四位一体多功能传热培训装置操作规程资料

1、四位一体多功能传热 培训装置 操作规程 天津大学过程工业技术与装备研究所 天津市睿智天成科技发展有限公司 目录 前 言 1 传热实训装置操作规程 2 一、实训目的 2 二、生产工艺过程 2 （一）传热的基本原理 2 （二）不同形式的换热器 5 （二）物料流向及能量平衡 8 （三）带有控制点的工艺及设备流程图 8 三、生产控制技术 10 （一）各项工艺操作指标 10 （二）主要控制点的控制方法和仪表控制 10 四、物耗能耗指标 11 五、安全生产技术 11 （一）生产事故及处理预案 11 （二）工业卫生和劳动保护 13 六、实训操作步骤 14 （一）开车前的准备 14 （二）正常开车 14 （三

2、）正常操作 16 （四）正常停车 16 七、设备一览表 17 八、仪表计量一览表及主要仪表规格型号 18 九、附录： 19 附录一 空气的性质 19 附录二 水蒸汽的性质 20 附录三 变频器的使用 错 误！未定义书签。 附录四 宇电仪表的使用 21 随着各行各业对人才需求的迅速增长， 职业院校作为培养和输送各类实用人 才的基地，目前都在迅速扩大办学规模， 调整专业结构， 以适应社会主义市场经 济对各类实用人才的需求。 职业教育的根本任务是培养有较强实际动手能力和职 业能力的技能型人才，而实际训练是培养这种能力的关键环节。 基于健康、 安全和环保的理念， 本装置采用了化工技术、 自动化控制技术

3、和 网络技术的最新成果， 实现了工厂情景化 、故障模拟化、操作实际化和控制网络 化，属国内首创。 传热是一种典型的单元操作， 在化工、 炼油等工业中应用很广。 本装置采用 工厂里实际应用的工艺流程， 不锈钢框架结构， 用泵输送流体， 操作方式与工厂 里完全一致，使学生能够身临其境。 与设备相配套的还有仪表操作台和 DCS 控制系统。设备上电之后，传感器 将监控参数的信号送到操作台的仪表上，可以通过仪表实时监控设备的运行状 况。也可以通过计算机进行数据的远程采集传输， 装置采用工业控制系统， 使学 生充分体会中控室的作用。 传热培训装置的主要功能是： 实验：能够完成基本传热实验， 根据测试物系出

4、口温度的要求， 控制适宜物 料流量，使物料的出口温度合格； 实训：本培训装置是工厂生产设备的 室内版 ，其设备配置和操作方式与工厂 完全一致，通过实际操作， 学生可以切实体会工厂的开车前准备、 正常开车和正 常停车的操作步骤。 本培训装置设计 2 个换热器，能够训练学生进行换热器的切换操作。 装置还 设计了冷凝液体排放的干扰、 水蒸汽中加入不凝气体的干扰和水蒸汽进料量的干 扰，通过引入干扰模拟实际操作中的异常情况， 训练学生识别和处理操作故障的 能力。 技能鉴定：应用本装置能够考核学生列管式换热器的基本操作能力， 识别列 管式换热器常见操作故障的能力。可满足分级鉴定要求。 传热实训装置操作规程

5、 一、实训目的 1. 认识传热设备结构 2. 认识传热装置流程及仪表 3. 掌握传热装置的运行操作技能 4. 学会常见异常现象的判别及处理方法 二、生产工艺过程 传热，即热量传递， 是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。 热 力学第二定律指出， 凡是有温度差存在的地方， 就必然有热量传递， 故在几乎所 有工业部门，如化工、能源、冶金、机械、建筑等都涉及传热问题。 化学工业与传热的关系尤为密切， 这是因为化工生产中的很多过程和单元操 作，都需要进行加热或冷却，例如，化学反应通常都是在一定温度下进行的，为 此就需要向反应器输入或移出热量以使其达到并保持在一定的温度； 化工设备的 保温，生产

6、过程中热能的合理应用以及废热的回收等都涉及传热问题。 所以，化 工生产中对传热过程的要求主要有以下两种情况： 其一是强化过程传热， 如各种 换热设备中的传热； 其二是削弱传热过程， 如对设备和管道的保温， 以减少损失。 （一）传热的基本原理 1. 传热的基本方式 根据传热机理的不同， 热量传递有三种基本方式： 热传导、 对流传热和辐射 传热，但根据具体情况， 热量传递可以以其中一种方式进行， 也可以以两种或三 种方式同时进行。在无外功输入时，静的热流方向总是由高温处向低温处流动。 1.1 热传导（又称导热） 热量不依靠宏观混合运动而从物体中的高温区向低温区移动的过程叫热传 导，简称导热，热传导

7、在固体、液体和气体中都可以发生。 1.2 对流传热 对流传热是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程， 因 而对流传热只能发生在有流体流动的场合， 在化工生产中经常遇见到的对流传热 有热能由流体传到固体壁面或由固体壁面传入周围流体两种， 对流传热可以由强 制对流引起，亦可以由自然对流引起，前者是将外力（泵或搅拌器）施加于流体 上，从而使流体微团发生运动； 而后者则是由于流体内部存在温度差， 形成流体 的密度差，从而使微团在固体壁面与其附近流体之间产生上下方向的循环流动。 1.3 辐射传热 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。 热辐射与热传导和对 流传热的最大的区别就在

