《工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計3800字（論文）》

工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計摘要主要描述項目中對工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的設(shè)計，對溫度以及流量精度的控制，重點闡述項目實施過程中的一些特點和要點。關(guān)鍵詞：工藝?yán)鋮s水；溫度；流量；控制1引言大型實驗室占地約八萬平方米，三層的獨樓建筑。在建筑物中心有一個大水箱（直徑13m，高13m）。水箱周圍的第一層是用于實驗設(shè)備的房間，第二層是辦公室，第三層是實驗期間的監(jiān)控室。實驗結(jié)束后，將被測設(shè)備放置在大水箱中。由于被測設(shè)備的隔熱性能良好，必須通過外部專用冷卻水帶走內(nèi)部熱量，使用后將冷卻水直接排入水箱。冷卻水系統(tǒng)的主要任務(wù)是冷卻被測設(shè)備，以確保被測設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境達到所需的溫度和精度，同時根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地計算被測設(shè)備的熱量和熱量。因此，合理的冷卻水系統(tǒng)和精確的控制水流和溫度的方法是該項目成功的關(guān)鍵。2工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計要求用戶根據(jù)實驗的特點提出如下建議：2套相同的測試設(shè)備可以全天不間斷地提供工藝?yán)鋮s水，其中流量為0到8L/min，誤差范圍±0.2L/min，溫度為4到11度，流量和溫度均可調(diào)節(jié)。水質(zhì)與自來水的市政飲用水相同；被測設(shè)備的冷卻水壓力損失為0.8MPa；通過關(guān)閉被測設(shè)備的冷卻水入口中的閥門，可以隨時關(guān)閉冷卻水供應(yīng)，而不會損壞冷卻水供應(yīng)設(shè)備；冷卻源為風(fēng)冷式冷水機組，全年用于冷卻。當(dāng)夏季室外溫度不超過42℃，冬季室外溫度不低于10℃時，設(shè)備可以正常啟動和停止并正常運行。要求在兩個地方（發(fā)動機室和中央控制室）控制整個冷卻水系統(tǒng)的啟動和停止，中央控制室可以對系統(tǒng)過程進行動畫顯示，并在重要位置實時顯示液壓和熱工狀況。3冷卻水系統(tǒng)設(shè)計及主要設(shè)備選型3.1冷卻水系統(tǒng)原理及組成圖1所示為項目中標(biāo)單位提供并實施的工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)分為溫度控制系統(tǒng)和冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)使用兩級分別是初級和高級，溫度控制方法來精確地控制供水溫度，并且流量由冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)中過程設(shè)備入口處的流量控制閥控制。。圖1系統(tǒng)原理圖3.2冷卻水供水系統(tǒng)設(shè)計及主要設(shè)備選型供水系統(tǒng)中的供水泵從水箱中抽出自來水，水溫最初降至板式換熱器的目標(biāo)溫度以下。自來水通過板式換熱器并由流量計測量，然后由電水管加熱器精確地與目標(biāo)相匹配。通過調(diào)節(jié)被測設(shè)備入口處的流量調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)實驗所需的流量，穩(wěn)定供水泵的出口壓力并避免流量波動；為了實現(xiàn)精確的流量控制的目的，在水泵出口處設(shè)有隔膜式穩(wěn)壓罐。表1顯示了實驗室冷卻水處理系統(tǒng)中冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)的主要設(shè)備。表1冷卻水供水系統(tǒng)設(shè)備表序號設(shè)備名稱性能參數(shù)數(shù)量備注1立式離心泵Q=0.6m3/hH-115mP=1.1kW3臺供水泵2隔膜式穩(wěn)壓罐D(zhuǎn)=400mm2臺3渦輪流量計最大流量1.0精度要求<1%電源24信號4到20mA2臺4自來水箱溫度變送器壓力變送器流量調(diào)節(jié)閥D1000×1400hDN201個2個2個2個3.3溫度控制系統(tǒng)設(shè)計及主要設(shè)備選型3.3.