换热器温度控制系统的设计毕业设计论文

过程控制系统与装置 课程设计（论文）

题目： 换热器温度控制系统的设计

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器 学 号 课程设计（论 文）题 目 学生姓名 专业班级 换热器温度控制系统的设计 在某生产过程中，冷物料通过热交换器用热水（工业废水）和蒸汽对其进行加热，工艺要求出口温度为140±2℃。当用热水加热不能满足出口温度要求时，则在同时使用蒸气加热，试设计换热器温度控制系统。 1.技术要求: 测量范围：0-180℃ 控制温度：140±2℃ 最大偏差：5℃； 2.说明书要求: 确定控制方案并绘制原理结构图、方框图； 选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号； 确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式； 若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及程序流程图； 编写设计说明书。 课程设计（论文）任务 指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日

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目 录

第1章 换热器温度控制系统设计概述 ..................................................................................... 4 第2章 换热器温度控制系统设计方案论证 ............................................................................... 4 第3章 系统内容设计 ................................................................................................................... 7

3.1 温度传感器的选择 .................................................... 7 3.2 流量变送器的选择 .................................................... 8 3.3 调节器的选择 ........................................................ 8 3.4 执行器的选择 ........................................................ 9 3.5 变送器的选择 ....................................................... 11 3.6 调节阀的选择 ....................................................... 12 第4章 系统性能分析 ................................................................................................................. 13

4.1参数整定 ............................................................ 13 4.2.控制算法的确定 ..................................................... 14 第5章 课程设计总结 ................................................................................................................. 16 参考文献 ....................................................................................................................................... 17

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第1章 换热器温度控制系统设计概述

换热器的应用广泛，比如中央空调系统，机械润滑油冷却系统，制药消毒系统，饮料行业消毒系统，船用冷却，化工行业特殊介质冷却系统日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。近几年来，我国在节能方面虽然已取得很大的成绩，但能源的供应矛盾依然十分尖锐。我国的能源利用率很低，只有28%左右。由此可见，我国在节能方面存在着很大的潜力。

换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两个方面:一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器的效率，显然可以减少能源的消耗，同时，提高换热器的控制效果，也可以充分满足工业生产对于温度的需求，显著提高产品的质量;另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著的提高设备的热效率。因此，换热器的正确使用、合理设计、控制性能改善等对能源有效利用及开发有着十分重要意义。

第2章 换热器温度控制系统设计方案论证

根据题目要求并通过检阅大量，因为该系统有两个调节阀分别控制热水流量和蒸汽流量，很显然本系统选择分程控制系统。分程控制系统是根据工艺要求，需将调节器的输出信号分段，去控制两个或两个以上的调节阀，以便使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内做全行程动作。下图所示以换热器出口的热物料温度为被控参数、以蒸汽流量和冷物料的流量为控制变量的分程控制变量的分程控制系统，利用A、B两台调节阀分别控制蒸汽流量和热水流量两种不同介质，以满足生产工艺对冷却和加热不同的需求。系统的流程图和框图如下所示：

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TC TT B 蒸汽 A 热水 气关阀 冷物料 气开阀 热物料 换热器 冷凝水

图2.1 分程控制流程图

GvA?S? Gc?S? Go?S?GvB?S? Gm?S?

图2.2 分程控制系统框图

但当选择分程系统的类型的时候发现有两种系统可以选择。

方案一 选择调节阀同向动作的分程控制系统。其中被加热物料出口温度为被控参数、蒸汽入量和热水入量为控制参数，A阀控制热水流量，B阀控制蒸汽流量，A、B都使用气关阀，当调节器输出信号从0.02MPa增大时，阀门B完全打开，阀门A由全开状态开始关闭；当信号达到0.06MPa时，阀门A完全关闭，而阀门B则由全开状态开始关闭；当信号达到0.10MPa时，阀门B也完全关闭。分程曲线如下所示：

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