8、于它可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。 工业上经常遇到的是两流体间的换热问 题。换热器是化工生产传热过程中最常用的设 备之一，右图为简单套管式换热器，它是由直 径不同的两根管子同心套在一起组成的，冷热 流体分别流经内管和环隙，而进行热的传递。 在管壳式换热器中，一种流体在管内流动 图1 套管式换热器 （管程流体），而另一种流体在壳与管束之间 从管外表面流过（壳程流体），为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较 高的传热速率， 在外壳上装有许多挡板。 视换热器端部结构的不同， 可采用一个 或多个管程。若管程流体在管束内只流过一次，则称为单程管壳式换热器。 换热器的传热一般是通过热传导和热

9、对流等方式来实现的， 传热的快慢用传 热速率来表示。传热速率 Q 是指单位时间内通过传热面的热量，其单位为 W。 热通量则是指单位面积的传热速率，其单位为 W/m2。由于换热器的传热面积可 以用圆管的内表面积、 外表面积或平均面积表示， 因此相应的热通量的数值各不 相同，计算时应标明选择的基准面积。 2. 换热器传热系数及其准数关联式的测定 2.1 对流传热速率方程 根据传递过程普遍关系， 壁面与流体间的对流传热速率应该等于推动力和阻 力之比，即 对流传热速率 对流传热推动力 对流传热阻力 =系数 推动力 若以流体和壁面间的对流传热为例，对流传热速率方程可以表示为： dQ t 1twt tw

10、dS dS 式中， dQ局部对流传热速率， W dS微分传热面积， m2 t换热器的任一截面上热流体的平均温度， tw换热器的任一截面上与热流体相接触一侧的壁面温度， 比例系数，又称局部对流传热系数， W/(m2 ) 2.2对流传热系数 i 的测定 在该传热实验中，空气走内管，蒸气走外管。 1) 对流传热系数 i 可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定 tm 由下式确定： tm t t1 t2 2) 式中： 2 i 管内流体对流传热系数， W/(m 2? )； Qi 管内传热速率， W； Si管内换热面积， m2； Qi tm Si i tm 内壁面与流体间的温差， 式中： t1，t2 冷流体的入

11、口、出口温度，； tw 壁面平均温度，； 因为换热器内管为紫铜管， 其导热系数很大， 且管壁很薄，故认为内壁温度、 外壁温度和壁面平均温度近似相等，用 tw 来表示。 管内换热面积： Sidi Li 3) 式中： di内管管内径， m； Li传热管测量段的实际长度， m 由热量衡算式： Qi WmCpm(t2 t1)(4) 其中质量流量由下式求得： Wm Vm m 3600 5） 式中： Vm 冷流体在套管内的平均体积流量， m3 / h； Cpm 冷流体的定压比热， kJ / （kg）； m 冷流体的密度， kg /m3。 Cpm和 m可根据定性温度 tm查得，tm t1 2t2 为冷流体进

12、出口平均温度。 t1， t2， tw， Vm 可采取一定的测量手段得到。 2.3 对流传热系数准数关联式的实验确定 流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为 . Nu A Re m Pr n（ 6） 其中： Nu idi ， Re umdi m ， Pr Cp m m i m m 物性数据 m 、 Cpm、 m、 m 可根据定性温度 tm查得。经过计算可知，对 于管内被加热的空气，普兰特准数 Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的 形式简化为： Nu ARe m Pr0.4（7） 这样通过实验确定不同流量下的 Re与 Nu ，然后用线性回归方法确定 A和 m的 值。 （二）不同

13、形式的换热器 1. 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由 U 形弯头连接而 成。在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高 的流速，故传热系数较大。另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数 平均推动力较大。 图2 套管式换热器 套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便（可根据需要增减管段数目） 特别是由于套管换热器同事具备传热系数大、 传热推动力大及能够承受高压强的 优点，在超高压生产过程（例如操作压力为 300MPa 的高压聚乙烯生产过程）中 所用的换热器几乎全部是套管式。 2. 管壳式换热器 管壳式（又称列管式） 换热器是最典型的

14、间壁式换热器， 它在工业上的应用 有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形， 内部装有平行管束， 管束两端固定于管板上。 在管壳换热器内进行换热的两种流 体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管 束的壁面即为传热面。 图3 列管式换热器 为提高管外流体给热系数， 通常在壳体内安装一定数量的横向折流挡板。 折 流挡板不仅可防止流体短路、 增加流体速度， 还迫使流体按规定路径多次错流通 过管束，使湍动程度大为增加。 常用的挡板有圆缺形和圆盘形两种， 前者应用更 为广泛。 图 4 流体的折流

15、及折流挡板的形式 流体在管内每通过管束一次称 为一个管程，每通过壳体一次称为 一个壳程。为提高管内流体的速度， 可在两端封头内设置适当隔板，将 全部管子平均分隔成若干组。 这样， 流体可每次只通过部分管子而往返 管束多次，称为多管程。同样，为 提高管外流速，可在壳体内安装纵向挡板使流体多次通过壳体空间，称多壳程。 在管壳式换热器内， 由于管内外温度不同， 壳体和管束的温度也不同。 如两 者温差很大， 换热器内部将出现很大的热应力， 可能使管子弯曲、 断裂或从管板 上松脱。因此，当管束和壳体温度差超过 50时，应采取适当的温度补偿措施， 消除或减小热应力。 根据所采取的温差补偿措施， 换热器可分

