一种基于双换热器的cstr温度容错控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于连续搅拌反应釜的温度控制与生产安全技术领域，具体涉及一种基于双换热器的CSTR温度容错控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]连续揽拌反应藎(Continuous Stirred-Tank Reactor，简称CSTR)是化工生产中实现各种物理变化和化学反应的过程设备，在反应装置中占有重要地位。在塑料、化纤、合成橡胶三大合成材料生产中，CSTR的数量约占反应器总量的90%以上。此外，在制药、油漆、染料、农药等行业中也大量使用CSTR。CSTR反应温度是聚合反应过程最重要的控制参数，其控制品质与生产安全、生产效率和经济效益密切相关。由于聚合反应绝大部分是放热反应，一旦热交换系统出现故障，将可能导致CSTR温度控制失效，温度失控而引起非正常紧急停车，停产事故，严重时甚至导致火灾、爆炸事故，造成人员和设备财产损失。由于在生产过程中的重要地位和广泛应用，CSTR温度的自动控制一直受到控制领域专业技术人员的关注，并提出了多种可行的控制方法。但现有针对配有盘管与夹套双换热器CSTR温度的控制方法，并没有充分发挥CSTR本身以及新型控制装置和控制技术的潜力，在系统安全性方面存在很大改善的空间可能。
[0003]对于配有盘管与夹套双换热器的CSTR，在生产过程中的温度控制可采用夹套换热器单独实现，也可采用盘管换热器单独实现。
[0004]①夹套换热系统的特点是换热效率高(夹套容积大，载热介质在夹套中停留时间长，热交换充分)，但响应速度慢(时间常数大)。采用夹套换热器进行日常生产反应温度控制，其优点是能耗低，缺点是动态性能不好，控制精度低，动态偏差大，容易出现温度失控而不得不强制停车的事故。
[0005]②盘管热交换系统的特点是响应速度快(盘管容积小，时间常数小)，但换热效率低(盘管容积小，载热介质在盘管中停留时间短，换热不充分)。采用盘管换热器行日常生产反应温度控制，优点是反应器温度动态性能好，控制精度高，但载热介质一次换热量小、载热介质循环能耗高，经济性差。
[0006]显然，这两种控制方案都没有完全发挥盘管换热器和夹套换热器本身在温度控制方面的潜力，不能兼顾控制品质高和节能降耗两个方面。
[0007]为了解决以上问题，有人提出了双重控制系统的方案，例如，申请号为201210165045.5的中国专利公开了一种基于盘管与夹套双换热器的CSTR温度控制系统及方法，采用了双重控制系统方案，将盘管热交换器动态特性好，夹套热交换器换热效率高的优点相结合，使CSTR温度控制速度快，控制精度高，换热效率高，载热介质消耗量小，有利于节能降耗，兼顾了 CSTR的温度控制精度和节能降耗两方面。但是，并没有发挥出双重控制系统中，盘管与夹套双热交换器同时工作时所形成的操作功能冗余的优势，显然，当盘管热交换器或夹套热交换器其中一个出现断流故障时，控制系统的操作功能并没有完全丧失，仍具备实现CSTR温度控制、继续运行和生产的潜力，现有技术中还缺乏基于双重控制的盘管与夹套双换热器的CSTR温度容错控制系统及方法。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理，实现方便，使用操作便捷的基于双换热器的CSTR温度容错控制系统。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种基于双换热器的CSTR温度容错控制系统，所述CSTR内部设置有盘管换热器，所述CSTR外部设置有夹套换热器，所述盘管换热器的载热介质入口处连接有盘管载热介质输入管，所述盘管载热介质输入管上设置有用于对流入盘管换热器中的载热介质流量进行调节的盘管流量调节阀，所述夹套换热器的载热介质入口处连接有夹套载热介质输入管，所述夹套载热介质输入管上设置有用于对流入夹套换热器中的载热介质流量进行调节的夹套流量调节阀，所述CSTR温度容错控制系统包括温度控制器和与温度控制器的输出端连接的盘管流量控制器，所述温度控制器的输入端接有用于对CSTR的实际反应温度进行实时检测的温度检测装置，所述盘管流量调节阀与温度控制器的输出端连接，所述夹套流量调节阀与盘管流量控制器的输出端连接；其特征在于:所述CSTR温度容错控制系统还包括容错控制器以及与容错控制器输出端连接的故障报警器和故障信息显示器，所述容错控制器的输入端接有用于对流入盘管换热器中的载热介质流量进行实时检测的盘管流量检测装置和用于对流入夹套换热器中的载热介质流量进行实时检测的夹套流量检测装置，所述盘管流量检测装置设置在盘管载热介质输入管上，所述夹套流量检测装置设置在夹套载热介质输入管上，所述温度控制器和盘管流量控制器均与容错控制器相接，所述温度检测装置与容错控制器的输入端连接。
