流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置的使用與改進(jìn)

楊發(fā)財(cái)

摘 要：本文簡要介紹了流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置的特點(diǎn)，流體輸送裝置的應(yīng)用及能滿足的實(shí)訓(xùn)功能。為便于一體化教學(xué)提出了該裝置需改進(jìn)的幾個(gè)問題和改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：流體輸送 傳熱 連鎖 自動(dòng)控制

一、流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置建設(shè)背景

流體是指具有流動(dòng)性的物體，包括氣體和液體，在化工生產(chǎn)中所處理的物料大多為流體。在生產(chǎn)過程中，這些物料需要從一個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一個(gè)設(shè)備，從一個(gè)工序轉(zhuǎn)移到另一個(gè)工序，從一個(gè)車間轉(zhuǎn)移到另一個(gè)車間。所以，流體輸送是化工生產(chǎn)中最常見的化工單元操作，操作好流體輸送工作，對(duì)化工生產(chǎn)過程有著非常重要的意義。

本實(shí)訓(xùn)裝置我們引入了工業(yè)泵組、罐區(qū)設(shè)計(jì)概念，著重于學(xué)生對(duì)流體輸送過程中的壓力、流量、液位的控制，采用不同流體輸送設(shè)備（離心泵、空氣壓縮機(jī)、真空泵）和輸送形式（動(dòng)力輸送和靜壓輸送），使學(xué)生能了解化工企業(yè)生產(chǎn)的雛形。

二、流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置簡介

筆者所在學(xué)院流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置為學(xué)院與天津市睿智天成科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)。筆者結(jié)合給學(xué)生帶化工單元過程及操作的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將學(xué)院流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置做簡單介紹。學(xué)院流體輸送實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置三套，流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置流程如下圖所示。

由圖可以看出：新鮮水槽V101內(nèi)的液體可經(jīng)離心泵P102A或102B加壓后輸送至高位槽V102、儲(chǔ)水槽V103或正壓水槽V104；新鮮水槽V101內(nèi)的液體，在壓縮機(jī)壓縮空氣的作用下可被壓送至高位槽V102或正壓水槽V104；正壓水槽V104內(nèi)的液體在壓縮機(jī)壓縮空氣的作用下可被壓送至高位槽V102或新鮮水槽V101；高位槽V102內(nèi)的液體可自流至新鮮水槽V101；高位槽V102、儲(chǔ)水槽V103、正壓水槽V104、負(fù)壓水槽V105內(nèi)的液體可由離心泵P101加壓輸送至新鮮水槽V101；液體可在真空噴射器產(chǎn)生的真空作用下由新鮮水槽V101被抽至負(fù)壓水槽V105內(nèi)；離心泵P102A與102B可以進(jìn)行倒泵、串聯(lián)和并聯(lián)等操作。在以上操作中，新鮮水槽V101內(nèi)的液體在壓縮機(jī)壓縮空氣的作用下可被壓送至高位槽V102或正壓水槽V104，正壓水槽V104內(nèi)的液體在壓縮機(jī)壓縮空氣的作用下可被壓送至高位槽V102或新鮮水槽V101，高位槽V102內(nèi)的液體可自流至新鮮水槽V101，液體可在真空噴射器產(chǎn)生的真空作用下由新鮮水槽V101被抽至負(fù)壓水槽V105等其輸送形式屬于靜壓輸送，其余輸送形式為動(dòng)力輸送。

該裝置為不銹鋼材質(zhì)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備均配備DCS控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作，也可在DCS控制臺(tái)操作，還可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作與DCS控制聯(lián)合操作的過程。通過流體輸送實(shí)訓(xùn)，我們可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置的結(jié)構(gòu)、流程及儀表，掌握流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置的開停車操作技能、正常運(yùn)行操作技能、泵的串聯(lián)與并聯(lián)操作技能及異常事故（如斷電、泵壞、閥卡等）的處理技能，使學(xué)生提高理論與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的能力，進(jìn)一步適合企業(yè)發(fā)展的需要。

三、流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置具有的實(shí)訓(xùn)功能

流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置模擬工藝生產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)置流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，訓(xùn)練學(xué)生實(shí)際化工生產(chǎn)的操作能力。本裝置可以實(shí)現(xiàn)流體輸送：液相輸送、氣相輸送以及真空輸送。可以鍛煉學(xué)生以下技能。

一是設(shè)備特性崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行離心泵特性曲線的測(cè)定。

二是氣體輸送崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行空氣壓縮機(jī)的開停車，壓力緩沖罐壓力的調(diào)節(jié)；真空泵的開停車，真空度的調(diào)節(jié)等操作。