16、为以下几种主要类 型： 固定管板式 当冷、热流体温差不大时， 可采用固定管板即两端管板与壳体 制成一体的结构形式。 这种换热器结构简单成本低， 但壳程清洗困难， 要求管外 流体必须是清洁而不易结构的。 当温差稍大而壳体内压力又不太高时， 可在壳体 壁上安装膨胀节以减小热应力。 浮头式换热器 这种换热器中两端的管板有一端可以沿轴向自由浮动， 这种 结构不但完全消除了热应力， 而且整个管束可以从壳体中抽出， 便于清洗和检修。 因此，浮头式换热器是应用较多的一种结构形式， 尽管其结构比较复杂、 造价亦 较高。 U 形管式换热器 U 形管式换热器的每根换热管都弯成 U 形，进出口分别 安装在同一管板的

17、两侧，封头以隔板分成两室。这样，每根管子皆可自由伸缩， 而与外壳无关。在结构上 U 形管式换热器比浮头式简单，但管程不易清洗，只 适用于洁净而不易结构的流体，如高压气体的换热。 3. 板式换热器 板式换热表面可以紧密排列， 因此各种板式换热器都具有结构紧凑、 材料消 耗低、传热系数大的特点。 这类换热器一般不能承受高压和高温， 但对于压强降 低、温度不高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合， 板式换热器显示出更大的优越 性。 板式换热器最初用于食品工业， 20 世纪 50 年代逐渐推广到化工等其它工业 部门，现已发展成为高效紧凑的换热设备。 图 5 板式换热器流向示意图 板式换热器是由一组金属薄板、

18、 相邻薄板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而 成。图 5 所示为矩形板片，其上四角开有圆孔，形成流体通道。冷热流体交替的 在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度为 0.53mm，通常压制成各种 波纹形状，即增加刚度，又使流体分布均匀，加强湍动，提高传热系数。 板式换热器的主要有点： 由于流体在板片间流动湍动程度高， 而且板片厚 度又薄，故传热系数大； 板片间隙小， 结构紧凑，单位容积所提供的传热面大， 金属耗量可减少一半以上；具有可拆结构，操作灵活性大，清洗方便。 （二）物料流向及能量平衡 本实验所采用的换热器分别为单管程列管换热器、套管换热器和板式换热 器，冷空气走管程，水蒸汽走壳程，通过逆

19、流间壁式接触来达到换热的目的。 空气由旋涡气泵提供，经过换热器加热之后放空。 水蒸汽由蒸汽发生器提供，在蒸汽分配器内缓冲之后进入换热器壳程，与 空气换热之后冷凝成液体，通过疏水器阀组排污。 热流体以汽化潜热的方式将热量传递给管壁，之后热量以热传导方式由管 壁的外侧传递至内侧， 传递至内侧的热量又以对流方式传递给冷流体。 操作稳定 之后，在整个换热器中， 在单位时间内， 热流体放出的热量等于冷流体吸收的热 量。 （三）带有控制点的工艺及设备流程图 板式换热器 列管式换热器 套管式换热器 常闭电磁阀 常开电磁阀 安全阀 疏水阀 闸 阀 放 空 电动调节阀 截止阀 减压阀 球 阀 涡轮流量计 蒸 气

20、 压缩空气 空 气 不凝性气体 蒸汽冷凝液 控 制 线 图6 空气水蒸汽传热实训装置流程图 三、生产控制技术 在化工生产中，对各工艺变量有一定的控制要求。有些工艺变量对产品的数量和 质量起着决定性的作用。空气流量和空气出口温度直接影响后续加工，蒸汽的压力直 接反映热流体的温度。 为了实现控制要求，可以有两种方式，一是人工控制，二是自动控制。自动控制 是在人工控制的基础上发展起来的，使用了自动化仪表等控制装置来代替人的观察、 判断、决策和操作。 先进控制策略在化工生产过程的推广应用，能够有效提高生产过程的平稳性和产 品质量的合格率，对于降低生产成本、节能减排降耗、提升企业的经济效益具有重要 意义

21、。 （一）各项工艺操作指标 1. 操作压力 蒸汽发生器压力 0.3MPa 蒸汽分配器压力 0.2MPa 换热器蒸汽压力 40100KPa 压缩空气压力 0.050.1MPa 2. 流量控制 进入换热器空气流量 40100m3/h 3. 温度控制 空气出口温度 90 各电机温升 65 二）主要控制点的控制方法和仪表控制 空气进料量的控制： 图 7 空气流量控制方块图 10 水蒸汽压力的控制： 图8 蒸汽压力控制方块图 四、物耗能耗指标 本实训装置的物质消耗为：水、 本实训装置的能量消耗为：蒸汽发生器耗电；旋涡气泵耗电 表1 物耗、能耗一览表 名称 耗量 名称 耗量 空气 150m3/h 旋涡气泵

22、 2.2KW 蒸汽发生器 6KW 总计 150m3/h 总计 8.2KW 注：电能实际消耗与操作状况有关。 五、安全生产技术 （一）生产事故及处理预案 1. 空气出口温度突然升高 造成空气出口温度突然升高的原因主要有空气流量下降、换热器蒸汽压力升高、 空气入口温度升高和加热蒸汽漏入空气。 首先，检查空气流量、空气入口温度和换热器蒸汽压力的示值。 （1）如空气入口温度、蒸汽压力和空气流量的示值正常，则进行换热器的切换， 并通知维修工段进行换热器的检修。 （2）如蒸汽压力和空气流量的示值正常而空气入口温度升高， 则将蒸汽压力下调， 观测空气出口温度，至回到正常值停止调节。 （3）如蒸汽压力和空气入

