换热器试验过程温度控制系统应用分析

王明明

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720066

摘要：换热器是一种热交换设备，又称热交换器，适用于不同温度的流体介质之间，用来传递热量，广泛应用于食品、化工、暖通、石油、电子等相关部门。为了使流体的温度满足工艺流程要求的指标，就要运用换热器来实现热流体向冷流体的热量传递作用，以确保生产过程的顺利进行。换热器在石化或煤炭工业中，在工艺设备中是一个重要的组成部分，因热量的回收循环利用需利用余热回收装置来进行。换热器设备也可单独使用，如冷却器、冷凝器和加热器等。

关键词：换热器；温度控制；余热回收

1 换热器试验原理

在生产生活中，对于换热器性能的测试非常重要。不论是在产品研发上，还是在科学教研之中，都需要依据能量守恒定律，热流放热等冷流吸热的原理，在误差允许的范围内处理分析试验现场数据，并通过计算并判断出换热器的性能。

换热器的试验过程中，所测量的数据可分为两类，一类为计算所得数据，另一类为直接获得的度数，最后计算得出分析换热器性能的分析数据。

2 温度控制系统

2.1 试验装置

试验装置为多方面科研工作提供了硬件及软件平台，包括换热器的结构设计、性能检测、计算机自动控制在内。实验装置的硬件和软件涉及到了很多技术，包括变频控制技术压力、流量、温度、转速及转矩的测试技术、微机通讯技术和微机数据采集技术化工过程控制技术等，是比较典型的且实用性非常强综合实验装置，特点在于集过程、设备和控制于一体。

2.2 控制结构

加热器出口的工作介质的温度受多种因素的影响，主要为冷流体入口的流量、温度和蒸汽入口的流量、温度等。在本文中，由于按照标准调节的冷流体的流量也不能作为控制量，所以采用的控制系统是控制蒸汽流量系统，即在冷介质流量变化时，要控制冷介质出口温度，就要通过控制蒸汽的流量来控制，并使其保持在所需的范围之内。

输出量作为被控参数由执行器进行操作，传感器测量值与给定值相比较，其差值作为控制器的输入，换热器控制系统结构框图如图1所示。

2.3 测控系统

2.3.1液液无相变用热交换器测试系统

经过被测换热器试件分别对冷、热流体进行温度转换，即冷热流体分别经冷却剂和加热器转换至规定的温度，这是一个循环使用的过程。

为尽快排除蒸汽系统中的凝结水、空气和CO2气体，系统会将疏水阀加入凝结水管路上，且能大幅提高自动防蒸汽泄漏能力。

试验中的测量项目有：

1）冷、热介质的进、出口温度；

2）冷、热介质的质量流量或体积流量；

3）冷、热介质的进出口之间的压降和进出口压力。

2.3.2汽液冷凝用热交换器测试系统

经过被测试冷凝器对蒸汽、液体的温度转换后，为了确保计量的准确性，需再对冷凝液进行过冷处理，冷却器对冷流体降温至需要的温度，这是一个循环使用的过程。蒸汽、液体按照测试的要求分配，分别流向热侧和冷侧。

3 仿真与应用

通过Matlab建立FIS（模糊推理系统），同时利用仿真模型与FIS联系起来，进行仿真推演计算。其推算结果如图2所示。

以上说明可以得出以下几点结论，就是在进行试验的过程中我们可采用模糊控制的算法来控制换热器的温度。这种方式实现起来较为简单且具有良好的可靠性。这种系统在换热器控制系统中，对于温度的控制绰绰有余。

4 结论

由此可见，通过对换热器的温控特性进行分析，就能明确得到冷热水混合比、溫度、压降和质量流量之间的相互关系。当由水的需求量及进入换热器的水流量等变化而引起换热器的水温无法满足要求时，为实现对冷热水流量的调节，可利用压降的变化来调节冷热水的混合比，而对温度的调节也不难实现，因为冷热水混合比和流量及温度之间有十分精确的对应关系。

参考文献：

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