Система захисту. По сигналу «В схему захисту» - відключається магістраль подачі теплоносія Gт

По сигналу «В схему захисту» - відключається магістраль подачі теплоносія G_т.

7.9. Схема парорідинного теплообмінника

(з|із| агрегатним станом|станом| теплоносія, що змінюється).

Рис.4.

· Технологічний потік (рідина, що нагрівається) G_ж подається по трубках теплообмінника.

· Теплоносій з агрегатним достатком (гріюча пара) G_п, що змінюється,подається по міжтрубному простору.

· Показник ефективності: .

· Мета управління: підтримка .

7.10. Математичний опис на основі фізики процесу .

· Теплопередача від парової фазитеплоносія:

(1)

· Теплопередача від рідкої фазитеплоносія:

(2)

де: - кількість тепла, передавана від парової фази і конденсату теплоносія в одиницю часу, дж/с;

- коефіцієнти теплопередачі для парової фази і конденсату теплоносія, дж/(м²*К^°*с);

- поверхня теплопередачі для парової фази і конденсату теплоносія, м²;

- середня рушійна сила при теплопередачі від парової фази до рідкого технологічного потоку і від конденсату до рідкого технологічного потоку.

· Спільне теплове навантаженняпарорідинного теплообмінника:

(3)

· Оскільки |тому що|, то інтенсивність теплопередачі від парової фази значно вища, ніж від конденсату.

· Тому на величину Q впливає величина співвідношення F_п /F_к, яка залежить від рівня конденсату:

(4а)

де і (4б|)

· На підставі (4а) спільне теплове навантаження Q також залежатиме від рівня конденсату h_к:

(4в)

· Q(дж/с) дозволяє визначити G_п^эфф і G_ж^эф на основі теплових балансів:

(5а)

(5б)

(6а)

(6б)

при hê =h_эфф.

· Ефективний час перебування:

. (7)

7.11.Тепловой баланс парорідинного теплообмінника.

Рівняння динаміки:

Вважаємо|гадаємо|: пара перегріта і конденсат охолоджується :

(8)

Рівняння статики при :

(9)

На підставі|заснуванні| (8) і (9) а також (6а) і (4в) можна записати:

. (10)

де , оскільки при P_п ­q_кип ­®r_п ¯.

7.12. Матеріальний баланс по рідкій фазі

для міжтрубного простору|простір-час|.

Рівняння динаміки:

, (11)

Рівняння статики при :

(12)

На підставі (11) і (12) і переважна дія, що управляє, – G_к..

7.13. Матеріальний баланс по паровій фазі

для міжтрубного простору|простір-час|.

Рівняння динаміки:

(13)

де М_п - молярна маса парової фази теплоносія, кг/моль;

Р_п - тиск парової фази теплоносія, Па;

q_п - температура парової фази теплоносія, До

V_п - об'єм парової фази теплоносія, м³.

Рівняння статики при :

(14)

На підставі (13) і (14) і переважна дія, що управляє, - G_п.

7.14. Інформаційна схема об'єкту.

Рис.5.

· Можливі дії, що управляють: .

· Можливі контрольовані обурення|збурення|: .

· Можливі неконтрольовані обурення|збурення|: .

· Можливі керовані змінні: .

· Найбільш ефективні канали управління:

.

7.15. Анализ динамічних характеристик парорідинного

теплообмінника як об'єкту управління температурою.

· Вихідні умови: .

· Рівняння динаміки в нормалізованому вигляді|виді|.

(15)

· На основі цього рівняння динаміки об'єкт по каналу описується математичною моделлю аперіодичної ланки 1-го порядку:

(16)

де: ; .

· Об'єкт має транспортне запізнювання:

(17)

де V_труб - об'єм трубопроводу подачі пари від Р.О. до входу в апарат.

· Таким чином, в цілому динаміка об'єкту по каналу управління описується математичною моделлю аперіодичної ланки 1-го порядку із запізнюванням:

(18)

7.16. Аналіз статичної характеристики об'єкту.

З|із| рівняння статики виразимо|виказуватимемо| в явному вигляді|виді|:

(19)

· Статична характеристика лінійна по відношенню до дій по: .

· Статична характеристика нелінійна по відношенню до дії по G_ж.

· Статичну характеристику можна лінеаризовати по відношенню до G_ж введенням стабілізації співвідношення витрат: , тоді отримаємо:

(20)

· Лінеаризоване представлення статичної характеристики через розкладання в ряд|низку| Тейлора:

(21)

На підставі (21) можна отримати:

(22)

Лекція 8. Автоматизація кожухотрубних теплообмінників.

8.1. Схема випарника (кожухотрубного теплообмінника з|із| агрегатним станом|станом| теплоносія і технологічного потоку, що змінюється).

8.2. Математичний опис на основі фізики процесу.

8.3. Математическое опис на основі теплового і матеріального балансів процесу.

8.4. Матеріальний баланс по рідкій фазі у випарнику (для технологічного потоку).

8.5. Матеріальний баланс по рідкій фазі в кип'ятильнику

8.6. Матеріальний баланс по паровій фазі для технологічного потоку у випарнику.

8.7. Матеріальний баланс по паровій фазі для кип'ятильника.

