过程装备与控制工程生产实习报告

一、前言生产实习是高等工科院校在教学过程中的一个重要的实践环节，是理论与实际相结合的有效方式，对于同学们接触工人、了解工厂、热爱自己的专业、热爱未来工作、扩大视野，并为后续课程学习增加感性认识提供了一个难得的机会。 过程装备与控制工程专业很多课程比较抽象，很多知识在没有与实践相结合的基础上是很难让人理解的，因此在专业课学习过程中组织学生去工厂认识实习与生产实习是非常有必要的。我们工科学生的生产实习是理论联系实际、培养高级工程技术人才、为后续专业课学习打下感性认识基础的非常重要的实践环节。工厂的“身临其境”可以帮助我们褪去书本的束缚，真正的把理论联系到实际，机器的轰鸣声，空气中到处弥漫的淡淡尿素味道以及工厂的工人师傅认真、一丝不苟的态度让我们更加努力，我们对“过程装备与控制工程专业”有了更多的理解和体会。通过对化工厂工艺流程和主要机械设备的实习，了解化工生产的概况和主要机械设备的作用和主要结构，为后续的专业课学习增强感性认识，提高了我们运用所学知识观察和分析实际问题的能力。由于种种原因只是我们最终没能真正去到云维集团进行生产实习，但在各位老师的耐心指导和帮助下，我们通过自己亲自动手拆卸、测绘和装配压缩机、泵等，让我们对化工装备有了极为深刻的认识和了解，对设备的机构和工作原理有了最为直接和客观的认识，在测绘过程中更是对各零部件的外观，尺寸以及各部件的之间的装配关系印象深刻，我虽然失去了进入工厂实习这篇大海却意外收获另外一片更为广阔的天空。二、实习目的及内容通过在校内实习基地观看录像、模型，使学生对化工生产厂有总体认识；了解过程生产主要机器和设备的结构和工作原理；通过拆卸、测绘和装配关系更加清楚，并培养学生的动手能力。通过观察和分析化工设备各生产过程，学到本专业的生产实践知识和了 解化工设备制造的感性认识，有利于对后续课程的理解； 理论联系实际。用已学的理论知识去分析实习场所看到的实际生产技术，使理论知识得到充实、印证、巩固、深化，既体会学习书本知识的必要性，又提高解决实际工程技术问题的能力；得到一次综合能力的训练和培养。观看录像、“合成氨工段整体布置模型”等对氮肥厂的工艺流程、典型设备的制造过程有初步了解；利用有机玻璃和轻金属等材料制成的透明单机模型，了解运动机械（如泵、压缩机和离心机等）的运动关系和工作原理；通过对离心泵、齿轮泵、自动调节阀和电机的拆卸、测绘和装配，了解其主要结构、装配关系和工作原理；了解合成氨生产工艺流程、使用典型设备或机器，首席压力容器毛坯的成型工艺、焊接、制造工艺。三、实习要求（一）准备工作2012年6月25日，我们在呈贡校区多媒体教室422召开了实习动员大会，化工厂的生产为高温、高压、易燃易爆的高危企业，出现多次爆炸中毒事故。原料天然气中的CO暑有毒气体，H2易燃易爆，液氨有毒，若不做好有效地安全防范工作，很容易发生事故。因此，根据这次实习的实际生产状况，对我们进行了安全教育：1、 学生必须遵守制定的一切规章制度2、 学生必须遵守实习期间所规定的作息时间，按时上、下班，不得无故迟、到早退，因故不能参加实习者，必须向带队老师请假。违反实习纪律者，视情节分别给予通报批评、警告或记过处分。3、 入厂时一律不得创铁掌的鞋、拖鞋、凉鞋及高跟鞋；男同学不得穿短裤，女同学不得穿裙子、披头进厂。4、 不许乱动闸门、开关和控制元件。5、 实习期间严禁饮酒，禁止吸烟。6、 严禁吵架、斗殴及一切影响厂校关系的行为。7、 严禁游泳、赌博、单人外出。（二）实习安排四、实习内容（一）空气压缩机1、空气压缩机概述空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，速度式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机（螺杆式空气压缩机又分为双螺杆式空气压缩机和单螺杆式空气压缩机）；离心式压缩机以及滑片式空气压缩机；涡旋式空气压缩机。下面是各种压缩机的定义，凸轮式，膜片式和扩散泵等压缩机没有列入其中，是因为它们用途特殊而尺寸相对较小。其特点是：由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5-0.6MPa时压力开关自动联接启动2、活塞式空气压缩机工作原理皮带传动式单级压缩机是由电机（马达）经三角带，驱动压缩机主机皮带轮带动曲轴，作旋转运动，空气进入空气滤清器通过进气阀进入气缸，通过连杆使活塞在气缸内作往复运动压缩空气，引起气缸容积变化，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，气缸内的空气压缩到额定排气压力后，通过排气阀的作业，经过排气管、单向阀进入储气罐。皮带传动式两级压缩机简言之：是由一级压缩空气通过连接管再进入另一只气缸，将气缸内空气压缩到额定排气压力后，通过排气阀的作用，经过排气管、单向阀进入储气罐，压缩机装有自动压力开关控制电机，当储气罐的空气压力达到所调整的排气压力时（出厂前已调整好，请勿自行调整），空压机自动停机，当储气罐的空气压力降低0.4MPa0.5MPa（低压）或0.6MPa0.8MPa（高压）时，压缩机会重新启动，从而使储气罐里的压缩空气的压力保持在一定的范围内，达到自动控制的目的。