热工仪表培训课件1

热工仪表培训课件第一章:热工仪表概述热工仪表是工业生产过程中不可或缺的测量与控制设备,它们在石化、电力、冶金、制药等领域发挥着关键作用。通过精确测量和实时监控各种工艺参数,热工仪表为生产安全、工艺优化和节能减排提供了可靠的数据支撑。温度测量监测工艺过程中的温度变化,确保反应条件符合要求压力测量实时掌握设备和管道的压力状态,防止超压事故流量测量精确计量物料和能源的消耗,优化生产成本液位测量监控储罐和容器的液位高度,保障工艺连续性热工仪表的作用与意义保障生产安全通过实时监测关键工艺参数,热工仪表能够及时发现异常情况,触发报警和联锁保护,有效预防生产事故的发生,保护人员和设备安全。优化工艺控制精确的测量数据为自动控制系统提供反馈信息,使生产过程保持在最佳工艺条件下运行,提高产品质量和生产效率。节能降耗第二章:温度仪表基础温度是工业过程中最常测量的参数之一。温度测量仪表种类繁多,各有特点和适用范围。选择合适的温度传感器需要综合考虑测量范围、精度要求、响应时间、安装环境等多方面因素。热电偶基于塞贝克效应,测量范围宽(-200℃至1800℃),响应快速,成本较低,广泛应用于高温测量场合热电阻(RTD)利用金属电阻随温度变化特性,精度高、稳定性好,适用于-200℃至850℃范围的精密测量红外测温热电偶详解热电偶由两种不同金属材料的导体组成闭合回路。当两个接点处于不同温度时,回路中就会产生热电势,这一现象称为塞贝克效应。热电势的大小与两接点的温度差成正比,通过测量热电势即可推算温度值。常见热电偶类型K型(镍铬-镍硅):测量范围-200℃至1300℃,应用最广泛,性价比高S型(铂铑10-铂):测量范围0℃至1600℃,精度高,用于高温精密测量J型(铁-康铜):测量范围-40℃至750℃,适用于还原性气氛T型(铜-康铜):测量范围-200℃至350℃,低温测量性能优异热电阻(RTD)详解热电阻是利用金属导体的电阻值随温度升高而增大的特性进行温度测量的传感器。铂电阻是最常用的热电阻类型,具有优异的稳定性、重复性和线性度,是国际温标的基准器具。Pt100铂电阻0℃时电阻值为100Ω,测量范围-200℃至850℃,精度等级A级可达±(0.15+0.002|t|)℃,是工业测温的标准器件响应特性热电阻的热惯性较大,响应时间通常为几秒至几十秒,适用于温度变化较缓慢的场合典型应用温度仪表安装与注意事项正确的安装是确保温度测量准确性和可靠性的关键。安装位置选择不当会导致测量误差、响应迟缓甚至传感器损坏。01选择测量位置传感器应安装在能够代表被测介质实际温度的位置,避免受到热源、冷源或气流的直接影响,确保充分接触被测介质02保护套管使用在高压、高流速或腐蚀性介质中,必须使用保护套管保护传感器。保护套管材质应与介质相容,长度和插入深度需根据工艺条件确定03接线与密封使用专用接线盒保护接线端子,确保密封性能良好,防止水汽侵入。补偿导线的选择和连接方式必须正确,避免引入测量误差避免应力损伤第三章:压力仪表基础压力是单位面积上所承受的垂直作用力,是工业过程中的重要参数。压力测量对于保障设备安全运行、优化工艺控制具有重要意义。常用的压力单位包括帕斯卡(Pa)、巴(bar)、千克力每平方厘米(kgf/cm²)和磅每平方英寸(psi)。弹性元件式利用弹性元件变形与压力关系测量,结构简单可靠,直读式压力表的典型代表电容式通过检测膜片变形引起的电容变化测量压力,精度高、稳定性好压阻式利用半导体材料的压阻效应,灵敏度高,适合动态压力测量压力表用于现场直接显示压力值,而压力变送器则将压力信号转换为标准电信号(如4-20mA)进行远传,便于集中监控和自动控制。弹性元件压力表弹性元件式压力表通过弹性元件(如弹簧管、膜盒、波纹管)在压力作用下产生的弹性变形,经传动机构放大后驱动指针显示压力值。这类压力表结构简单、工作可靠、成本低廉,是工业现场最常用的压力测量仪表。