高壓反應(yīng)器流量及壓力控制(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗一 高壓反應(yīng)器流量及壓力控制一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)不銹鋼高壓管線的切割、彎曲、配管、連接和檢漏等操作技能。2. 掌握不銹鋼二通、三通、過濾器、單向閥的結(jié)構(gòu)和原理。3. 了解穩(wěn)壓閥與背壓閥控壓原理與特點，學(xué)習(xí)兩種控壓閥的不同用法。4. 學(xué)習(xí)機械式安全閥、質(zhì)量流量計、濕式流量計的原理和使用。5. 學(xué)習(xí)反應(yīng)器的壓力、流量的穩(wěn)定控制和測量技術(shù)。二、實驗原理本實驗裝置采用高強度鋁合金框架，每臺設(shè)備有兩個操作平臺，每個操作平臺上有一條氣體控制管路。裝置包括相應(yīng)的管件、閥件和穩(wěn)壓閥、背壓閥、壓力傳感器、質(zhì)量流量計、機械安全閥和相應(yīng)的壓力、流量控制儀表。反應(yīng)器的流量、壓力及溫度控

2、制是化工科研以及工廠生產(chǎn)過程中最常見的控制過程，在控制反應(yīng)器壓力穩(wěn)定的同時，也需要穩(wěn)定的控制反應(yīng)器的流量，因此，如何同時控制幾個參數(shù)都不變，并且互相沒有影響，控制元件的選擇和布置就很重要。本實驗采用質(zhì)量流量計控制反應(yīng)器氣體流量，采用穩(wěn)壓閥、背壓閥控制反應(yīng)器壓力，并配有機械式安全閥保障設(shè)備安全。1. 實驗流程裝置的流程圖如圖1所示。氣體經(jīng)減壓后進入進氣閥BV-1，然后經(jīng)微孔過濾器F-1后，進入穩(wěn)壓閥PRV-1，氣源的壓力由閥前壓力表P-01顯示，閥后壓力由壓力表P-02顯示，穩(wěn)壓閥后的氣體流量經(jīng)質(zhì)量流量計MFC-1控制后進入反應(yīng)器。當反應(yīng)開始進行時，氣體進入到氣體質(zhì)量流量計MFC-1，并通過設(shè)定

3、流量儀表的數(shù)值，來控制該流量計的流量，流量的真實值可以從儀表上讀出。但需要注意的是，該讀數(shù)是指該種氣體在標準狀態(tài)下的體積，而不是當前溫度和壓力下的體積流量，需要根據(jù)標準條件進行換算。同時如果不是氮氣，還應(yīng)該按照流量計說明書后面的氣體表中的流量系數(shù)進行校正，具體方法可參見說明書。由流量計出來的氣體經(jīng)單向閥CV-1、截止閥BV-2進入到反應(yīng)器，反應(yīng)器入口壓力由壓力傳感器P-03和壓力表P-04顯示，壓力傳感器顯示壓力可在儀表中讀取。反應(yīng)器出口安裝機械式安全閥，當反應(yīng)器超壓時，可通過安全閥泄壓，安全閥可調(diào)泄壓壓力范圍為50300Psi。由反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)過濾器過濾微小固體顆粒后可直接通過針閥NV-

4、1調(diào)節(jié)后放空，也可進入到背壓閥BPRV-1排放，由濕式流量計計量后放空。圖1 實驗裝置流程圖2. 氣體質(zhì)量流量計工作原理質(zhì)量流量計由流量傳感器，分流器通道和流量放大電路等部件組成；在質(zhì)量流量計基礎(chǔ)上，再加上調(diào)節(jié)閥門和PID控制電路就構(gòu)成了質(zhì)量流量控制器。圖2 7B型質(zhì)量流量控制計結(jié)構(gòu)示意圖圖3 質(zhì)量流量控制器原理圖流量傳感器采用毛細管傳熱溫差量熱法原理測量氣體的質(zhì)量流量（無需溫度壓力補償）。將傳感器加熱電橋測得的流量信號送入放大器放大, 放大后的流量檢測電壓與設(shè)定電壓進行比較, 再將差值信號放大后去控制調(diào)節(jié)閥門，閉環(huán)控制流過通道的流量使之與設(shè)定的流量相等。分流器決定主通道的流量。本控制器與流量

