史位一體多功能傳熱

培訓(xùn)裝置

操作規(guī)程

天津大學(xué)過程工業(yè)技術(shù)與裝備研究所

天津市睿智天成科技發(fā)展有限公司

目錄

前言..........................................................................1

傳熱實(shí)訓(xùn)裝置操作規(guī)程............................................................2

一、實(shí)訓(xùn)目的....................................................................2

二、生產(chǎn)工藝過程................................................................2

（-）傳熱的基本原理........................................................2

（二）不同形式的換熱器......................................................5

（-）物料流向及能量平衡....................................................8

（三）帶有控制點(diǎn)的工藝及設(shè)備流程圖.........................................8

三、生產(chǎn)控制技術(shù)...............................................................10

（一）各項(xiàng)工藝操作指標(biāo).....................................................10

（-）主要控制點(diǎn)的控制方法和儀表控制......................................10

四、物耗能耗指標(biāo)...............................................................11

五、安全生產(chǎn)技術(shù)...............................................................11

（一）生產(chǎn)事故及處理預(yù)案...................................................11

（-）工業(yè)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)...................................................13

六、實(shí)訓(xùn)操作步驟...............................................................14

（-）開車前的準(zhǔn)備.........................................................14

（二）正常開車..............................................................14

（三）正常操作..............................................................16

（四）正常停車..............................................................16

七、設(shè)備一覽表.................................................................17

八、儀表計(jì)量一覽表及主要儀表規(guī)格型號(hào)...........................................18

九、附錄：.....................................................................19

附錄一空氣的性質(zhì)..........................................................19

附錄二水蒸汽的性質(zhì)........................................................20

附錄三變頻器的使用........................................錯(cuò)誤!未定義書簽。

附錄四宇電儀表的使用......................................................21

前百

隨著各行各業(yè)對(duì)人才需求的迅速增長，職業(yè)院校作為培養(yǎng)和輸送各類實(shí)用人

才的基地，目前都在迅速擴(kuò)大辦學(xué)規(guī)模，調(diào)整專業(yè)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)

濟(jì)對(duì)各類實(shí)用人才的需求。職業(yè)教育的根本任務(wù)是培養(yǎng)有較強(qiáng)實(shí)際動(dòng)手能力和職

業(yè)能力的技能型人才，而實(shí)際訓(xùn)練是培養(yǎng)這種能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

基于健康、安全和環(huán)保的理念，本裝置采用了化工技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新成果，實(shí)現(xiàn)了工廠情景化、故障模擬化、操作實(shí)際化和控制網(wǎng)絡(luò)

化，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

傳熱是一種典型的單元操作，在化工、煉油等工業(yè)中應(yīng)用很廣。本裝置采用

工廠里實(shí)際應(yīng)用的工藝流程，不銹鋼框架結(jié)構(gòu)，用泵輸送流體，操作方式與工廠

里完全一致，使學(xué)生能夠身臨其境。

與設(shè)備相配套的還有儀表操作臺(tái)和DCS控制系統(tǒng)。設(shè)備上電之后，傳感器

將監(jiān)控參數(shù)的信號(hào)送到操作臺(tái)的儀表上，可以通過儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀

況。也可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集傳輸，裝置采用工業(yè)控制系統(tǒng)，使學(xué)

生充分體會(huì)中控室的作用。

傳熱培訓(xùn)裝置的主要功能是：

實(shí)驗(yàn)：能夠完成基本傳熱實(shí)驗(yàn)，根據(jù)測(cè)試物系出口溫度的要求，控制適宜物

料流量，使物料的出口溫度合格；

實(shí)訓(xùn)：本培訓(xùn)裝置是工廠生產(chǎn)設(shè)備的室內(nèi)版，其設(shè)備配置和操作方式與工廠

完全一致，通過實(shí)際操作，學(xué)生可以切實(shí)體會(huì)工廠的開車前準(zhǔn)備、正常開車和正

常停車的操作步驟。

本培訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)2個(gè)換熱器，能夠訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行換熱器的切換操作。裝置還

設(shè)計(jì)了冷凝液體排放的干擾、水蒸汽中加入不凝氣體的干擾和水蒸汽進(jìn)料量的干

擾，通過引入干擾模擬實(shí)際操作中的異常情況，訓(xùn)練學(xué)生識(shí)別和處理操作故障的

能力。

技能鑒定：應(yīng)用本裝置能夠考核學(xué)生列管式換熱器的基本操作能力，識(shí)別列

管式換熱器常見操作故障的能力?？蓾M足分級(jí)鑒定要求。

傳熱實(shí)訓(xùn)裝置操作規(guī)程

一、實(shí)訓(xùn)目的

1.認(rèn)識(shí)傳熱設(shè)備結(jié)構(gòu)

2.認(rèn)識(shí)傳熱裝置流程及儀表

3.掌握傳熱裝置的運(yùn)行操作技能

4.學(xué)會(huì)常見異?，F(xiàn)象的判別及處理方法

二、生產(chǎn)工藝過程

傳熱，即熱量傳遞，是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞過程。熱

力學(xué)第二定律指出，凡是有溫度差存在的地方，就必然有熱量傳遞，故在幾乎所

有工業(yè)部門，如化工、能源、冶金、機(jī)械、建筑等都涉及傳熱問題。

化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系尤為密切，這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過程和單元操