23、口温度的示值正常而空气流量下降，则将空气流量调回 原值，观测空气出口温度是否回到正常值。 （4）如空气流量和空气入口温度的示值正常而蒸汽压力上升，则可能是蒸汽分配 11 器至换热器管路上的电动调节阀发生故障无法关小或蒸汽分配器压力过大而导致电动 调节阀调节不过来造成的，首先要检查蒸汽分配器的蒸汽压力，如压力过大则关小蒸 汽入口阀门 VA109，看换热器蒸汽压力是否回到正常值，如蒸汽分配器压力正常而换 热器蒸汽压力无法回到正常值， 则减小蒸汽分配器至换热器管路上的阀门 VA112 开度， 使蒸汽压力调回至正常值，同时向指导教师报告电动调节阀故障。 待操作稳定后，记录实训数据；继续进行其它实训。

24、2. 空气出口温度变低 造成空气出口温度变低的原因主要有空气流量升高、换热器蒸汽压力下降、空气 入口温度下降升高、换热器中冷凝液未及时排除、换热器中存在不凝气和换热器传热 性能的下降（如污垢热阻的增加）。 首先，进行检查空气流量、空气入口温度和换热器蒸汽压力的示值。 （1）如空气入口温度、蒸汽压力和空气流量的示值正常，则（ A ）打开换热器上 的不凝气排空阀 VA124 或 VA127 约 2-3分钟；排除不凝气后， 观测空气出口温度是否 回到正常值； （B）如空气出口温度依然偏低，检查冷凝水排除管路上的阀门的状态是 否正确，如正确可初步判断为电磁阀损坏，可以打开与其并联的阀 VA135 ，将

25、冷凝水 排除，观察疏水器是否有冷凝水排除，如无冷凝水排除，可打开与疏水器并联的阀 VA133 少许，观测是否有冷凝水排除，观测冷凝水排除后，观测空气出口温度是否回 到正常值； （C）如上述操作还无法使空气出口温度正常，则进行换热器的切换，并通 知维修工段进行换热器的检修。 （2）如蒸汽压力和空气流量的示值正常而空气入口温度下降， 则将蒸汽压力上调， 观测空气出口温度，至回到正常值时停止调节。 （3）如蒸汽压力和空气入口温度的示值正常而空气流量升高，则将空气流量调回 原值，观测空气出口温度是否回到正常值。 （4）如空气流量和空气入口温度的示值正常而蒸汽压力下降，则可能是蒸汽分配 器至换热器管路上

26、的阀门或电磁阀发生故障导致阻力太大使蒸汽无法通过或蒸汽分配 器压力过低造成的，首先要检查蒸汽分配器的蒸汽压力，如压力过低则开大蒸汽入口 阀门 VA109，看换热器蒸汽压力是否回到正常值，如蒸汽分配器压力正常而换热器蒸 汽压力无法回到正常值，此时可以将与电磁阀并联的阀门 VA117 打开，观察蒸汽压力 是否能自动调回原值，观测空气出口温度是否回到正常值，能回到正常，进行操作并 向指导教师汇报电磁阀故障； 如蒸汽分配器的蒸汽压力 PI01 过小不能使换热器蒸汽压 12 力 PIC02 回到正常值，则应及时向指导教师报告并给出减量操作的空气流量值。 待操作稳定后，记录实训数据；继续进行其它实训。 （

27、二）工业卫生和劳动保护 化工单元实训基地的老师和学生进入化工单元实训基地后必须穿戴劳防用品：在 指定区域正确戴上安全帽，穿上安全鞋，在进入任何作业过程中佩戴安全防护眼镜， 在任何作业过程中佩戴合适的防护手套。无关人员不得进入化工单元实训基地。 1.用电安全 （1）进行实训之前必须了解室内总电源开关与分电源开关的位置，以便出现用电 事故时及时切断电源。 （2）在启动仪表柜电源前，必须清楚每个开关的作用。 （3）启动电机，上电前先用手转动一下电机的轴，通电后，立即查看电机是否已 转动；若不转动，应立即断电，否则电机很容易烧毁。 （4）在实训过程中，如果发生停电现象，必须切断电闸。以防操作人员离开现

28、场 后，因突然供电而导致电器设备在无人看管下运行。 （5）不要打开仪表控制柜的后盖和强电桥架盖，应请专业人员进行电器的维修。 2.烫伤的防护 由于本实训装置使用蒸汽， 因此凡是有蒸汽通过的地方都有烫伤的可能， 尤其是没 有保温层覆盖的地方更应注意。空气被加热后温度很高，疏水器的排液温度更高， 不 能站在热空气和疏水器排液出口处，以免烫伤。 3. 蒸汽分配器的使用 按照国家标准蒸汽分配器为压力容器， 应按国家标准进行定期检验与维护， 不允许 不经检验使用。 4.环保 不得随意丢弃化学品，不得随意乱扔垃圾，避免水、能源和其他资源的浪费，保持 实训基地的环境卫生。本实训装置无三废产生。 5. 行为规