弹簧管压力表采用C型或螺旋型弹簧管作为敏感元件,测量范围宽(0至1600bar),适用于气体、液体和蒸汽压力测量膜盒压力表使用波纹膜盒作为敏感元件,适用于微压和低压测量(通常小于0.1MPa),灵敏度高维护要点定期检查表盘清晰度、指针归零情况、表壳密封性,按规定周期进行校验,确保测量准确性压力变送器工作原理信号转换与传输压力变送器将压力传感器检测到的压力信号转换为标准的模拟信号(4-20mA或0-10V)或数字信号(HART、PROFIBUS等协议)。标准信号便于远距离传输、抗干扰能力强,可直接连接到DCS、PLC等控制系统。电容式压力变送器压力作用于隔离膜片,通过硅油传递到测量膜片,引起电容值变化。电子电路将电容变化转换为标准信号输出。具有高精度、高稳定性、可测量微差压等优点。压阻式压力变送器采用扩散硅或溅射薄膜技术制成的压阻式传感器,压力引起应变电阻变化,通过惠斯通电桥转换为电压信号。响应速度快,适用于动态压力测量。安装调试要点变送器应垂直安装,测量气体压力时安装在管道上方,测量液体压力时安装在管道下方引压管路应尽量短,避免气体积聚或液体沉淀根据现场条件选择合适的安装支架和防护措施通电后进行零点和量程调整,确保输出信号准确对于测量腐蚀性或高温介质,需选配隔离膜片或冷凝装置第四章:流量仪表基础流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体量,可以用体积流量或质量流量表示。流量测量在能源计量、物料平衡、工艺控制中都起着关键作用。根据测量原理的不同,流量计可分为差压式、速度式、容积式和质量式等多种类型。差压式流量计通过节流装置产生的压差计算流量,技术成熟、应用广泛,适用于大口径管道测量涡街流量计基于卡门涡街原理,测量范围宽、精度高,适用于气体、液体和蒸汽测量热式质量流量计直接测量质量流量,不受温度压力影响,特别适合气体流量测量选择流量计时需综合考虑被测介质特性、管道条件、测量精度要求、压力损失、安装维护成本等因素。差压式流量计原理差压式流量计是基于伯努利方程和流体连续性原理工作的。当流体流经节流装置(孔板、喷嘴、文丘里管等)时,流速增大、压力降低,在节流装置前后产生压力差。通过测量压差并结合流体性质和管道参数,可以计算出流量值。核心关系式体积流量qv=C×ε×(π/4)×d²×√(2ΔP/ρ)C为流出系数,与节流装置类型和雷诺数有关ε为可膨胀性系数,气体测量时需考虑d为节流件开口直径ΔP为差压值ρ为流体密度应用案例某化工厂蒸汽流量测量采用标准孔板配差压变送器方案。管道DN200,设计流量20t/h,选用β=0.6的标准孔板,配量程0-40kPa的智能差压变送器,实现了±1.5%的测量精度,满足工艺和能源计量要求。热式气体质量流量计热式气体质量流量计基于热扩散原理,直接测量气体的质量流量,不受温度、压力变化的影响。其核心部件包括两个温度传感器:一个作为参考温度探头,另一个被加热到高于参考温度的恒定温差。当气体流过时,带走热量,维持温差所需的加热功率与质量流量成正比。主要优势直接测量质量流量:无需温压补偿,测量结果准确可靠量程比宽:可达100:1,适应流量变化范围大的场合压力损失小:无节流部件,不影响工艺系统压力响应速度快:适用于流量快速变化的工况适用范围广:可测量洁净气体、干燥气体,包括天然气、压缩空气、氮气等热式流量计在环保监测、能源管理、工艺控制等领域应用广泛,特别适合大管径、低流速气体的测量。热式气体质量流量计安装1一体式安装传感器探头和转换器集成一体,直接安装在管道上,适用于环境条件良好的场所,安装简便2分体式安装传感器探头安装在管道上,转换器远程安装,通过电缆连接。