作，都需要進(jìn)行加熱或冷卻，例如，化學(xué)反應(yīng)通常都是在一定溫度下進(jìn)行的，為

此就需要向反應(yīng)器輸入或移出熱量以使其達(dá)到并保持在一定的溫度；化工設(shè)備的

保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理應(yīng)用以及廢熱的回收等都涉及傳熱問題。所以，化

工生產(chǎn)中對(duì)傳熱過程的要求主要有以下兩種情況：其一是強(qiáng)化過程傳熱，如各種

換熱設(shè)備中的傳熱；其二是削弱傳熱過程，如對(duì)設(shè)備和管道的保溫，以減少損失。

(-)傳熱的基本原理

1.傳熱的基本方式

根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，熱量傳遞有三種基本方式：熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和輻射

傳熱，但根據(jù)具體情況，熱量傳遞可以以其中一種方式進(jìn)行，也可以以兩種或三

種方式同時(shí)進(jìn)行。在無外功輸入時(shí)，靜的熱流方向總是由高溫處向低溫處流動(dòng)。

1.1熱傳導(dǎo)(又稱導(dǎo)熱)

熱量不依靠宏觀混合運(yùn)動(dòng)而從物體中的高溫區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)的過程叫熱傳

導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱，熱傳導(dǎo)在固體、液體和氣體中都可以發(fā)生。

1.2對(duì)流傳熱

對(duì)流傳熱是由流體內(nèi)部各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞過程，因

而對(duì)流傳熱只能發(fā)生在有流體流動(dòng)的場(chǎng)合，在化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇見到的對(duì)流傳熱

2

有熱能由流體傳到固體壁面或由固體壁面?zhèn)魅胫車黧w兩種，對(duì)流傳熱可以由強(qiáng)

制對(duì)流引起，亦可以由自然對(duì)流引起，前者是將外力（泵或攪拌器）施加于流體

上，從而使流體微團(tuán)發(fā)生運(yùn)動(dòng)；而后者則是由于流體內(nèi)部存在溫度差，形成流體

的密度差，從而使微團(tuán)在固體壁面與其附近流體之間產(chǎn)生上下方向的循環(huán)流動(dòng)。

1.3輻射傳熱

因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射與熱傳導(dǎo)和對(duì)

流傳熱的最大的區(qū)別就在于它可以在完全真空的地方傳遞而無需任何介質(zhì)。

工業(yè)上經(jīng)常遇到的是兩流體間的換熱問

題。換熱器是化工生產(chǎn)傳熱過程中最常用的設(shè)「一二二］

備之一，右圖為簡(jiǎn)單套管式換熱器，它是由直::，

徑不同的兩根管子同心套在一起組成的，冷熱

流體分別流經(jīng)內(nèi)管和環(huán)隙，而進(jìn)行熱的傳遞。

在管殼式換熱器中，一種流體在管內(nèi)流動(dòng)

圖1套管式換熱器

（管程流體），而另一種流體在殼與管束之間

從管外表面流過（殼程流體），為了保證殼程流體能夠橫向流過管束，以形成較

高的傳熱速率，在外殼上裝有許多擋板。視換熱器端部結(jié)構(gòu)的不同，可采用一個(gè)

或多個(gè)管程。若管程流體在管束內(nèi)只流過一次，則稱為單程管殼式換熱器。

換熱器的傳熱一般是通過熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流等方式來實(shí)現(xiàn)的，傳熱的快慢用傳

熱速率來表示。傳熱速率Q是指單位時(shí)間內(nèi)通過傳熱面的熱量，其單位為W。

熱通量則是指單位面積的傳熱速率，其單位為W/nA由于換熱器的傳熱面積可

以用圓管的內(nèi)表面積、外表面積或平均面積表示，因此相應(yīng)的熱通量的數(shù)值各不

相同，計(jì)算時(shí)應(yīng)標(biāo)明選擇的基準(zhǔn)面積。

2.換熱器傳熱系數(shù)及其準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的測(cè)定

2.1對(duì)流傳熱速率方程

根據(jù)傳遞過程普遍關(guān)系，壁面與流體間的對(duì)流傳熱速率應(yīng)該等于推動(dòng)力和阻

力之比，即

對(duì)流傳熱速率=對(duì)流傳熱推動(dòng)力+對(duì)流傳熱阻力=系數(shù)x推動(dòng)力

若以流體和壁面間的對(duì)流傳熱為例，對(duì)流傳熱速率方程可以表示為:

3

dQ=-p-=a{t-h)dS

adS

式中，dQ——局部對(duì)流傳熱速率，W

dS---微分傳熱面積，m2

t——換熱器的任一截面上熱流體的平均溫度，°C

tw一—換熱器的任一截面上與熱流體相接觸一側(cè)的壁面溫度，℃

a一一比例系數(shù)，又稱局部對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2℃)

2.2對(duì)流傳熱系數(shù)%的測(cè)定

在該傳熱實(shí)驗(yàn)中，空氣走內(nèi)管，蒸氣走外管。

對(duì)流傳熱系數(shù)％可以根據(jù)牛頓冷卻定律，用實(shí)驗(yàn)來測(cè)定

a(1)

