Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Автоматизация теплообменников



Передачу тепла от горячих теплоносителей к более холодным осуществляют в теплообмен­никах. Различают теплообменники непосредственного смешения теплоносителей и поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через глухую разделительную стенку. В по­следних теплопередача может протекать без изменения агре­гатного состояния теплоносителей (нагреватели, холодильники) и с изменением агрегатного состояния (испарители, конденса­торы). Нагревание продуктов проводят также в трубчатых пе­чах топочными газами.

Регулирование теплообменников смешения за­ключается в поддержании постоянства температуры Тсм сум­марного потока на выходе. Входными величинами теплообмен­ника являются расходы жидкостей на входе (F1 и F2) и их тем­пературы (T1 и Т2). Если T2>Tсм1 а также если удельные теплоемкости и плотности жидкостей обеих потоков одинаковы, то зависимость Тсм от входных величин находится из уравнения теплового баланса (потерями пренебрегаем):

Tсм = T1+ (1)

Температуру Тсм обычно стабилизируют посредством изме­нения расхода одного из входных потоков. Схема регулирования теплообменника смешения показана на рис. 13. Теплообмен­ники смешения обладают малым запаздыванием и значитель­ным самовыравниванием.

Регулирование поверхностных теплообменни-ков, заключается в поддержании постоянства температуры одного из теплоносителей на выходе из теплообменника, например, тем­пературы Тх2 (рис. 14).

Рис. 14. Схема противоточного по­верхностного теплообменника (а) и гра­фик изменения температуры теплоносите­лей (б).

Температура Тх2 зависит от скорости передачи тепла или теплового потока q через стенку; в свою очередь эта темпе­ратура определяется движущей силой процесса или средним температурным напором ср. Величина ср представ­ляет собой логарифмическую разность температур (обозначения см. на рис. 14).

ср = (2)

Величина ср зависит от значений температур теплоносителей на входе и выходе теплообменника и, в частности, от температуры Тх2. С возраста­нием Тх2 движущая сила процесса уменьшается и наоборот. Это свидетель­ствует о том, что поверхностные теплообменники обладают свойством само­выравнивания.

Если отношение <4, то движущую силу процесса при инженерных расчетах можно определять по среднеарифметической раз­ности температур

ср = (3)

Погрешность такой замены не превышает 10%. Основное уравнение теплообменника q = КА DТср

в этом случае принимает вид

q = КА ( 4)

где К — коэффициент теплопередачи стенки; А — поверхность теплообмена.

Установим зависимость между температурой холодного теплоносителя на выходе Тх2 и массовыми расходами теплоносителей Fмг и Fмх в случае, когда обменивающиеся теплом жидкости не изменяют своего агрегатного состояния.

Тепловой поток q через стенку выразим двумя следующими балансовыми уравнениями:

q = cГFМГГ1 – ТГ2) (5)

q = cХFМХГ1 – ТГ2) (6)

где сг и сх — удельные теплоемкости теплоносителей; FМГ и FМХ — их массо­вые расходы.

Из этих уравнений найдем температуры ТХ2 и ТГ2 и подставим в уравнение (4)

q =

Из последнего равенства определим тепловой поток

q = (7)

Рис. 15. Зависимость температуры на выходе из теплообменника от мас­совых расходов холодного (х) и горячего (г) теплоносителей.

Разделив равенство (6) на (7), получим зависимость искомой относи­тельной температуры от других величин процесса (8)

Полученная зависимость в виде семейства кривых приведена на рис. 15, где показано влияние массовых расходов тепло­носителей на температуру ТХ2.

Из этих зависимостей следует, что температура ТХ2 зависит от расходов FMX и FМГ. Поскольку поток нагреваемого продукта представляет собой нагрузку объекта, для поддержания посто­янства температуры ТХ2 может быть рекомендована схема регу­лирования, приведенная на рис.16, а, по которой темпера­туру продукта на выходе из теплообменника регулируют путем воздействия на расход другого теплоносителя FМГ. Однако из зависимостей, приведенных на рис. 15 следует, что темпера­тура ТХ2 более чувствительна к нагрузке холодного теплоноси­теля, чем к расходу горячего теплоносителя. В связи с этим за­трудняется качественное регулирование теплообменников в широком интервале изменения расходов теплоносителей и тре­буются регуляторы с дифференциальной составляющей.

