換熱設備污垢設計報告

1、過程檢測技術及儀表課程設計 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 第 1 章 緒 論 1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 課題背景與意義1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 課題介紹1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設計要求1污垢測量方法及測量原理2污垢測量方法2 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 測量污垢熱阻原理2 HYPE

2、RLINK l bookmark13 o Current Document 第 2 章 溫度測量4 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 溫度檢測方法4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 檢測方法選擇及依據(jù)4管壁溫度采用熱電偶測量4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 水浴和進出口溫度采用熱電阻測量4 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 方法選擇依據(jù)5 HYPERLINK l bookmark24 o C

3、urrent Document 儀表選擇及依據(jù)5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 儀表選擇5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 儀表選擇依據(jù)5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 誤差分析及注意事項5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 誤差分析5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 注意事項6 HYPERLINK l bookmark36 o Cur

4、rent Document 第 3 章 水位測量7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 水位檢測方法7測量方法選擇及依據(jù)7測量方法選擇7 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 方法選擇依據(jù)7 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 儀表選擇及依據(jù)8 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 儀表選擇8 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 儀表選擇依據(jù)8 HYPERLIN

5、K l bookmark51 o Current Document 誤差分析及注意事項8 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 誤差分析8 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 注意事項8 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 第 4 章 流量測量9 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 流量測量方法9測量方法選擇及依據(jù)9測量方法選擇9 HYPERLINK l bookmark85 o Current Docum

6、ent 方法選擇依據(jù)9 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 儀表選擇及依據(jù)10 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 儀表選擇 10 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 儀表選擇依據(jù)10 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 誤差分析及注意事項10 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 誤差分析 10 HYPERLINK l bookmark76 o Curren

7、t Document 注意事項 10 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 第 5 章 差壓測量11 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 差壓檢測方法 11測量方法選擇及依據(jù) 11測量方法選擇 11方法選擇依據(jù) 11 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 儀表選擇及依據(jù) 11 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 儀表選擇 11 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document

8、 儀表選擇依據(jù) 12 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 誤差分析及注意事項 12 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 誤差分析 12 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 注意事項 12 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 心得體會13 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 參考文獻14過程檢測技術及儀表課程設計- -第 1章 緒 論課題背景與意義污垢廣泛存

9、在于工業(yè)生產的多種過程中，嚴重妨礙換熱設備的正常運行，造成能源的 巨大浪費和驚人的經濟損失，是傳熱界十分關注而又未能完全解決的主要問題之一，對結 垢規(guī)律的研究已受到人們的廣泛關注。換熱設備污垢的形成過程是一個極其復雜的能量、 質量和動量傳遞的物理化學過程，污垢的存在給廣泛應用于各工業(yè)企業(yè)的換熱設備造成極 大的經濟損失，因而污垢問題成為傳熱學界和工業(yè)界十分關注而又至今未能解決的難題之 一。課題介紹本實驗裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實驗管段（約2m），水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構成。水浴中平行放置兩實驗管，獨自擁有補水箱和集水箱，構成兩套獨立的實驗系統(tǒng)。可以做平行樣實驗和對

10、比實驗。可獲取水處理藥劑的效果、強化換熱管的污垢特性、污垢狀態(tài)下強化管的換熱效果等等，管內流體一般為人工配制的易結垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物質。1-恒溫槽體；2-試驗管段；3-試驗管入口壓力；4-管段出口溫度測點；5-管壁溫度測點；6-管段出口溫度測點；7-試驗管出口壓力；8-流量測量；9-集水箱；10-循環(huán)水泵；11-補水箱；12-電加熱管圖 1-1 實驗裝置流程圖設計要求該實驗裝置上，需要檢測和控制的參數(shù)主要有：溫度：包括實驗管流體進口溫度（ 2040）、 出口溫度 （ 2080 ）， 實驗管壁溫（ 2080 ） 以及水浴溫度（ 2080 ）；水位：補水箱上位安裝，距地面2m，其

