《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(shí)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(shí)傳熱裝置流程及各傳感檢測(cè)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(jì)算方法及意義。

(5)了解逆流、順流對(duì)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(huì)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(shí)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(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)分析各種數(shù)據(jù)。

(12)掌握正常停車。

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

本換熱器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置，主要對(duì)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(cè)試。

換熱器性能實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要為測(cè)定換熱器的總傳熱系數(shù)、對(duì)數(shù)傳熱溫差和熱平衡誤差等，并就不同換熱器、不同量?jī)煞N流動(dòng)方式，對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)象、儀表操作臺(tái)、上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、監(jiān)控?cái)?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(duì)象包括兩個(gè)冷風(fēng)機(jī)、一個(gè)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(cè)傳感、壓力檢測(cè)傳感、現(xiàn)場(chǎng)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(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。圖2－1套管式換熱器

套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)具備傳熱系數(shù)大、傳熱推動(dòng)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(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，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(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)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(gè)管程，每通過殼體一次稱為一個(gè)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(dòng)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(dòng)時(shí)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(hào)槽，使兩種介質(zhì)不會(huì)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(cè)1#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；2#通道用于檢測(cè)1#列管換熱器冷流體出口溫度；3#通道用于檢測(cè)2#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；4#通道用于檢測(cè)2#列管換熱器冷流體出口溫度；5#通道用于檢測(cè)3#列管換熱器冷流體進(jìn)口溫度；6#通道用于檢測(cè)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(cè)綜合換熱器冷流體進(jìn)口溫度；2#通道用于檢測(cè)綜合換熱器冷流體出口溫度；3#通道用于檢測(cè)綜合換熱器熱流體進(jìn)口溫度；4#通道用于檢測(cè)綜合換熱器熱流體出口溫度；5#通道用于檢測(cè)1#列管蒸汽壓力；6#通道用于檢測(cè)2#列管蒸汽壓力。

③巡檢儀3：1#通道用于檢測(cè)1#列管蒸汽溫度；2#通道用于檢測(cè)2#列管蒸汽溫度；3#通道用于檢測(cè)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(gè)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(cè)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(tái)上，開啟總電源開關(guān)，此時(shí)總電源指示燈亮。

(2)開啟儀表電源開關(guān)，此時(shí)儀表電源指示燈亮，且儀表上電。

2)開啟計(jì)算機(jī)

(1)打開計(jì)算機(jī)電源開關(guān)，啟動(dòng)計(jì)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(jí)、姓名、學(xué)號(hào)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(cè)量值,SV表示設(shè)定值,OP表示實(shí)際輸出值，可對(duì)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(tái)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(tái)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(tái)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(jì)中間的位置；若液位不夠，則在打開發(fā)生器電源時(shí)，發(fā)生器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)自動(dòng)停止加熱，蒸汽壓力下降到0.3MPa時(shí)啟動(dòng)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(tái)上，按下“1#冷空氣氣泵”啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)冷空氣氣泵P101。

(3)調(diào)整冷空氣流量：①手動(dòng)：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(dòng)：在儀表操作臺(tái)上將左換熱器冷流體流量手自動(dòng)控制儀上的冷流體設(shè)定為45m3/h，控制儀自動(dòng)控制設(shè)定的流量值(此時(shí)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(tái)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(dòng)狀態(tài)時(shí)，計(jì)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(tái)上，按下“2#冷空氣氣泵”啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)冷空氣氣泵P102。

(3)調(diào)整冷空氣流量：①手動(dòng),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(dòng),即在儀表操作臺(tái)上將右換熱器冷流體流量手自動(dòng)控制儀上的冷流體設(shè)定為45m3/h，控制儀自動(dòng)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(tái)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(tái)上按下“冷凝水泵電源”按鈕，啟動(dòng)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