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传热过程综合实训岗位说明书
传热实训岗位说明书
天津大学化工基础实验中心
2014.12
第3章传热过程岗位实训
3-1传热过程岗位实训目的:
(1)实训装置能够使学生掌握传热过程的基本原理和流程,学会传热过程的操作,了解操作参数对传热的影响,熟悉换热器的结构与布置情况,学会处理传热过程的不正常情况。
(2)了解不同种类换热器的构造,以空气和水蒸汽为传热介质,可以测定不同种类换热器的总传热系数,研究用于教学实验、科研中和化工生产中。
(3)通过对换热器的实验研究,可以掌握总传热系数K的测定方法,加深对其概念和影响因素的理解。
(4)实训装置能够了解孔板流量计、液位计、流量计、压力表、温度计等仪表;掌握化工仪表和自动化在传热过程中的应用。
(5)传热实训装置能控制空气以一定流量通过不同的换热器(普通套管式换热器、强化套管式换热器、列管式换热器、螺旋板式换热器)后温度不低于规定值,应选择适宜的空气流量和操作方式,并采取正确的操作方法,完成实训指标。
(6)传热实训装置能够培养学生安全操作、规范、环保、节能的生产意识以及严格遵守操作规程的职业道德。
3-2传热过程岗位实训基本原理:
传热是指由于温度差引起的能量转移,又称热传递。
由热力学第二定律可知,当有温差存在时,热量必然从高温处传递到低温处,传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。
在能源、宇航、化工、动力、冶金、机械、建筑等工业部门以及农业、环境保护等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
总传热系数K是评价换热器性能的一个重要参数,也是对换热器进行传热计算的依据。
对于已有的换热器,可以通过测定有关数据,如设备尺寸、流体的流量和温度等,通过传热速率方程式计算K值。
传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。
该方程式中,冷、热流体温度差△T是传热过程的推动力,它随着传热过程冷热流体的温度变化而改变。
传热速率方程式
(3-1)
热量衡算式
(3-2)
总传热系数
(3-3)
式中:
Q--热量(W);S--传热面积(m2);
△Tm--冷热流体的平均温差(℃);
K---总传热系数(W/(m2·℃));
CP--比热容(J/(Kg·℃));
W--空气质量流量(Kg/s);
T2-T1--空气进出口温差(℃)。
3-3传热过程岗位实训工艺流程、主要设备及仪表控制:
(1)传热过程岗位实训装置工艺流程图见图3-1:
(2)传热过程岗位实训主要技术参数见表3-1:
表3-1传热过程岗位实训主要技术参数
序号
代码
设备名称
主要技术参数
备注
1
VA126
疏水阀I
CS19H-16K
2
VA129
疏水阀II
CS19H-16K
3
E101
套管式换热器I
S=0.24m2
4
E102
强化套管式换热器
S=0.24m2
5
E103
套管式换热器II
S=0.24m2
6
E104
列管式换热器
S=1.5m2
7
E105
螺旋板式换热器
S=1m2
8
F101
孔板流量计I
φ70-φ17
9
F102
孔板流量计II
φ70-φ17
10
P101
风机I
YS-7112,550W
11
P102
风机II
YS-7112,550W
12
R101
蒸汽发生器
LDR12-0.45-Z
13
V101
分汽包
φ160-450
14
PI101
套管换热器I压力
0-500KPa
15
PI102
孔板流量计II压差
0-20KPa
16
PIC101
孔板流量计I压差
0-20KPa
图3-1带有控制点的工艺流程图
换热器简介:
·普通套管换热器E101:
用管件将两种尺寸不同的标准管连接成同心圆套管。
套管换热器结构简单、能耐高压。
(见图3-2)
图3-2普通套管式换热器剖面图
·强化套管换热器E102:
在套管内部放置一根蛇形强化管。
蛇形强化管由直径6mm不锈钢管按一定节距绕成,插入管内并固定。
流体由于螺旋管的作用发生旋转,同时还周期性受到螺旋管的扰动,使传热效果强化。
(见图3-3)。
图3-3强化套管换热器剖面图
·列管式换热器E104:
本实验采用固定管板式列管换热器,主要由壳体、管束、管箱、管板、折流挡板、联接管件等部分组成。
其结构特点是,两块管板分别焊于壳体的两端,管束两端固定在管板上。
整个换热器分为两部分:
