高压反应器流量及压力控制

实验1高压反应器流量和压力控制一、实验目的1.学习不锈钢高压管道的切割、弯曲、管道、连接和泄漏检测等操作技术。2.掌握不锈钢双缸、三通、过滤器、止回阀的结构和原理。3.了解压力调节阀和压力调节阀的原理和特性，学习两种压力调节阀的其他使用方法。4.学习机械安全阀、质量流量计、湿式流量计的原理和使用方法。5.学习核反应堆的压力、流量的稳定控制和测量技术。二、实验原理本实验装置采用高强度铝合金框架，每个装置有2个工作平台，每个工作平台有1个气体控制管路。设备包括相应的管件、阀门和调节器阀、背压阀、压力传感器、质量流量计、机械安全阀和相应的压力、流量控制仪表。核反应堆的流量、压力和温度控制是化学研究和工厂生产过程中最常见的控制过程，在反应器的压力稳定的同时，必须控制稳定控制反应器的流量，因此，同时控制多个参数不变、相互影响的情况下，控制部件的选择和放置很重要。本实验采用质量流量计控制反应器中的气体流量，使用调节阀、背压阀控制反应器压力，配备机械安全阀，确保设备安全。1.实验过程设备的流程图如图1所示。减压气体后，进入进气阀BV-1，然后通过微孔过滤器F-1进入压力调节器PRV-1，气源的压力由阀前压力表P-01表示，阀后压力由压力表P-02表示，压力调节器阀后的气体流量由质量流量计MFC-1控制，然后进入反应器。反应开始后，气体进入气体质量流量计MFC-1，设置流量计的值以控制流量计的流量，流量的实际值可以从仪表中读取。但是，需要注意的是，此数字表示标准状态下该气体的体积，而不是当前温度和压力下的体积流量，应根据标准条件进行转换。如果不是氮，也要根据流量计指令后的气体计量来修正流量系数。具体方法可以参考说明书。流量计中产生的气体通过单向阀CV-1、截止阀BV-2流入反应器，反应器入口压力由压力传感器P-03和压力表P-04表示，压力传感器表明可以从计量器中读取压力。反应器出口安装了机械安全阀，在反应器超压时，可通过50-300 psi范围内的可调溢流阀减少压力。反应器中排出的气体可以通过过滤器过滤小固体颗粒，然后通过针阀NV-1直接调节，或流入背压阀BPRV-1排放，用湿流量计测量，然后空出来。图1实验装置流程图气体质量流量计的工作原理质量流量计由流量传感器、分流通道和流量放大电路等部分组成。基于质量流量计，配置质量流量控制器以及调节阀和PID控制电路。图2 7B质量流量控制仪结构图图3质量流控制器结构图流量传感器使用毛细管传热温差热量表原理测量气体的质量流动(不需要温度压力补偿)。将传感器加热桥测量的流量信号发送到放大器放大，将放大的流量检测电压与设定电压进行比较，然后放大差异信号，控制调节阀，使闭环控制通道通过通道的流量等于设定流量。分配器确定主通道的流量。此控制器连接到流量显示，如图3所示。调节器阀门工作原理调压阀的主要目的是在阀门出口的载波气体电阻发生变化的情况下保持出口压力稳定。稳压阀的结构如图4所示。旋转调节手柄，通过弹簧将针阀2旋转到一定的开口度，当压力达到一定值时达到平衡，气体进口压力P1略微增加时，P2的压力也增大，波纹管向右移动时，3个连接阀阀杆(图中只绘制了一个)也向右移动，使阀门开口变小，使出口压力P3保持不变，或者反向转动。图4稳压阀原理图背压阀工作原理背压阀用于在管道或设备容器的压力不稳定的情况下，保持反应器内的恒定压力。在要求不太严格的系统中，可以用作安全阀。背压阀的工作原理如图4所示。减压阀通过内部弹簧的弹性工作。系统压力比设定压力时，膜片在弹簧弹性的作用下阻止了管路。系统压力大于设定的压力时，隔膜压缩弹簧，管道连接，流体通过背压阀。图4背压阀工作电路图安全阀工作原理安全阀是一种特殊的阀门，当开闭部件受外力作用于NC状态时，当设备或管道的介质压力超过规定值时，将介质排出系统外，防止管道或设备的介质压力超过规定值。安全阀的工作原理类似于背压阀。图5质量流量计接线图6.设备电路控制下图简单地以方框的形式说明了质量流量计和压力传感器设备的控制原理、仪表和组件之间的工作方式。图6压力传感器接线图三、实验设备和装置管道和管道阀门：1/4 。不锈钢反应器：252.5，催化剂负载50 ml，使用温度：室温，使用压力：1 MPa。调节器阀：进口压力：3500 Psig，出口压力：50-3500 Psig背压阀：入口压力50-3500 psig；出口压力：大气压质量流量计：500 SCCM压力传感器：1.0 MPa表1高压反应器流量和压力控制装置技术参数项目技术参数设备最大工作压力1 MPa最大气体流量500 SCCM额定电压220 V使用环境温度0 40设备外形规格1400801600mm设备重量75公斤四、实验阶段(1)带工具箱，检查实验装置和工具箱内的工具和配件是否齐全。工具箱里应该有仪表、4个地堡手、1个过滤器、1个止回阀、1个刀具、1个弯头、四氟密封带、t形三通等。(2)使用管道切割机、弯头、适当长度的金属管道、脱字符测量与反应器出口管段连接的管道长度。(3)系统泄漏检测：打开进气阀，将压力调节器顺时针调节到0.5 MPa，将压力调节器调节到系统压力0.4ma，检查泄漏，在前面步骤安装的管道接口螺母上涂抹肥皂，无需明显的肥皂泡气泡即可符合资格。(4)系统气密性检查：关闭系统吸气截止阀，质量流量计读数未发生变化后，每隔一分钟，调节器阀门入口、出口压力、系统压力、反应器入口压力和质量流量计读数、记录10分钟，如果系统压力未显着减少，请认为气密性良好，进行下一次实验。(5)将系统压力调节到0.3 MPa后，质量流量计将流量计设定为0 SCCM，稳定30 s后，记录质量流量计的零漂读数。