式中：見一管內(nèi)流體對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2-℃)；

Qi—管內(nèi)傳熱速率，W；

Si—管內(nèi)換熱面積，m2；

△〃一內(nèi)壁面與流體間的溫差，

△與由下式確定：%“=九一號(hào)(2)

式中：A,f2—冷流體的入口、出口溫度，℃；

tw一壁面平均溫度，。C;

因?yàn)閾Q熱器內(nèi)管為紫銅管，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，且管壁很薄，故認(rèn)為內(nèi)壁溫度、

外壁溫度和壁面平均溫度近似相等，用tw來表示。

管內(nèi)換熱面積：si=;rdiLi(3)

式中：di—內(nèi)管管內(nèi)徑，m；

LL傳熱管測(cè)量段的實(shí)際長度，mo

由熱量衡算式：

。,=叱"1)⑷

4

其中質(zhì)量流量由下式求得:

w=mP,n(5)

360(

式中：匕,一冷流體在套管內(nèi)的平均體積流量，m3/h；

Cp,“一冷流體的定壓比熱，kJ/(kg?℃)；

幺一冷流體的密度，kg/m\

Cp,“和。，”可根據(jù)定性溫度及查得，tm=號(hào)■為冷流體進(jìn)出口平均溫度。力，

t2,tw,匕，可采取一定的測(cè)量手段得到。

2.3對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的實(shí)驗(yàn)確定

流體在管內(nèi)作強(qiáng)制湍流，被加熱狀態(tài)，準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式為

Nu=ARe"Prn(6)

其中：Nu-巴4?,Re-""小m,PrCP.M

4N工m

物性數(shù)據(jù)4“、Cp”,、p,”、可根據(jù)定性溫度加查得。經(jīng)過計(jì)算可知，對(duì)

于管內(nèi)被加熱的空氣，普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr變化不大，可以認(rèn)為是常數(shù)，則關(guān)聯(lián)式的

形式簡(jiǎn)化為：

Nu=ARe,nPr04(7)

這樣通過實(shí)驗(yàn)確定不同流量下的Re與N“，然后用線性回歸方法確定A和機(jī)的

值。

(~)不同形式的換熱器

1.套管式換熱器

套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而

成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高

的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對(duì)數(shù)

平均推動(dòng)力較大。

5

1一內(nèi)管，2-HWi3-

圖2套管式換熱器

套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便（可根據(jù)需要增減管段數(shù)目）。

特別是由于套管換熱器同事具備傳熱系數(shù)大、傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的

優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程（例如操作壓力為300MPa的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程）中

所用的換熱器幾乎全部是套管式。

2.管殼式換熱器

管殼式（又稱列管式）換熱器是最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用

有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。

管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，

內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流

體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管

束的壁面即為傳熱面。

圖3列管式換熱器

為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流擋板。折

流擋板不僅可防止流體短路、增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通

過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更

為廣泛。

6

流體在管內(nèi)每通過管束一次稱

為一個(gè)管程，每通過殼體一次稱為

一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度,

可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將

全部管子平均分隔成若干組。這樣,

流體可每次只通過部分管子而往返

圖4流體的折流及折流擋板的形式

管束多次，稱為多管程。同樣，為

提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板使流體多次通過殼體空間，稱多殼程。

在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩

者溫差很大，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲、斷裂或從管板

上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過50℃時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施,

消除或減小熱應(yīng)力。根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，換熱器可分為以下幾種主要類

型：

固定管板式當(dāng)冷、熱流體溫差不大時(shí)，可采用固定管板即兩端管板與殼體

制成一體的結(jié)構(gòu)形式。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但殼程清洗困難，要求管外

流體必須是清潔而不易結(jié)構(gòu)的。當(dāng)溫差稍大而殼體內(nèi)壓力又不太高時(shí)，可在殼體

壁上安裝膨脹節(jié)以減小熱應(yīng)力。

浮頭式換熱器這種換熱器中兩端的管板有一端可以沿軸向自由浮動(dòng)，這種

結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且整個(gè)管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。

因此，浮頭式換熱器是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式，盡管其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、造價(jià)亦

較高。

U形管式換熱器U形管式換熱器的每根換熱管都彎成U形，進(jìn)出口分別

安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭以隔板分成兩室。這樣，每根管子皆可自由伸縮，

而與外殼無關(guān)。在結(jié)構(gòu)上U形管式換熱器比浮頭式簡(jiǎn)單，但管程不易清洗，只

適用于潔凈而不易結(jié)構(gòu)的流體，如高壓氣體的換熱。

3.板式換熱器

板式換熱表面可以緊密排列，因此各種板式換熱器都具有結(jié)構(gòu)緊湊、材料消

耗低、傳熱系數(shù)大的特點(diǎn)。這類換熱器一般不能承受高壓和高溫，但對(duì)于壓強(qiáng)降

低、溫度不高或腐蝕性強(qiáng)而需用貴重材料的場(chǎng)合，板式換熱器顯示出更大的優(yōu)越

7

性。

板式換熱器最初用于食品工業(yè)，20世紀(jì)50年代逐漸推廣到化工等其它工業(yè)