[0010]上述的一种基于双换热器的CSTR温度容错控制系统，其特征在于:所述故障报警器为声光报警器。
[0011]上述的一种基于双换热器的CSTR温度容错控制系统，其特征在于:所述故障信息显示器为液晶显示屏。
[0012]本发明还提供了一种控制精度高、换热效率高、载热介质消耗量小、有利于节能降耗、提高了 CSTR工作的安全性与可靠性、提高了 CSTR反应生产的经济效益的基于双换热器的CSTR温度容错控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0013]步骤一、温度检测装置对CSTR的实际反应温度进行实时检测，并将所检测到的CSTR实际反应温度信号TP(t)实时传输给温度控制器和容错控制器；
[0014]步骤二、温度控制器对CSTR实际反应温度信号Tp (t)进行实时采集，并通过差值比较器对CSTR实际反应温度信号Tp (t)与CSTR温度设定值Ts进行差值比较得出温度偏差信号e(t);然后，温度控制器对温度偏差信号e(t)进行分析处理，得出对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号uT (t)，并发送给盘管流量调节阀、盘管流量控制器和容错控制器；
[0015]步骤三、所述盘管流量调节阀根据温度控制器发送给其的对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号uT(t)调节开度，实现对流入盘管换热器中的载热介质流量的控制，由盘管换热器对CSTR的温度进行快速控制，使得温度偏差信号e(t)迅速减小并趋于O ;同时，盘管流量检测装置对盘管换热器中的载热介质流量进行实时检测，并将所检测到的盘管换热器载热介质流量Qe(t)实时传输给容错控制器；夹套流量检测装置对夹套换热器中的载热介质流量进行实时检测，并将所检测到的夹套换热器载热介质流量Qj (t)实时传输给容错控制器；
[0016]步骤四、通过盘管流量控制器和夹套流量调节阀对流入夹套换热器中的载热介质流量进行控制，进而实现对流入盘管换热器中的载热介质流量进行相应调整的目的，具体过程如下:
[0017]步骤401、盘管流量控制器接收温度控制器发送给其的控制信号uT (t)并通过差值比较器对控制信号UT(t)与盘管换热器载热介质流量设定值Qcs进行差值比较得出盘管换热器载热介质流量偏差信号eai(t);然后，盘管流量控制器对盘管换热器载热介质流量偏差信号eai(t)进行分析处理，得出对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号Uaj α)，并发送给夹套流量调节阀和容错控制器；
[0018]步骤402、所述夹套流量调节阀根据盘管流量控制器发送给其的对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号uTO(t)调节开度，实现对流入夹套换热器中的载热介质流量的控制，由夹套换热器逐渐替代盘管换热器的换热负荷变化，使得盘管换热器载热介质流量偏差信号θ?α)逐渐趋于0，即使得对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的控制信号uT(t)逐渐等于盘管换热器载热介质流量设定值Qk，进而实现对流入盘管换热器中的载热介质流量进行控制的目的；同时，盘管流量检测装置对盘管换热器中的载热介质流量进行实时检测，并将所检测到的盘管换热器载热介质流量Qe(t)实时传输给容错控制器；夹套流量检测装置对夹套换热器中的载热介质流量进行实时检测，并将所检测到的夹套换热器载热介质流量％(t)实时传输给容错控制器；
[0019]步骤五、容错控制器将其接收到的CSTR实际反应温度信号Tp⑴与CSTR温度设