3、压缩机的检验过程（二）泵1、泵的概述泵是把原动机的机械能转换为液体的能量的机器。原动机（电动机、柴油机等）通过泵轴带动叶轮旋转，对液体作功，使其能量（包括位能、压能和动能）增加，从而使液体输送到高处或要求有压力的地方。 泵的种类及技术性能 按照作用原理泵可分为动力工泵类、容积式泵类及其他类型泵。11 离心泵离心泵的基本性能参数为流量Q（m3/h，L/h）、扬程H（m）、允许汽蚀余量hr(m)、转速n（转/min），轴功率N和效率。这类泵结构简单，重量较轻，可以输送温度不超过80的清水及物理及化学性质类似于水的液体。 12 轴流泵轴流泵大多是单级的，可分为固定叶片式和可调叶片式两种。 13 旋涡泵与离心泵相比，在相同的叶轮直径和转速下，旋涡泵的扬程比离心泵高2倍4倍，但其效率较低，一般仅为20%50%。旋涡泵输送液体洁净，粘度不大，不含固体颗粒。 14 往复泵往复泵有电动泵、直动泵、隔膜泵、计量泵四种。 15 螺杆泵螺杆泵的特点是流量和压力的脉动很小，噪声小，寿命长，有自吸能力，结构简单紧凑。有单螺杆泵、双螺杆泵和三螺杆泵之分。 16 齿轮泵齿轮泵结构简单，制造容易，工作可靠，维护方便，能自吸，但流量和压力的脉动及噪声较大。齿轮泵适用于输送不含固体颗粒的多种液体，其输送液体的粘度范围很宽，可以输送高压力的液体。17 液环泵液环泵是一种输送气体的流体机械。液环泵的工作液常有水、硫酸、油等。液环真空泵常用于真空蒸发、干燥、水泵吸水等。液环压缩机主要用于压送煤气、乙烯、氯气、氧气等。 18 真空泵真空泵的种类很多，有往复式具空泵、旋转真空泵、罗茨真空泵和射流真空泵。2. 水环式真空泵2.1工作原理水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为20004000Pa，串联大气喷射器可达270670Pa。水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为12105Pa表压力。水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。3.磁力泵磁力泵由泵、磁力传动器、电动机三部分组成。关键部件磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁性物质，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触传递，将动密封转化为静密封。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，从而彻底解决了“跑、冒、滴、漏”问题，消除了炼油化工行业易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患，有力地保证了职工的身心健康和安全生产。3.1磁力泵工作原理将n对磁体（n为偶数）按规律排列组装在磁力传动器的内、外磁转子上，使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。当内、外两磁极处于异极相对，即两个磁极间的位移角0，此时磁系统的磁能最低；当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角2/n，此时磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。3.2磁力泵结构特点1永磁体由稀土永磁材料制成的永磁体工作温度范围广(-45400)，矫顽力高，磁场方向具有很好的各向异性，在同极相接近时也不会发生退磁现象，是一种很好的磁场源。2.隔离套在采用金属隔离套时，隔离套处于一个正弦交变的磁场中，在垂直于磁力线方向的截面上感应出涡电流并转化成热量。涡流的表达式为： 。其中Pe涡流；K常数；n泵的额定转速；T磁传动力矩；F隔套内的压力；D隔套内径； 一材料的电阻率； 材料的抗拉强度。当泵设计好后，n、T是工况给定的，要降低涡流只能从F、D、 、 等方面考虑。选用高电阻率、高强度的非金属材料制作隔离套，在降低涡流方面效果十分明显。3冷却润滑液流量的控制泵运转时，必须用少量的液体对内磁转子与隔离套之间的环隙区域和滑动轴承的摩擦副进行冲洗冷却。冷却液的流量通常为泵设计流量的2%-3%，内磁转子与隔离套之间的环隙区域由于涡流而产生高热量。当冷却润滑液不够或冲洗孔不畅、堵塞时，将导致介质温度高于永磁体的工作温度，使内磁转子逐步失去磁性，使磁力传动器失效。当介质为水或水基液时，可使环隙区域的温升维持在3-5；当介质为烃或油时，可使环隙区域的温升维持在5-8。4滑动轴承磁力泵滑动轴承的材料有浸渍石墨、填充聚四氟乙烯、工程陶瓷等。由于工程陶瓷具有很好的耐热、耐腐蚀、耐摩擦性能，所以磁力泵的滑动轴承多采用工程陶瓷制作。