3. Системы автоматического контроля температуры в объектах химико-технологического комплекса.
Первичные преобразователи (датчики) температуры
Разнообразие условий эксплуатации, широкий диапазон температур обуславливают применение различных методов измерения, использующих физические эффекты, происходящие в веществах под действием температуры. Их можно классифицировать:
1. Эффект теплового расширения. Принцип действия: основан на зависимости объемного расширения (жидкости, газа) от температуры
а) стеклянный термометр
Диапазон: -100 С – 600 С
Достоинства: высокая точность, дешевизна.
Недостатки: хрупкие, не ремонтопригодны, невозможность передавать показания на расстоянии
б) биметаллический термометр
Две спаянные пластинки с различными коэффициентами теплового расширения. Изгибаясь, замыкают контакты. Используются как тепловые реле.
в) манометрический термометр
Принцип действия: изменение давления (объема) вещества в замкнутом объеме в зависимости от температуры. Основан на использовании закона Клайперона.
Основные компоненты:
· -термобаллон – выполнен из коррозийной стали;
· -капилляр – медная или стальная трубка.
Условия достоверности показаний: полное погружение термобаллона в окружающую среду. Диапазон измерения: -200 – 6000С.
Достоинства:
· -возможность применения в пожаро- и взрывоопасных условиях;
· -обладает хорошей вибростойкостью, нечуствителен к внешним магнитным полям.
Недостатки:
· -невысокая точность (класс точности 1,5 и 2,5); -большие размеры чувствительных элементов: длина 80-630 мм, диаметр 16 и 20мм;
2. Эффект изменения электрической проводимости. Принцип действия: основан на свойстве проводника (или полупроводника) изменять свое сопротивление при изменении температуры.
Термометр сопротивления.
Диапазон измерения: - 260 –11000С.
Широко применяются термометры сопротивления:
– платиновые ТСП с условной градуировкой 20, 21, 22 (Т= -200 –6500С)
– медные ТСМ гр. 23,24 (Т=-50 –1800С)
Достоинства:
· -высокая точность (ниже чем у стеклянных термометров, но выше чем у термоэлектрических преобразователей);
· -стабильность характеристики преобразования;
· -возможность измерять криогенные температуры (-2200С).
Недостатки:
· -большие размеры чувствительного элемента, не позволяющие измерять температуру в точке (диаметр 6-20 м, длина 50-18 мм)
3. Эффект возникновения электродвижущей силы (термоэлектрические преобразователи – термопара).
Принцип действия: основан на зависимости термоЭДС от значений температур мест соединения двух разнородных проводников. Образование термоЭДС в термопаре объясняется, тем что при нагревании электроны на «горячем» спае (t1) приобретают более высокие скорости, чем на «холодном» (t2). В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному. На «холодном» накапливается отрицательный заряд, на «горячем» – положительный. Разность этих потенциалов определяет термоЭДС термопары.
Диапазон измерений (широкий) –2000С – 22000C
Достоинства:
· -малые габаритные размеры (от 0,5 мм) т.е. могут измерять температуру в точке;
· -высокая точность (ниже чем у термометров сопротивления)
Недостатки:
· -необходимость применения специальных термоэлектродных проводов для подключения термопар к прибору (КСП).
Широкое распространение получили термопары: ТХК (хромелькапель) до 6000С, ТХА (хромель-алюмель) до 10000С.
4. Эффект лучеиспускания нагретых тел (бесконтактный метод).
Принцип действия: основан на изменении интенсивности (яркости) излучения и цвета при изменении температуры.
Пирометры излучения.
Под химико-технологическим процессом (ХТП) понимают определенную последовательность процессов (химических, физико-химических, их сочетаний) целенаправленной переработки исходных сырья и веществ в продукт. Химическое производство представляет собой совокупность процессов и операций, осуществляемых в аппаратах и машинах и предназначенных для целенаправленной переработки исходных веществ и сырья в продукты.
АСР тепловых процессов
АСР теплообменных аппаратов
Наиболее применяемые здесь теплообменные процессы, передача тепла в которых осуществляется или путем смешивание холодного или нагретого патоков, или путем теплообмена через стенку в соответствующих аппаратах (теплообменниках).
Как объект регулирования теплообменные аппараты обладают высокой инерционностью запаздывания, а также датчики температуры обладающие ей же больше, чем соответствующие датчики расхода, давления, уровня.
Из теплообменных аппаратов наиболее используются кожухотрубчатые теплообменники типа труба трубе, изменение температуры в них осуществляется за счет передачи тепла через стенку от более к менее нагретым.
Основным способам регулирования температуры в них является способ обеспечение заданной температуры рабочего раствора( втор. потока) на выходе теплообменника путем изменения расхода потока( перв. потока).
Во многих производствах также надо регулировать температуру различных раекторах, смесителях, мешалках, и различные теплообменники: змеевиковые, тепловые рубашки.
АСР выпарных аппаратов
Выпаривание состоит из испарения части растворителя и увеличения концентрации упариваемого раствора. Выпарная установка состоит из следующих элементов: теплообменника, где исходный раствор подогревается до температуры кипения; сам выпарной аппарат; барометрический канденсатор.
Задача: стабилизировать материальные и тепловые потоки и получение упаренного раствора заданной концентрации.
Материальный баланс по упаренному раствору поддерживается за счет сохранения равенства между количеством растворенного вещества, поступившего с исходным раствором, и его количеством с выводимым раствором- с помощью АСР уровня.( поз.1), где регулятор воздействует на величину входного потока упаренного раствора. Заданная концентрация упаренного раствора на выходе выпарного аппарата(2) обеспечивается АСР концентрации(поз.2). При этом регулятор изменяет величину отходящего потока из аппарата, следовательно, изменяет время пребывания раствора в аппарате и, следовательно, его концентрацию.
Стабилизация теплового потока реализуется с помощъю АСР давления пара, поступающего в теплообменник 1 и выпарную камеру самого аппарата с помощью АСР давления.
Для стабилизации процесса выпаривания нужно также регулировать давление паров фракции в выпарном аппарате, что получает АСР давления 3, в котором регулятор воздействует на расход воды, поступающего в барометрический конденсатор.
Билет № 17