某列管式蒸汽加热器,工艺要求出口物料温度稳定在(90±1)℃。已知主要干扰为蒸汽压力的波动。(1) 确定被控变量,并选择相应的测量元件。(2) 制定合理的控制方案。(3) 如物料温度不允许过高,否则易裂解,试确定控制阀的气开、气关式。(4) 画出控制流程图与方框图。蒸汽-|||-原料 T

本题主要考察列管式蒸汽加热器的自动控制系统设计相关知识，解题思路是根据工艺要求和干扰因素，依次确定被控变量、测量元件、控制方案、控制阀形式，并绘制控制流程图与方框图。

1. 确定被控变量及测量元件：
   • 工艺要求出口物料温度稳定在$(90\pm1)^{\circ}C$，所以被控变量为列管式蒸汽加热器物料出口温度。
   • 对于温度测量，当测量温度较低但精度要求较高时，铂热电阻具有良好的稳定性和精度，所以选择铂热电阻作为测量元件。
2. 制定控制方案：
   • 已知主要干扰为蒸汽压力的波动，串级控制能够有效克服进入副回路的干扰。
   • 这里选择副参数为蒸汽压力，主参数为物料出口温度，通过副回路快速克服蒸汽压力波动的干扰，再由主回路进一步精确控制物料出口温度，所以采用串级控制方案。
3. 确定控制阀的气开、气关式：
   • 因为物料温度不允许过高，否则易裂解，当出现故障（如气源中断）时，应使控制阀关闭，以防止过多蒸汽进入加热器导致物料温度过高。
   • 气开式控制阀在无气压信号时关闭，符合上述要求，所以控制阀选用气开式。
4. 绘制控制流程图与方框图：
   • 控制流程图中，蒸汽经过压力控制器（PC）控制压力，再经过温度控制器（TC）控制进入加热器的蒸汽量，原料进入加热器后被加热，最终得到符合温度要求的物料。
   • 方框图则从系统的输入（蒸汽压力、原料等）到输出（物料出口温度），展示了各个环节（如加热器、测量元件、控制器、控制阀等）之间的信号传递关系。