11、水位要求測量并控制，以適應不同流速的需要，水位變動范圍200mm500mm； 流量：實驗管內流體流量需要測量，管徑 25mm，流量范圍 0.54m3/h； 差壓： 由于結垢導致管內流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為 050mm水柱。論述檢測以上參數(shù)的方法設計以及依據(jù)，儀表種類選用以及依據(jù)，測量注意事項，并分析可能產生誤差的原因。污垢測量方法及測量原理污垢測量方法按對沉積物的監(jiān)測手段分有：熱學法和非傳熱量的污垢監(jiān)測法。熱學法中又可分為熱 阻表示法和溫差表示法兩種；非傳熱量的污垢監(jiān)測法又有直接稱重法、厚度測量法、壓降 測量法、放射性技術、時間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學法。這些監(jiān)測方法

12、中， 對換熱設備而言，最直接而且與換熱設備性能聯(lián)系最密切的莫過于熱學法。這里簡單介紹 污垢監(jiān)測的熱學法中的污垢熱阻法。測量污垢熱阻原理表示換熱面上污垢沉積量的特征參數(shù)有：單位面積上的污垢沉積質量mf， 污垢層平均厚度 f 和污垢熱阻Rf。這三者之間的關系由式表示：1-1)1-1 清潔和有污垢時的溫度分布及熱阻通常測量污垢熱阻的原理如下：設傳熱過程是在熱流密度q 為常數(shù)情況下進行的，圖1-1（ a）為換熱面兩側處于清潔狀態(tài)下的溫度分布，其總的傳熱熱阻為：1 /U c R1c Rw R2c1-1（ b）為兩側有污垢時的溫度分布，其總傳熱熱阻為：1 /U f R1f Rf1 Rw R f2 R2f

13、忽略換熱面上污垢的積聚對壁面與流體的對流傳熱系數(shù)影響，則可認為：R1c R1f,R2c R2f 于是兩式相減得 11 Rf1 Rf2 f1 f2 U f Uc c1-2)(1-3)1-4)1-5)該式表明污垢熱阻可以通過清潔狀態(tài)和受污染狀態(tài)下總傳熱系數(shù)的測量而間接測量出來。實驗研究或實際生產則常常要求測量局部污垢熱阻，這可通過測量所要求部位的壁溫表示。為明晰起見，假定換熱面只有一側有污垢存在，則有：1/U f R1c Rw Rf R2f （Ts1,f Tb）/q（ 1-6）若在結垢R 2過程中，cR 2qf、 Tb 均得持不變，且同樣假定R f （Ts1, f T s1,c ） / q（ 1-

14、7）這樣， 換熱面有垢一側的污垢熱阻可以通過測量清潔狀態(tài)和污染狀態(tài)下的壁溫和熱流而 被間接測量出來。第 2 章 溫度測量2.1 溫度檢測方法（ 1）熱電阻溫度計：熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。熱電阻測溫是基 于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。它的主要特點是測 量精度高，性能穩(wěn)定。其測溫原理為：導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性 來測量溫度的。（ 2）熱電偶溫度計：熱電偶溫度計是在工業(yè)生產中應用較為廣泛的測溫裝置。熱電 偶傳感元件是由兩根不同材質的金屬線組成，結構簡單，使用方便，精確度高，量程范圍 寬，抗振，適用于中高溫溫區(qū)。其測溫原理為：兩種不同

15、成份的導體兩端接合成回路，當 接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利 用這種原理進行溫度測量的。（ 3）膨脹式溫度計：膨脹式溫度計的測溫是基于物體受熱時產生膨脹的原理，可分 為液體膨脹式和固體膨脹式兩種，常用的膨脹式溫度計有雙金屬溫度計。其測溫原理為： 利用二種不同溫度膨脹系數(shù)的金屬，為提高測溫靈敏度，通常將金屬片制成螺旋卷形狀， 當多層金屬片的溫度改變時，各層金屬膨脹或收縮量不等，使得螺旋卷卷起或松開。由于 螺旋卷的一端固定而另一端和一可以自由轉動的指針相連，因此，當雙金屬片感受到溫度 變化時，指針即可在一圓形分度標尺上指示出溫度。檢測方法選擇及依據(jù)管

16、壁溫度采用熱電偶測量熱電偶溫度計結構簡單，使用方便。由于測量管段的管徑小，不易安裝，故采用方便安裝的熱電偶溫度計。熱電偶溫度計由三部分組成：1.熱電偶；2.測量儀表；3.連接熱電偶和測量儀表的導線。當測量端和參比端存在溫差時，就會在回路產生熱電動勢，接上顯示儀表，儀表上就顯示同熱電偶所產生的熱電動勢所對應的溫度值。水浴和進出口溫度采用熱電阻測量熱電阻溫度計常用于中低溫的測量，穩(wěn)定性好，測量精度高。由于水浴溫度和進出口溫度均在80以下，屬于低溫測量。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。2.2.3方法選擇依據(jù)水浴溫度和進出口溫度均在80以下，屬于低溫測量，熱