由于工程陶瓷很脆且膨胀系数小，所以轴承间隙不得过小，以免发生抱轴事故。 由于磁力泵的滑动轴承以所输送的介质进行润滑，所以应根据不同的介质及使用工况，选用不同的材质制作轴承。5保护措施当磁力传动器的从动部件在过载情况下运行或转子卡死时，磁力传动器的主、从动部件会自动滑脱，保护机泵。此时磁力传动器上的永磁体在主动转子交变磁场的作用下，将产生涡损、磁损，造成永磁体温度升高，磁力传动器滑脱失效。4滑片泵4.1它主要由转子、定子(即泵体)、滑片及两侧盖板所组成。依靠偏心转子旋转时泵缸与转子上相邻两叶片间所形成的工作容积的变化来输送液体或使之增压的回转泵(见泵)。转子是具有径向槽的圆柱体，槽内安放滑片，滑片可以在槽内自由滑动。转子偏心地安放在泵体内，当转子由原动机带动旋转时，滑片依靠离心力或弹簧力紧压在泵体的内壁上。在转子前半转，相邻两叶片所包围的空间逐渐增大形成局部真空而吸人液体。而后半转，此空间逐渐减小，挤压液体，将液体压送到排出管中。根据滑片的安装位置分有内装滑片泵(滑片装在转子上)和外装滑片泵(滑片装在泵体上)。一般这类泵工作压力在7MPa以下。滑片泵结构较紧凑，外形尺寸不大，流量较均匀，运转平稳，脉动和噪声小，效率比一般齿轮泵高。滑片泵结构复杂，零件易磨损。它主要用于机床、油压机、起重运输机械、工程机械和塑料注塑机等的液压系统和润滑系统。（三）控制系统图1-2是水箱液位控制系统的方框图。图中，水箱为被控对象，其输出为被控参数液位，作用于水箱上的扰动是指给水压力变化的产生的内外扰动；测量变送器为差压变送器，用来测量水箱液位，并转变为一定的信号输至调节器；调节器是水箱液位控制系统中的调节器，有电动，气动等形式，在调节器内将测量液位与给定液位进行比较，得出偏差值，然后根据偏差情况按一定的控制律如比例（P），比例-积分（PI），比例-积分-微分（PID）等发出相应的输出信号去推动调节阀动作；调节阀在控制系统中执行元件作用，根据控制信号对水箱的进水量进行调节，阀门的运动取决于阀门的特性，有的阀门与输入信号成正比关系，有的阀门与输入信号成某种曲线关系变化。大多数调节阀呈为气动薄膜调节阀，若采用电动调节器，则调节器与气动调节阀之间应有电-气转换器。气动调节阀的气动阀门分为气开与气关两种。气开阀指当调节器输出增加时，阀门开大；气关阀指当调节器输出增加时，阀门保持打开位置，以保证汽鼓不致烧干损坏。图1-2水箱液位控制系统方块图二应用元件介绍21气动调节阀介绍气动调节阀由气动薄膜执行机构和调节阀两大部分组成，它与气动调节器、减压阀、定位器或其它仪表配合使用，达到控制管道内的温度、压力、液位、流量等工艺参数的目的。气动薄膜调节阀由气动薄膜执行机构与调节阀二大部分组成（在配用电气转换器和阀门定位器后，可与电动调节仪表及微型计算机配套使用）。它按照调节仪表来的信号，改变阀门的开户度，从而达到对压力、温度、流量和液位等参数的调节。22电-气转换器介绍 电-气转换器是电动单元组合仪表转换单元中一个品种，接受的电动调节仪表给出的直流信号，按比例地转换输出20100KPa气动信号，作为气动薄膜调节阀、气动阀门定位器的气动控制信号，也可作为气动仪表的气源，实质上它起到电动仪表与气动仪表之间的信号转换作用。 电-气转换器设计成本质安全型（防爆型式iaBT5），隔爆增安复合型（防爆型式deBT4），因此被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、电站等工业部门的自控系统中。电气转换器是工业自动化仪表中电动和气动仪表之间的信号转换元件。用以将电动调节仪表输出的电流信号4-20mA或0-10mA，经转换器成比例的转换成20100Kpa气动模拟信号，产品广泛应用于石化、电力、冶金等工业部门的自控系统中。电气转换器的工作原理见图2-1所示，它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器（变送器）的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路馈送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对应的比例关系。即输入信号从4mA.DC改变到20mA.DC时，转换器的输出压力从0.020.1MPa变化，实现了将电流信号转换成气动信号的过程。 2.3各种基本控制规律介绍231比例（P）控制规律具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图2-2所示。其中Kp称为P控制器增益。P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中，P控制器只改变信号的增益而不改变其他相位。在串联校正中，加大控制器增益Kp，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统的不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用此比例控制规律。