(6)质量流量计将流量设定为100 SCCM，稳定30 s，记录一定时段开始和结束时系统压力、调节器阀入口压力、调节器阀出口压力、反应器入口压力、质量流量计读数、用非皂膜流量计测量的条件，以及在公称状态下气体流量(连续2次测量)，记录一定体积的气体通过湿式流量计所需的时间。(7)将质量流量计依次设置为200、300、400、500、400、300、200、100、0 SCCM，然后重复步骤6进行实验。(8)关闭进气阀，关闭质量流量计电源开关，直到流量计读数为零。调压阀、背压阀慢慢调节，将反应器压力调节到大气压力，如果压力计和传感器读数为零，则关闭总电源。五、实验数据记录和处理原始数据清理表如下表所示：表2-1实验条件记录表实验名称高压反应器流量和压力控制实验者田贝姬安同联王辛夷实验日期2017.12.14实验时间13:0-163336930地点50B302实验人数2天气音大气压/kPa102.95室温/c16.0设备编号4表2-2实验设备记录表仪表名称稳压阀进口压力计稳压阀出口压力表反应堆进口压力表质量流量计湿式流量计肥皂膜流量计型号-D07-7LML-1HY5020-2范围4 MPa1.6 MPa1.6 MPa500 SCCM-20-2000 mL/min公司天津纽泰克自动控制仪表有限公司。天津纽泰克自动控制仪表有限公司。天津纽泰克自动控制仪表有限公司。-长春汽车过滤器有限公司-表2-3密封实验原始数据记录表序号自然时间稳压阀入口压力/MPa调节器阀门出口压力/MPa反应堆入口压力/MPa质量流量计读数/SCCM系统压力/MPa114:430.380.380.37-1.00.374214:440.380.380.37-1.50.373314:450.380.380.37-1.50.372414:460.380.380.37-1.50.371514:470.380.380.37-1.50.371614:480.380.380.37-1.50.370714:490.380.380.37-1.50.370814:500.380.380.37-1.60.369914:510.380.380.37-1.40.3691014:520.380.380.37-1.40.369表2-4恒压下流量计修正原始数据记录表时间流量/SCCM设置稳压阀入口压力/MPa调节器阀门出口压力/MPa反应堆入口压力/MPa系统压力/MPa质量流量计读数/SCCM肥皂膜流量计流量/(ml/min)湿式流量计流量/L测量周期/s标准条件工作条件15:200.00.540.500.300.2790.3-15:32100.00.540.500.300.301100.8105.8110.9770.80094.6315:360.540.500.300.301100.8106.6110.9771.00015:37200.00.540.500.310.306201.0208.9217.5772.600103.2515:410.540.500.310.306201.1208.8217.5773.00015:41300.00.540.490.310.308301.4311.5324.5774.80065.0315:450.540.490.310.308301.4311.4324.4775.20015:45400.00.540.490.310.310401.6414.9432.3776.00080.3415:480.540.490.310.310401.8414.5431.9776.60015:48500.00.540.490.320.311502.0519.4541.2777.60084.4715:500.540.490.320.310502.0519.9541.7778.40015:50400.00.540.490.320.307401.8414.9432.3779.00080.3515:550.540.490.310.307401.8415.2432.6779.60015:55300.00.540.490.310.304301.5311.9325.0780.40071.4715:590.540.490.310.304301.4312.2325.3780.80015:59200.00.540.500.310.300201.2209.6218.4782.60099.6616:020.540.500.310.300201.1209.9218.7783.00016:03100.00.540.500.310.296100.8107.4111.9783.400。104.4316:060.540.500.310.296100.8107.4111.9783.60016:140.00.540.500.310.2760.3-1.密封实验中记录系统压力的变化来表达。图7密封实验中系统压力变化图2.记录在一个固定流下，以图形表示反应系统中各个位置的压力值之间的关系。图8反应系统各位置压力值随时间的变化3.在背压阀开口度保持不变的情况下，记录并表达反应器压力随流量的变化。将流量从0 SCCM增加到500.0 SCCM的6个数据集绘制为：图9反应器压力随流量的变化六、实验结果和讨论1.密封测试中系统压力的变化数值列表以不同时间的压降速度计算。1分钟的数据计算示例：与1分钟压降速度一样，其他组数据也显示在下表3中。表3密封实验中不同时间的压降速度表序号自然时间质量流量计读数/SCCM系统压力/MPa压降速度/(MPa/