17、電阻溫度計常用于中低溫的測量，且在低溫測量時，熱電阻的精度遠高于熱電偶的精度，熱電偶測溫時需考慮冷端補償問題， 熱電阻價格相對便宜，膨脹式溫度計不易于信號處理和在線監(jiān)測。綜合以上原因，采用熱電阻溫度計測量水浴溫度和進出口溫度；對于管壁溫度的測量，由于管壁直徑較小，考慮到溫度計的測量和安裝方便等問題，采用熱電偶溫度計測量管壁溫度。儀表選擇及依據(jù)儀表選擇熱電偶溫度計選用廉價金屬鎳鉻-康銅材料制成的溫度計，具體型號為WRE 230。 工業(yè)用鎳鉻 -康銅熱電偶作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節(jié)器配套使用。它可以直接測量各種生產過程中從0 800范圍內的液體、蒸汽和氣體介質以及固體

18、的表面溫度。熱電阻溫度計選用銅熱電阻制成的溫度計，具體型號WZC 231。 WZC 裝配式熱電阻通常與溫度變送器，調節(jié)器以及顯示儀表等配套使用，組成過程控制系統(tǒng)，用以直接測量或控制各種生產過程中-50 100范圍內的液體，蒸汽和氣體介質以及固體表面的溫度。儀表選擇依據(jù)熱電偶溫度計選用依據(jù)：鎳鉻-康銅材料制成的溫度計測溫范圍為0 800，熱電偶低溫測量時經常使用，穩(wěn)定性好?？紤]到測量管壁溫度，為方便安裝，采用螺紋固定；防止水進溫度計，采用防水型，所以選用WRE 230。熱 電 阻 溫 度 計 選 用 依 據(jù) ： 銅 電 阻 的 測 溫 范 圍 為 -50 100 ， 其 允 許 誤 差 為 0.

19、30+0.0051t1， 在測溫范圍內電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質，可以直接測理液體溫度，在低溫測量時精度高，熱響應快，線性好。 由于需要測水浴溫度，采用防水型，所以選用WZC 231。誤差分析及注意事項誤差分析1）安裝時應該選擇合理的安裝位置，避免引入誤差。2）由材料純度和加工工藝所引起的誤差3）由于電阻通電后會產生自升溫現(xiàn)象，從而帶來測量誤差。4）線路電阻不同引入的測量誤差：可通過串聯(lián)電位器調整，此外規(guī)定三線接線方法也可以減小導線電阻誤差。（ 5）電阻絲與引線接點處構成熱偶，若節(jié)點溫度不同將產生附加電動勢，對于測量 回路可能產生影響?？赏ㄟ^節(jié)點靠近，同溫等方法減小或

20、消除附加電動勢。注意事項（ 1）熱電阻溫度計測量實驗管進、出口溫度時應注意接線方式，熱電阻應盡量垂直 裝在水平或垂直管道上，安裝時應該有保護套管，采用三線制接線可較好地消除引線電阻的影響，測量準確度高。（ 2）熱電偶的熱電動勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與 工作端兩端溫度差的函數(shù)；熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。第 3章 水位測量水位檢測方

21、法（ 1）電接點水位計：就是利用水的導電性，在有水或者無水狀況下使兩個接點間導 通或者斷開，為控制電路提供一個信號。兩接點就是信號探頭。如果在不同位置設置多個接點，就可采集不同水位的多個信號，配合相應的控制電路，實現(xiàn)多工位顯示或者自動控 制。（ 2）超聲波水位計：是非接觸測量儀表，應用十分廣泛。其原理為：超聲波物位計 安裝于容器上部在電子單元的控制下，探頭向被測物體發(fā)射一束超聲波脈沖。聲波被物體表面反射，部分反射回波由探頭接收并轉換為電信號。從超聲波發(fā)射到被重新被接收，其 時間與探頭至被測物體的距離成正比。（ 3）浮子式水位計：浮子式水位計屬于恒壓力式水位計，結構簡單，測量精確。其 工作原理為