部門，現(xiàn)已發(fā)展成為高效緊湊的換熱設(shè)備。

圖5板式換熱器流向示意圖

板式換熱器是由一組金屬薄板、相鄰薄板之間襯以墊片并用框架夾緊組裝而

成。圖5所示為矩形板片，其上四角開有圓孔，形成流體通道。冷熱流體交替的

在板片兩側(cè)流過，通過板片進(jìn)行換熱。板片厚度為0.5?3mm,通常壓制成各種

波紋形狀，即增加剛度，又使流體分布均勻，加強(qiáng)湍動(dòng)，提高傳熱系數(shù)。

板式換熱器的主要有點(diǎn)：①由于流體在板片間流動(dòng)湍動(dòng)程度高，而且板片厚

度又薄，故傳熱系數(shù)大；②板片間隙小，結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積所提供的傳熱面大,

金屬耗量可減少一半以上；③具有可拆結(jié)構(gòu)，操作靈活性大，清洗方便。

（二）物料流向及能量平衡

本實(shí)驗(yàn)所采用的換熱器分別為單管程列管換熱器、套管換熱器和板式換熱

器，冷空氣走管程，水蒸汽走殼程，通過逆流間壁式接觸來達(dá)到換熱的目的。

空氣由旋渦氣泵提供，經(jīng)過換熱器加熱之后放空。

水蒸汽由蒸汽發(fā)生器提供，在蒸汽分配器內(nèi)緩沖之后進(jìn)入換熱器殼程，與

空氣換熱之后冷凝成液體，通過疏水器閥組排污。

熱流體以汽化潛熱的方式將熱量傳遞給管壁，之后熱量以熱傳導(dǎo)方式由管

壁的外側(cè)傳遞至內(nèi)側(cè)，傳遞至內(nèi)側(cè)的熱量又以對(duì)流方式傳遞給冷流體。操作穩(wěn)定

之后，在整個(gè)換熱器中，在單位時(shí)間內(nèi)，熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱

里。

（三）帶有控制點(diǎn)的工藝及設(shè)備流程圖

8

圖例

-<*1-常閉電磁網(wǎng)

—do—常開電磁閥

卜氏J—安全伸

f-豌水網(wǎng)

-CM-ffl同

C放空

-4^3-電動(dòng)調(diào)節(jié)包

TX3-如上閨

—^―M壓閥

-M-球閥

T國卜渦輪流量計(jì)

--------蒸氣

________壓縮空氣

--------空氣

--------不凝性氣體

蒸汽冷凝液

--------控制戰(zhàn)

9

三、生產(chǎn)控制技術(shù)

在化工生產(chǎn)中，對(duì)各工藝變量有一定的控制要求。有些工藝變量對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量和

質(zhì)量起著決定性的作用?？諝饬髁亢涂諝獬隹跍囟戎苯佑绊懞罄m(xù)加工，蒸汽的壓力直

接反映熱流體的溫度。

為了實(shí)現(xiàn)控制要求，可以有兩種方式，一是人工控制，二是自動(dòng)控制。自動(dòng)控制

是在人工控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使用了自動(dòng)化儀表等控制裝置來代替人的觀察、

判斷、決策和操作。

先進(jìn)控制策略在化工生產(chǎn)過程的推廣應(yīng)用，能夠有效提高生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和產(chǎn)

品質(zhì)量的合格率，對(duì)于降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排降耗、提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要

意義。

(-)各項(xiàng)工藝操作指標(biāo)

1.操作壓力

蒸汽發(fā)生器壓力W0.3MPa

蒸汽分配器壓力W0.2MPa

換熱器蒸汽壓力40?lOOKPa

壓縮空氣壓力0.05?O.IMPa

2.流量控制

進(jìn)入換熱器空氣流量40~100m3/h

3.溫度控制

空氣出口溫度W90C

各電機(jī)溫升W65C

(二)主要控制點(diǎn)的控制方法和儀表控制

空氣進(jìn)料量的控制：

圖7空氣流量控制方塊圖

10

水蒸汽壓力的控制:

圖8蒸汽壓力控制方塊圖

四、物耗能耗指標(biāo)

本實(shí)訓(xùn)裝置的物質(zhì)消耗為：水、

本實(shí)訓(xùn)裝置的能量消耗為：蒸汽發(fā)生器耗電；旋渦氣泵耗電。

表1物耗、能耗一覽表

名稱耗量名稱耗量

旋渦氣泵2.2KW

空氣150m3/h

蒸汽發(fā)生器6KW

總計(jì)150m3/h總計(jì)8.2KW

注：電能實(shí)際消耗與操作狀況有關(guān)。

五、安全生產(chǎn)技術(shù)