KpKpKpKpKp图2-2 P控制器 232比例-微分（PD）控制规律具有比例-微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m(t)与输入e(t)的关系如下式所示：式中，Kp为比例系数；为微分时间常数。Kp与都是可调的参数。PD控制器如图2-3所示图2-3PD控制器PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期的修正信号，一增加系统的阻尼程度，从而改变系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个-1/的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。需要指出，因为微分作用只对动态过程起作用，而对稳态过程没有影响，且对系统噪声非常敏感，所以单一的D控制器在任何情况下都不宜与被控对象串联起来单独使用。通常，微分控制规律总是与比例控制规律或比例-积分控制规律结合起来，构成组合的PD或PID控制器，应用于实际的控制系统。233积分（I）控制规律具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。I控制器的输出信号与其输入信号的积分呈正比，即其中Ki为可调比例系数。由于I控制器的积分作用，当其输入消失后，输出信号有可能是一个不为零的常量。在串联校正时，采用I控制器可以提高系统的型别（无差度），有利于系统稳定性能的提高，但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90的相角滞后，与系统的稳定性不利。因此，在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的I控制器。I控制器如图2-4所示。图2-4 I控制器235比例-积分-微分（PID）控制规律具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称为PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为相应的传递函数是 PID控制器如图2-11所示图2-11PID控制器当利用PID控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还将提供两个负实零点。与PI控制器相比，PID控制器除了同样具有提高系统的稳态性能的优点外，还多提供一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。PID控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。（四）干燥系统1、对流干燥对于非吸湿性物料，可以使用热风干燥机进行干燥。因为水分只是被物料与水的界面张力松散地约束，易于去除。此类机器的原理是，利用风扇来吸收环境中的空气并将其加热到干燥特定物料所要求的温度，被加热后的空气经过干燥料斗，并通过对流的方式加热物料以除去水分。 对吸湿性物料的干燥一般分为三个干燥段：第一个干燥段是将物料表面的水分蒸发掉；第二个干燥段则将蒸发的重点放在材料内部，此时干燥速度缓慢降低，而被干燥物料的温度开始上升；在最后一个阶段，物料达到与干燥气体的吸湿平衡。在这个阶段，内部和外部间的温度差別将被消除。在第三段末端，如果被干燥物料不再释放出水分，这并不意味着它不含水分，而只是表明胶粒和周围环境之间已经建立起了平衡。 在干燥技术中，空气的露点温度是一个非常重要的参数。所谓的露点温度就是在保持湿空气的含湿量不变的情况下，使其温度下降，当相对湿度达到100%时所对应的温度。它表示空气达到水分凝结时所对应的温度。通常，用于干燥的空气的露点愈低，所获得残余水量就愈低，干燥速度也愈低。 目前，生产干燥空气最为普遍的方法是利用干燥气体发生器。该设备以由两个分子筛组成的吸附性干燥器为核心，空气中的水分在这里被吸收。在干燥状态下，空气流经分子筛，分子筛吸收气体中的水分，为干燥提供除湿气体。在再生状态下，分子筛被热空气加热至再生温度。流经分子筛的气体收集被除去的水分，并将其带至周围环境中。另一种生成干燥气体的方法是降低压缩气体的压力。这种方法的好处是供应网络中的压缩气体有着较低的压力露点。在压力降低以后，其露点达到0左右。如果需要更低的露点，可以利用膜式或吸附式干燥器在压缩空气压力降低之前进一步降低空气的露点。 在除湿空气干燥中，生产干燥气体所需的能量必须进行额外计算。在吸附式干燥中，再生状态的分子筛必须从干燥态的温度(约60)被加热至再生温度(约200)。为此，通常的做法是通过分子筛将被加热气体连续加热至再生温度，直至它在离开分子筛时达到特定温度。理论上再生所必要的能量由加热分子筛及其内部吸附的水所需要的能量、克服分子筛对水的附着