。

為盡快排除蒸汽系統(tǒng)中的凝結(jié)水、空氣和CO2氣體，系統(tǒng)會(huì)將疏水閥加入凝結(jié)水管路上，且能大幅提高自動(dòng)防蒸汽泄漏能力。

試驗(yàn)中的測(cè)量項(xiàng)目有：

1）冷、熱介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度；

2）冷、熱介質(zhì)的質(zhì)量流量或體積流量；

3）冷、熱介質(zhì)的進(jìn)出口之間的壓降和進(jìn)出口壓力。

2.3.2汽液冷凝用熱交換器測(cè)試系統(tǒng)

經(jīng)過被測(cè)試?yán)淠鲗?duì)蒸汽、液體的溫度轉(zhuǎn)換后，為了確保計(jì)量的準(zhǔn)確性，需再對(duì)冷凝液進(jìn)行過冷處理，冷卻器對(duì)冷流體降溫至需要的溫度，這是一個(gè)循環(huán)使用的過程。蒸汽、液體按照測(cè)試的要求分配，分別流向熱側(cè)和冷側(cè)。

3 仿真與應(yīng)用

通過Matlab建立FIS（模糊推理系統(tǒng)），同時(shí)利用仿真模型與FIS聯(lián)系起來，進(jìn)行仿真推演計(jì)算。其推算結(jié)果如圖2所示。

以上說明可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，就是在進(jìn)行試驗(yàn)的過程中我們可采用模糊控制的算法來控制換熱器的溫度。這種方式實(shí)現(xiàn)起來較為簡(jiǎn)單且具有良好的可靠性。這種系統(tǒng)在換熱器控制系統(tǒng)中，對(duì)于溫度的控制綽綽有余。

4 結(jié)論

由此可見，通過對(duì)換熱器的溫控特性進(jìn)行分析，就能明確得到冷熱水混合比、溫度、壓降和質(zhì)量流量之間的相互關(guān)系。當(dāng)由水的需求量及進(jìn)入換熱器的水流量等變化而引起換熱器的水溫?zé)o法滿足要求時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)冷熱水流量的調(diào)節(jié)，可利用壓降的變化來調(diào)節(jié)冷熱水的混合比，而對(duì)溫度的調(diào)節(jié)也不難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔錈崴旌媳群土髁考皽囟戎g有十分精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]張亞萌.智能模糊控制技術(shù)在換熱器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué)，2005.

[2]史美中，王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2009：410.

[3]王鳴.一種換熱器的變PID參數(shù)的控制方法及實(shí)現(xiàn)[M].機(jī)電工程，2001，18（3）：4749.

[4]李遵基.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，1997.

[5]何克忠，李偉.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.