Если по условиям технологии не допускается изменение по­токов теплоносителей, то температуру продукта на выходе из теплообменника регулируют путем байпасирования части про­дукта и изменения его расхода. При этом регулирующий клапан устанавливают на байпасной линии (рис. 16 б). Такие схе­мы применяют, например, при использовании тепла горячих промежуточных или конечных продуктов для нагрева исходного сырья. Отметим, что байпасирование одного из теплоносителей требует некоторого увеличения поверхности теплообмена и большего расхода греющего агента (для переохлаждения или перегрева продукта) чем при дросселировании. Однако при этом улучшаются динамические характеристики системы регу­лирования, вследствие исключения теплообменника из контура регулирования и уменьшения времени запаздывания объекта.

Рис.16.Схема регулирования поверхностных теплообменников воздей­ствием на расход горячего теплоносителя (а) и байпасированием холодного теплоносителя (б).

При изменении агрегатного состояния теплоносителей их температура в теплообменнике практически не изменяется и скорость теплопередачи q можно определить по равенству:

q = rFM (9)

Где - r теплота фазового перехода; FМ — массовый расход среды.

Если в качестве греющего агента применяют водяной пар, то температуру технологического продукта обычно регулируют путем изменения подачи пара (рис. 17,а). При значитель­ных колебаниях давления пара применяют каскадную систему регулирования давления пара с корректировкой по температуре нагретого продукта.

Возможно также регулирование скорости теплопередачи пу­тем поддерживания постоянства температуры продукта на вы­ходе из теплообменника клапаном, установленным на линии от­вода конденсата (рис. 17 б).

Рис. 17. Схемы регулирования работы теплообменников путем воздейст­вия на расход греющего пара (а) и конденсата (б).

 

Это приводит к частичному заполнению теплообменника конденсатом, что в свою очередь скажется на суммарной величине коэффициента передачи теп­лообменника, а следовательно, и скорости теплопередачи. Такая система реагирует более медленно, чем система с клапаном, установленным на линии подачи греющего пара; ее применение рекомендуется только при отсутствии резких возмущений по нагрузке. Но вместе с тем, она позволяет лучше использовать тепло водяного пара, так как значения его давления и темпе­ратуры более высоки, вследствие отсутствия дополнительных гидравлических сопротивлений на паропроводе, а отводимый конденсат принимает температуру несколько меньшую, чем температура конденсации пара. Это позволяет повысить эффек­тивность работы теплообменника на 5—7%. Кроме того, по размерам клапан, установленный на линии отвода конденсата будет меньше того, который установлен на линии подачи грею­щего пара.

Процесс конденсации технологического продукта может быть охарактеризован температурой конденсата этого продукта при постоянном давлении или давлением пара продукта. Непосред­ственное регулирование этих величин с воздействием на расход пара, являющийся нагрузкой конденсатора, не представляется возможным.

а б

Рис.18. Схемы регулирования работы конденсаторов путем воздействия на расходы хладагента (а) и конденсата (б)

В этом случае наиболее широко применяют схемы, преду­сматривающие поддержание постоянства давления паров техно­логического продукта (рис.18) с воздействием на расход хладагента или конденсата, так как контуры регулирования давления достаточно динамичны. Регулирование уровня путем отвода конденсата (рис.18 а) обеспечивает соблюдение ма­териального баланса конденсатора. По расходу хладагента можно судить о тепловой нагрузке объекта. Изменение расхода конденсата продукта (рис.18 б) обусловливает изменение теплообменной поверхности, благодаря частичному заполнению конденсатора жидкостью.

Последнее, вследствие того, что при конденсации коэффициенты передачи паров значительно выше, чем при охлаждении конденсата, приводит к изменению скорости теплопередачи. Тепловую нагрузку объекта определяют по текущему значению уровня конденсата.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.