5、顯示儀連接后的工作原理如圖3所示。3. 穩(wěn)壓閥工作原理穩(wěn)壓閥的主要目的是控制當閥出口載氣阻力發(fā)生變化時，保持出口壓力的穩(wěn)定。穩(wěn)壓閥的結(jié)構(gòu)如圖4所示。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，即可通過彈簧將針閥2旋到一定的開度，當壓力達到一定值時就處于平衡狀態(tài)，當氣體進口壓力P1稍有增加時，P2處的壓力也增加，波紋管就向右移動，并帶動三根連動閥桿（圖中只畫出一根）也向右移動，使閥開度變小，使出口壓力P3維持不變，反之亦然。圖4 穩(wěn)壓閥原理圖4. 背壓閥工作原理背壓閥用于在管路或是設(shè)備容器壓力不穩(wěn)的狀態(tài)下，保持反應(yīng)器內(nèi)有一恒定壓力。在要求不是很嚴格的系統(tǒng)中可作為安全閥使用。背壓閥的工作原理如圖4所示。背壓閥通過內(nèi)置彈簧的彈力

6、來實現(xiàn)動作：當系統(tǒng)壓力比設(shè)定壓力小時，膜片在彈簧彈力的作用下堵塞管路；當系統(tǒng)壓力比設(shè)定壓力大時，膜片壓縮彈簧，管路接通，流體通過背壓閥。圖4 背壓閥工作原理圖5. 安全閥工作原理安全閥是啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高超過規(guī)定值時，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值的特殊閥門。安全閥的工作原理與背壓閥類似。圖5 質(zhì)量流量計接線原理圖6. 設(shè)備電路控制下圖分別用方框的形式，簡單介紹了質(zhì)量流量計與壓力傳感器設(shè)備的控制原理，儀表和元件的互相動作方式。圖6壓力傳感器接線原理圖三、實驗儀器及裝置管路及管閥件：1/4”。不銹鋼反應(yīng)器：ø25&#

7、215;2.5，催化劑裝量50 ml，使用溫度：室溫，使用壓力：1 MPa。穩(wěn)壓閥：進口壓力：3500 Psig，出口壓力：503500 Psig背壓閥：進口壓力503500 Psig，出口壓力：常壓質(zhì)量流量計：500 SCCM壓力傳感器：1.0 MPa表1 高壓反應(yīng)器流量及壓力控制裝置技術(shù)參數(shù)項目技術(shù)參數(shù)設(shè)備最高工作壓力1 MPa氣體最大流量500 SCCM額定電壓220 V使用環(huán)境溫度040 裝置外形尺寸1400×800×1600 mm裝置重量75 kg四、實驗步驟（1） 取工具箱，并檢查實驗裝置及工具箱內(nèi)工具、配件是否齊全。查看工具箱內(nèi)應(yīng)有刻度尺一把、呆板手4把、過濾

8、器一個、單向閥一個、切管器一個、彎管器一個、四氟密封帶、三通等。（2）用直角尺測量所接管路的長度，用切管器、彎管器、適宜長度的金屬管、卡套配接一段反應(yīng)器出口處的管路。（3）系統(tǒng)檢漏：打開進氣閥，順時針調(diào)大穩(wěn)壓閥至閥出口壓力為0.5 MPa，調(diào)大背壓閥至系統(tǒng)壓力為0.4 MPa，進行檢漏，在上步所裝管路接口螺母處涂抹皂液，以無明顯的皂沫鼓泡為合格。（4）系統(tǒng)氣密性檢驗：關(guān)閉系統(tǒng)進氣截止閥，待質(zhì)量流量計讀數(shù)不變后，每分鐘記錄一次穩(wěn)壓閥進口、出口壓力，系統(tǒng)壓力，反應(yīng)器進口壓力和質(zhì)量流量計讀數(shù)，記錄10分鐘，系統(tǒng)壓力無明顯降低，可認為氣密性良好，進行下一步實驗。（5）將系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)到0.3 MPa后，