（一）生產(chǎn)事故及處理預(yù)案

1.空氣出口溫度突然升高

造成空氣出口溫度突然升高的原因主要有空氣流量下降、換熱器蒸汽壓力升高、

空氣入口溫度升高和加熱蒸汽漏入空氣。

首先，檢查空氣流量、空氣入口溫度和換熱器蒸汽壓力的示值。

（1）如空氣入口溫度、蒸汽壓力和空氣流量的示值正常，則進(jìn)行換熱器的切換，

并通知維修工段進(jìn)行換熱器的檢修。

（2）如蒸汽壓力和空氣流量的示值正常而空氣入口溫度升高，則將蒸汽壓力下調(diào),

觀測(cè)空氣出口溫度，至回到正常值停止調(diào)節(jié)。

（3）如蒸汽壓力和空氣入口溫度的示值正常而空氣流量下降，則將空氣流量調(diào)回

原值，觀測(cè)空氣出口溫度是否回到正常值。

（4）如空氣流量和空氣入口溫度的示值正常而蒸汽壓力上升，則可能是蒸汽分配

11

器至換熱器管路上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障無法關(guān)小或蒸汽分配器壓力過大而導(dǎo)致電動(dòng)

調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)不過來造成的，首先要檢查蒸汽分配器的蒸汽壓力，如壓力過大則關(guān)小蒸

汽入口閥門VA109,看換熱器蒸汽壓力是否回到正常值，如蒸汽分配器壓力正常而換

熱器蒸汽壓力無法回到正常值,則減小蒸汽分配器至換熱器管路上的閥門VA112開度,

使蒸汽壓力調(diào)回至正常值，同時(shí)向指導(dǎo)教師報(bào)告電動(dòng)調(diào)節(jié)閥故障。

待操作穩(wěn)定后，記錄實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)；繼續(xù)進(jìn)行其它實(shí)訓(xùn)。

2.空氣出口溫度變低

造成空氣出口溫度變低的原因主要有空氣流量升高、換熱器蒸汽壓力下降、空氣

入口溫度下降升高、換熱器中冷凝液未及時(shí)排除、換熱器中存在不凝氣和換熱器傳熱

性能的下降（如污垢熱阻的增加）。

首先，進(jìn)行檢查空氣流量、空氣入口溫度和換熱器蒸汽壓力的示值。

（1）如空氣入口溫度、蒸汽壓力和空氣流量的示值正常，則（A）打開換熱器上

的不凝氣排空閥VA124或VA127約2-3分鐘；排除不凝氣后，觀測(cè)空氣出口溫度是否

回到正常值；（B）如空氣出口溫度依然偏低，檢查冷凝水排除管路上的閥門的狀態(tài)是

否正確，如正確可初步判斷為電磁閥損壞，可以打開與其并聯(lián)的閥VA135,將冷凝水

排除，觀察疏水器是否有冷凝水排除，如無冷凝水排除，可打開與疏水器并聯(lián)的閥

VA133少許，觀測(cè)是否有冷凝水排除，觀測(cè)冷凝水排除后，觀測(cè)空氣出口溫度是否回

到正常值；（C）如上述操作還無法使空氣出口溫度正常，則進(jìn)行換熱器的切換，并通

知維修工段進(jìn)行換熱器的檢修。

（2）如蒸汽壓力和空氣流量的示值正常而空氣入口溫度下降，則將蒸汽壓力上調(diào)，

觀測(cè)空氣出口溫度，至回到正常值時(shí)停止調(diào)節(jié)。

（3）如蒸汽壓力和空氣入口溫度的示值正常而空氣流量升高，則將空氣流量調(diào)回

原值，觀測(cè)空氣出口溫度是否回到正常值。

（4）如空氣流量和空氣入口溫度的示值正常而蒸汽壓力下降，則可能是蒸汽分配

器至換熱器管路上的閥門或電磁閥發(fā)生故障導(dǎo)致阻力太大使蒸汽無法通過或蒸汽分配

器壓力過低造成的，首先要檢查蒸汽分配器的蒸汽壓力，如壓力過低則開大蒸汽入口

閥門VA109,看換熱器蒸汽壓力是否回到正常值，如蒸汽分配器壓力正常而換熱器蒸

汽壓力無法回到正常值，此時(shí)可以將與電磁閥并聯(lián)的閥門VAU7打開，觀察蒸汽壓力

是否能自動(dòng)調(diào)回原值，觀測(cè)空氣出口溫度是否回到正常值，能回到正常，進(jìn)行操作并

向指導(dǎo)教師匯報(bào)電磁閥故障；如蒸汽分配器的蒸汽壓力PI01過小不能使換熱器蒸汽壓

12

力PIC02回到正常值，則應(yīng)及時(shí)向指導(dǎo)教師報(bào)告并給出減量操作的空氣流量值。

待操作穩(wěn)定后，記錄實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)；繼續(xù)進(jìn)行其它實(shí)訓(xùn)。

(二)工業(yè)衛(wèi)生和勞動(dòng)保護(hù)

化工單元實(shí)訓(xùn)基地的老師和學(xué)生進(jìn)入化工單元實(shí)訓(xùn)基地后必須穿戴勞防用品：在

指定區(qū)域正確戴上安全帽，穿上安全鞋，在進(jìn)入任何作業(yè)過程中佩戴安全防護(hù)眼鏡，

在任何作業(yè)過程中佩戴合適的防護(hù)手套。無關(guān)人員不得進(jìn)入化工單元實(shí)訓(xùn)基地。

1.用電安全

(1)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)之前必須了解室內(nèi)總電源開關(guān)與分電源開關(guān)的位置，以便出現(xiàn)用電