换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程;换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。
它具有结构简单和造价低廉的优点(见图3-4)。
图3-4列管式换热器E104剖面图
·螺旋板式换热器E105:
由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成。
两张薄金属板形成两个同心的螺旋型通道,两板之间焊有定距柱以维持通道间距,在螺旋板两侧焊有盖板。
冷热流体分别通过两条通道,通过薄板进行换热(见图3-5)。
图3-5螺旋板式换热器E105剖面图
(3)传热过程岗位实训主要阀门名称及作用见表3-2
表3-2传热过程岗位实训主要阀门名称及作用
序号
代码
阀门名称及作用
技术参数
备注
1
VA101
套管式换热器ⅠE101放空阀
DN15球阀
2
VA102
套管式换热器ⅠE101冷空气进口阀
DN40球阀
3
VA103
套管式换热器ⅠE101热蒸汽进口阀
DN25球阀
4
VA104
强化管换热器E102热蒸汽进口阀
DN25球阀
5
VA105
强化管换热器E102放空阀
DN15球阀
6
VA106
强化管换热器E102冷空气进口阀
DN40球阀
7
VA107
套管式换热器ⅡE103热蒸汽进口阀
DN25球阀
8
VA108
列管式换热器E104冷空气出口阀
DN40球阀
9
VA109
套管式换热器ⅠE101冷空气出口阀
DN40球阀
10
VA110
DN25球阀
11
VA111
套管式换热器ⅡE103放空阀
DN15球阀
12
VA112
套管式换热器ⅡE103冷空气进口阀
DN40球阀
13
VA113
套管式换热器ⅡE103冷空气出口阀
DN40球阀
14
VA114
换热器E101、E102、E103放水阀
DN25球阀
15
VA115
列管式换热器E104放空阀
DN15球阀
16
VA116
列管式换热器E104热蒸汽入口阀
DN25球阀
17
VA117
分汽包V101放空阀
DN15球阀
18
VA118
列管式换热器E104冷空气入口阀
DN40球阀
19
VA119
列管式换热器E104冷空气出口阀
DN40球阀
20
VA120
列管式换热器E104冷空气入口阀
DN40球阀
21
VA121
列管式换热器E104冷空气入口阀
DN40球阀
22
VA122
蒸汽发生器R101出汽阀
DN25球阀
23
VA123
风机P102旁路调节阀
DN40闸阀
24
VA124
螺旋板式换热器E105冷空气进口阀
DN40球阀
25
VA125
螺旋板式换热器E105热蒸汽进口阀
DN25球阀
26
VA126
疏水阀Ⅰ作用排水
DN25疏水阀
27
VA127
蒸汽发生器R101进水阀
DN15球阀
28
VA128
蒸汽发生器R101排水阀
DN15球阀
29
VA129
疏水阀Ⅱ作用排水
DN25疏水阀
(4)传热过程岗位实训流程简述:
·普通套管式换热器ⅠE101流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P101产生经过孔板流量计ⅠF101计量,经过阀门VA102进入套管式换热器ⅠE101的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后,经阀门VA109排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内,经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA103进入套管式换热器ⅠE101的壳程,与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
·强化套管式换热器E102流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P101产生经过孔板流量计ⅠF101计量,经过阀门VA106进入强化管换热器E102的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内,经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA104进入强化管换热器E102的壳程,与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