9、質(zhì)量流量計設(shè)定流量為0 SCCM，穩(wěn)定30 s后，記錄質(zhì)量流量計的零點漂移讀數(shù)。（6）質(zhì)量流量計設(shè)定流量為100 SCCM，穩(wěn)定30 s，讀取一段時間內(nèi)開始和結(jié)束時的系統(tǒng)壓力、穩(wěn)壓閥進口壓力、穩(wěn)壓閥出口壓力、反應(yīng)器進口壓力、質(zhì)量流量計讀數(shù)，皂膜流量計測得的工況和標況下的氣體流量（連續(xù)兩次測量），記錄一定體積的氣體通過濕式流量計所需時間。（7）依次設(shè)定質(zhì)量流量計為200、300、400、500、400、300、200、100、0 SCCM，重復(fù)步驟6進行實驗。（8）關(guān)閉進氣閥，待流量計讀數(shù)為零時，再關(guān)閉質(zhì)量流量計電源開關(guān)。緩慢調(diào)節(jié)穩(wěn)壓閥、背壓閥，將反應(yīng)器壓力調(diào)節(jié)到常壓，壓力表和傳感器讀數(shù)為零，關(guān)

10、閉總電源。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理原始數(shù)據(jù)整理表如下表所示：表2-1 實驗條件記錄表實驗名稱高壓反應(yīng)器流量及壓力控制實驗人田貝倩同組人王馨逸實驗日期2017.12.14實驗時間13:00-16:30地點50B302實驗人數(shù)2天氣陰大氣壓/kPa102.95室溫/16.0設(shè)備號4表2-2 實驗儀器記錄表儀表名稱穩(wěn)壓閥進口壓力表穩(wěn)壓閥出口壓力表反應(yīng)器進口壓力表質(zhì)量流量計濕式流量計皂膜流量計型號D07-7LML-1HY5020-2量程4 MPa1.6 MPa1.6 MPa500 SCCM20-2000 mL/min公司天津紐泰克自控儀表有限公司天津紐泰克自控儀表有限公司天津紐泰克自控儀表有限公司長春汽

11、車濾清器有限責(zé)任公司表2-3密封實驗原始數(shù)據(jù)記錄表序號自然時間穩(wěn)壓閥進口壓力/MPa穩(wěn)壓閥出口壓力/MPa反應(yīng)器進口壓力/MPa質(zhì)量流量計讀數(shù)/SCCM系統(tǒng)壓力/MPa114:430.380.380.37-1.00.374214:440.380.380.37-1.50.373314:450.380.380.37-1.50.372414:460.380.380.37-1.50.371514:470.380.380.37-1.50.371614:480.380.380.37-1.50.370714:490.380.380.37-1.50.370814:500.380.380.37-1.60.369

12、914:510.380.380.37-1.40.3691014:520.380.380.37-1.40.369表2-4 恒定壓力下流量計校正原始數(shù)據(jù)記錄表時間設(shè)定流量/SCCM穩(wěn)壓閥進口壓力/MPa穩(wěn)壓閥出口壓力/MPa反應(yīng)器進口壓力/MPa系統(tǒng)壓力/MPa質(zhì)量流量計讀數(shù)/SCCM皂膜流量計流量/（ml/min）濕式流量計流量/L測量時間段/s標況工況15:200.00.540.500.300.2790.315:32100.00.540.500.300.301100.8105.8110.9770.80094.6315:360.540.500.300.301100.8106.6110.9771.

13、00015:37200.00.540.500.310.306201.0208.9217.5772.600103.2515:410.540.500.310.306201.1208.8217.5773.00015:41300.00.540.490.310.308301.4311.5324.5774.80065.0315:450.540.490.310.308301.4311.4324.4775.20015:45400.00.540.490.310.310401.6414.9432.3776.00080.3415:480.540.490.310.310401.8414.5431.9776.60015

14、:48500.00.540.490.320.311502.0519.4541.2777.60084.4715:500.540.490.320.310502.0519.9541.7778.40015:50400.00.540.490.320.307401.8414.9432.3779.00080.3515:550.540.490.310.307401.8415.2432.6779.60015:55300.00.540.490.310.304301.5311.9325.0780.40071.4715:590.540.490.310.304301.4312.2325.3780.80015:59200

15、.00.540.500.310.300201.2209.6218.4782.60099.6616:020.540.500.310.300201.1209.9218.7783.00016:03100.00.540.500.310.296100.8107.4111.9783.400.104.4316:060.540.500.310.296100.8107.4111.9783.60016:140.00.540.500.310.2760.31. 記錄密封實驗中，系統(tǒng)壓力的變化，作圖表示。圖7 密封實驗中系統(tǒng)壓力變化圖2. 記錄在一個固定流量下，反應(yīng)系統(tǒng)各個位置的壓力值隨時間的變化關(guān)系，作圖表示。圖8