29、范 （1）不准吸烟 （2）保持实训环境的整洁 （3）不准从高处乱扔杂物 （4）不准随意坐在灭火器箱、地板和教室外的凳子上 13 5）非紧急情况下不得随意使用消防器材（训练除外） 6）不得靠在实训装置上 7）在实训场地、在教室里不得打骂和嬉闹 8）使用后的清洁用具按规定放置整齐 六、实训操作步骤 （一）开车前的准备 1.了解列管式换热器传热的基本原理； 2.熟悉空气 -水蒸汽传热实训工艺流程、实训装置及主要设备； 3. 检查公用工程（水蒸汽、电）是否处于正常供应状态； 4. 检查流程中各阀门是否处于正常开车状态： 关闭阀门 VA102、VA103、VA104、VA105 、VA106、VA107

30、、VA108、VA109、 VA110、VA112、VA115、VA117、VA121、VA122、VA123、VA124、VA125、VA126、 VA127、VA128、VA129、VA130、VA133、VA135、VA136、VA137、VA138； 全开阀门 VA101、 VA113、VA114、VA118 、VA120、VA131、VA132； 5. 设备上电，检查各仪表状态是否正常，动设备试车； 6. 了解本实训所用蒸汽、空气和压缩空气的来源； 7. 按照要求制定操作方案。 发现异常情况，必须及时报告指导教师进行处理。 （二）正常开车 空气：本实训所用空气由旋涡气泵 P101 提

31、供。 1. 启动仪表柜总电源。通过变频器将空气流量显示与控制仪表值（ FIC01 ）设定 在 40-100m3/h 之间的某一数值，空气流量通过涡轮流量计测量，变频器输出适宜的电 源频率来调节旋涡气泵的转速从而控制空气流量。 2. 启动旋涡气泵 P101，空气由旋涡气泵吹出，空气压力由压力表 PI03 显示，空 气由支路控制阀进入换热器。 套管换热器 E101: 打开阀门 VA103 和 VA104 ，空气通过入口阀门 VA103 进入 套管式换热器 E101的管程，与壳程蒸汽呈逆流流动，通过出口阀门 VA104 排出。空 气入口温度由温度显示仪 TI03 显示，出口温度由温度显示仪 TI04

32、 显示。通过换热， 空气温度升高。 14 列管换热器 E102: 打开阀门 VA105 和 VA106，空气通过入口阀门 VA105 进入 列管式换热器 E102的管程，与壳程蒸汽呈逆流流动，通过出口阀门 VA106 排出。空 气入口温度由温度显示仪 TI01 显示，出口温度由温度显示仪 TI02 显示。通过换热， 空气温度升高。 板式换热器 E103: 打开阀门 VA107 和 VA108，空气通过入口阀门 VA107 进入 板式换热器 E103，与蒸汽呈逆流流动，通过出口阀门 VA108 排出。空气入口温度由 温度显示仪 TI05 显示，出口温度由温度显示仪 TI06 显示。通过换热，空气

33、温度升高。 蒸汽：本实训所用蒸汽由蒸汽发生器供给，最高蒸汽压力为 0.4MPa 1. 缓慢打开蒸汽分配器上的蒸汽总管进汽阀门 VA109 ，使水蒸汽进入蒸汽分配器 R101。注意观察压力表 PI01，当其稳定在指定值（表压 0.2MPa）后，标志着蒸汽可 用于实训。 2. 蒸汽通过支路控制阀进入换热器 E101/E102/E103。蒸汽流量由 FV01 控制，将 PIC02 显示仪调到手动控制状态 （AM ），蒸汽压力由 PIC02 显示与控制（40-100kPa）， 通过调节控制仪的输出百分比来调节蒸汽流量。 套管换热器 E101: 依次打开阀门 VA123 、VA124 、VA125 ，蒸

34、汽通过入口阀门 VA123 进入套管式换热器 E101 的壳程，与管程空气呈逆流接触。通入蒸汽 2分钟后， 关闭阀门 VA124 。通过换热，蒸汽变为冷凝水，从换热器的另一端通过出口阀门 VA131、 VA132、 VA134 和疏水器排出。 列管换热器 E102: 依次打开阀门 VA126、 VA127、VA128 ，蒸汽通过入口阀门 VA126 进入列管式换热器 E102 的壳程，与管程空气呈逆流接触。通入蒸汽 2分钟后， 关闭阀门 VA127 。通过换热，蒸汽变为冷凝水，从换热器的另一端通过出口阀门 VA131、 VA132、 VA134 和疏水器排出。 板式换热器 E103: 依次打开

35、阀门 VA129 和 VA130 ，蒸汽通过入口阀门 VA129 进入板式换热器 E103，与空气呈逆流流动，通过出口阀门 VA130 排出。通过换热， 蒸汽变为冷凝水，从换热器的另一端通过出口阀门 VA131 、VA132、VA134 和疏水器 排出。 注意：正常操作中，只能有一个换热器处于工作状态 开车过程发生异常现象，必须及时报告指导教师进行处理。 15 （三）正常操作 （1）经常检查空气的流量是否在正常范围内。 （2）经常检查水蒸汽和空气的压力变化，尤其是水蒸汽的压力变化，避免出现因 压力变化而造成的温度变化，还应避免水蒸汽压力过高造成的危险，出现异常现象要 及时查明原因，排除故障。