·列管式换热器E104逆流流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P102产生经过孔板流量计ⅡF102计量,经过阀门VA120、VA118进入列管换热器E104的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后经阀门VA108排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA116进入列管换热器E104的壳程与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
·列管式换热器E104并流流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P102产生经过孔板流量计ⅡF102计量,经过阀门VA121进入列管换热器E104的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后经VA118、VA119排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA116进入列管换热器E104的壳程与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
·螺旋板式换热器E105流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P102产生经过孔板流量计ⅡF102计量,经过阀门VA124进入螺旋板式换热器E105,与板外热蒸汽进行热传递后排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA125进入螺旋板式换热器E105内与板外冷空气进行热传递,通过疏水阀VA129排出。
·套管换热器E101与套管换热器E103串联流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P101产生经过孔板流量计ⅠF101计量,经过阀门VA102进入套管换热器E101、套管换热器E103的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后经阀门VA113排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA103、VA107分别进入套管换热器E101、套管换热器E103的壳程与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
·套管换热器E101与套管换热器E103串联流程:
冷流体流向:
冷空气由风机P102产生经过孔板流量计ⅠF101计量,经过阀门VA102、VA112分别进入套管换热器E101、套管换热器E103的管内,在套管内与管外热蒸汽进行热传递后经阀门VA109排出。
热流体流向:
自来水经阀门VA127进入蒸汽发生器R101内经过加热产生蒸汽,经过阀门VA122进入分汽包V101,由PIC104控制一定压力经过阀门VA103、VA107分别进入套管换热器E101、套管换热器E103的壳程与管内的冷空气进行热传递,通过疏水阀VA126排出。
(5)传热过程岗位实训控制仪表面板图见图3-6:
图3-6传热过程岗位实训控制仪表面板图
(6)传热过程岗位实训仪表检控参数见表3-3:
表3-3传热过程岗位实训仪表检控参数
序号
表号
测量参数
仪表位号
参数
显示
仪表
执行机构
1
B1
列管式换热器E104
冷空出口温度
TIC101
Pt100热电阻-200-400℃
AI519
变频器Ⅱ
2
B2
孔板流量计ⅠF101压差
PDIC101
压差传感器0-20KPa
AI519
变频器Ⅰ
3
B3
螺旋板式换热器E105
冷空气进口、出口温度
TI117、TI118
Pt100热电阻-200-400℃
AI702
4
B4
强化管换热器E102冷空气出口温度、热蒸汽进口温度
TI108、TI106
Pt100热电阻-200-400℃
5
B5
套管换热器ⅡE103
热蒸汽进口、出口温度
TI110、TI111
Pt100热电阻-200-400℃
6
B6
套管换热器ⅠE101冷空气出口温度度、套管换热器ⅡE103冷空气出口温度
TI104、TI112
Pt100热电阻-200-400℃
7
B7
列管式换热器E104冷空气进口温度、分汽包内温度
TI113、TI116
Pt100热电阻-200-400℃
8
B8
螺旋板式换热器E105热蒸汽进口、出口温度
TI119、TI120
Pt100热电阻-200-400℃
9
B9
强化管换热器E102热蒸汽出口温度、冷空气进口温度