22、：由浮子感應水位的升降。有用機械方式直接使浮子傳動記錄結構的普通水位計，有把浮子提供的轉角量轉換成增量電脈沖或二進制編碼脈沖作遠距離傳輸?shù)碾妭?、?shù)傳水位計，還有用微型浮子和許多干簧管組成的數(shù)字傳感水位計等。測量方法選擇及依據(jù)測量方法選擇本實驗裝置的水位測量采用浮子式水位測量。浮子式水位測量有多種形式，將浮子制成磁浮子，根據(jù)磁性耦合原理，當浮子隨著水位的升降，順著導桿上下移動時，經磁性耦合作用驅動翻板或翻柱，顯示液位。方法選擇依據(jù)浮子式液位計結構簡單，工作可靠，測量范圍較大，不易受到外界環(huán)境的影響，并且能連續(xù)指示水位。通過改良可制成磁浮子式液位計，此種液位計可以做到高密封，防泄漏和適用于高溫、高

23、壓、耐腐蝕的場合，具有更高的可靠性，可以直接與計算機聯(lián)接，進行水位的測量和控制。電接點水位計雖然也可以與計算機聯(lián)接進行水位測量和控制，但是其電接點布置存在不可消除的固定誤差。超聲波水位計連續(xù)測量具有一定盲區(qū)，且價格昂貴。綜合以上原因，采用磁浮子水位計測量水位。儀表選擇及依據(jù)儀表選擇測量儀表選用UHZ-594磁性浮子液位計。UHZ 系列儀表是常用的磁性浮子式儀表，其具有靈敏度高、連續(xù)測量、無測量盲區(qū)等優(yōu)點。圖 3-1 UHZ-594 磁性浮子液位計儀表選擇依據(jù)UHZ-594磁性浮子液位計，配合磁控液位計使用，可就地數(shù)字顯示，或輸出420mA的標準遠傳電信號，以配合記錄儀表，或工業(yè)過程控制的需要。

24、也可以配合磁性控制開關或接近開關使用，對液位監(jiān)控報警或對進液出液設備進行控制?？梢院芎脻M足設計要求，并且 UHZ 系列磁性浮子液位計靈敏度高，測量范圍大，全過程測量無盲區(qū)，既可以現(xiàn)場顯示也可以信號遠傳，考慮設備持久使用問題，選取防腐性的UHZ-594磁性浮子液位計。誤差分析及注意事項誤差分析1）液 位 計 安 裝 應 保 持 垂 直 ， 以 保 證 浮 球 組 件 在 主 體 管 內 上 下 運 動 自 如 ，如果液位計安裝傾斜會產生誤差。2）不允許有磁體靠近磁性浮子流量計，會直接影響讀數(shù)讀數(shù)帶來誤差。3）浮子運動不夠靈活或被卡死，會給測量帶來誤差。4）在安裝完成以后，首先打開磁翻板液位計的上

25、引管閥門，開啟以后就可以慢慢的打開下引管閥門，這樣的順序不能打亂，不然當介質進入主導管的時候會造成不穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣一來會影響準確度。注意事項1）液位計安裝必須垂直，以保證浮球組件在主體管內上下運動自如。2）液位計主體周圍不允許有導磁體靠近。3）使用過程中應定期進行清洗，清除筒體內的污垢雜質。第 4 章 流量測量流量測量方法1）電磁流量計：電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。電磁流量計的優(yōu)點是壓損極小，可測流量范圍大，是常用的流量監(jiān)測儀表。其原理為：當導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中會產生感應電勢，感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向

26、運動的速度成正比，與流量成比例。2）渦街流量計：渦街流量計是根據(jù)卡門渦街原理研究生產的，主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質。其原理為：流體在管道中經過渦街流量變送器時，在旋渦發(fā)生體后上下交替產生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度有關。當雷諾數(shù)Re在一定內，St值約為0.2。 在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)，此時旋渦頻率與速度成比例，可求出流量。 （ 3）靶式流量計：靶式流量計是在傳統(tǒng)靶式流量計的基礎上，隨著新型傳感器、微電子技術的發(fā)展研制開發(fā)成的新型電容力感應式流量計，它既有孔板、渦街等流量計無可動部件的特點，同時又具有很高的靈敏