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計該項目的目標(biāo)是在溫度控制系統(tǒng)中構(gòu)造長期冷源（風(fēng)冷式冷水機）以及精確控制溫度和冷卻水流量。根據(jù)用戶要求：夏季室外溫度不高于42℃，冬季室外溫度不低于10℃時，風(fēng)冷冷水機組應(yīng)正常啟停。因此，風(fēng)冷式制冷機不僅要解決夏季因室外溫度高而產(chǎn)生的高冷凝壓力的問題，而且必須解決冬季因室外溫度低而引起的低冷凝壓力的問題。設(shè)備制造商最終通過設(shè)計增加冷凝傳熱面積和增加冷凝器中的空氣量來解決夏季模式下的問題。按照冷凝頻率控制，冷凝器風(fēng)量的變頻控制和冷凝器傳熱面積的變化等措施，解決了冬季的問題。溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計采用了對初級和高級溫度進行兩級控制的方法。主溫度控制系統(tǒng)使用封閉的機械循環(huán)。冷卻水的初次冷卻和初始溫度的穩(wěn)定主要通過板式換熱器來實現(xiàn)，并假定所有冷卻負(fù)荷。主溫度控制系統(tǒng)顯示在圖1的左側(cè)。它由風(fēng)冷制冷單元（長期冷卻），循環(huán)泵，封閉式溶液罐，恒壓供水裝置，板式熱交換器，電動三通控制閥和PID控制器組成。從循環(huán)劑中加入35％的乙二醇溶液（凝固點為15℃）；先進的溫度控制系統(tǒng)由用于水管的電加熱器和晶閘管控制單元組成，它們主要加熱供應(yīng)給實驗裝置Tune的水的溫度，以達到所需的溫度精度。溫度控制過程如下：首先，風(fēng)冷式制冷機將密閉溶液罐中的溶液溫度降低到1-2°C。溶液罐增加了系統(tǒng)的體積，并使溶液罐的溫度變化較小。該裝置采用普通的雙活塞壓縮機，其啟動和停止根據(jù)溶液罐中溶液的溫度進行控制。當(dāng)溶液溫度低于1℃時，設(shè)備停止；當(dāng)溶液溫度高于2℃時，設(shè)備開始運行。然后冷源泵將低溫溶液從溶液罐送至板式換熱器，自來水冷卻至22℃，但溫度略低于目標(biāo)溫度（約低0.5℃），根據(jù)需要，實驗要求最低溫度為4℃，則換熱器出口的目標(biāo)溫度控制為約3.5℃，換熱器出口的水溫為由位于主冷卻水入口的三通比例控制閥控制。最后，在預(yù)冷后，相對穩(wěn)定的冷卻水溫度通過電水管道加熱器發(fā)送到大量實驗設(shè)備。為確?？刂凭?，控制系統(tǒng)采用PID控制器分別控制三通比例控制閥和晶閘管控制器。根據(jù)用戶要求，顯示屏上顯示骨料，循環(huán)泵，附加水泵，比例控制閥的三通比例開度，帶溶液的封閉罐中介質(zhì)的溫度以及冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)的適當(dāng)參數(shù)的運行條件。3.3.2溫度控制系統(tǒng)主要設(shè)備設(shè)計選型（1）風(fēng)冷冷水機組設(shè)計與選型單位制冷量的計算：夏季實驗大樓所在區(qū)域的自來水的計算溫度為22℃，最低冷卻水溫度為3℃。當(dāng)同時使用兩個實驗設(shè)備時，總流量為20L/min）。根據(jù)計算公式Q=換熱效率系數(shù)（kw），考慮到設(shè)備運行過程中冷卻效率的抑制，系統(tǒng)中冷卻能力的損失以及一些不確定因素，兩個冷卻能力的最終選擇是35kW（符合設(shè)計條件下的國家法規(guī)），風(fēng)冷活塞式制冷單元，每種應(yīng)用一個。（2）閉式溶液箱的設(shè)計盡管用于操作的風(fēng)冷活塞單元是可靠的，但是能量調(diào)節(jié)的方法是基于步進調(diào)節(jié)的，出口處的溫度穩(wěn)定性不足，不利于溫度精度控制。為了使進入板式換熱器的一次冷溶液的溫度盡可能穩(wěn)定，在一次溫度控制系統(tǒng)中設(shè)計并安裝了一個容積為2.5立方米的密閉溶液罐，從而增加了熱交換介質(zhì)的容量并避免了系統(tǒng)溫度的大變化。封閉溶液罐中的溫度被帶有控制活塞的風(fēng)冷冷卻骨料阻塞，以確保封閉溶液罐中的溫度變化不超過±1.5℃。（3）板式換熱器設(shè)計選型在這種設(shè)計中，熱交換器在低溫下工作并且溫度很低。在機房內(nèi)空氣的露點以下，不可避免地會產(chǎn)生更多的冷凝水，因此所有熱交換器材料均由不銹鋼制成。