《工業(yè)過程控制技術(shù)實(shí)踐教程》課件第2章

實(shí)踐項(xiàng)目二傳熱單元綜合實(shí)訓(xùn)2.1實(shí)訓(xùn)目的2.2實(shí)訓(xùn)原理2.3傳熱單元實(shí)訓(xùn)裝置介紹2.4實(shí)訓(xùn)要求2.5實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

2.1實(shí)訓(xùn)目的

(1)了解換熱器換熱的原理,認(rèn)識各種傳熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),了解流化床的工作流程。

(2)認(rèn)識傳熱裝置流程及各傳感檢測的位置、作用，各顯示儀表的作用等。

(3)掌握傳熱設(shè)備的基本操作、調(diào)節(jié)方法,了解影響傳熱的主要影響因素。

(4)掌握換熱系數(shù)k的計算方法及意義。

(5)了解逆流、順流對換熱效果的影響。

(6)了解折流擋板的作用及強(qiáng)化傳熱的途徑。

(7)學(xué)會開車前的準(zhǔn)備工作。

(8)能正常開車，并按要求操作調(diào)節(jié)到指定數(shù)值。

(9)能正確使用設(shè)備、儀表，及時進(jìn)行設(shè)備、儀器、儀表的維護(hù)與保養(yǎng)。

(10)能掌握現(xiàn)代信息技術(shù)管理能力，應(yīng)用計算機(jī)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控。

(11)能正確填寫生產(chǎn)記錄，及時分析各種數(shù)據(jù)。

(12)掌握正常停車。

(13)了解工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)安全知識。 2.2實(shí)訓(xùn)原理

本換熱器性能測試實(shí)驗(yàn)裝置，主要對套管式換熱器、板式換熱器和列管式換熱器這三種應(yīng)用較廣的間壁式換熱方式進(jìn)行順流和逆流兩種方式的性能測試。

換熱器性能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要為測定換熱器的總傳熱系數(shù)、對數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就不同換熱器、不同量兩種流動方式，對不同工況的傳熱情況和性能進(jìn)行比較和分析。具體內(nèi)容包括：

(1)以傳熱系數(shù)為縱坐標(biāo)、冷(熱)流體流量為橫坐標(biāo)繪制傳熱性能曲線。

(2)對三種不同形式的換熱器傳熱性能進(jìn)行比較。2.3.1實(shí)訓(xùn)裝置介紹

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器的應(yīng)用十分廣泛，除了用于日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器之外，還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，因而是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等,也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。2.3傳熱單元實(shí)訓(xùn)裝置介紹本實(shí)驗(yàn)裝置分為傳熱實(shí)驗(yàn)對象、儀表操作臺、上位機(jī)監(jiān)控計算機(jī)、監(jiān)控數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件幾部分。

本傳熱實(shí)驗(yàn)對象包括兩個冷風(fēng)機(jī)、一個綜合換熱熱風(fēng)機(jī)、左列管換熱器、右列管換熱器、小列管換熱器、綜合換熱裝置、蒸汽發(fā)生器、蒸汽調(diào)節(jié)裝置及管路、不凝性氣體裝置及管路、冷凝水排放系統(tǒng)及管路、冷卻水系統(tǒng)、綜合傳熱加熱管裝置、流量檢測傳感、壓力檢測傳感、現(xiàn)場顯示變送儀表等。2.3.2換熱器結(jié)構(gòu)介紹

1.套管式換熱器

套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成,如圖2－1所示。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大。圖2－1套管式換熱器

套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)。特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大、傳熱推動力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為300MPa的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。

2.管殼式換熱器

管殼式(又稱列管式)換熱器是最典型的間壁式換熱器之一，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。

管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，如圖2－2所示。殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。圖2－2列管換熱器

為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛。

流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個管程，每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板使流體多次通過殼體空間，稱多殼程。