TI107、TI105
Pt100热电阻-200-400℃
10
B10
套管换热器ⅠE101
热蒸汽进口、出口温度
TI102、TI103
Pt100热电阻-200-400℃
11
B11
列管式换热器E104
热蒸汽进口、出口温度
TI114、TI115
Pt100热电阻-200-400℃
12
B12
套管换热器ⅡE103冷空气进口温度、套管换热器ⅠE101冷空气进口温度
TI109、TI101
Pt100热电阻-200-400℃
13
B13
分汽包内压力
PIC102
0-0.25MPa
压力传感器0-500KPa
就地
AI501
14
B14
套管换热器ⅠE101
进口压力、
孔板流量计ⅡF102压差
PI101、PDI102
压力传感器0-500KPa、压差传感器0-20KPa
AI702
15
B15
水表
16
B16
电表
17
S1
风机Ⅰ变频器
P101
0-50Hz
18
S2
风机Ⅱ变频器
P102
0-50Hz
·列管换热器E104出口温度TIC101检控参数关联图:
图3-7列管换热器E104出口温度TIC101检控参数关联图
·孔板流量计ⅠF101压差PDIC101检控参数关联图:
图3-8孔板流量计ⅠF101压差PDIC101检控参数关联图
3-4传热过程岗位实训单元项目训练:
(1)识图技能训练
·识读传热过程岗位实训工艺流程图,并对照实物熟悉流程,能详述流程。
·识读传热过程岗位实训仪表面板图,对照实物熟悉仪表面板的位置,会仪表的调控操作及参数控制。
(2)开车前的动、静设备检查训练:
开车前首先检查管路、各种换热器、管件、仪表、流体输送设备、蒸汽发生器是否完好,检查阀门、分析测量点是否灵活好用。
检测方法如下:
检查阀门能否开关。
打开设备总电源开关,仪表全亮并且数字无任何闪动表示仪表正常。
任意打开一种换热器的空气进出口阀门启动相应的漩涡气泵,如果出口有风冒出则说明气泵运转正常。
打开水的总阀开关和进蒸汽发生器水阀VA127开关,打开蒸汽发生器电源开关(蒸汽发生器面板上)后,检查蒸汽发生器侧面液位计里面液体的位置,如果液位计液面较低,会听见水泵进水的声音。
打开阀门VA122、VA104,打开蒸汽发生器加热开关,过一段时间后发现VA126疏水阀下方有蒸汽冒出,这说明蒸汽发生器可以正常工作(如果蒸汽发生器液面过低,也没有听见水泵进水的声音,有可能是进水泵发生气蚀,请打开蒸汽发生器侧门,打开水泵的放空螺栓放掉水泵的气体直到有水冒出)。
(3)制定开停车步骤、岗位操作规程、制定操作记录表格的训练:
·传热过程岗位实训开车步骤:
动静态检查完毕后,首先打开任意一种换热器的蒸汽进出口阀,打开阀门VA122,开蒸汽发生器的开关,打开蒸汽发生器的加热开关(两个开关一起开是12KW),待管路蒸汽出口的疏水阀下方有蒸汽冒出,打开风机出口阀门,启动风机开关,等数据稳定后记录数据,改变压差等数据稳定后在记录数据。
·传热过程岗位实训停车步骤:
先停止蒸汽发生器的加热开关,打开蒸汽发生器上分压包的放空阀门VA117,放掉蒸汽发生器内的压力(避免蒸汽管路残存饱和蒸汽压经过冷却后产生负压,从而把蒸汽发生器水箱内水抽到分压包内,等蒸汽发生器内的压力降到零以后,停止风机开关,关闭阀门,最后关闭总电源开关。
·岗位操作规程:
由于本实验是气---汽传热实验,用的是0.05-0.1Mpa压力下的蒸汽,因此本实验应禁止触摸涉及到蒸汽进出口的管路和换热器以免被烫伤。
需要做哪种换热器的实验必须要打开冷空气的出口阀再打开风机开关,以免风机被烧坏。
本实验的电压涉及到380V高压电,禁止打开仪表柜后备箱和触摸风机以免触电。
·传热岗位实训操作记录表格见表3-4至3-9。
(4)漩涡气泵操作技能训练:
漩涡气泵是一种特殊的离心气泵,其工作原理和离心气泵相同,即依靠叶轮旋转产生的惯性离心力而吸气和排气,旋涡气泵的压头和功率随气体流量的减小而增大,因此启动泵时出口阀门应全开,并采用旁路调节流量,避免泵在很小的流量下运转。
以旋涡气泵P101的操作技能训练为例:
首先打开旋涡气泵P101的出口阀VA102、VA109,打开旋涡气泵P101的开关(程序启动或仪表柜启动)。
漩涡泵停车步骤:
关闭漩涡气泵P101的开关,然后关闭泵的出口阀VA102、VA105。
(5)普通套管式换热器、强化套管换热器、列管式换热器、螺旋板式换热器操作技能训练:
·套管换热器E101操作技能训练:
打开阀门VA127、VA102、VA109、VA122、VA103,打开总电源开关、打开蒸汽发生器电源开关、打开蒸汽发生器加热开关,待疏水阀VA126下方有蒸汽冒出,即可打开风机P101开关。
慢慢旋开阀门VA101放出一点蒸汽(注:
见到蒸汽即可,小心烫伤),调节管路空气流量有两种:
一种是通过仪表控制,一种是通过电脑程序调节。
在仪表或电脑程序界面上输入一定的压差(一般压差从小到大调节,压差是通过压差传感器PIC101测量的),等稳定六七分钟以后记录TI101、TI102、TI103、TI104和PDIC101的读数,然后改变风机的压差,稳定后分别记录数据(如表3-4所示)。
表3-4套管式换热器E101数据记录表
装置编号:
1
2
3
4
5
6
7
8
PDIC101(Kpa)
0.8
1.6
2.2
2.9
3.51
4.1
4.7
5.23
TI101(℃)
20
19.6
19.8
20.3
21.0
21.8
23.0
23.9
TI104(℃)
59.2
60
61.1
61.1
62.1
62.6
63.3
63.9
TI102(℃)
111.8
111.7
111.6
111.5
111.4
111.4
111.3
111.5
TI103(℃)
111.8
111.6
111.7
111.6
111.5
111.6
111.5
111.6
·强化套管换热器E102操作技能训练:
打开阀门VA127、VA106、VA104、VA122,打开总电源开关、打开蒸汽发生器电源开关、打开蒸汽发生器加热开关,待疏水阀VA126下方有蒸汽冒出,打开风机P101开关。
慢慢旋开阀门VA105放出一点蒸汽(注:
见到蒸汽即可,小心被烫伤)调节管路空气流量有两种:
一种是通过仪表控制,一种是通过电脑程序调节。
调节一定压差,等稳定六七分钟以后记录TI105、TI106、TI107、TI108和PDIC101的读数,然后改变风机的压差,稳定后分别记录数据(如表3-5所示)。
表3-5强化套管式换热器E102数据记录表
装置编号:
1
2
3
4
5
6
7
压差(Kpa)
PDIC101
0.9
1.5
2.1
2.7
3.4
4.0
4.6
TI105(℃)
21.3
19.0
18.6
18.8
19.6
21.0
22.1
TI108(℃)
84.7
83.7
82.6
82.7
82.5
82.4
82.7
TI106(℃)
111.8
111.9
111.8
111.8
111.7
111.3
111.8
TI107(℃)
111.4
111.6
111.3
111.3
111.3
110.8
111.4
·列管换热器E104逆流操作技能训练:
全开阀门VA123,打开阀门VA118、VA120、VA127、VA108、VA107。
打开总电源开关、打开蒸汽发生器电源开关、打开蒸汽发生器加热开关,待疏水阀VA126下方有蒸汽冒出,打开风机P102开关。
慢慢旋开阀门VA115,放出一点蒸汽(注:
见到蒸汽即可,小心烫伤),改变阀门VA123的开度调节压差,等稳定六七分钟以后记录PDI102、TI113、TI114、TI115和TIC101的读数。
然后改变风机的压差,稳定后分别记录数据(如表3-6所示)。
表3-6列管式换热器数据记录表
装置编号:
1
2
3
4
5
6
7
8
压差(Kpa)PDI102
0.15
0.89
1.58
2.22
2.92
3.51
4.05
4.47
TI113(℃)
16.6
16.1
16.4
17.8
18.9
21.2
23.6
25.5
TIC101(℃)
100.0
96.5
94.6
94.5
95.0
95.6
96.0
96.4
TI114(℃)
111.5
111.7
111.8
111.9
112.0
111.6
111.8
111.9
TI115(℃)
111.8
112.1
112.2
112.4
112.3
112.0
112.1
112.4
·列管换热器E104并流操作技能训练:
列管换热器E104并流:
打开阀门VA127、VA122、VA1119、VA1118、VA121、VA123。
接通总电源、接通蒸汽发生器电源、打开蒸汽发生器加热开关,待疏水阀下方有蒸汽冒出,开风机P102。
慢慢打开阀门VA1115(见到蒸汽即可小心烫伤),调节阀门VA123开度调节压差,稳定六七分钟后记录TI113、PDI102、TI114、TI115、和TIC101的读数。
改变风机的压差,稳定后分别记录数据(如表3-7所示)。
表3-7列管式换热器并流数据记录表
装置编号:
1
2
3
4
5
6
7
压差PI102(Kpa)
0.21
1.00
1.86
2.66
3.26
3.68
4.45
TI113(℃)
23.5
18.5
17.9
19.0
19.7
21.8
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