目录11、概述31.1 设备的分类3
1.2 换热设备的换热目的3
1.3 换热器的组成3
1.4 换热器的工作原理4
2、被控对象特性研究5
2.1 被控变量的选择5
2.2 操纵变量的选择5
2.3 被控对象特性5
2.4 目前换热器的控制方法12
3.控制方案的选择13
3.1主回路的设计16
3.2副回路的设计16
3.3主副调节器规律选择16
3.4主副调节器正反作用方式确定16
4、过程检测控制仪表的选用17
4.1 测温元件流量计及变送器17
4.2 调节器19
4.3 执行器19
4.4、仪表型号清单列表19
5、调节控制参数、进行参数整定及系统**及分析系统性能20
5.1调节控制参数20
5.2 pid参数整定及系统**21
5.3 系统性能分析24
6、课程设计结论25
7、考文献27
1.概述。使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。
换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位[1]在海水淡化工业生产当中，几乎全部设备都是由换热器组成的。换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。
根据不同的使用目的，换热器可以分为四类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器。按照传热原理和实现热交换的形式不同可以分为间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热（冷热流体直接接触）、有液态载热体的间接式换热器四种。
在石油、化工生产中间壁式换热器应用的最为广泛。按冷、热流体进行热量交换的形式分为两类：一类是在无相变情况下的加热或冷却，另一种是在相变的情况下的加热或冷却。
按传热设备的结构形式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等[2] 。衡量一台换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构合理，安全可靠，节省材料，成本低，制造、安装、检修方便。
在炼油的化工生产中，换热器设备应用极其广泛。进行换热的目的主要有下列四种：
使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行；.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度范围内进行；.某些工艺过程需要改变无聊的相态；.
**热量。
由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可以是流量、压力、液位等。
有换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵、变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统[3]。
温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测温并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值的送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据数入信号自动调节冷流体流量的大小，多级离心泵的转速由变频器来控制[4]。
图1 换热器温度控制系统工艺流程图。
从传热过程的基本方程式可知，为了保证出口的温度平稳，满足工艺生产的要求，必须对传热量进行调节，调节传热量有以下几条途径：
1) 调节载热体的流量。调节载热体流量大小，其实只是改变传热速率方程中的传热系数k和平均温差△tm，对于载热体在加热过程中不发生相变的情况，主要是改变传热速率方程的热系数k；而对于载热体在传热过程中发生相变的情况，主要是改变传热方程中的△tm。
2) 调节传热平均温差△tm。这种控制方案滞后较小反应迅速，应用比较广泛。
3) 调节传热面积f。这种方案滞后较大，只有在某些必要的场合才采用。
4) 将工艺介质分路。该方案是一部分工艺介质经换热，另一部分走旁路。
在设计传热设备自动化控制方案时，要视具体传热设备的特点和工艺条件而定。而在某些场合，当被加热工艺介质的出口温度较低，采用低压蒸汽作载热体，传热面积裕量又较大时，为了保证温度控制平稳及冷凝液排除畅通，往往以冷凝器流量作为操纵变量，调节传热面积，以保持出口温度恒定[3]。
设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。
换热器是传热设备中较为简单的一种，也是最常见的一种。通常它两侧的介质(工艺介质和载热体)在换热过程中均无相变。换热器换热的目的是保证工艺介质加热(或冷却)到一定温度。
为保证出口温度平稳，满足工艺要求，必须对传递的热量进行调节。
被控变量是生产过程中希望保持在定值或按一定规律变化的过程参数。在换热器出口温度串级回路控制系统设计中，选择出口温度作为被控变量，因为我们要得到流体稳定的出口温度。
在控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量就是操纵变量。将出口温度维持在一定值，主要是对冷热流体间传递的热量进行控制，有控制载热体流量、工艺介质的旁路流量、传热面积等多种方式。考虑工艺合理性，我选择对冷流体流量进行控制，保证出口温度的稳定。
换热器系统在连续生产中，其控制原理可通过热量平衡方程和传热速率方程来分析，这个方案的控制流程图如图2。
图2 换热器的温度控制系统工艺流程图。
在本文中，以列管式逆流单程换热器进行分析，令为热流体的流量，为冷流体流量。分别为热流体和冷流体的入口温度，分别为热流体和冷流体的出口温度，而分别为热流体和冷流体的比热容[2]。
静态特性分析：
对象的静态特性就是要确定之间的函数关系。静态特性的求得，可以作为控制方案设计时系统的扰动分析。静态放大系数也能作为系统整定分析，以及控制阀流量特性选择的依据。
静态特性推导的两个基本方程式一热量平衡关系式及传热速率方程式为了处理方便，不考虑传热过程中的热损失，则热流体失去的热量应该等于冷流体吸收的热量，热量平衡方程为。
换热器课程设计
目录。一 设计意义3 二 主要参数说明3 三 设计计算5 1 确定设计方案5 2 确定物性数据5 3 计算总传热系数5 4 计算传热面积6 5 工艺结构尺寸6 6 换热器核算8 1 热量核算9 2 换热器内流体的流动阻力9 3 换热器主要结构尺寸和计算结果总表10 7 选用一台合适的离心泵11 四 ...
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