1、熱交換器溫度控制系統一控制系統組成由換熱器出口溫度控制系統流程圖1可以看出系統包括換熱器、熱水爐、控制冷流體的多級離心泵，變頻器、渦輪流量傳感器、溫度傳感器等設備。圖1換熱器出口溫度控制系統流程圖控制過程特點：換熱器溫度控制系統是由溫度變送器、調節器、執行器和被控對象（出口溫度）組成閉合回路。被調參數（換熱器出口溫度）經檢驗元件測量并由溫度變送器轉換處理獲得測量信號c，測量值c與給定值r的差值e送入調節器，調節器對偏差信號e進行運算處理后輸出控制作用u。二、設計控制系統選取方案 根據控制系統的復雜程度，可以將其分為簡單控制系統和復雜控制系統。其中在換熱器上常用的復雜控制系統又包括串級控制系統和

2、前饋控制系統。對于控制系統的選取，應當根據具體的控制對象、控制要求，經濟指標等諸多因素，選用合適的控制系統。以下是通過對換熱器過程控制系統的分析，確定合適的控制系統。換熱器的溫度控制系統工藝流程圖如圖2所示，冷流體和熱流體分別通過換熱器的殼程和管程，通過熱傳導，從而使熱流體的出口溫度降低。熱流體加熱爐加熱到某溫度，通過循環泵流經換熱器的管程，出口溫度穩定在設定值附近。冷流體通過多級離心泵流經換熱器的殼程，與熱流體交換熱后流回蓄電池，循環使用。在換熱器的冷熱流體進口處均設置一個調節閥，可以調節冷熱流體的大小。在冷流體出口設置一個電功調節閥，可以根據輸入信號自動調節冷流體流量的大小。多級離心泵的轉

3、速由便頻器來控制。 換熱器過程控制系統執行器的選擇考慮到電動調節閥控制具有傳遞滯后大，反應遲緩等缺點，根具離心泵模型得到通過控制離心泵轉速調節流量具有反應靈敏，滯后小等特點，而離心泵轉速是通過變頻器調節的，因此，本系統中采用變頻器作為執行器。 圖2換熱器的溫度控制系統工藝流程圖引起換熱器出口溫度變化的擾動因素有很多，簡要概括起來主要有：（1）熱流體的流量和溫度的擾動，熱流體的流量主要受到換熱器入口閥門的開度和循環泵壓頭的影響。熱流體的溫度主要受到加熱爐加熱溫度和管路散熱的影響。（2 ）冷流體的流量和溫度的擾動。冷流體的流量主要受到離心泵的壓頭、轉速和閥門的開度等因素的影響。冷流體的溫度與大氣溫

4、度和換熱器回流水的流量等因素有關。 （3）加熱爐的啟停機的影響。（4）室內溫度與管路內氣體變化和閥門開度的影響。首先考慮采用單回路控制系統。方塊圖如下圖3所示：圖3單回路控制系統原理圖從圖3所示的控制系統中可以看出，從冷流體管路閥門或離心泵轉速變化到熱流體出口溫度改變，在這中間要相繼通過冷流體流量變化，換熱器熱交換速率變化，熱流體出口溫度變化等一系列過程，因此整個控制通道的容量滯后大、時間常數大、這就導致控制系統的控制作用不及時、最大偏差大、過度時間長、抗干擾能力差、控制精度降低。而工藝上對出口溫度要求比較嚴格，一般希望波動范圍不超過+-（1%2%）。根據大量的工程實踐經驗和實驗的結果證明，采

5、用圖3所示單回路控制系統是達不到要求的，必須尋求其他控制方案。 分析各種影響熱器出口溫度的因素，除了熱流體的流量和溫度外，冷流體的流量、閥門的開度等因素和進入系統的位置，首先影響冷流體的流量，而后經過換熱器從而影響影響熱流體的出口溫度。如果以冷流體流量為被控變量，輸送冷流體的離心泵轉速為操縱變量，夠成單回路控制系統，則該控制系統的通道的容量滯后大大減少，對來自離心泵的轉速、閥門開度變化等干擾能及時克服，減少他們對熱流體出口溫度的影響。但是很顯然，熱流體的流量和溫度的變化沒有包含在內，同時系統也沒有對熱流體出口溫度構成閉環控制，因此，仍然不能保證出口溫度穩定在設定值上，還需進行改造。 為了解決上

6、述滯后時間和控制要求之間的矛盾，保持熱流體的出口溫度穩定，可以根據管路冷流量的變化，先調節離心泵的轉速，然后再根據熱流體出口溫度與設定值之間的偏差，根據合適的控制算法，進一步調節流體的流量，以保持出口溫度的穩定，這樣組成流體出口溫度調節器和流體流量調節器串聯起來的串級控制系統。其方塊圖如下圖4所示：圖4串級控制系統原理圖根據圖4可以看出來自冷流體流量方面的干擾因素包括在副回路內，因此可以大大減少這些擾動因素對于熱流體出口溫度的影響。對于熱流體流量和溫度方面的干擾，采用串級控制系統也可以得到改善，具體控制效果明顯改善。綜上所述，我們可以對串級控制系統方案的基本參數進行確定：主回路：熱流體出口溫度

