《工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計(jì)3800字（論文）》

工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要主要描述項(xiàng)目中對(duì)工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)溫度以及流量精度的控制，重點(diǎn)闡述項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的一些特點(diǎn)和要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：工藝?yán)鋮s水；溫度；流量；控制1引言大型實(shí)驗(yàn)室占地約八萬(wàn)平方米，三層的獨(dú)樓建筑。在建筑物中心有一個(gè)大水箱（直徑13m，高13m）。水箱周?chē)牡谝粚邮怯糜趯?shí)驗(yàn)設(shè)備的房間，第二層是辦公室，第三層是實(shí)驗(yàn)期間的監(jiān)控室。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將被測(cè)設(shè)備放置在大水箱中。由于被測(cè)設(shè)備的隔熱性能良好，必須通過(guò)外部專(zhuān)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(cè)設(shè)備，以確保被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部環(huán)境達(dá)到所需的溫度和精度，同時(shí)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地計(jì)算被測(cè)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(xiàng)目成功的關(guān)鍵。2工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求用戶(hù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)提出如下建議：2套相同的測(cè)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(lái)水的市政飲用水相同；被測(cè)設(shè)備的冷卻水壓力損失為0.8MPa；通過(guò)關(guān)閉被測(cè)設(shè)備的冷卻水入口中的閥門(mén)，可以隨時(shí)關(guān)閉冷卻水供應(yīng)，而不會(huì)損壞冷卻水供應(yīng)設(shè)備；冷卻源為風(fēng)冷式冷水機(jī)組，全年用于冷卻。當(dāng)夏季室外溫度不超過(guò)42℃，冬季室外溫度不低于10℃時(shí)，設(shè)備可以正常啟動(dòng)和停止并正常運(yùn)行。要求在兩個(gè)地方（發(fā)動(dòng)機(jī)室和中央控制室）控制整個(gè)冷卻水系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，中央控制室可以對(duì)系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示，并在重要位置實(shí)時(shí)顯示液壓和熱工狀況。3冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàng)目中標(biāo)單位提供并實(shí)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(jí)分別是初級(jí)和高級(jí)，溫度控制方法來(lái)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(guò)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(jì)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(lái)水，水溫最初降至板式換熱器的目標(biāo)溫度以下。自來(lái)水通過(guò)板式換熱器并由流量計(jì)測(cè)量，然后由電水管加熱器精確地與目標(biāo)相匹配。通過(guò)調(diào)節(jié)被測(cè)設(shè)備入口處的流量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所需的流量，穩(wěn)定供水泵的出口壓力并避免流量波動(dòng)；為了實(shí)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(shí)驗(yàn)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(hào)設(shè)備名稱(chēng)性能參數(shù)數(shù)量備注1立式離心泵Q=0.6m3/hH-115mP=1.1kW3臺(tái)供水泵2隔膜式穩(wěn)壓罐D(zhuǎn)=400mm2臺(tái)3渦輪流量計(jì)最大流量1.0精度要求<1%電源24信號(hào)4到20mA2臺(tái)4自來(lái)水箱溫度變送器壓力變送器流量調(diào)節(jié)閥D1000×1400hDN201個(gè)2個(gè)2個(gè)2個(gè)3.3溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要設(shè)備選型3.3.1溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)該項(xiàng)目的目標(biāo)是在溫度控制系統(tǒng)中構(gòu)造長(zhǎng)期冷源（風(fēng)冷式冷水機(jī)）以及精確控制溫度和冷卻水流量。根據(jù)用戶(hù)要求：夏季室外溫度不高于42℃，冬季室外溫度不低于10℃時(shí)，風(fēng)冷冷水機(jī)組應(yīng)正常啟停。因此，風(fēng)冷式制冷機(jī)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(wèn)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(wèn)題。設(shè)備制造商最終通過(guò)設(shè)計(jì)增加冷凝傳熱面積和增加冷凝器中的空氣量來(lái)解決夏季模式下的問(wèn)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(wèn)題。溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了對(duì)初級(jí)和高級(jí)溫度進(jìn)行兩級(jí)控制的方法。主溫度控制系統(tǒng)使用封閉的機(jī)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(guò)板式換熱器來(lái)實(shí)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(zhǎng)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(dòng)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(diǎn)為15℃）；先進(jìn)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(shí)驗(yàn)裝置Tune的水的溫度，以達(dá)到所需的溫度精度。溫度控制過(guò)程如下：首先，風(fēng)冷式制冷機(jī)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(jī)，其啟動(dòng)和停止根據(jù)溶液罐中溶液的溫度進(jìn)行控制。