适用于高温、振动或空间受限的场合,便于操作和维护3直管段要求上游需要10D以上直管段,下游需要5D以上直管段(D为管道内径),确保流场稳定,减小测量误差4安装方向传感器探头应垂直或倾斜插入管道,插入深度通常为管道直径的1/3至2/3,避免安装在管道弯头、阀门等扰流位置防爆要求:在易燃易爆场所使用时,必须选用防爆型产品,防爆等级应满足现场要求,安装时严格遵守防爆规范。同时注意环境温度和湿度对仪表性能的影响,必要时加装防护罩或保温措施。第五章:液位仪表基础液位测量是指对容器、储罐或槽池中液体介质高度的测量。准确的液位测量对于物料平衡、库存管理、安全控制至关重要。液位测量方法多样,每种方法都有其特定的应用场景和优缺点。浮球液位计结构简单、价格低廉,适用于常压或低压储罐的液位测量,可实现液位控制和报警功能导波雷达液位计采用时间域反射原理,测量精度高、不受介质特性影响,适用于各种复杂工况的液位测量超声波液位计非接触式测量,安装维护方便,适用于敞口容器、污水池等场合,但受温度和蒸汽影响较大静压式液位计通过测量液体静压力推算液位高度,安装简单、价格适中,适用于密闭容器的液位测量浮球液位计浮球液位计利用浮力原理工作,浮球随液位升降而上下移动,通过连杆或磁耦合方式将液位变化转换为电信号或机械信号输出。这是一种历史悠久、应用广泛的液位测量方式。优点分析结构简单、工作可靠、故障率低不需要外部电源,本质安全价格经济,维护成本低可直接驱动报警或控制开关局限性受浮球材质限制,不适用于强腐蚀性介质测量精度相对较低机械部件易受卡涩影响不适合高粘度或含固体颗粒的介质浮球液位计常用于水处理、化工储罐、食品饮料等行业的液位控制和报警系统。导波雷达液位计导波雷达液位计(GWR)发射高频微波脉冲沿探杆或钢缆向下传播,当遇到介质表面时产生反射,仪表通过测量发射和接收信号的时间差计算液位高度。这种测量方式不受介质介电常数、密度、温度、压力变化的影响,具有极高的可靠性。高精度测量测量精度可达±2mm,分辨率1mm,满足精细化工艺控制要求,特别适合界面测量和小罐体测量测量距离远杆式探头可测量至6米,缆式探头可测量至35米以上,覆盖绝大多数工业储罐的测量需求安装注意探杆安装应保持垂直,避免接触罐壁。在金属容器中,探杆与罐壁距离应大于200mm。对于搅拌罐,需使用导波管保护探杆,避免机械损坏第六章:仪表安装与调试仪表的选型、安装和调试是确保测量系统正常运行的关键环节。正确的选型需要充分了解工艺条件、介质特性、测量要求和现场环境;规范的安装能够避免测量误差和设备损坏;严格的调试则是保证系统投运后稳定可靠工作的前提。01选型评估根据测量参数类型、量程范围、精度等级、介质特性(温度、压力、腐蚀性、粘度等)、安装条件和预算约束,选择合适的仪表类型和规格02安装准备检查仪表型号、规格、附件是否齐全;准备必要的安装工具、辅材和防护用品;确认安装位置、管路连接方式符合设计要求03现场安装按照产品说明书和安装规范进行安装,注意安装方向、插入深度、直管段要求、密封措施等细节,确保安装质量04接线调试按接线图正确连接电源和信号线,检查接地是否良好;通电后进行零点校准、量程调整和功能测试,确认输出信号准确可靠05试运行在实际工艺条件下运行观察,记录测量数据,与标准仪表或实际值比对,必要时进行微调,直至满足要求仪表接线与信号传输接线规范仪表接线必须严格按照接线图和规范进行,确保电源极性正确、信号线不接反。使用屏蔽电缆时,屏蔽层应单点接地,通常在控制室侧接地。多芯电缆中的备用芯线应在两端接地,避免成为干扰源。信号类型模拟信号:4-20mA电流信号是工业现场最常用的标准信号,具有抗干扰能力强、传输距离远(可达数公里)的优点。0-10V电压信号传输距离较短,但在短距离传输时接线简单。数字信号:HART、PROFIBUS、Modbus等数字通信协议可传输更多信息,支持远程诊断和参数设置,是智能仪表的发展方向。防干扰措施信号电缆与动力电缆分开敷设,交叉时应垂直使用屏蔽电缆,屏蔽层正确接地仪表电源采用隔离电源或稳压电源合理布置接地网,确保接地电阻符合要求在强干扰场所使用信号隔离器接地要求:仪表接地分为保护接地和工作接地。