3.板式換熱器

BR系列板式換熱器是由固定壓緊板、換熱板片、密封膠墊、活動壓緊板、法蘭接管、上/下導(dǎo)桿、框架和壓緊螺栓等組成的，如圖2－3所示。不銹鋼板片組合結(jié)構(gòu)管熱板片采用進(jìn)口不銹鋼板壓制成人子形波紋，使流體在板間流動時形成紊流提高換熱效果，相鄰板片的人字形波紋相互交叉形成大量觸點(diǎn)，提高了板片組的剛度和承受較大壓力的能力。橡膠墊片利用雙道密封結(jié)構(gòu)并設(shè)有安全區(qū)和信號槽，使兩種介質(zhì)不會發(fā)生混淆。圖2－3板式換熱器結(jié)構(gòu)圖2.3.3實(shí)訓(xùn)工藝流程介紹

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置(表2－1)

表2－1實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置2.儀表及控制系統(tǒng)一覽表(表2－2)

表2－2儀表及控制系統(tǒng)一覽表

3.實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)備能耗一覽表(表2－3)

表2－3實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)備能耗一覽表

(1)實(shí)驗(yàn)裝置中換熱器參數(shù)如下：

左換熱器換熱面積：0.422m2；右換熱器換熱面積：0.45m2；小換熱器換熱面積：0.6m2。

(2)綜合換熱器面積：

①加熱器換熱面積:0.422m2。

②套管發(fā)生器換熱面積:0.45m2

。

③板式換熱器換熱面積:0.6m2。

(3)儀表說明：

①巡檢儀1：1#通道用于檢測1#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；2#通道用于檢測1#列管換熱器冷流體出口溫度；3#通道用于檢測2#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；4#通道用于檢測2#列管換熱器冷流體出口溫度；5#通道用于檢測3#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；6#通道用于檢測3#列管換熱器冷流體出口溫度。②巡檢儀2：1#通道用于檢測綜合換熱器冷流體進(jìn)口溫度；2#通道用于檢測綜合換熱器冷流體出口溫度；3#通道用于檢測綜合換熱器熱流體進(jìn)口溫度；4#通道用于檢測綜合換熱器熱流體出口溫度；5#通道用于檢測1#列管蒸汽壓力；6#通道用于檢測2#列管蒸汽壓力。

③巡檢儀3：1#通道用于檢測1#列管蒸汽溫度；2#通道用于檢測2#列管蒸汽溫度；3#通道用于檢測綜合換熱熱流體流量。 2.4實(shí)訓(xùn)要求

1.開機(jī)準(zhǔn)備要求

(1)檢查公用工程水電是否處于正常供應(yīng)狀態(tài)(水壓、水位、電壓、指示燈是否正常)。

(2)熟悉設(shè)備工藝流程圖，各個設(shè)備組成部件所在位置(如蒸汽發(fā)生器、空壓機(jī)、疏水閥、列管換熱器、套管換熱器、板式換熱器等)。

(3)熟悉各取樣點(diǎn)及溫度、壓力、流量、測量與控制點(diǎn)的位置。

(4)檢查總電源的電壓情況是否良好。

2.正常開機(jī)要求

1)開啟電源

(1)在儀表操作盤臺上，開啟總電源開關(guān)，此時總電源指示燈亮。

(2)開啟儀表電源開關(guān)，此時儀表電源指示燈亮，且儀表上電。

2)開啟計算機(jī)

(1)打開計算機(jī)電源開關(guān)，啟動計算機(jī)；

(2)在桌面上點(diǎn)擊“傳熱實(shí)驗(yàn)”軟件，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境。

(3)點(diǎn)擊菜單“文件\進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”或按“F5”進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，輸入班級、姓名、學(xué)號后，按“確認(rèn)”，進(jìn)入圖2－5所示的界面，再點(diǎn)擊“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)”以打開實(shí)驗(yàn)軟件界面，如圖2－6所示。圖2－5監(jiān)控軟件實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇界面圖2－6傳熱單元操作實(shí)驗(yàn)軟件界面