8.8. Информационная схема випарника на основі матеріального балансу.

8.9. Інформаційна схема випарника для типового вирішення автоматизації.

8.10. Типова схема автоматизації випарників.

8.11. Типове вирішення автоматизації випарників.

8.1. Схема випарника (кожухотрубного теплообмінника з|із| агрегатним станом|станом| теплоносія і технологічного потоку, що змінюється).

Рис.1.

Показник ефективності: h_ж - рівень рідкої фази в трубках випарника.

Мета управління: підтримка .

8.2. Математичний опис на основі фізики процесу.

1. Спільне|загальне| теплове навантаження випарника Q:

(1)

2. На підставі рівняння теплопередачі можна записати:

і (2)

При теплопередачі від гріючої пари і конденсату через трубки|люльки| справедливі співвідношення:

і (3)

3. Спільна поверхня теплопередачі F_т при конденсації гріючої пари визначиться як:

F_т = F_п + F_к (4а)

і отже на підставі|заснуванні| (3) і (4а|) можна записати:

(4б)

4. Визначення на підставі теплового балансу по гріючій парі:

=Gгр *r_гр (5а)

= (5б)

5. Визначення на підставі теплового балансу по технологічному потоку:

(6а)

(6б)

Виводи|висновки| з|із| математичного опису фізики процесу:

· Спільне|загальне| теплове навантаження, що віддається гріючою парою залежить наступних|слідуючих| його параметрів:

(7)

· Спільне|загальне| теплове навантаження, що отримується|одержує| технологічним потоком, визначає наступні|слідуючі| його параметри:

і (8)

(9)

8.3. Математическое опис на основі теплового і матеріального

балансів процесу.

Тепловий баланс випарника.

Рівняння динаміки:

У розгорненому вигляді|виді| за умови і :

(10а)

· тобто тепло виділяється за рахунок охолоджування G_гр від вихідної температури q_гр до температури насиченої пари, конденсації пари і подальшого охолоджування конденсату до q_к.

· тепло витрачається на нагрівання G_ж до температури ,випар рідини і відводиться з паровою фазою, що утворюється.

У згорнутому найбільш спільному|загальному| вигляді|виді| вираження|вираз| (10а|) перетвориться до вигляду|виду|:

(10б)

Рівняння статики при :

(10в)

Виводи|висновки| по тепловому балансу процесу:

· В цілому|загалом| температура у випарнику на підставі виразів (8) і (9) залежить від наступних|слідуючих| параметрів процесу:

(10г)

· Оскільки|тому що| температура у випарнику в|біля| поверхні розділу фаз, тобто в зоні випару|випаровування| має дорівнювати температурі кипіння, то можна вважати|гадати|:

q = q_же = q_п = q_кіп

а температура кипіння залежить від тиску парової фази у випарнику, тобто при Р_п ­®q_кип ­ (при этом r_ж ¯).

Тому температура не може використовуватися як показник ефективності процесу випару|випаровування|.

· Проте|однак|, на підставі|заснуванні| (6а|, 6б|) температура важлива|поважна| для забезпечення розрахункового спільного|загального| теплового навантаження Q у випарнику, тобто теплового балансу в апараті.

· З|із| вираження|виразу| (10г|) виходить, що основними параметрами, що характеризують даний процес, є:

- рівень h_ж і тиск Р_п технологічного потоку у випарнику;

- рівень h_к і тиск Р_гр потоку гріючої пари в кип'ятильнику;

8.4. Матеріальний баланс по рідкій фазі у випарнику

(для технологічного потоку)

· Рівняння динаміки:

, (11)

· Рівняння статики при :

(12)

· На підставі|заснуванні| (11) і (12) можна вважати|лічити|:

. (13)

· Переважна дія G_гр, що управляє.

8.5. Матеріальний баланс по рідкій фазі в кип'ятильнику

(для конденсату гріючої пари).

· Рівняння динаміки:

, (14)

· Рівняння статики при :

(15)

· На підставі|заснуванні| (14) і (15) можна вважати|лічити|:

. (16)

· Переважна дія, що управляє, є відбір конденсату G_к.

8.6. Матеріальний баланс по паровій фазі

для технологічного потоку у випарнику.

· Рівняння динаміки:

(17)

де

М_п - молярна маса парової фази технологічного потоку, кг/моль;

Р_п - тиск парової фази технологічного

потоку, Па;

q_п - температура парової фази технологічного

потоку, До

V_п - об'єм парової фази технологічного

потоку, м3.

· Рівняння статики при :

(18)

· На підставі|заснуванні| (17) і (18) можна вважати|лічити|:

(19)

Переважна дія G_п, що управляє.

8.7. Матеріальний баланс по паровій фазі для кип'ятильника.

Рівняння динаміки:

(20)

де М_гр - молярна маса парової фази гріючої пари

кг/моль;

Р_гр - тиск парової фази гріючої пари, Па;

q_гр - температура парової фази гріючої пари, К

V_гр - об'єм парової фази гріючої пари, м³.

· Рівняння статики при :

(21)

На підставі|заснуванні| (20) і (21) можна вважати|лічити|:

(22)

Переважне G_гр, що управляє.