7、冷流體流量控制回路副回路：冷流體流量離心泵轉速控制回路主變量：換熱器出口溫度副變量：冷流體流量主檢測變送器：鉑電阻溫度傳感器副檢測變送器：渦輪流量傳感器執行器：變頻器三、儀表的選型以及參數的確定1.溫度的測量 選擇裝配式熱電偶如圖5所示 圖5裝配式熱電偶  測量范圍及允許誤差范圍熱電偶類別 代號 分度號 測量范圍 基本誤差限 鎳鉻康銅 WRK E 0800 ±0.75%t 鎳鉻鎳硅 WRN K 01300 ±0.75%t 鉑銠 13 -鉑 WRB R 0-1600 ±0.25%t 鉑銠 10 鉑 WRP S 01600 ±0.25%t 鉑銠 3

8、0 鉑銠 6 WRR B 01800 ±0.25%t 注：t為感溫元件實測溫度值（）熱電偶時間常數 熱惰性級別 時間常數（秒） 熱惰性級別 時間常數（秒） 90180 1030 3090 10 熱電偶公稱壓力：一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂。 熱電偶最小插入深度：應不小于其保護套管外徑的810倍（特列產品例外） 絕緣電阻：當周圍空氣溫度為1535，相對濕度80時絕緣電阻5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線盒的熱電偶，當相對溫度為93± 3 時，絕緣電阻0.5兆歐（電壓100V） 高溫下的絕緣電阻：熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱

9、電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大于下表規定的值。 規定的長時間使用溫度（） 試驗溫度（） 絕緣電阻值（） 600 600 72000 800 800 25000 1000 1000 5000 2溫度變送器選擇通用型智能溫度變送器如圖6所示，接線端子如圖7所圖6通用型智能溫度變送器 圖7接線端子性能簡介 輸入單路或雙路熱電偶、熱電阻信號，變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號，并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。技術特點 本產品采用了先進的數字化技術，具備了傳統模擬儀表所不具備的多項先進性能，在對高、低頻干擾信號的抑制方面均有著優異表現，即使在大功率變頻控制系統中依然能夠

10、可靠應用，同時，數字化技術的應用徹底克服了傳統溫度變送器線性差的缺點，內部采用數字化調校、無零點及滿度電位器、自動動態校準零點、溫度飄移自動補償等諸多先進技術，并符合IEC61000-4-4:1995中所規定的第四類(惡劣工業現場)環境對產品的抗電磁干擾要求,這一系列技術的應用使產品的穩定性及可靠性得到科學的保證。以上各項技術領先國際先進水平. 適用性可以與單元組合儀表及DCS、PLC等系統配套使用，在油田、石化、制造、電力、冶金等行業的重大工程中有著廣泛應用。技術參數系統傳輸準確度：±0.2%×F·S溫度漂移：0.0015%F·S/冷端溫度補償準確度：

11、±0.1% 測量熱電阻時允許的引線電阻：50工作溫度：工業級標準 -10+55電流輸出允許外接的負載阻抗:4-20mA輸出時0500；0-10mA輸出時01K需要更大的負載能力請在訂貨時說明。電磁兼容:符合IEC61000-4-4:1995中所規定的第四類(惡劣工業現場)環境對產品的抗電磁干擾要求.輸入/輸出/電源/通訊/雙路間絕緣強度：1500V.ac儲運環境溫度：-40+80相對濕度：10-90RH（40時）供電電源：交流： AC 95265V直流：DC12V32V（反接保護）輸入功率：0.91.8W（與型號有關，詳見本手冊附錄中關于輸入功率的計算方法）通訊接口：RS232 或

12、RS485，MODBUS軟件協議（選配）。外形尺寸：寬×高×深：22.5×100×115mm凈 重：140g±20g型 號    說 明SK-WD-××××通用型溫度變送器輸入回路    缺省為單回路D   雙回路（相互隔離）第一路輸出1  4-20mA2  1-5V3  0-10mA4  0-5V5 

13、60;0-10V第二路輸出  缺省為無第二輸出1 4-20mA2 1-5V3 0-10mA4 0-5V5 0-10V供電方式 缺省為交流220VD直流24V3流量傳感器選用SKLUCB型插入式渦街流量計如圖8所示圖8SKLUCB型插入式渦街流量計工作原理    按國際標準化組織IS07145(在環形截面封閉管道中的流體流量測定在截面一點的速度測量法)，采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業管道內，將卡門旋渦頻率轉換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號或420mADC電流

