化工单元操作与控制(杨成德)09187课件项目一 输送系统的操作与控制

,任务一认识管路和离心泵,一、认识管路,管子,管件,化工管路,阀门,辅件,1.管件,管件是用来连接管子，改变管路方向或直径，接出支路和封闭管路的管路附件的总称管。,管件图,2.管子,按照管材不同，管子分为金属管、非金属管和复合管。化工中最常用的是钢管（含碳），包括焊接钢管和无缝钢管。焊接钢管俗称“水煤气管”，价格较低；不耐腐蚀、高压（11.6MPa）、高温（0140）；常用于输送水、煤气、压缩空气、取暖蒸汽等无腐蚀性的低压流体。无缝钢管可耐高温、高压；价格较高、不耐腐蚀；多用于较高压强、较高温度的无腐蚀性的流体。,3.阀门,阀门是用来开启、关闭和调节流量及控制安全的机械装置。,截止阀,球阀,闸阀,闸阀,节流阀,旋塞,止回阀,电动控制阀,各种阀门图例,4.连接方式,最常见的方法是螺纹连接和法兰连接。螺纹连接的结构简单、拆装方便；易渗漏；主要用于直径较小、温度、压力不高的水管或压缩空气管路的连接，不宜用于易燃、易爆、有毒介质的管路连接。法兰连接的强度高、装拆方便、密封可靠；成本高；适用于大管径、高温、高压和密封性要求高的管路连接。,5.拆装管路,简单拆装,管子钳使用示意图,法兰盘安装及检验,紧固法兰螺栓次序,复杂拆装注意事项拆装前要了解管路的安装要求，对所有预制件均须按图纸和规范检验合格；对管道法兰的密封面和密封垫片进行外观检查，不得有影响密封性能的缺陷存在；拆装时首先要准备好工具和材料，理解所要拆装的管路图；管路拆除要按流程的反方向自上而下进行；拆除后，将各管子、阀门、管件等部件及工具等归放于指定位置；最后检查现场，如有遗忘的部件及工具归放指定位置；清扫管路拆装现场。,6.管路图,图形,标注,标题栏,设备示意图,带管件的管道流程线,备位号名称,管道编号规格,表示流向的箭头,管路图,绘制管路图时注意事项依据流程从左至右用细实线按大致比例画出带有管口的设备轮廓图形在图样上方或下方标注设备位号和名称，要求排列整齐且尽可能正对设备管道用粗实线按照流程顺序绘出工艺管道流程线辅助管道流程线用中粗线绘出，每根管道都要进行标注管件用细实线按规定符号绘出,二、认识离心泵,类型按输送液体性质和使用条件，离心泵可分为以下几种：清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵。结构叶轮、泵壳、轴封装置。,IS型泵结构示意图1-泵壳；2-叶轮；3-密封环；4-护轴套；5-后盖；6-泵轴；7-托架；8-连轴器部件,1.离心泵,2.往复泵和旋转泵,往复泵,立式单动双缸压缩机1-缸体；2-活塞；3、4-吸入阀、排气阀；5-曲轴；6-连杆,主要部件：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀和排出阀。工作原理：依靠活塞的往复运动，吸入并排出液体。,旋转泵旋转泵包括齿轮泵和螺杆泵，其工作原理是依靠泵内一个或多个转子的旋转来吸液和排出液体。,齿轮泵示意图,旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，它由泵壳和叶轮组成。,漩涡泵1-叶轮；2-叶片；3-泵壳；4-引液道；5-间壁,2.气体输送设备,离心式通风机,往复式压缩机,真空泵,气体输送设备,3.拆装离心泵,拆装准备离心泵的拆卸离心泵零部件的组装,任务二测量输送系统中流体参数,一、测量流体性质,测量液体密度,称量法,比重法,运用阿基米德定律,测量黏度,旋转式黏度计,超声波式黏度计,毛细管式黏度计,二、测量流体流动参数,1.测量压强压强可用压力表测量，压力表有普通压力表、膜片压力表、隔膜压力表、电接点压力表、膜盒压力表、电阻式远传压力表、耐振压力表等。,表压强绝对压强当地环境大气压强(P表=P绝PO)真空度当地环境大气压强绝对压强(P真=POP绝),绝对压强、表压强和真空度的关系,2.测量液位液位是指流体在容器或设备内液面的高度。化工生产过程中，常用仪器来测量液位，如超声波液位计、磁翻板液位计、磁翻柱液位计、雷达液位计、浮球液位计、静压式液位仪、电容液位仪等仪器。静力学方程可以表示流体内部的压强，其形式如下：压力形式：能量形式：式中P1，Z1是1截面处压强和高度,P2，Z2是2截面处压强和高度适用条件：在重力场中静止、连续的同种不可压缩流体。,3.测量流量流量可用孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计等测量仪器测得。,孔板流量计,-流体密度，kg/m3；0指示液密度，kg/m3；R压差计读数，m；C0为流量系数或孔流系数，C00.60.7,文丘里流量计,CV为文丘里流量计的流量系数，约为0.980.99,转子流量计1-锥形玻璃管；2-转子；3-刻度,CR为流量系数，AR为转子上端面处环隙面积；U0为环隙流速,4.测量流速可用测速管测出流体在管截面某点处的速度。速度与压力差的关系为：用U形压差计测量压差时：,雷诺实验示意图,测定雷诺数,5.测定雷诺数ReRe为无因次准数，是流体流动类型的判据。(1)当Re2000时，流动为层流，此区称为层流区；(2)当Re4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；(3)当2000Re4000时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。,6.测定流体流动阻力流动阻力包括直管阻力Wf和局部阻力Wf，和流体动能成正比。