工業上用實現冷熱兩流體換熱的設備稱為傳熱設備。換熱有直接或間接換熱兩種方式。直接換熱是指冷熱兩流體直接混合以達到加熱或冷卻的目的，而間接換熱是指冷熱兩流體間接傳熱。在石油化工等工業過程中，一般以間接換熱較常見。討論的是間壁傳熱設備的控制問題，其結構形式有列管式、蛇管式、夾套式和套管式等，如圖9—24所示。

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　　一、? 參數的安全控制分析

　　前面簡單敘述了熱量傳遞三種方式的主要機理。在此必須指出的是，在實際進行的傳熱過程中，很少是以一種傳熱方式單獨進行，而是由兩種或三種方式綜合而成的。例如：在工業過程中常用的間壁式熱交換器，一般溫度不太高，這時候就可忽略熱輻射的影響，則傳熱過程就是對流和熱傳導的組合。而在管式加熱爐的輻射室中，由于溫度很高，這時就以熱輻射為主，輻射室的有效傳熱量大致為全爐總熱負荷的70％一80％，但在管式加熱爐的對流室中，傳熱方式卻又以對流傳熱為主。總之，在管式加熱爐中其傳熱過程是傳導、對流及熱輻射的組合。

　　分布參數是指對象的輸出(即被控變量)不僅與時間有關，而且是物理位置的函數。傳熱設備大致可以分為以下幾種情況。

　　①傳熱壁面兩側流體都無相變地進行熱交換，且兩側流體都沒有軸向混合時，兩側的溫度都將是距離和時間的函數，一般列管式換熱器、套管式換熱器都屬于此類。

　　②傳熱壁面兩側流體都發生相變時，例如精餾塔的再沸器，兩側的溫度皆可近似為集中參數。相變化(汽化或冷凝)的特點是流體溫度取決于所處壓力，而不是取決于傳熱量。

　　③當傳熱壁面兩側流體中有一側發生相變時，例如列管式蒸汽加熱器、氨冷器等，發生相變化的一側是集中參數，另一側需視具體情況而定。

　　在煉油化工生產過程中，許多工藝不允許冷熱兩流體直接接觸，不允許在傳熱過程中伴有物質交換。因此，為達到傳熱目的，常采用間壁式換熱器。在間壁式換熱器中，熱流體的熱量通過對流傳熱傳給間壁，經間壁熱傳導后，再由間壁將熱量以對流方式傳給冷流體。因此，間壁式傳熱設備屬典型的多容對象，并帶有較大的滯后。通常傳熱設備可以近似地認為是具有純滯后的多容對象。

　　傳熱設備的自動控制系統中被控變量大多數是溫度，而測溫元件的測量滯后是比較顯著的。常用熱電偶、熱電阻等測溫元件，為了保護其不致損壞或被介質腐蝕，一般均加有保護套管，這樣就增加了測溫元件的測量滯后，因此測溫元件的測量滯后也給傳熱設備的自動控制系統增加了滯后時間。

　　二?? ?換熱器安全控制系統

　　在煉油化工生產中，換熱設備應用極其廣泛。進行換熱的目的主要有下列4種。

　　①使工藝介質達到規定的溫度，以使化學反應或其他工藝過程都很好地進行。例如合成氨生產中的脫硫或變換等過程的氣體人口溫度，都有最適宜的條件。

　　②在生產過程中加入吸收的熱量或除去放出的熱量，使工藝過程能在規定的溫度范圍內進行。例如合成氨生產中轉化反應是一個強烈的吸熱反應，必須加入熱量，以維持轉化反應。聚氯乙烯的聚合反應是一個放熱反應，要用冷卻水除去放出的熱量，才能使反應按要求進行下去。

　　③某些工藝過程需要改變物料的相態。例如汽化需要加熱，冷凝會放熱，將氮氣冷凝成液氨便是一例。

　　④回收熱量。

　　由于換熱目的的不同其被控變量也不完全一樣。在大多數情況下，被控變量是溫度，例如圖9—25(a)中所示的蒸汽加熱器自動控制系統。為了使被加熱的工藝介質達到規定的溫度，常常取出口溫度為被控變量，調節加熱蒸汽量使工藝介質出口溫度恒定。對于不同的工藝要求，被控變量也可以是流量、壓力、液位等。當被加熱的工藝介質流量比較平穩且對出口溫度要求一般時，可取加熱蒸汽流量(或壓力)作為被控變量，組成如圖9—25(b)所示的流量(或壓力)單回路定值控制系統。絕大多數的溫度控制系統都是為了上述①、②兩個目的服務的。而目的③實際上所需要的變量是熱量，一般可取載熱體的流量作為被控變量。對于一般熱量回收系統，往往是不需要加以自動控制的。

　　從熱過程的基本方程式可知，為保證出口溫度平穩，滿足工藝生產的要求，必須對傳熱量進行調節。調節傳熱量有以下幾條途徑。

　　(1)調節載熱體的流量，如圖9—26所示。調節載熱體流量大小，其實質是改變傳熱速率方程中的傳熱系數K和平均溫差厶丁。。對于載熱體在加熱過程中不發生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程中傳熱系數K；而對載熱體在傳熱過程中發生相變的情況，主要是改變傳熱速率方程中的ΔTm。這種傳熱設備自動控制方案是最常用的。

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