當(dāng)溶液溫度低于1℃時(shí)，設(shè)備停止；當(dāng)溶液溫度高于2℃時(shí)，設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行。然后冷源泵將低溫溶液從溶液罐送至板式換熱器，自來(lái)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(shí)驗(yàn)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(duì)穩(wěn)定的冷卻水溫度通過(guò)電水管道加熱器發(fā)送到大量實(shí)驗(yàn)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(hù)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(kāi)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(yùn)行條件。3.3.2溫度控制系統(tǒng)主要設(shè)備設(shè)計(jì)選型（1）風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)計(jì)與選型單位制冷量的計(jì)算：夏季實(shí)驗(yàn)大樓所在區(qū)域的自來(lái)水的計(jì)算溫度為22℃，最低冷卻水溫度為3℃。當(dāng)同時(shí)使用兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，總流量為20L/min）。根據(jù)計(jì)算公式Q=換熱效率系數(shù)（kw），考慮到設(shè)備運(yùn)行過(guò)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(gè)冷卻能力的最終選擇是35kW（符合設(shè)計(jì)條件下的國(guó)家法規(guī)），風(fēng)冷活塞式制冷單元，每種應(yīng)用一個(gè)。（2）閉式溶液箱的設(shè)計(jì)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(jìn)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(jìn)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(jì)并安裝了一個(gè)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(guò)±1.5℃。（3）板式換熱器設(shè)計(jì)選型在這種設(shè)計(jì)中，熱交換器在低溫下工作并且溫度很低。在機(jī)房?jī)?nèi)空氣的露點(diǎn)以下，不可避免地會(huì)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(mǎn)足最不利的運(yùn)行條件下的熱交換需求。最不利的條件是：溶液罐的一級(jí)冷水在1?2℃的范圍內(nèi)變化，因此一級(jí)冷水的進(jìn)/出口溫度為2℃/5℃，溫差為3℃；夏季建筑物實(shí)驗(yàn)區(qū)自來(lái)水的計(jì)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(duì)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。考慮10％富裕系數(shù)，換熱器總換熱面積按1米2/臺(tái)設(shè)計(jì)安裝。（4）電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選型在此設(shè)計(jì)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(xiàn)性特性，可以在良好的狀態(tài)下工作。因此，在類(lèi)似情況下選擇控制閥時(shí)，建議在設(shè)計(jì)時(shí)參考以下經(jīng)驗(yàn)：在選擇口徑時(shí)，理論上有必要計(jì)算閥的重量和三通控制閥的流量因數(shù)，簡(jiǎn)單易行時(shí)，通常選擇1.25倍額定工作條件乘以計(jì)算閥C的壓力。選擇值時(shí)的最大流量。如果流量太高，則閥通常在一個(gè)小孔中工作；相反，如果流量太低，則閥門(mén)調(diào)節(jié)范圍將不足。閥門(mén)的特性是影響控制精度的主要因素：通常，類(lèi)似的系統(tǒng)使用具有相同百分比特性的直流閥和具有線(xiàn)性特性的支線(xiàn)，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，以確保控制閥的特性。（5）管道電加熱器的設(shè)計(jì)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(jì)對(duì)于控制準(zhǔn)確性非常重要。電加熱器的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，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(tái)，加熱功率采用可控硅控制器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。（6）其他測(cè)量元件及二次儀表的選型設(shè)計(jì)中使用了許多測(cè)量和傳感器元件以及輔助儀器，例如壓力傳感器，流量計(jì)（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(cè)量測(cè)量值，在1/3測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)量精度比要求的控制精度高一級(jí)；數(shù)字顯示器的顯示精度高于控制精度等。最重要的是測(cè)量元件的線(xiàn)性度更高。簡(jiǎn)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(cè)試情況整個(gè)項(xiàng)目建成后立即進(jìn)行了測(cè)試評(píng)定。圖2所示為測(cè)試時(shí)工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運(yùn)行流量曲線(xiàn)，圖3所示為測(cè)試時(shí)工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運(yùn)行溫度曲線(xiàn)。工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運(yùn)行溫度曲線(xiàn)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(dá)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(yùn)行流量曲線(xiàn)圖3工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運(yùn)行溫度曲線(xiàn)5結(jié)束語(yǔ)該實(shí)驗(yàn)室工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的實(shí)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(mǎn)足實(shí)驗(yàn)測(cè)試的需要。參考文獻(xiàn)[1]王蛟平.循環(huán)冷卻水電化學(xué)除垢動(dòng)力學(xué)特性與工藝研究[D].濟(jì)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(shí)用小型