保护接地用于保护人身安全,接地电阻应小于4Ω;工作接地用于抑制干扰,接地电阻应小于1Ω。仪表的保护接地和工作接地应分开设置,避免相互干扰。PID控制仪表简介PID控制是工业自动化中应用最广泛的控制算法,通过比例(P)、积分(I)、微分(D)三种控制作用的组合,实现对被控参数的精确调节。PID控制仪表接收测量信号与设定值比较,计算偏差,输出控制信号驱动执行机构,使被控参数稳定在设定值附近。比例控制(P)控制作用与偏差成正比,响应快速,但存在稳态误差。比例增益过大会引起振荡,过小则调节缓慢积分控制(I)消除稳态误差,但响应较慢。积分时间过短会引起振荡,过长则消除误差缓慢微分控制(D)根据偏差变化趋势提前调节,改善动态特性,但对干扰敏感。微分时间需根据工艺特性合理设置PID参数整定方法包括经验法、临界比例法、衰减曲线法等。现代智能控制仪表多具有自整定功能,能够根据系统响应自动计算最优PID参数,简化了调试工作。SLPC可编程调节器案例SLPC系列可编程调节器是一种智能型多功能控制仪表,集测量、显示、控制、通信于一体。除了标准的PID调节功能外,还支持用户自定义程序,可实现复杂的控制逻辑和工艺流程自动化。工作特点采用节拍式工作方式,按照预设程序逐步执行各个控制环节支持多段程序控制,可编制升温、保温、降温等工艺曲线具有丰富的输入输出接口,可连接多种传感器和执行器内置通信接口,支持远程监控和参数设置编程要点用户程序由若干个程序段组成,每个程序段定义一个控制目标和持续时间。编程时需明确各段的设定值、升降速率、报警条件等参数。程序调试时先进行空载模拟,确认逻辑正确后再投入实际运行。第七章:安全与维护热工仪表的安全使用和定期维护是保障生产连续稳定运行的重要保证。仪表故障不仅影响生产效率,还可能引发安全事故。建立完善的维护制度,定期进行检查、校验和维护,及时发现和排除隐患,是每个工厂必须重视的工作。安全操作规程操作人员必须经过培训持证上岗,熟悉仪表性能和操作方法;严禁带压拆装仪表,维护前必须泄压并采取安全措施;在易燃易爆区域作业时严格遵守防爆规定定期校验计划根据仪表精度等级和重要程度,制定校验周期。一般仪表每年校验一次,重要仪表每半年校验一次,安全联锁仪表每季度校验一次。校验应在具备资质的实验室或使用标准器具进行日常维护保养定期检查仪表外观、接线、密封情况;清理积尘、油污,保持仪表清洁;检查显示是否正常、输出是否稳定;记录运行状态,建立设备档案备品备件管理根据仪表的易损部件和故障率,合理储备备品备件,包括传感器、变送器、显示表、电源模块等关键部件,确保故障时能够快速更换锅炉及压力容器安全仪表锅炉和压力容器是特种设备,其安全运行直接关系到人民生命财产安全。国家对锅炉压力容器的安全仪表有严格的法规要求,包括仪表的选型、安装、检验和使用管理等各个环节。1安全阀安全阀是防止超压的最重要保护装置,当压力超过设定值时自动开启泄压。必须按规定定期进行校验和排放试验,确保动作可靠。严禁私自调整安全阀或在安全阀出口加装阀门。2压力表锅炉必须装设两块独立的压力表,精度不低于1.5级,表盘直径不小于100mm。压力表应每半年校验一次,表盘刻度范围应为工作压力的1.5-3倍。压力表前应装设三通旋塞或针型阀,便于冲洗和更换。3水位计锅炉必须装设两套独立的水位指示装置,能够清晰指示最高和最低安全水位。应定期进行冲洗,保持畅通。水位计应装设放水阀或放水旋塞,便于冲洗和检修。额定蒸发量大于2t/h的锅炉还应装设高低水位报警装置和低水位联锁保护装置。事故案例警示:某企业锅炉因安全阀长期未检验、压力表失准、水位计不清晰等多重隐患,导致锅炉超压爆炸,造成重大人员伤亡和财产损失。这一案例深刻警示我们,必须严格执行安全仪表的管理制度,确保仪表完好有效。仪表故障诊断实例1温度显示异常现象:温度显示值突然跳变或显示超量程。