27、度、與容積式流量計相媲美的準確度，量程范圍寬。其原理為：將靶置于管道內，流體經過時沖擊靶，靶上所受的作用力與流速之間存在一定的關系，便可求出流體流量。測量方法選擇及依據(jù)測量方法選擇本實驗裝置流量測量采用靶式流量計。靶式流量計具有測量精度高，重復性好，抗干擾能力強等很多優(yōu)點，常用于低流速測量。方法選擇依據(jù)靶式流量計適用于低速測量，測量小流量時對外界的振動干擾不敏感；測量精度高，重復性好，精度可達千分之二；壓力損失小，只有傳統(tǒng)孔板的六分之一，小于渦街，節(jié)能效果明顯。電磁流量計常用的測量范圍不滿足本實驗要求。本實驗要求管徑25mm，流量范圍0.54m3/h。 屬于低流速，小管徑流量測量，而渦街流量計

28、在低流速小管徑測量時受到限制，所以采用靶式流量計測量流量。儀表選擇及依據(jù)儀表選擇測量儀表選用YK-LB 靶式流量計。YK-LB 靶式流量計使用介質：液體、氣體，可測低流速小管徑流量。圖 4-1 YK-LB 靶式流量計儀表選擇依據(jù)YK-LB 靶式流量計耐高溫、高壓， 可測量從 -80至+200低流速介質，流速大于 0.1m/s即可測量，精度高壓損小，小口徑是標準孔板的一半，安裝維護簡單便捷多種安裝方式， 適用不同場合，多種輸出形式，能遠傳各種參數(shù)，符合測量要求。誤差分析及注意事項誤差分析（ 1）流體中一些較大雜物纏繞在靶桿上，在有流量的狀態(tài)下容易指示滿量程。這種 現(xiàn)象主要存在于測量循環(huán)水的工況，

29、是由于水未經過濾。（ 2）由于安裝誤差不能保證所有的插人式靶式流量計的靶板位于管道中心，也不能保證靶板完全垂直于管道。因此產生使用工況和出廠前標定工況的差異，從而造成靶式流 量計的測量誤差。（ 3）由于靶桿材料性質的影響，當流體流量大時，靶的形變量可能超過彈性形變范 圍，當流量變?yōu)榱銜r，靶不能立即恢復到原來位置，產生誤差。注意事項（ 1）安裝后應盡量保持靶垂直于管道。（ 2）靶片、靶桿與測具之間保持清潔，并避免較大雜物進入待測液。（ 3）靶片前后有一定長度直管段。第 5 章 差壓測量差壓檢測方法（ 1）壓阻式差壓計：壓阻式傳感器廣泛地應用航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫(yī)學工程、氣象

30、、地質、地震測量等各個領域。其工作原理為：壓阻式差壓計高低壓腔分別引入壓力，膜片兩隊電阻中，一個位于受壓應力區(qū)，一個位于受拉應力區(qū)，當壓力差使膜片變形時，膜片上兩對電阻阻值發(fā)生變化，使電橋輸出相應壓力變化的信號。（ 2）電容差壓傳感器：電容式差壓傳感器常用于差壓的測量，在各個領域有廣泛的應用。其工作原理為：當隔離膜片感受兩側壓力作用時，通過硅油將差壓傳遞到彈性測量膜片的兩側從而使膜片產生位移。電容極板間距離變化，引起電容值發(fā)生變化，經過變換器電路，可以轉換成反應被測壓差的標準電信號輸出。測量方法選擇及依據(jù)測量方法選擇本實驗裝置差壓測量采用智能型電容差壓傳感器。智能型電容差壓傳感器具有結構結實，靈敏度高，精度高等諸多優(yōu)點。方法選擇依據(jù)本實驗裝置所測壓差范圍為050mm 水柱，屬于低壓力測量，壓阻式差壓計等很難做到微小差壓的測量，且智能型電容差壓傳感器結構結實，靈敏度高，靈活性增大、功能強大，可測量微小差壓，可與變送器進行通信，完成遠程調試。儀表選擇及依據(jù)儀表選擇測量儀表選用TS220-3051 智能電容式壓力傳感器，也可使用U 型管壓力計、單管壓力機或斜管壓力計。圖 5-1 TS220-3051 智能電容式壓力傳感器儀表選擇依據(jù)由于 U 型管壓力計在安裝時應盡量保持垂