(4)點(diǎn)擊“參數(shù)整定”后，進(jìn)入圖2－7所示的界面。圖2－7中，PV表示實(shí)際測量值,SV表示設(shè)定值,OP表示實(shí)際輸出值，可對控制的“1/P”、“I”、“D”參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，一般不設(shè)置。圖2－7左換熱器冷流體流量控制窗口

3.正常關(guān)機(jī)要求

1)關(guān)閉蒸汽發(fā)生器

(1)關(guān)閉蒸汽發(fā)生器進(jìn)水口閥門。

(2)關(guān)閉蒸汽發(fā)生器出蒸汽口閥門。

(3)關(guān)閉發(fā)生器上的電源開關(guān)。

2)關(guān)閉綜合換熱器熱流體加熱電源

在儀表操作臺上按下“綜合換熱器加熱管電源”停止按鈕，切斷綜合換熱器加熱管電源。

3)關(guān)閉1#列管換熱器蒸汽管路

將1#列管換熱器上的針型閥關(guān)閉，即可關(guān)閉1#列管換熱器的進(jìn)口蒸汽管路。

4)關(guān)閉2#列管換熱器蒸汽管路

將2#列管換熱器上的針型閥關(guān)閉，即可關(guān)閉2#換熱器的進(jìn)口蒸汽管路。

5)關(guān)閉1#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)

等換熱器冷流體出口溫度降低到50℃后，在儀表操作臺上關(guān)閉“1#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)電源”開關(guān)，以關(guān)閉1#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)。

6)關(guān)閉2#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)

等換熱器冷流體出口溫度降低到50℃后，在儀表操作臺上關(guān)閉“2#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)電源”開關(guān)，以關(guān)閉2#列管換熱器冷流體風(fēng)機(jī)。

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求

表格表格表格表格表格表格 2.5實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

1.開啟蒸汽發(fā)生器

(1)檢查蒸汽發(fā)生器液位的高度，液位高度應(yīng)為玻璃液位計中間的位置；若液位不夠，則在打開發(fā)生器電源時，發(fā)生器會進(jìn)行自動加水。

(2)打開發(fā)生器后的進(jìn)水閥門，讓自來水進(jìn)入中間水箱(在發(fā)生器內(nèi)部，有浮球閥進(jìn)行液位自動控制)。

(3)開啟發(fā)生器電源：在發(fā)生器前面板上，旋開開關(guān)，即打開蒸汽發(fā)生器電源，此時蒸汽發(fā)生器開始加熱燒蒸汽，蒸汽發(fā)生器壓力燒到0.4MPa時自動停止加熱，蒸汽壓力下降到0.3MPa時啟動加熱。

2.開啟1#冷空氣氣泵

(1)檢查管路各閥門：打開閥HV0106、HV0109，關(guān)閉閥HV0105、HV0108、HV0110、HV0146。

(2)在儀表操作臺上，按下“1#冷空氣氣泵”啟動按鈕，啟動冷空氣氣泵P101。

(3)調(diào)整冷空氣流量：①手動：通過調(diào)節(jié)閥門HV0108，調(diào)節(jié)左換熱器冷流體流量；②自動：在儀表操作臺上將左換熱器冷流體流量手自動控制儀上的冷流體設(shè)定為45m3/h，控制儀自動控制設(shè)定的流量值(此時1/P=100，I=8)。

3.檢查1#列管換熱器冷凝水管路

檢查1#列管換熱器冷凝水管路各閥門：打開閥HV0136、HV0138、HV0140，關(guān)閉閥HV0137、HV0139。

4.開啟1#列管換熱器蒸汽管路

(1)檢查1#列管換熱器蒸汽管路各閥門：打開閥HV0129、HV0130、HV0131，關(guān)閉閥HV0126。

(2)在裝置二層平臺上調(diào)節(jié)相應(yīng)的蒸汽調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)一定的蒸汽壓力。