事故時(shí)及時(shí)切斷電源。

(2)在啟動(dòng)儀表柜電源前，必須清楚每個(gè)開關(guān)的作用。

(3)啟動(dòng)電機(jī)，上電前先用手轉(zhuǎn)動(dòng)一下電機(jī)的軸，通電后，立即查看電機(jī)是否已

轉(zhuǎn)動(dòng)；若不轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)立即斷電，否則電機(jī)很容易燒毀。

(4)在實(shí)訓(xùn)過程中，如果發(fā)生停電現(xiàn)象，必須切斷電閘。以防操作人員離開現(xiàn)場(chǎng)

后，因突然供電而導(dǎo)致電器設(shè)備在無人看管下運(yùn)行。

(5)不要打開儀表控制柜的后蓋和強(qiáng)電橋架蓋，應(yīng)請(qǐng)專業(yè)人員進(jìn)行電器的維修。

2.燙傷的防護(hù)

由于本實(shí)訓(xùn)裝置使用蒸汽，因此凡是有蒸汽通過的地方都有燙傷的可能，尤其是沒

有保溫層覆蓋的地方更應(yīng)注意。空氣被加熱后溫度很高，疏水器的排液溫度更高，不

能站在熱空氣和疏水器排液出口處，以免燙傷。

3.蒸汽分配器的使用

按照國家標(biāo)準(zhǔn)蒸汽分配器為壓力容器，應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定期檢驗(yàn)與維護(hù)，不允許

不經(jīng)檢驗(yàn)使用。

4.環(huán)保

不得隨意丟棄化學(xué)品，不得隨意亂扔垃圾，避免水、能源和其他資源的浪費(fèi)，保持

實(shí)訓(xùn)基地的環(huán)境衛(wèi)生。本實(shí)訓(xùn)裝置無三廢產(chǎn)生。

5.行為規(guī)范

(1)不準(zhǔn)吸煙

(2)保持實(shí)訓(xùn)環(huán)境的整潔

(3)不準(zhǔn)從高處亂扔雜物

(4)不準(zhǔn)隨意坐在滅火器箱、地板和教室外的凳子上

13

（5）非緊急情況下不得隨意使用消防器材（訓(xùn)練除外）

（6）不得靠在實(shí)訓(xùn)裝置上

（7）在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、在教室里不得打罵和嬉鬧

（8）使用后的清潔用具按規(guī)定放置整齊

六、實(shí)訓(xùn)操作步驟

（~）開車前的準(zhǔn)備

1.了解列管式換熱器傳熱的基本原理；

2.熟悉空氣-水蒸汽傳熱實(shí)訓(xùn)工藝流程、實(shí)訓(xùn)裝置及主要設(shè)備；

3.檢查公用工程（水蒸汽、電）是否處于正常供應(yīng)狀態(tài)；

4.檢查流程中各閥門是否處于正常開車狀態(tài)：

關(guān)閉閥門一一VA102.VA103、VA104,VA105、VA106,VA107、VA108.VA109.

VA110、VA112、VA115.VA117、VA121、VA122、VA123、VA124、VA125、VA126、

VA127、VA128、VA129、VA130、VA133、VA135、VA136、VA137、VA138；

全開閥門-VA101,VA113.VA114,VA118>VA120.VA131>VA132；

5.設(shè)備上電，檢查各儀表狀態(tài)是否正常，動(dòng)設(shè)備試車；

6.了解本實(shí)訓(xùn)所用蒸汽、空氣和壓縮空氣的來源；

7.按照要求制定操作方案。

發(fā)現(xiàn)異常情況,必須及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師進(jìn)行處理。

