工業(yè)上用實(shí)現(xiàn)冷熱兩流體換熱的設(shè)備稱為傳熱設(shè)備。換熱有直接或間接換熱兩種方式。直接換熱是指冷熱兩流體直接混合以達(dá)到加熱或冷卻的目的，而間接換熱是指冷熱兩流體間接傳熱。在石油化工等工業(yè)過程中，一般以間接換熱較常見。討論的是間壁傳熱設(shè)備的控制問題，其結(jié)構(gòu)形式有列管式、蛇管式、夾套式和套管式等，如圖9—24所示。

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　　一、? 參數(shù)的安全控制分析

　　前面簡單敘述了熱量傳遞三種方式的主要機(jī)理。在此必須指出的是，在實(shí)際進(jìn)行的傳熱過程中，很少是以一種傳熱方式單獨(dú)進(jìn)行，而是由兩種或三種方式綜合而成的。例如：在工業(yè)過程中常用的間壁式熱交換器，一般溫度不太高，這時候就可忽略熱輻射的影響，則傳熱過程就是對流和熱傳導(dǎo)的組合。而在管式加熱爐的輻射室中，由于溫度很高，這時就以熱輻射為主，輻射室的有效傳熱量大致為全爐總熱負(fù)荷的70％一80％，但在管式加熱爐的對流室中，傳熱方式卻又以對流傳熱為主?？傊诠苁郊訜釥t中其傳熱過程是傳導(dǎo)、對流及熱輻射的組合。

　　分布參數(shù)是指對象的輸出(即被控變量)不僅與時間有關(guān)，而且是物理位置的函數(shù)。傳熱設(shè)備大致可以分為以下幾種情況。

　　①傳熱壁面兩側(cè)流體都無相變地進(jìn)行熱交換，且兩側(cè)流體都沒有軸向混合時，兩側(cè)的溫度都將是距離和時間的函數(shù)，一般列管式換熱器、套管式換熱器都屬于此類。

　?、趥鳠岜诿鎯蓚?cè)流體都發(fā)生相變時，例如精餾塔的再沸器，兩側(cè)的溫度皆可近似為集中參數(shù)。相變化(汽化或冷凝)的特點(diǎn)是流體溫度取決于所處壓力，而不是取決于傳熱量。

　?、郛?dāng)傳熱壁面兩側(cè)流體中有一側(cè)發(fā)生相變時，例如列管式蒸汽加熱器、氨冷器等，發(fā)生相變化的一側(cè)是集中參數(shù)，另一側(cè)需視具體情況而定。

　　在煉油化工生產(chǎn)過程中，許多工藝不允許冷熱兩流體直接接觸，不允許在傳熱過程中伴有物質(zhì)交換。因此，為達(dá)到傳熱目的，常采用間壁式換熱器。在間壁式換熱器中，熱流體的熱量通過對流傳熱傳給間壁，經(jīng)間壁熱傳導(dǎo)后，再由間壁將熱量以對流方式傳給冷流體。因此，間壁式傳熱設(shè)備屬典型的多容對象，并帶有較大的滯后。通常傳熱設(shè)備可以近似地認(rèn)為是具有純滯后的多容對象。

　　傳熱設(shè)備的自動控制系統(tǒng)中被控變量大多數(shù)是溫度，而測溫元件的測量滯后是比較顯著的。常用熱電偶、熱電阻等測溫元件，為了保護(hù)其不致?lián)p壞或被介質(zhì)腐蝕，一般均加有保護(hù)套管，這樣就增加了測溫元件的測量滯后，因此測溫元件的測量滯后也給傳熱設(shè)備的自動控制系統(tǒng)增加了滯后時間。

　　二?? ?換熱器安全控制系統(tǒng)

　　在煉油化工生產(chǎn)中，換熱設(shè)備應(yīng)用極其廣泛。進(jìn)行換熱的目的主要有下列4種。

　?、偈构に嚱橘|(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，以使化學(xué)反應(yīng)或其他工藝過程都很好地進(jìn)行。例如合成氨生產(chǎn)中的脫硫或變換等過程的氣體人口溫度，都有最適宜的條件。

　?、谠谏a(chǎn)過程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過程能在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。例如合成氨生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，必須加入熱量，以維持轉(zhuǎn)化反應(yīng)。聚氯乙烯的聚合反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，要用冷卻水除去放出的熱量，才能使反應(yīng)按要求進(jìn)行下去。

　?、勰承┕に囘^程需要改變物料的相態(tài)。例如汽化需要加熱，冷凝會放熱，將氮?dú)饫淠梢喊北闶且焕?/p>

　?、芑厥諢崃俊?/p>

　　由于換熱目的的不同其被控變量也不完全一樣。在大多數(shù)情況下，被控變量是溫度，例如圖9—25(a)中所示的蒸汽加熱器自動控制系統(tǒng)。為了使被加熱的工藝介質(zhì)達(dá)到規(guī)定的溫度，常常取出口溫度為被控變量，調(diào)節(jié)加熱蒸汽量使工藝介質(zhì)出口溫度恒定。對于不同的工藝要求，被控變量也可以是流量、壓力、液位等。當(dāng)被加熱的工藝介質(zhì)流量比較平穩(wěn)且對出口溫度要求一般時，可取加熱蒸汽流量(或壓力)作為被控變量，組成如圖9—25(b)所示的流量(或壓力)單回路定值控制系統(tǒng)。絕大多數(shù)的溫度控制系統(tǒng)都是為了上述①、②兩個目的服務(wù)的。而目的③實(shí)際上所需要的變量是熱量，一般可取載熱體的流量作為被控變量。對于一般熱量回收系統(tǒng)，往往是不需要加以自動控制的。

　　從熱過程的基本方程式可知，為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝生產(chǎn)的要求，必須對傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)傳熱量有以下幾條途徑。

　　(1)調(diào)節(jié)載熱體的流量，如圖9—26所示。調(diào)節(jié)載熱體流量大小，其實(shí)質(zhì)是改變傳熱速率方程中的傳熱系數(shù)K和平均溫差厶丁。。對于載熱體在加熱過程中不發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程中傳熱系數(shù)K；而對載熱體在傳熱過程中發(fā)生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程中的ΔTm。這種傳熱設(shè)備自動控制方案是最常用的。

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