换热器自动控制

俞金寿著：《传热设备的自动调节》，化学工业出版社，北京，1981。

欣斯基著，方崇智译：《过程控制系统》，化学工业出版社，北京，1982。(F.G.Shinsky, Process-Control System, 2nd ed., McGraw-Hill, New York,1979.)2100433B

调节手段根据传热速率方程选择，可有多种形式，如载热体或载冷体的流量,传热面积,平均温差等。传热过程的动态响应一般都比较缓慢，为了克服时间滞后的影响，在换热控制过程中往往需要引入微分控制作用。因微分控制作用可使信号提前，能起早期修正的作用，并有助于增加调节系统的稳定性。当要求很严格时，还要采用串级、前馈和热焓等复杂的控制方案。在大型石油化工装置中，为确保生产的连续性，也常采用选择性控制方案。当有多个换热器并联运行时，为充分利用热能，要求把这些换热器看成一个换热网络，按最优化原理确定换热网络的最优控制方案。在现代石油化学工业中，为了充分利用能源，换热过程交错并联，因而对控制的要求日渐迫切。

根据换热特点，换热器分为一般换热器（两侧无相变）、蒸汽加热器（冷凝放热）和冷却器(汽化吸热)三种类型。

一般换热器控制主要利用载热体流量作为调节手段，组成出口温度调节系统。根据载热体流量本身是否波动可设计成单参数调节或串级调节系统。当载热体为另一工质因而不允许调节其总量时，可设计成分流式或合流式温度调节系统。在利用载热体流量调节温度时，调节通道的非线性影响是需要注意的因素，应限制流量并保证足够的换热面积逾量，否则控制系统便不够灵敏。

蒸汽加热器控制调节手段除仍利用载热体（加热蒸汽）流量外，也常采用调节蒸汽冷凝液的排出量来调节温度。由于蒸汽流量易受管网压力波动的干扰，控制系统多设计成串级形式。当进口的被加热介质流量波动较大时,可设计成前馈-反馈控制形式。若被加热介质出口温度较低,致使蒸汽冷凝液在大气压下温度低于100℃，或采用乙烯、丙烯等烃类物质做载热体时，一般采用调节冷凝液排出量的方法来控制温度。调节冷凝液排出量实际上就是通过改变传热面积进行温度控制。由于改变传热面积的调节通道时间滞后较大，一般多采用串级调节方式。副参数可以是冷凝液的液面信号或蒸汽流量信号。典型的蒸汽加热器控制系统由流量调节器、前馈补偿器等部分构成。

冷却器控制冷却器温度控制系统的调节系统有三种：改变冷却流量，改变冷却器内冷剂液面和改变冷剂汽化压力。由于冷却器中的冷却剂要大量汽化，必须有一定的汽化空间以保证调节的灵敏度并避免汽化的冷剂中夹杂液滴而造成压缩机操作事故。无论选择何种方法，都要设置冷凝液面的指示报警或液面的自动控制。为克服对象时间滞后,也常选用串级调节方式。另外,为了使大型石油化工装置的压缩机能安全运转，也必须避免在汽化冷剂中夹带液滴。在早期的控制方案中，都采用联锁切断的办法保护压缩机。但是大型生产过程中的联锁切断停车会造成严重的经济损失，因此要求在局部工作状况失常时自动化系统能使生产过程继续维持运转。温度和液面的选择性调节方案可以较好地解决这类问题。冷却器选择性调节系统由温度调节器、液面调节器和低值选择器组成。当冷剂液面达到上限时，液面调节器经低值选择器取代正常工作的温度调节器，保证冷剂液面不会越限。此时温度调节器处于开环状态，出口温度没有控制。当工作状况恢复正常，冷剂液面下降低于上限时，温度调节器经低值选择器重新投入正常运行，此时液面调节器处于等待状态。

在大型石油化工企业中，为充分利用不同温位的热量和有效地回收热能，提高节能效益，要求进行最合理的热交换。在这种情况下，换热过程可能纵横交错、相互关联。对于这类过程，按常规方法孤立地设计单个换热器温度控制方案已无法满足要求。为此，人们开始应用系统工程原理进行换热网络优化设计，并据此确定整个换热过程的总体控制方案。在换热过程控制中应用计算机会使控制系统更加完善。

耐腐蚀换热器间壁式换热器

间壁式换热器可分为板式换热器、夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、管壳式换热器。

耐腐蚀换热器混合式换热器

混合式换热器可分为冷却塔(或称冷水塔)、气体洗涤塔(或称洗涤塔)、喷射式热交换器、混合式冷凝器。

耐腐蚀换热器蓄热式换热器

蓄热式换热器是用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。

上述换热器，由于材质的限制，抗氧化能力差，不能在恶劣环境（如强碱、强酸环境）下使用，导致现在高温窑炉的余热无法回收下长期使用，余热回收率低。如果是烧铝钒土的窑炉，金属换热器非常容易被酸碱损坏，无法达到余热回收的目的。

如果使用陶瓷换热器，由于陶瓷本身材质的特性，决定的它的抗氧化能力要比金属换热器强上许多，陶瓷换热器具有以下特点：

1、耐高温，耐腐蚀，所以可以把陶瓷换热器放在离烟道出口最近、温度最高的地方，那么它的余热利用率高，换热效果好，节能率高。但金属换热器放在陶瓷换热器的部位就很快被烧坏了。

2、陶瓷换热器使用方法直接、简单、快捷、一次性投资少、投资成本低、换热温度稳定、效率高、寿命长、不堵塞、不漏气、更换方便，不存在煤气在切换时浪费跑掉。

3、使用寿命上，同等情况下陶瓷换热器是金属换热器几倍或几十倍。

如果不使用换热器，助燃风温度就是一般常温（-10℃-40℃），但通过陶瓷换热器加热的助燃风温度可达300℃-800℃，不但可以达到节能的目的，而且提高了环境效益。