注：在自動狀態(tài)時，計算機(jī)控制顯示器上的蒸汽電磁閥綠色表示“開”狀態(tài)，紅色表示“關(guān)”狀態(tài)。

1#列管換熱器蒸汽控制框圖見圖2－8。圖2－8

1#列管換熱器蒸汽控制框圖

5.數(shù)據(jù)記錄

(1)調(diào)節(jié)不同的冷流體流量，穩(wěn)定15min，記錄冷流體流量、蒸汽壓力、冷流體進(jìn)出口溫度。

(2)調(diào)節(jié)不同的蒸汽壓力，穩(wěn)定15min，記錄冷流體流量、蒸汽壓力、冷流體進(jìn)出口溫度。

6.開啟2#冷空氣氣泵

(1)檢查2#換熱器管路各閥門：打開閥HV0102、HV0103、HV0104，關(guān)閉閥HV0101、HV0105。

(2)在儀表操作臺上，按下“2#冷空氣氣泵”啟動按鈕，啟動冷空氣氣泵P102。

(3)調(diào)整冷空氣流量：①手動,即通過調(diào)節(jié)閥門VA，調(diào)節(jié)2#換熱器冷流體流量；②自動,即在儀表操作臺上將右換熱器冷流體流量手自動控制儀上的冷流體設(shè)定為45m3/h，控制儀自動控制設(shè)定的流量值。

7.檢查2#列管換熱器冷凝水管路

檢查2#列管換熱器冷凝水管路各閥門：打開閥HV0141、HV0143、HV0145，關(guān)閉閥HV0142、HV0144、HV0147。

8.開啟2#列管換熱器蒸汽管路

(1)檢查右2#列管換熱器蒸汽管路各閥門：打開閥HV0127，關(guān)閉閥旁路開關(guān)HV0126，調(diào)節(jié)右換熱器不凝性氣體閥門HV0147的大小。

(2)在裝置二層平臺上調(diào)節(jié)相應(yīng)的蒸汽調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)一定的蒸汽壓力。

9.2#列管換熱器數(shù)據(jù)記錄

(1)調(diào)節(jié)不同的冷流體流量，穩(wěn)定15min，記錄2#列管換熱器的冷流體流量、蒸汽壓力、冷流體進(jìn)出口溫度。

(2)調(diào)節(jié)不同的蒸汽壓力，穩(wěn)定15min，記錄2#列管換熱器的冷流體流量、蒸汽壓力、冷流體進(jìn)出口溫度。

10.冷卻水系統(tǒng)開啟

(1)檢查冷卻水水箱里水的液位高低，若液位過低，則打開自來水進(jìn)水閥門，往水箱里加水。

(2)檢查冷缺水管路各閥門：打開閥門HV0148、HV0149、HV0150。

(3)在儀表操作臺上按下“冷凝水泵電源”按鈕，啟動冷缺水泵電源。

11.綜合換熱實(shí)驗(yàn)

(1)檢查冷流體流量管路各閥門：打開閥門HV0109、HV0110，關(guān)閉閥門“支007”、HV0111、HV0114；根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)，打開相應(yīng)回路的開、關(guān)閥門，關(guān)閉其他換熱器冷熱流體進(jìn)、出閥門。具體相關(guān)回路閥門開、閉狀態(tài)如下：

板式換熱器實(shí)驗(yàn)：打開閥門HV0012、HV0113、HV0115(冷進(jìn))、HV0118(冷出)、HV0117(熱進(jìn))、HV0116(熱出)，關(guān)閉閥門HV0119、V0121、HV0120、HV0122、HV0123、HV0124、HV0125、HV0126。列管換熱器實(shí)驗(yàn)：打開閥門HV0112、HV0113、HV0119(冷進(jìn))、HV0120(冷出)、HV0121(熱進(jìn))、HV0122(熱出)，關(guān)閉閥門HV0115、HV0118、HV0116、HV0117、HV0123、HV0124、HV0125、HV0126。

套管換熱器實(shí)驗(yàn)：打開閥門HV0112、HV0113、HV0125(冷進(jìn))、HV0126(冷出)、HV0123(熱進(jìn))、HV0124(熱出)，關(guān)閉閥門HV0115、HV0118、HV0116、HV0117、HV0118、HV0119、HV0120、HV0