36、（3）经常检查或定期测定水蒸汽和空气进出口温度的变化，每5 分钟记录一次数 据。 （4）在操作过程中，应定时排除不凝性气体和冷凝液。 （5）定时检查换热器有无渗漏，有无振动现象，注意及时排除异常现象。 （6）当换热过程稳定 20 分钟后，准备停车。 （四）正常停车 （1）关闭蒸汽分配器上的蒸汽总管进汽阀门 VA109 。 （2）待蒸汽分配器 R101 的放空口 VA110 没有蒸汽逸出后，关闭换热器蒸汽入口 阀门 VA112。 （3）等空气出口温度降至 40后，关旋涡气泵电源。 （4）关闭换热器空气入口阀门 VA103/VA105/VA107 。 （5）关闭换热器空气出口阀门 VA104/VA

37、106/VA108 。 （6）关闭总电源。 （7）检查停车后各设备、阀门、蒸汽分配器的状态。 16 七、设备一览表 表 2 换热设备的结构 序 号 位号 名称 用途 规格 1 R101 蒸汽分配器 分配并临时贮 存水蒸汽 219700mm，带安全阀 等全套连接管路与阀门 2 E101 套管式换热 器 完成换热任务 1081200mm（列管）（内 管 761mm ） 3 E102 列管式换热 器 159 1200m（m列管）（内 管 201mm ），有圆缺 形折流挡板 4 E103 板式换热器 BRC 2.0 ，换热面积 2 m2 5 P101 旋涡气泵 为换热器提供 连续定量的压 缩空气 XG

38、B-7 型旋涡气泵，功率 2.2 KW ，最大流量 3 210 m h 17 八、仪表计量一览表及主要仪表规格型号 表 3 仪表及测量传感器 序号 位号 仪表用途 仪表位置 规格 执行器 传感器 显示仪 1 FIC01 空气流量控 制 集中 3 0150m3/h 涡轮流量计 AI-708B 变频器 2 PIC02 水蒸汽压力 控制 集中 0 400KPa 压力传感器 AI-708B 电动调 节阀 3 PI01 分配器中水 蒸汽压力 就地 指针压力表 4 PI03 P101 出口空 气压力 集中 040KPa 压力传感器 AI 501D 5 TI01 E102 进口空 气温度 集中 Pt100

39、热电阻 AI 501D 6 TI02 E102 出口空 气温度 集中 7 TI03 E101 进口空 气温度 集中 8 TI04 E101 出口空 气温度 集中 9 TI05 E103 进口空 气温度 集中 10 TI06 E103 出口空 气温度 集中 11 TI07 出口总管空 气温度 集中 12 18 九、附录： 附录一 空气的性质 常温下的空气是无色无味的气体。空气是由多种气体混和而成的，按体积计，干 燥空气中氧气约占 21，氮气约占 78，还有二氧化碳、微量的稀有气体(氩、氖、 氦、氪、氙)、甲烷及其它碳氢化合物、氢、臭氧等。此外，空气中还有量少而不定 的水蒸汽及灰尘等。干空气的物理

40、性质如下表所示： 附表 1 干空气的物理性质 (101.33 kPa) 温度 t 密度 kg/m3 比热容 cp kJ/(kg ) 导热系数 2 10 W/(m ) 粘度 5 10 Pa s 20 1.205 1.005 2.593 1.81 30 1.165 1.005 2.675 1.86 40 1.128 1.005 2.756 1.91 50 1.093 1.005 2.826 1.96 60 1.060 1.005 2.896 2.01 70 1.029 1.009 2.966 2.06 80 1.000 1.009 3.047 2.11 90 0.972 1.009 3.128 2

41、.15 100 0.946 1.009 3.21 2.19 120 0.898 1.009 3.387 2.29 140 0.854 1.013 3.489 2.37 160 0.815 1.017 3.64 2.45 180 0.779 1.022 3.780 2.53 200 0.746 1.026 3.931 2.60 19 附录二 水蒸汽的性质 附表 2 饱和水蒸汽表 （以用 kPa 为单位的压强为准） 绝对压强 kPa 温度 蒸汽的密度 kg/m3 焓 kJ/kg 汽化热 kJ/kg 液体 气体 90.0 96.4 0.53384 403.49 2670.8 2267.4 100.0

42、 99.6 0.58961 416.90 2676.3 2259.5 120.0 104.5 0.69868 437.51 2684.3 2246.8 140.0 109.2 0.80758 457.67 2692.1 2234.4 160.0 113.0 0.82981 473.88 2698.1 2224.2 180.0 116.6 1.0209 489.32 2703.7 2214.3 200.0 120.2 1.1273 493.71 2709.2 2204.6 250.0 127.2 1.3904 534.39 2719.7 2185.4 300.0 133.3 1.6501 560

43、.38 2728.5 2168.1 20 附录四 宇电仪表的使用 附图 2 宇电仪表面板图 面板说明 上显示窗 下显示窗 设置键 数据移位 数据减少键 数据增加键 10个LED指示灯，其中MAN 灯灭表示 自动控制状态，亮表示手动输出状态； PRG 表示仪表处于程序控制状态； M2、OP1、OP2、AL1 、AL2 、 AU1 、 AU2 等等分别对 应模块输入输出动作； COM 灯亮表示正与上位机进行通讯。 基本使用操作 附图 3 仪表显示状态 显示切换： 按 键可以切换不同的显示状态。 修改数据： 需要设置给定值时，可将仪表切换到左侧显示状态，即可通过按 、 或 键来修改给定值。 AI 仪