当管路直径相同时，总阻力：式中为直管阻力系数l为直管长度，md为直管内直径，mu为直管内流体流速，m/s称为局部阻力系数,三、测定离心泵运行参数,流量Q：离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积，m3/s或m3/h。压头（扬程）H：单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量，J/N或m液柱。效率：反映泵内能量损失，主要有容积损失、水力损失、机械损失。轴功率N：离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率，W或kW。离心泵的有效功率：泵的有效功率：泵的轴功率：,离心泵的特性曲线,离心泵特性曲线是在一定转速下，用20水测定，由H-Q、N-Q、-Q三条曲线组成。,流量Qe的测定式中：C0流量系数C0=1P文丘里流量计的压差，Pa。出入离心泵进出口管路的垂直距离,m。出入离心泵进出口管路的压强，Pa。离心泵压头He的测定,1.测定离心泵特性曲线,轴功率和有效功率泵轴功率N=电机输出功率=功率表读数电机效率（kw）泵的有效功率：功率表读数=电机输入功率效率,2.影响离心泵性能的主要因素,当离心泵转速发生变化时，遵循比例定律：式中：Q离心泵流量，m3/s；H离心泵扬程，m；N离心泵轴功率，w；n离心泵转速,r/min。当叶轮直径发生变化时，遵循切割定律：式中：D离心泵叶轮直径，m。,3.测定离心泵的汽蚀余量,允许汽蚀余量式中:pv操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa。p1离心泵入口处所需要的最小压强。临界允许汽蚀余量式中：p1,min泵入口安装真空表处,Pa；泵入口安装真空表处管内流速,m/s；Pv流体在操作温度下的饱和蒸汽压，Pa。允许安装高度式中：Hf,0-1是储槽液面至离心泵进口间的压头损失,任务三操作输送实训装置,一、绘制输送实训装置流程简图,化工工艺图,设备布置图,工艺流程图,管道布置图,工艺方案流程图,物料流程图,管道及仪表流程图,绘制流程图时注意事项：用细实线绘制设备；粗实线绘制主要工艺物料管道、主产品管道和设备位号线；中粗线绘制其它介质流程线；标注设备时，位号和名称应在图纸上方或下方排成一行；流程线流向箭头，在开始和终止部位上端用文字注写物料名称及来源或去向。,空气压缩工段工艺流程方案图,二、操作输送实训装置,离心泵动力输送操作,离心泵输送流程图,操作步骤,开车前准备,开车,正常操作,切换操作,停车,特性曲线H-Q与管路特性曲线He-Q的交点称为离心泵的工作点。若该点所对应的效率在离心泵的高效率区，则该工作点是适宜的。,离心泵的工作点,高压气体压力输送操作,开车前准备,开车,正常操作,停车,压力输送流程图,真空抽料操作,真空抽料流程图,离心泵的串、并联操作离心泵的串联操作一号离心泵和二号离心泵正常开车后，关闭一号离心泵的出口阀，开启一号离心泵出口管路上的旁通阀，向二号离心泵输送液体，关闭二号离心泵的进口阀，观察二号离心泵出口压力表的读数以及管路压差仪表的读数，与单个离心泵运行时的两个仪表的读数作比较。离心泵的并联操作一号离心泵正常开车后，记录一号离心泵的出口管路上流量计的读数以及泵的出口压力，再正常开启二号离心泵，记录出口管路上流量计的读数以及泵的出口压力，与单个离心泵运行时的两个仪表的读数作比较。,旋涡泵的开停车及流量调节,开车前准备,开车,流量调节,停车,三、编制基础操作规程,操作规程，又称作业规程，通常是指为设备、构件、装置或产品的设计、制造、安装、维修和使用制作的程序性文件。基础操作规程是装置进行各类复杂操作的基本操作步骤，主要描述机、泵、换热器、罐和塔等通用设备的开停和切换规程。,任务四流体输送系统的仿真实训,一、复杂液位控制单元,工艺说明进入缓冲罐V101的液体是通过调节阀控制进料流量的,缓冲罐压力经过分程控制,维持不变。进入罐V102的来料，一股为V101通过串级调节后进入的液体；另一股是通过罐V102液位调节阀控制进入的液体。罐V103也有两股进料，一股来自于V102的底部抽出液，另一股液体为通过比值调节进入V103,维持固定的比值系数。,分程控制回路,单回路控制回路,控制回路说明,比值控制系统,串级控制系统,开车操作,1.冷态开车准备,2.缓冲罐V-101充压及液位建立,4.产品罐V-103建立液位,5.正常操作,3.中间罐V-102液位建立,停车操作,关进料线,将调节器改手动控制,罐的泄压及排放,事故处理操作罐V-101底部泵故障罐V-101出口调节阀有故障,二、离心泵单元,工艺说明离心泵是化工生产过程中输送液体的常用设备之一。其工作原理是靠离心泵内外压差不断的吸入液体，靠叶轮的高速旋转使液体获得动能，靠扩压管或导叶将动能转化为压力，从而达到输送液体的目的。,开车操作,开车操作准备,罐V101充液、充压,启动泵前准备工作,离心泵的启动和流体输送,停车操作,2.停泵,3.泵A泄液,4.V101罐泄压、泄液,1.V101罐停进料,事故处理操作,泵A损坏,流量输出调节阀故障,泵入口管线堵塞,泵A汽蚀,泵A气缚,任务五设计输送系统,一、管径核算,管径大小可用d=进行计算，而流量由生产任务决定，所以要选择合适的流速。若流速选得太大，动力消耗大；流速选得太小，基建投资大，所以长距离大流量管路输送系统要权衡操作费和基建费来确定适宜流速。,二、管路布置和阻力核算,布置化工管路时的注意事项：应使管路尽可能短，管件、阀件应