换热器因应结垢慢时变的控制系统重构分析

• 作者: 任超 孙琳 罗雄麟
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 过程系统 过程控制 换热器 结垢热阻 全周期控制 控制系统重构
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 过程系统工程
• 页码范围: 5273-5283
• 页数: 10页
• 分类号: TQ021.8
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210574

摘要

换热器作为化工过程中重要的热量传递设备，一般需要持续运行较长时间，期间由于结垢热阻的不断累积，换热器的换热效率将随时间逐渐下降，直至无法满足工艺要求。在实际的工业换热过程中，工艺人员通常会对换热器进行裕量设计，然而，当换热器需要运行的时间增长或者裕量设计不足时，面对不可避免的结垢增长，常用的流量控制策略在换热器运行末期的调节效果逐渐变差，旁路控制的方案无法实现全周期的持续控制。因此，本文首先在渐近增长模型的基础上建立了换热器结垢累积的积分渐近模型，该模型考虑了过程参数对结垢速率的影响；其次，以一个用于水循环的小面积换热器为例，分析了考虑结垢增长的条件下流量控制和旁路控制的调节效果；最后，针对结垢过程的慢时变和持续性等特点，设计了基于流量与旁路开度的控制系统重构方案。示例的运行结果表明，对于同样面积裕量有限的换热器，这一控制方案能延长其使用寿命，实现其全周期持续可控的目标。