Автоматизація теплових процесів на прикладі кожухотрубчасті теплообмінника

Введення

Автоматизація - це впровадження технічних засобів, керуючих процесами без безпосередньої участі людини. Різноманітність технічних засобів автоматизації, глибоке вивчення процесів хімічної технології, а також досить добре розроблена теорія автоматичного управління дозволяють інтенсивно проводити автоматизацію в хімічній промисловості.

Однією з основних завдань автоматизації технологічних процесів є підвищення економічної ефективності виробництва. У ряді випадків саме виробництво не може бути реалізоване без його автоматизації. Існує дуже багато процесів, інтенсифікація яких можлива лише при веденні їх у передаварійних режимах, що викликає необхідність в процесі автоматизації таких виробництв вирішувати спільні задачі автоматичного управління і автоматичного захисту.

Найважливішою передумовою автоматизації є відпрацьованість технології виробництва. Основними вимогами, які пред'являє автоматизація до технології, є нерозривність технологічного ланцюга в межах автоматизується ділянки та доцільне розташування обладнання, згідно з напрямком руху матеріальних та енергетичних проток. Чим повніше відповідає процес зазначеним вимогам, тим вище економічна ефективність автоматизації.

У хімічній промисловості питань автоматизації приділяється особлива увага. Це пояснюється складністю і великою швидкістю протікання технологічних процесів, високою чутливістю їх до порушень режиму, шкідливістю умов роботи, вибухо-і пожежну небезпеку перероблюваних речовин.

Впровадження спеціальних автоматичних пристроїв сприяє безаварійної роботи устаткування, виключає випадки травматизму, попереджає забруднення навколишнього середовища.

У цій роботі розглядається регулювання процесу нагрівання.

1 Опис технологічного процесу

Основні принципи управління процесом нагрівання розглянемо на прикладі поверхневого кожухотрубчасті теплообмінника, в який подають нагрівається продукт і теплоносій. Показником ефективності даного процесу є температура t п / / продукту на виході з теплообмінника, а метою управління - підтримка цієї температури на певному рівні.

Залежність температури t п / / від параметрів процесу може бути знайдена з рівняння теплового балансу:

,

де, - Витрати відповідно продукту і гарячого теплоносія;

- Питомі теплоємності продукту і гарячого теплоносія;

- Температури продукту та гарячого теплоносія на вході в теплообмінник;

- Температура гарячого теплоносія на виході з теплообмінника.

Вирішуючи це рівняння відносно, отримаємо:

Витрата теплоносія можна легко стабілізувати або використовувати для внесення ефективних регулюючих впливів. Витрата продукту визначається іншими технологічними процесами, а не процесом нагрівання, тому він не може бути ні стабілізовано, ні використаний для внесення регулюючих впливів; при зміні в теплообмінник будуть надходити сильні обурення. Температури і, а також питомі теплоємності сп і с т визначаються технологічними режимами інших процесів, тому стабілізувати їх при веденні процесу нагрівання неможливо. До неліквідіруемим збурень відносяться також зміна температури навколишнього середовища і властивостей теплопередающей стінки внаслідок відкладення солей, а також корозії. Аналіз об'єкта управління показав, що більшу частину збурюючих впливів неможливо усунути. У зв'язку з цим слід в якості регульованої величини брати температуру, а регулюючий вплив здійснювати шляхом зміни витрати.

Теплообмінники як об'єкти регулювання температури володіють великими запізнюваннями, тому слід приділяти особливу увагу вибору місця установки датчика і законом регулювання. Для зменшення транспортних запізнювань датчик температури необхідно поміщати якомога ближче до теплообмінника. Для усунення запізнювання значний ефект може дати застосування регуляторів з попереджанням і виконавчих механізмів з позіционерамі.

В якості контрольованих величин слід приймати витрати теплоносіїв, їх кінцеві і початкові температури, тиску. Знання поточних значень цих параметрів необхідно для нормального пуску, наладки й експлуатації процесу. Витрата потрібно знати також для підрахунку техніко-економічних показників процесу, а витрата і температуру - для оперативного управління процесом.

Сигналізації підлягають температура і витрата продукту. У зв'язку з тим що різке падіння витрати може послужити причиною виходу з ладу теплообмінника, пристрій захисту в цьому випадку має перекривати лінію гарячого теплоносія.

2 Аналіз технологічного процесу як об'єкта автоматизації

На підставі опису технологічного процесу завданнями автоматизації є:

- Підтримка витрати гарячого теплоносія

- Підтримка тиску вихідного теплоносія

- Підтримання та сигналізація температури продукту

- Підтримання та сигналізація витрати продукту

- Підтримання температури в трубопроводах

- Підтримка тиску кінцевого теплоносія

Технологічна карта параметрів