分析:可能是传感器断线、接线端子松动、补偿导线接错或变送器故障。处理:检查接线是否牢固,测量传感器电阻或热电势是否正常,更换可疑部件。2压力波动频繁现象:压力显示值快速波动,无法稳定。分析:可能是引压管路振动、介质脉动、阻尼设置不当或变送器灵敏度过高。处理:加装缓冲罐或阻尼器,调整变送器阻尼时间,固定引压管路。3流量计读数偏低现象:流量显示值明显低于实际值或与历史数据不符。分析:可能是节流件磨损变形、传感器污染、取压管堵塞或参数设置错误。处理:清洗或更换节流件,冲洗取压管路,核对仪表参数设置,必要时进行现场标定。4液位测量误差大现象:液位显示与实际液位偏差较大或变化不灵敏。分析:可能是传感器安装位置不当、探杆或浮球卡涩、介质密度变化或量程设置不正确。处理:检查安装状态,清理污物,重新校准零点和量程,必要时调整安装位置。仪表数据的监控与分析数据采集系统现代工厂普遍采用分布式控制系统(DCS)或监控与数据采集系统(SCADA)实现对全厂仪表数据的集中监控。这些系统通过工业网络采集现场仪表数据,在中心控制室进行实时显示、记录存储和分析处理。趋势分析通过对历史数据的趋势分析,可以发现工艺参数的变化规律,及时发现异常趋势,预测可能出现的问题。例如,温度缓慢上升可能预示换热器结垢,压力波动增大可能预示阀门或管道存在问题。报警与联锁当监测参数超出设定范围时,系统自动触发报警,提醒操作人员采取措施。对于重要的安全参数,还设置联锁保护,当参数达到危险值时自动切断进料或停车,防止事故扩大。随着大数据和人工智能技术的发展,智能预测性维护正成为趋势。通过机器学习算法分析仪表运行数据,可以提前预测故障,实现主动维护,减少非计划停车。热工仪表的未来发展趋势智能化具备自诊断、自校准、自适应功能的智能仪表成为主流,内置微处理器实现复杂的信号处理和补偿算法,提高测量精度和可靠性网络化支持工业以太网、无线通信等多种通信协议,实现仪表之间、仪表与控制系统之间的无缝连接,支持远程诊断和维护集成化多参数测量、多功能集成成为趋势,一台仪表可同时测量温度、压力、流量等多个参数,减少安装空间和成本在工业4.0和智能制造的背景下,热工仪表作为工业物联网的重要节点,将在数字化工厂建设中发挥更加重要的作用。基于云平台的仪表数据管理、人工智能驱动的预测性维护、增强现实辅助的现场操作等新技术应用前景广阔。新型传感技术如MEMS传感器、光纤传感器、无线传感网络等也在不断拓展仪表的应用领域和性能边界。典型案例分享炼油厂换热器温度监测某炼油厂对关键换热器实施多点温度监测方案,采用无线温度变送器,避免了复杂的电缆敷设。通过实时监测进出口温度和管壁温度分布,及时发现结垢和热点,优化清洗周期,换热效率提升8%,能耗降低5%。气体流量计在环保监测中的应用某化工企业废气排放口安装热式质量流量计,实时监测排放流量,配合气体成分分析仪,准确计算污染物排放总量。数据自动上传环保部门监控平台,确保达标排放,避免了环保处罚,树立了企业良好形象。锅炉液位控制系统优化某热电厂对锅炉汽包液位控制系统进行改造,采用导波雷达液位计替代原有的差压式液位计,消除了密度波动带来的测量误差。配合先进的三冲量控制算法,液位控制精度提高至±10mm,锅炉运行更加稳定,蒸汽品质显著改善。培训总结与知识回顾通过本次热工仪表培训,我们系统学习了温度、压力、流量、液位等主要热工参数的测量原理、仪表类型、安装调试和维护管理知识。这些知识是从事工业自动化工作的基础,希望大家在实践中不断深化理解,积累经验。仪表原理掌握热电偶、热电阻、压力变送器、差压流量计、雷达液位计等常用仪表的工作原理和性能特点,能够根据工艺要求合理选型安装规范了解各类仪表的安装位置选择、管路连接、接线方法、直管段要求等规范,避免因安装不当导致的测量误差和设备损坏调试技能掌握仪表的零点校准、量程设置、参数配置、信号校验等调试方法,能够使用标准器具进行现场校验维护管理建立定期检查、校验、维护