（-）正常開車

空氣：本實(shí)訓(xùn)所用空氣由旋渦氣泵P101提供。

1.啟動(dòng)儀表柜總電源。通過變頻器將空氣流量顯示與控制儀表值（FIC01）設(shè)定

在40-100m3/h之間的某一數(shù)值，空氣流量通過渦輪流量計(jì)測(cè)量，變頻器輸出適宜的電

源頻率來調(diào)節(jié)旋渦氣泵的轉(zhuǎn)速從而控制空氣流量。

2.啟動(dòng)旋渦氣泵P10L空氣由旋渦氣泵吹出，空氣壓力由壓力表PI03顯示，空

氣由支路控制閥進(jìn)入換熱器。

⑦套管換熱器E101:打開閥門VA103和VA104,空氣通過入口閥門VA103進(jìn)入

套管式換熱器E101的管程，與殼程蒸汽呈逆流流動(dòng)，通過出口閥門VA104排出。空

氣入口溫度由溫度顯示儀TI03顯示，出口溫度由溫度顯示儀TI04顯示。通過換熱，

空氣溫度升高。

14

②列管換熱器E102:打開閥門VA105和VA106,空氣通過入口閥門VA105進(jìn)入

列管式換熱器E102的管程，與殼程蒸汽呈逆流流動(dòng)，通過出口閥門VA106排出。空

氣入口溫度由溫度顯示儀TI01顯示，出口溫度由溫度顯示儀TI02顯示。通過換熱，

空氣溫度升高。

③板式換熱器E103:打開閥門VA107和VA108,空氣通過入口閥門VA107進(jìn)入

板式換熱器E103,與蒸汽呈逆流流動(dòng)，通過出口閥門VA108排出。空氣入口溫度由

溫度顯示儀TI05顯示，出口溫度由溫度顯示儀TI06顯示。通過換熱，空氣溫度升局。

蒸汽：本實(shí)訓(xùn)所用蒸汽由蒸汽發(fā)生器供給，最高蒸汽壓力為0.4MPa

1.緩慢打開蒸汽分配器上的蒸汽總管進(jìn)汽閥門VA109,使水蒸汽進(jìn)入蒸汽分配器

RIOlo注意觀察壓力表PI01,當(dāng)其穩(wěn)定在指定值(表壓0.2MPa)后，標(biāo)志著蒸汽可

用于實(shí)訓(xùn)。

2.蒸汽通過支路控制閥進(jìn)入換熱器E101/E102/E103。蒸汽流量由FV01控制，將

PIC02顯示儀調(diào)到手動(dòng)控制狀態(tài)(A—M),蒸汽壓力由PIC02顯示與控制(40-100kPa),

通過調(diào)節(jié)控制儀的輸出百分比來調(diào)節(jié)蒸汽流量。

⑦套管換熱器E101:依次打開閥門VA123、VA124、VA125,蒸汽通過入口閥門

VA123進(jìn)入套管式換熱器E101的殼程，與管程空氣呈逆流接觸。通入蒸汽2分鐘后,

關(guān)閉閥門VA124。通過換熱，蒸汽變?yōu)槔淠?，從換熱器的另一端通過出口閥門VA131、

VA132、VA134和疏水器排出。

②及/管友客段E/02:依次打開閥門VA126、VA127、VA128,蒸汽通過入口閥門

VA126進(jìn)入列管式換熱器E102的殼程，與管程空氣呈逆流接觸。通入蒸汽2分鐘后,

關(guān)閉閥門VA127。通過換熱，蒸汽變?yōu)槔淠?，從換熱器的另一端通過出口閥門VA131、

VA132、VA134和疏水器排出。

③板式換熱器E103:依次打開閥門VA129和VA130,蒸汽通過入口閥門VA129

進(jìn)入板式換熱器E103,與空氣呈逆流流動(dòng)，通過出口閥門VA130排出。通過換熱，

蒸汽變?yōu)槔淠?，從換熱器的另一端通過出口閥門VA131、VA132、VA134和疏水器

排出。

注意:正常操作中,只能有一個(gè)換熱器處于工作狀態(tài)

開車過程發(fā)生異?，F(xiàn)象,必須及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師進(jìn)行處理。

15

（三）正常操作

（1）經(jīng)常檢查空氣的流量是否在正常范圍內(nèi)。

（2）經(jīng)常檢查水蒸汽和空氣的壓力變化，尤其是水蒸汽的壓力變化，避免出現(xiàn)因

壓力變化而造成的溫度變化，還應(yīng)避免水蒸汽壓力過高造成的危險(xiǎn)，出現(xiàn)異常現(xiàn)象要

及時(shí)查明原因，排除故障。

（3）經(jīng)常檢查或定期測(cè)定水蒸汽和空氣進(jìn)出口溫度的變化，每5分鐘記錄一次數(shù)

據(jù)。

（4）在操作過程中，應(yīng)定時(shí)排除不凝性氣體和冷凝液。

（5）定時(shí)檢查換熱器有無滲漏，有無振動(dòng)現(xiàn)象，注意及時(shí)排除異?，F(xiàn)象。

（6）當(dāng)換熱過程穩(wěn)定20分鐘后，準(zhǔn)備停車。

（四）正常停車

（1）關(guān)閉蒸汽分配器上的蒸汽總管進(jìn)汽閥門VA109。

（2）待蒸汽分配器R101的放空口VA110沒有蒸汽逸出后，關(guān)閉換熱器蒸汽入口

閥門VA112。

（3）等空氣出口溫度降至40C后，關(guān)旋渦氣泵電源。

（4）關(guān)閉換熱器空氣入口閥門VA103/VA105/VA107。

（5）關(guān)閉換熱器空氣出口閥門VA104/VA106/VA108。

（6）關(guān)閉總電源。

（7）檢查停車后各設(shè)備、閥門、蒸汽分配器的狀態(tài)。

16

七、設(shè)備一覽表

表2換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)

一

序

號(hào)位號(hào)名稱用途規(guī)格

.

分配并臨時(shí)貯①219x700mm,帶安全閥

1R101蒸汽分配器

存水蒸汽等全套連接管路與閥門

套管式換熱①108x1200mm（歹ij管）（內(nèi)

2E101

器管中76x1mm）

①159x1200mm（列管）（內(nèi)

列管式換熱完成換熱任務(wù)

3E102管中20x1mm）,有圓缺

器

形折流擋板

4E103板式換熱器BRC2.0,換熱面積2m2

為換熱器提供XGB-7型旋渦氣泵，功率

5P101旋渦氣泵連續(xù)定量的壓2.2KW,最大流量

縮空氣210m3/h

17

八、儀表計(jì)量一覽表及主要儀表規(guī)格型號(hào)

