Особенности регулирования систем поддержания температуры.
Регулирование температуры. Температура является показателем термодинамического состояния системы и используется выходная координата при регулировании тепловых процессов.
К общим особенностям АСР температуры относятся: значительную инерционность тепловых процессов и промышленных датчиков температуры. Поэтому одна из основных задач при проектировании АСР температуры – уменьшение инерционности датчиков.
Рассмотрим, например, динамические характеристики термометра в защитном чехле (рис.2.13а)
2.13 (А, б) –Принципиальная (а) и структурная (б) схемы термометра.
Структурную схему термометра можно представить как последовательное соединение 4 тепловых емкостей (рис.2.13б): защитного чехла 1, воздушной прослойки 2, стенки термометра 3, рабочая жидкость 4. Если пренебречь тепловым сопротивлением каждого слоя, то все элементы можно аппроксимировать апериодическими звеньями 1-го порядка, уравнения которых имеют вид:
или
где
(2.3)
МJ – масса
чехла, воздушной прослойки, стенки и
жидкости; сpJ –
удельные теплоемкости,
-
коэффициенты теплоотдачи; Fj1,
Fj2
– поверхности теплоотдачи.
Видно, что из уравнений 2.3, основными направлениями уменьшения инерционности датчиков температуры являются:
Повышение коэффициентов теплоотдачи от среды к чехлу в результате правильного выбора места установки датчика; при этом скорость движения среды должна быть максимальной; при прочих равных условиях более предпочтительнее установка термометров в жидкой фазе, в конденсирующем паре
Уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результате выбора его материала и толщины.
Уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполнителей;
Выбор типа первичного преобразователя, например, необходимо учитывать, что наименьшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наибольшей - манометрический термометр.
Особенности регулирования реакторов смешения. Трубчатые реакторы
Одной из задач, возникающих при управлении химическими реакторами непрерывного действия, является стабилизация заданных значений температуры и концентрации в реакторе. Возможны 8 вариантов включения регулятора, обуславливающих способы построения АСР.
Регулирование по отклонению температуры в реакторе от заданного значения воздействием на входную температуру реакционной смеси
Регулирование по отклонению температуры от заданного значения воздействием на входную концентрацию реакционной смеси
Регулирование по отклонению концентрации реакционной смеси в реакторе от заданного значения изменением входной температуры реакционной смеси
Регулирование по отклонению концентрации реакционной смеси в реакторе от заданного значения воздействием на входную концентрацию реакционной смеси
Регулирование по отклонению температуры в реакторе от заданного значения изменением времени пребывания (объемной скорости)
Регулирование по отклонению концентрации реакционной смеси воздействием на время пребывания (объемную скорость потока) в реакторе
Регулирование по отклонению температуры в реакторе воздействием на температуру теплоносителя в рубашке реактора
Регулирование по отклонению концентрации в реакторе от заданног значения воздействием на температуру теплоносителя в рубашке реактора
При использовании ПИ-регулятора обеспечивается устойчивость систеиы и повышается ее быстродействие; при управленни по интегралу от отклонения в неустойчивом стационарном состоянии добиться устойчивости замкнутой системы невозможно. Однако, включение интегральной составляющей позволяет устранить статическую ошибку в переходном процессе, которая всегда имеется при использовании П-регулятора.
Для улучшения качества переходного процесса используют каскадные схемы регулирования. На рис. изменение температуры в рубашке реактора осуществляется регулированием давления кипящего хладагента. Уровень конденсата в рубашке стабилизируется регулятором 6.
Сложность управления трубчатым реактором заключается в том, что необходимо управлять распределением параметра (чаще всего температуры) по длине реактора, а управление является сосредоточенным (например, изменение температуры реакционной смеси на входе в реактор или температуры теплоносителя в рубашке). В качестве переменной, по которой ведется стабилизация температуры в реакторе, часто выбирают ее мах значение. При этом либо в систему регулирования включают специальный блок выбора максимума, либо подключают к регулятору температурный датчик, установленный по длине реактора в зоне, где обычно достигается мах температура.
Более предпочтительна схема рис., в которой значение мах температуры по длине реактора используют в системе аварийной защиты, срабатывающей при превыщении мах допустимого значения Т, а входной величиной регулятора температуры служит значение температуры в точке с мах чувствительностью.