44、表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。按 键减小数据，按 键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。按键 并保持不放，可以快速地增加 /减少数值，并且速度会随小数点右移自动加快 （ 3级速度）。 而按 键则可直接移动修改数据的位置（光标），操作快捷 21 附图 4 仪表参数设定 设置参数： 在基本状态下按 键并保持约 2 秒钟，即进入参数设置状态。 在参数设置状态下按 键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值 HIAL 、LoAL 等等。用 、 、 等键可修改 参数值。按 键并保持不放，可返回显示上一参 数。先按 键不放接着再按 键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约 30秒

45、 钟后会自动退出设置参数状态 AI 人工智能调节及自整定 （AT） 操作 AI 人工智能调节算法是采用模糊规则进行 PID调节的一种新型算法，在误差大时， 运用模糊算法进行调节，以消除 PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的 PID 算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。 具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。 AI系列调节仪表还具备参数自整定功能， AI 人工智能调节方式初次使用时，可启动自 整定功能来协助确定 M5 、P、t等控制参数。将参数 CtrL设置为2的启动仪表自整定功能， 此时仪表下显示器将闪动显示“

46、 At ”字样，表明仪表已进入自整定状态。自整定时， 仪表执行位式调节，经 23次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分 析其周期、幅度及波型来自动计算出 M5、 P、 t等控制参数。如果在自整定过程中要提 前放弃自整定，可再按键并保持约 2秒钟，使仪表下显示器停止闪动“ At ”字样即 可。视不同系统，自整定需要的时间可从数秒至数小时不等。仪表在自整定成功结束 后，会将参数 CtrL设置为3（出厂时为 1）或4，这样今后无法从面板再按键启动自 整定，可以避免人为的误操作再次启动自整定。 系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将 给定值设置在最常用值或

47、是中间值上。参数 Ctl（控制周期）及 dF（回差）的设置，对 自整定过程也有影响，一般来说，这 2 个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确 度越高。但 dF 值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误 动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐 Ctl=0-2 ，dF=2.0 。此外，基于需要 学习的原因，自整定结束后初次使用， 控制效果可能不是最佳， 需要使用一段时间 （一 般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。 AI 仪表的自整定功能具备较高的准确度，可满足超过 90%用户的使用要求，但由 于自动控制对象的复杂性，对于一些特殊应用场合，自整定出的参数可能并

48、不是最佳 22 值，所以也可能需要人工调整 MPT 参数。在以下场合自整定结果可能无法满意：（ 1） 滞后时间很长的系统；（ 2）使用行程时间长的阀门来控制响应快速的物理量（例如流 量、某些压力等），自整定的 P、t 值常常偏大。用手动自整定则可获得较准确的结果； （3）对于致冷系统及压力、 流量等非温度类系统， M5 准确性较低，可根据其定义 （即 M5 等于手动输出值改变 5%时测量值对应发生的变化）来确定 M5；（ 4）其他特殊的 系统，如非线性或时变型系统。如果正确地操作自整定而无法获得满意的控制，可人 为修改 M5、P、t 参数。人工调整时，注意观察系统响应曲线， 如果是短周期振荡（

49、与 自整定或位式调节时振荡周期相当或略长），可减小 P（优先），加大 M5 及 t；如果 是长周期振荡（数倍于位式调节时振荡周期），可加大 M5 （优先），加大 P，t；如 果无振荡而是静差太大可减小 M5（优先），加大 P；如果最后能稳定控制但时间太长， 可减小 t（优先），加大 P，减小 M 5。 调试时还可用逐试法，即将 MPT 参数之一增 加或减少 3050%，如果控制效果变好， 则继续增加或减少该参数， 否则往反方向调整， 直到效果满足要求。 一般可先修改 M5，如果无法满足要求再依次修改 P、t和ctl 参数， 直到满足要求为止。 实训设备数据处理 1#传热装置 以下为 1#装置中

50、 A 组风机的空气流量所对应的电源频率数： 3 A 组空气流量 V（m 3/h） 113. 5 81.0 69.8 58.2 46.5 34.6 22.8 11. 1 电源频率 （Hz） 50 35 30 25 20 15 10 5 以下为分别改变热蒸汽流量和冷空气流量时的原始数据记录： 蒸汽压力 蒸汽分配器 空气流量 进口温度 出口温度 管道压力 风机出口温度 (KPa) 压力 (MPa) V(m 3/h) （） （） (KPa) （） 40 0.2 30 30.8 80.7 0.6 32.2 40 0.195 35 30.9 80.7 0.6 33 40 0.195 40 31.5 81.