根據(jù)系統(tǒng)特性和相關(guān)參數(shù)，熱交換器應(yīng)能夠滿足最不利的運行條件下的熱交換需求。最不利的條件是：溶液罐的一級冷水在1?2℃的范圍內(nèi)變化，因此一級冷水的進/出口溫度為2℃/5℃，溫差為3℃；夏季建筑物實驗區(qū)自來水的計算溫度為22℃，最低冷卻水溫度為3℃，流量為0.1667kg/s。因此，熱交換器的總熱交換效率為：。換熱器總換熱面積為：式中：K為換熱系數(shù)(kW/(m2·℃))；t為對數(shù)平均溫差(℃)，為水垢系數(shù)，汽一水換熱器=0.9-0.85，水一水換熱器=0.8-0.7?？紤]10％富裕系數(shù)，換熱器總換熱面積按1米2/臺設(shè)計安裝。（4）電動三通調(diào)節(jié)閥的設(shè)計選型在此設(shè)計中，DN32控制閥的直流支路具有相同的百分比特性，而旁路支路具有線性特性，可以在良好的狀態(tài)下工作。因此，在類似情況下選擇控制閥時，建議在設(shè)計時參考以下經(jīng)驗：在選擇口徑時，理論上有必要計算閥的重量和三通控制閥的流量因數(shù)，簡單易行時，通常選擇1.25倍額定工作條件乘以計算閥C的壓力。選擇值時的最大流量。如果流量太高，則閥通常在一個小孔中工作；相反，如果流量太低，則閥門調(diào)節(jié)范圍將不足。閥門的特性是影響控制精度的主要因素：通常，類似的系統(tǒng)使用具有相同百分比特性的直流閥和具有線性特性的支線，而熱交換器則連接到支路DC和旁路支路。與管道一起安裝直徑為121的控制閥，以使DC支路和旁路的電阻相差不大，以確?？刂崎y的特性。（5）管道電加熱器的設(shè)計選型管道的電加熱器負(fù)責(zé)冷卻水溫度控制的準(zhǔn)確性，因此其設(shè)計對于控制準(zhǔn)確性非常重要。電加熱器的優(yōu)點是熱慣性低且易于調(diào)節(jié)，因此非常適合用作該系統(tǒng)中的微調(diào)方法。為了使熱慣性最小化并提高控制精度，電加熱器的水容量應(yīng)盡可能低。當(dāng)每條管道的電加熱器工作時，冷卻水必須至少增加1.5℃。管道電加熱器的功率為,考慮富余量后，最終電加熱器選擇功率為1.5千瓦/臺，加熱功率采用可控硅控制器無級調(diào)節(jié)。（6）其他測量元件及二次儀表的選型設(shè)計中使用了許多測量和傳感器元件以及輔助儀器，例如壓力傳感器，流量計（流量傳感器），溫度傳感器，數(shù)字顯示器等，這些元件的選擇應(yīng)大致測量測量值，在1/3測量范圍內(nèi)，測量精度比要求的控制精度高一級；數(shù)字顯示器的顯示精度高于控制精度等。最重要的是測量元件的線性度更高。簡而言之，必須在所有鏈接上保證控件的準(zhǔn)確性。4系統(tǒng)測試情況整個項目建成后立即進行了測試評定。圖2所示為測試時工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行流量曲線，圖3所示為測試時工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行溫度曲線。工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行溫度曲線從圖2和圖3看出，工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的流量、溫度均以圍繞各自的控制目標(biāo)呈周期性變化，控制精度分別達到了±0.04L/min及±0.17℃，完全符合使用方提出的流量及溫度精度控制要求。圖2工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行流量曲線圖3工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行溫度曲線5結(jié)束語該實驗室工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)在實驗中工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的實際流量精度小于±0.2L/min，溫度控制精度小于±0.2℃的要求，并且比較平穩(wěn)，完全滿足實驗測試的需要。參考文獻[1]王蛟平.循環(huán)冷卻水電化學(xué)除垢動力學(xué)特性與工藝研究[D].濟南大學(xué),2019.[2]王龍勝,鄧文浩,吳忠家,王薇,朱茂春,吳子杭,吳紅艷.一種實用小型