16、反應(yīng)系統(tǒng)各個位置的壓力值隨時間的變化圖3. 記錄在背壓閥開度不變的情況下，反應(yīng)器壓力隨流量的變化，作圖表示。取流量從0 SCCM升到500.0 SCCM的六組數(shù)據(jù)作圖如下：圖9 反應(yīng)器壓力隨流量的變化圖六、實驗結(jié)果及討論1. 將密封試驗中，系統(tǒng)壓力的變化數(shù)值列表，計算出不同時間的壓力下降速度。以第一分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)計算舉例：第1分鐘壓力下降速度，同理計算其他組數(shù)據(jù)列于下表3：表3 密封實驗中不同時間的壓力下降速度表序號自然時間質(zhì)量流量計讀數(shù)/SCCM系統(tǒng)壓力/MPa壓力下降速度/(MPa/min)114:43-1.00.374214:44-1.50.3730.001314:45-1.50.3720

17、.001414:46-1.50.3710.001514:47-1.50.3710614:48-1.50.3700.001714:49-1.50.3700814:50-1.60.3690.001914:51-1.40.36901014:52-1.40.36902. 將固定流量下，反應(yīng)器壓力傳感器的數(shù)值、穩(wěn)壓閥前的壓力表讀數(shù)度、背壓閥前的壓力表讀數(shù)三個數(shù)值列表，并計算不同位置壓力的波動誤差。討論說明穩(wěn)壓閥與背壓閥控壓的特點與精度。未做壓力控制實驗，故采用密封試驗中數(shù)據(jù)作表如下：表4 密封實驗不同位置壓力數(shù)值列表自然時間穩(wěn)壓閥進口壓力/MPa反應(yīng)器進口壓力/MPa系統(tǒng)壓力/MPa14:430.380

18、.370.37414:440.380.370.37314:450.380.370.37214:460.380.370.37114:470.380.370.37114:480.380.370.37014:490.380.370.37014:500.380.370.36914:510.380.370.36914:520.380.370.369由于上表的系統(tǒng)壓力是在等待流量讀數(shù)穩(wěn)定的過程中記錄的，隨后的5分鐘內(nèi)一直保持0.369 MPa，故可認為三處壓力的波動誤差為0。穩(wěn)壓閥是維持穩(wěn)壓閥出口壓力的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)手柄時，壓力變化迅速。背壓閥用于管路或是設(shè)備容器壓力不穩(wěn)定的狀態(tài)下，使反應(yīng)器內(nèi)有恒定壓力，調(diào)壓

19、較慢。3. 討論說明背壓閥控壓特點。背壓閥是通過彈簧的彈力來工作的。當系統(tǒng)壓力比設(shè)定壓力小時，膜片在彈簧彈力的作用下堵塞管路；當系統(tǒng)壓力比設(shè)定壓力大時，膜片壓縮彈簧，管路接通，流體通過背壓閥。在管路或是設(shè)備容器壓力不穩(wěn)的狀態(tài)下，背壓閥能保持管路所需壓力。4. 以皂沫流量計為基準流量，計算出在實驗范圍內(nèi)，質(zhì)量流量計的精度、濕式流量計的精度。 以第一組數(shù)據(jù)為例計算濕式流量計所示流量 同理計算得其他組，列于下表5：表5 流量計讀數(shù)及誤差表設(shè)定流量/SCCM絕對誤差/SCCM質(zhì)量流量計讀數(shù)/SCCM皂膜流量計標況流量/（ml/min）皂膜流量計工況流量/（ml/min）濕式流量計流量/（ml/min）

20、絕對誤差/（ml/min100-5.7100.5106.2110.9126.815.9200-8.1200.8208.9217.5232.414.9300-10.4301.1311.5324.5369.144.7400-13.3401.4414.7432.1448.116.0500-18.0501.7519.7541.5568.226.8400-13.6401.5415.1432.544815.6300-10.9301.2312.1325.2335.810.7200-8.9200.9209.8218.6240.822.3100-6.9100.5107.4111.9114.93.0目前，國產(chǎn)儀表常用精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。質(zhì)量流量計由表5可以看出，最大絕對誤差max=-18.0 SCCM質(zhì)量流量計的相對百分誤差，其精度為4.0級。濕式流