Av Dr. ing. Morten Christian Svensson
Her må du være ”psykolog” og gi riktig behandling (se andre artikler i serien, linker nede til høyre) til rett tid.
Adferdsendring er alltid enklest å behandle dersom du kjenner årsaken til denne. Dette gjelder også for temperaturregulering i varmevekslere.
Verktøykassa
Temperaturregulering i varmevekslere kan være vanskelig, og her får du bruk for mye av kunnskapen fra denne artikkelserien om praktisk prosessregulering. Forhåpentligvis har du pakket denne godt ned i verktøykassen din, klar til bruk.
Varmevekslere er ulineære, og må lineariseres. De endrer også oppførsel ved varierende driftspunkt; noe som det også bør korrigeres for å opprettholde god regulering. Foroverkobling (feed forward) kan med fordel benyttes. Denne har mye til felles med forholdsregulering (ratio), og det er lurt å multiplisere denne inn i sløyfen; ikke addere som de fleste lærebøker viser. Trege temperaturreguleringssløyfer bør absolutt ha D-virkning. Som tidligere nevnt oppdager D-delen trender og korrigerer raskt for disse.
Linearisering
Figuren ovenfor viser en typisk temperaturreguleringssløyfe for en varmeveksler. Varmt vann benyttes til å varme opp et prosessmedium til ønsket temperatur. Legg spesielt merke til at reguleringssløyfen, i tillegg til regulatoren, består av en reguleringsventil og selve varmeveksleren.
Sammenhengen mellom prosesstemperatur og varm vannstrøm er vist i figuren over. Vi ser at denne er ulineær, med stor prosessforsterkning ved liten vannstrøm, og liten forsterkning ved høy vannstrøm. Av formen på kurven ser vi at en likeprosentlig ventilkarakteristikk er hva vi trenger (vist øverst) for å kompensere for denne ulineariteten. Den likeprosentlige ventilkarakteristikken har motsatt form, og sammen vil disse utgjøre en tilnærmet lineær reguleringssløyfe.
Du må selvfølgelig passe på at friksjonstrykktapet i rørene ikke spiser opp denne ønskede ulineariteten i ventilen. Blir du rådet til å benytte kaskaderegulering så takker du høflig nei. Kaskaderegulering rundt ventilen lineariserer denne, og det er ikke dette du ønsker. Du må da eventuelt lage en ny ulinearitet med ønsket form.
Adferdsendring
Mange prosessanlegg, med varmevekslere, er ustabile på dellast, men stabile på fullast. Hvorfor er det slik?
Dersom vi tilnærmer åpen sløyferesponsen med en FOPDT (første ordens pluss dødtid) modell, varierer både tidsforsinkelsen, tidskonstanten og forsterkningen omvendt proporsjonalt med prosesstrømmen. Dette kan forklares ved at en mindre væskestrøm får et høyere temperaturløft, og at oppholdstiden i varmeveksleren økes med redusert væskestrøm. Begge disse effektene forklarer den ovenfor nevnte omvendte proporsjonaliteten.
Dersom du allerede har valgt en likeprosentlig ventilkarakterstikk, vil denne også hjelpe her. Vi kjenner nå årsaken til varmevekslerens adferdsendringer, og da er det et naturlig valg å benytte parameterstyring i regulatoren. Regulatorparametrene styres fra målt prosesstrøm, som er årsaken til elendigheten. Dersom du velger å ikke benytte verktøyene presentert i denne artikkelserien, husk at du da må tune i ”worst case” (ved dellast), og godta et ”slow case” ved fullast. Dersom du da ikke velger å retune.
Temperaturkontrollfiguren (Temperature Control) ovenfor viser et eksempel på en varmeveksler der det benyttes parameterstyring. Legg merke til at styrevariabelen for selve parameterstyringen er volumstrøm prosessmedium.
Dette er siste artikkel i serien ”Praktisk Prosessregulering”. Du finner linker til de andre artiklene til høyre.