51、2 0.8 33.8 40 0.205 45 32.8 82.3 0.9 35.4 40 0.19 50 34.2 83 1.1 37.2 23 40 0.19 55 35.5 83.2 1.3 38.8 40 0.19 60 36.4 83.4 1.5 40 40 0.19 70 39.2 83.7 1.9 42.6 40 0.19 80 42 84.3 2.4 45.7 40 0.19 90 45 84.6 3 49 40 0.19 100 48.1 85.3 3.7 52.6 50 0.185 50 43.4 88.3 1 44.5 60 0.19 50 41.5 89.5 1 42.6

52、 70 0.19 50 40 90.2 1.1 41.6 80 0.2 50 39.5 91.3 1 41.3 90 0.18 50 39.1 92.3 1.1 41.5 100 0.17 50 39.2 93.3 1.1 41.4 120 0.19 50 39.3 95.2 1.1 41.5 140 0.19 50 39.3 97 1.1 41.6 以第五组数据为例，蒸汽压力 0.04MPa（表压）时，空气流量 50 m3/h，进口温度 34.2，出口温度 83，则：蒸汽温度 118.4 空气的平均温度 tm t1 t2 58.6 2 tm() 3 (kg/m3) CP(kJ/(kg) 21

53、(0W/m) 15(0 PaS) Pr 58.6 1.06495 1.005 2.8855 2.0025 0.6963 所以： V 3600 50 1.065 3600 0 .0148 kg / s Q WC p t2 t1 0.0148 1.005 83 34.2 0.717W 以管子内径为基准计算传热面积： 2 S n dl 7 3.14 0.018 1.2 0.475 m2 24 Q S tm Re ud W 0.785 d 7.27 10 Nu 0.255 0.018 2 .8855 10 2 15.7 10 0.475 01.1781.74 58.6 0.0255 W/(m2?) 对

54、于管内被加热的空气，普兰特准数 Pr 变化不大，可以认为是常数，则关联式的 形式简化为： Nu ARe m Pr 0.4 上图为平均温度为 60时，在双对数坐标纸上的 Nu-Re 的关系，斜率 =m=0.952， 截距=lg(Apr 0.4)=-6.45；pr=0.696 ，pr0.4=0.865 ， 所以 A=4.110-7 Nu ARe m Pr 0.4 4.1 10 7 Re 0.952 Pr 0.4 以下为经过处理的数据： tw() W=V / 3600(kg/S) Q=WC P(t2-t 1) (W) =Q/(S 2 tm)(W/(m 2?) Re 10-4 Nu 103 tm= t

55、w-t m() 120.2 0.00877 0.440 0.0145 4.366 8.96 64.45 120.2 0.0102 0.512 0.0169 5.09 10.4 64.4 120.2 0.0117 0.585 0.0194 5. 82 12.0 63.85 120.9 0.0132 0.655 0.0220 6.55 13.6 63.35 118.4 0.0148 0.717 0.0255 7.27 15.7 59.8 25 118.4 0.0161 0.77 0.0277 8.00 17.1 59.05 118.4 0.0175 0.829 0.0301 8.73 18.6 5

56、8.5 118.4 0.0205 0.916 0.0342 10.2 21.1 56.95 118.4 0.0234 0.995 0.0383 11.6 23.6 55.25 118.4 0.026302 1.048 0.0416 13.1 25.7 53.6 118.4 0.0292 1.094 0.0449 14.5 27.8 51.7 117.5 0.0146 0.660 0.0271 7.27 16.8 51.65 118.4 0.014612 0.706 0.0283 7.27 17.5 52.9 118.4 0.0146 0.738 0.0294 7.27 18.2 53.3 12

57、0.2 0.0146 0.761 0.0295 7.27 18.3 54.8 116.6 0.0146 0.782 0.0326 7.27 20.2 50.9 114.8 0.014612 0.795 0.0348 7.27 21.5 48.55 118.4 0.0146 0.822 0.0341 7.27 21.1 51.15 118.4 0.0146 0.848 0.0358 7.27 22.1 50.25 26 2#传热装置 以下为装置 2#中 A 组风机的空气流量所对应的变频数： A 组空气流量 3 V (m 3/h) 111. 3 90.6 68.8 45.9 34.2 22.1 1

58、0.1 电源频率 Hz 50 40 30 20 15 10 5 以下为分别改变热蒸汽流量和冷空气流量时的原始数据记录： 蒸汽压力 蒸汽分配器压力 空气流量 进口温度 出口温度 管道压力 风机出口温度 (KPa) (MPa) V(m 3/h) （） （） (KPa) （） 40 0.11 30 35.1 79.9 0.5 36.6 40 0.095 35 34.8 80.4 0.6 37 40 0.09 40 34.9 80.7 0.7 37 40 0.11 45 35.1 81 0.9 37.4 40 0.11 50 35.8 81.3 1.1 38.2 40 0.11 55 36.6 80.

59、7 1.3 39.4 40 0.11 60 38.3 80.4 1.5 41.5 40 0.09 70 41 79.7 2 44.1 40 0.1 80 43.8 79.3 3.5 47 40 0.1 90 47.8 79.1 3.1 50.9 40 0.11 100 51.2 79.5 3.8 54.6 50 0.11 50 43.4 80.4 1.1 45 60 0.115 50 41.1 79.6 1.1 43 70 0.1 50 39.6 77 1.1 41.5 80 0.115 50 39 76 1.1 41.3 90 0.1 50 38.5 74.9 1.1 40.9 100 0.

60、17 50 37.7 76.5 1.1 40 120 0.16 50 36.3 76 1.1 38.9 140 0.17 50 35.6 73.9 1.1 38 以第五组数据为例，蒸汽压力 0.11MPa（表压）时，空气流量 50 m3/h，进口温度 35.8，出口温度 81.3，则：蒸汽温度 tW=100.45 27 空气的平均温度 t m t1 t2 58.55 2 tm() (kg/m3) CP(kJ/(kg) 21(0W/m) 15(0 PaS) Pr 58.55 1.065 1.005 2.8855 2.0025 0.6963 所以： V 3600 50 1.065 3600 0.0