14、信號。儀表特點1、可測量蒸汽,氣體,液體的體積流量和質量流量；2、無機械運動部件,測量精度高,結構緊湊維護方便；3、壓力損失小,量程范圍寬；范圍度達1:25；4、采用消擾電路和抗振傳感頭；5、采用消擾電路和抗振傳感頭，使儀表具有一定抗環境振動性能；6、可測介質溫度達+250。7、可實現不斷流拆裝傳感器，可實現放大器與傳感器分離（分離距離15m）；技術參數 公稱通經（mm）   2501500 儀表材質   1Cr18Ni 9Ti 公稱壓力（Mpa）   PN1.6Mpa；PN2.5Mpa被測介質溫度（）   40+

15、250 環境條件   溫度10+55，相對濕度590，大氣壓力86106Kpa 精度等級   示值的±2.5% 量程比   1:10；1:15 阻力損失系數   Cd<2.6 輸出信號   傳感器：脈沖頻率信號0.1 3000Hz 低電平1V 高電平6V 變送器：兩線制4 20mADC電流信號 供電電源   傳感器：、+24VDC 變送器：+24VDC 現場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 信號傳輸線   KVV

16、P3×0.3（三線制），2×0.3（二線制） 傳輸距離   500m 信號線接口   內螺紋M20×1.5防爆等級   ExdIIBT6防護等級   IP65允許振動加速度   1.0g  4調節器選用SK808/900系列智能PID調節儀如圖9所示，接線端子如圖10所示圖9 SK808/900系列智能PID調節儀圖10接線端子主要技術指標 基本誤差：0.5FS或 0.2FS±1個字 分 辨 力：1/20000、14位A/D轉換器 顯示方式：雙排

17、四位LED數碼管顯示 采樣周期：0.5S 報警輸出：二限報警，報警方式為測量值上限、下限及偏差報警，繼電器輸出觸點容量 AC220V/3A 控制輸出：繼電器觸點輸出 固態繼電器脈沖電壓輸出（DC12V/30mA） 單相/三相可控硅過零觸發 單相/三相可控硅移相觸發 模擬量420mA、010mA、15V、05V 控制輸出 通訊輸出：接口方式-隔離串行雙向通訊接口RS485/RS422/RS232/Modem 波特率-3009600bps內部自由設定 饋電輸出：DC24V/30mA 電 源：開關電源 85265VAC 功耗4W以選型表 代碼 說明 SK-808/900智能PID調節儀 外型尺寸 A

18、 橫式160×80×125mm A/S 豎式80×160×125mm B 方式96×96×110 mm C 橫式96×48×110 mm C/S 豎式48×96×110 mm D 方式72×72×110 mm 報警輸出 B B1-1個報警點，B2-2個報警點 控制輸出 N 無控制輸出 L 繼電器控制輸出 G 固態繼電器輸出 K1 單相可控硅過零觸發 K2 三相可控硅過零觸發 K3 單相可控硅移相觸發 K4 三相可控硅移相觸發 X1 4-20mA輸出 X2 0-10mA輸出 X

19、3 1-5V輸出 X4 0-5V輸出 通訊輸出 P 微型打印機 R 串行通訊RS232 S 串行通訊RS485 變送器配電電源 無饋電輸出 V12 帶DC12V饋電輸出 V24 帶DC24V饋電輸出 供電電源 220VAC供電 W DC24V供電 輸入信號 Sn 見"輸入信號類型表" 輸入類型表 參數提示符 輸入信號內容 參數提示符 輸入信號內容 tc-K K型 rtd 0-400 tc-S S型 1000 Pt1000 tc-E E型 bA1 BA1 tc-b B型 bA2 BA2 tc-t T型 0-50 0-50mA tc-n N型 0-5V 0-5V tc-j J型

20、 1-5V 1-5V P100 Pt100 0-20 0-20mA C100 Cu100 0-10 0-10mA Cu50 Cu50 4-20 4-20mA 5調節閥選用電動三通合流（分流）調節閥 如圖11所示ZAZQ（X）型電動三通合流（分流）調節閥有合流和分流二種型式，由DKZ電動執行機構和三通合流或三通分流調節組成，以電源為動力，接受統一的標準信號010mA DC或4-20mA Dc驅使閥門開度與此操作信號相對應。合流閥的作用是將一種流體分成兩路流體。分流合流閥只能對應選用，但當DN80時，和流閥可用于分流場合。可替代兩臺單、雙座調節閥，節省投資，占據空間小。三通調節閥通常用于熱交換器的

21、兩種介質調節，及簡單的配比調節。圖11動三通合流（分流）調節閥主要技術參數 公稱通徑mm 合流 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 分流 80 100 125 150 200 250 300 額定流量系數Kv 合流 8.5 13 21 34 52 85 135 210 340 535 800 1260 分流 85 135 210 340 535 800 1260 公稱壓力 MPa 1.6 4.0 6.0 流量特性 直線 執 行 機 構 型 DKZ-310 DKZ-310 DKZ-410 DKZ-510 DKZ-510 型 DKZ-510C DKZ-