表3儀表及測(cè)量傳感器

規(guī)格

序號(hào)位號(hào)儀表用途儀表位置執(zhí)行器

傳感器顯示儀

空氣流量控0-150m3/h

1FIC01集中AI-708B變頻器

制渦輪流量計(jì)

水蒸汽壓力0-400KPa電動(dòng)調(diào)

2PIC02集中AL708B

控制壓力傳感器節(jié)閥

分配器中水

3PI01就地指針壓力表

蒸汽壓力X

P101出口空0-40KPa

4PI03集中AI-501D

氣壓力壓力傳感器

E102進(jìn)口空

5TI01集中

氣溫度

E102出口空

6TI02集中

氣溫度

E101進(jìn)口空

7TI03集中

氣溫度

E101出口空

8TI04集中Pt100熱電阻AI-501D

氣溫度

E103進(jìn)口空

9TI05集中

氣溫度

E103出口空

10TI06集中

氣溫度

出口總管空

11TI07集中

氣溫度

12

18

九、附錄：

附錄一空氣的性質(zhì)

常溫下的空氣是無色無味的氣體?？諝馐怯啥喾N氣體混和而成的，按體積計(jì)，干

燥空氣中氧氣約占21%,氮?dú)饧s占78%,還有二氧化碳、微量的稀有氣體(氨、敏、

氮、氟、值)、甲烷及其它碳?xì)浠衔?、氫、臭氧等。止匕外，空氣中還有量少而不定

的水蒸汽及灰塵等。干空氣的物理性質(zhì)如下表所示：

附表1干空氣的物理性質(zhì)(101.33kPa)

導(dǎo)熱系數(shù)粘度

溫度t密度p比熱容cp

XX102pXIO5

℃kg/m3kJ/(kg℃)

W/(m℃)Pas

201.2051.0052.5931.81

301.1651.0052.6751.86

401.1281.0052.7561.91

501.0931.0052.8261.96

601.0601.0052.8962.01

701.0291.0092.9662.06

801.0001.0093.0472.11

900.9721.0093.1282.15

1000.9461.0093.212.19

1200.8981.0093.3872.29

1400.8541.0133.4892.37

1600.8151.0173.642.45

1800.7791.0223.7802.53

2000.7461.0263.9312.60

19

附錄二水蒸汽的性質(zhì)

附表2飽和水蒸汽表（以用kPa為單位的壓強(qiáng)為準(zhǔn)）

絕對(duì)壓強(qiáng)溫度蒸汽的密度焰kJ/kg汽化熱

kPa℃kg/m3液體氣體kJ/kg

90.096.40.53384403.492670.82267.4

100.099.60.58961416.902676.32259.5

120.0104.50.69868437.512684.32246.8

140.0109.20.80758457.672692.12234.4

160.0113.00.82981473.882698.12224.2

180.0116.61.0209489.322703.72214.3

200.0120.21.1273493.712709.22204.6

250.0127.21.3904534.392719.72185.4

300.0133.31.6501560.382728.52168.1

20

附錄四宇電儀表的使用

面板說明

①上顯示窗

②下顯示窗

③設(shè)置鍵

④數(shù)據(jù)移位

⑤數(shù)據(jù)減少鍵

⑥數(shù)據(jù)增加鍵

⑦10個(gè)LED指示燈，其中MAN燈滅表示

自動(dòng)控制狀態(tài)，亮表示手動(dòng)輸出狀態(tài)；PRG

表示儀表處于程序控制狀態(tài)；M2、OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2等等分別對(duì)

應(yīng)模塊輸入輸出動(dòng)作；COM燈亮表示正與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

基本使用操作

「儀表工電

I__________________I

測(cè)量值為800.0輸出值為60%輸出值為60%

給定值為800.5（自動(dòng)狀態(tài)）（手動(dòng)狀態(tài)）

回￡；

日口口□A/M日口口口

60

L

附圖3儀表顯示狀態(tài)

顯示切換：按@鍵可以切換不同的顯示狀態(tài)。

修改數(shù)據(jù)：需要設(shè)置給定值時(shí)，可將儀表切換到左側(cè)顯示狀態(tài)，即可通過按⑷、

⑨或⑥鍵來修改給定值。AI儀表同時(shí)具備數(shù)據(jù)快速增減法和小數(shù)點(diǎn)移位法。按?

鍵減小數(shù)據(jù)，按④鍵增加數(shù)據(jù)，可修改數(shù)值位的小數(shù)點(diǎn)同時(shí)閃動(dòng)（如同光標(biāo)）。按鍵

并保持不放，可以快速地增加/減少數(shù)值,并且速度會(huì)隨小數(shù)點(diǎn)右移自動(dòng)加快（3級(jí)速度）。

而按④鍵則可直接移動(dòng)修改數(shù)據(jù)的位置（光標(biāo)），操作快捷。

21

設(shè)置參數(shù)：在基本狀態(tài)下按@鍵并保持約

2宅）上限報(bào)警參數(shù)值為1005

/Ilm

秒鐘，即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)下按ru

-/r~ii~iL

@鍵，儀表將依次顯示各參數(shù)，例如上限報(bào)警值、_?一'iULJZ]

___________

HIAL、LoAL等等。用⑷、⑨、⑥等鍵可修改附圖4儀表參數(shù)設(shè)定

參數(shù)值。按