三是液體輸送崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行離心泵的開停車及流量調(diào)節(jié)；離心泵的氣縛、氣蝕；離心泵的串、并聯(lián)等操作。

四是現(xiàn)場工控崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行泵的變頻調(diào)節(jié)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)和閘閥調(diào)節(jié)；儲(chǔ)罐液位高低報(bào)警，液位調(diào)節(jié)控制。

五是化工電氣儀表崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、孔板流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、差壓變送器、熱電阻、壓力變送器、功率表、無紙記錄儀、閃光報(bào)警器及各類就地彈簧指針表等的使用。

六是就地及遠(yuǎn)程控制崗位技能。學(xué)生可進(jìn)行現(xiàn)場控制臺(tái)儀表與微機(jī)通訊，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及過程監(jiān)控。

七是盲板管理。為了防止生產(chǎn)過程、檢修過程中不同物料的串料，保證管道系統(tǒng)之間的切斷，鍛煉學(xué)生的安全管理意識(shí)，本裝置設(shè)置了盲板管理操作功能，可鍛煉學(xué)生倒盲板的操作技能。

八是離心泵故障判斷與處理功能。離心泵出現(xiàn)故障停止運(yùn)行，學(xué)生可進(jìn)行離心泵P102A與102B的倒泵操作，鍛煉學(xué)生對(duì)事故的判斷、處理能力。

九是離心泵的串、并聯(lián)技能。設(shè)備模擬企業(yè)流量不足的情景下鍛煉學(xué)生進(jìn)行離心泵P102A與102B的并聯(lián)操作及揚(yáng)程不足時(shí)離心泵P102A與102B的串聯(lián)操作的能力。

四、流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置中存在的問題

學(xué)院流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置雖然比較先進(jìn)，但是在我們長時(shí)間的教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的不足。

一是化工生產(chǎn)中流體在輸送過程中一般均伴隨著流體的換熱過程，而本實(shí)訓(xùn)裝置中無換熱裝置。

二是管路中所用的閥門均為截止閥或球閥，沒有閘閥，無法讓學(xué)生比較閘閥與截止閥調(diào)節(jié)流量時(shí)的不同操作過程。

三是在直管上無壓差測(cè)量口、閥門前后無測(cè)壓口，無法測(cè)量直管阻力和閥門局部阻力。

四是離心泵P102A或102B發(fā)生故障后無連鎖。

五是各儲(chǔ)槽的液位與流量無自動(dòng)控制系統(tǒng)控制。

六是離心泵的安裝高度在各儲(chǔ)槽之下，無需設(shè)計(jì)灌液漏斗。

五、流體輸送實(shí)訓(xùn)裝置的改進(jìn)措施

經(jīng)過研究，我們對(duì)設(shè)備中的不足做出了如下改進(jìn)。

一是化工生產(chǎn)中流體在輸送過程中一般均伴隨著流體的換熱過程，而本實(shí)訓(xùn)裝置中無換熱裝置，學(xué)生只能是在控制儲(chǔ)槽液位穩(wěn)定的情況下來調(diào)節(jié)流量。我們的改進(jìn)方案是：增設(shè)蒸汽發(fā)生器一臺(tái)，在高位槽前增加一列管式換熱器，模擬化工生產(chǎn)中物料需要加熱的情景，用蒸汽與被輸送物料換熱，維持物料流量一定、各儲(chǔ)槽液位穩(wěn)定，讓學(xué)生控制加熱蒸汽的流量以維持出口溫度恒定；或者在生產(chǎn)負(fù)荷發(fā)生變化后讓學(xué)生調(diào)節(jié)加熱蒸汽的流量以維持出口溫度恒定，這樣更符合化工生產(chǎn)實(shí)際。

二是管路中所用的閥門均為截止閥或球閥，沒有閘閥的改進(jìn)方案。在管路中增設(shè)閘閥，其目的是使學(xué)生比較用閘閥和截止閥調(diào)節(jié)流量時(shí)有何不同，從而加深對(duì)閥門特性的理解。

三是在直管上無測(cè)壓口，無法測(cè)量直管阻力的改進(jìn)方案。在直管兩端取兩個(gè)測(cè)壓口，在截止閥、閘閥前后各取測(cè)壓口，用以測(cè)定直管阻力和局部阻力，并比較流體流經(jīng)閘閥與截止閥時(shí)的阻力損失大小。

四是離心泵無連鎖的危害。離心泵發(fā)生故障無連鎖，如果生產(chǎn)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，小則物料流量減小，影響正常生產(chǎn)；大則可能會(huì)造成更大的安全生產(chǎn)事故。其改進(jìn)方案是：離心泵P102A與102B增設(shè)連鎖控制系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行離心泵P102A出現(xiàn)故障后，連鎖系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行泵P102A，并啟動(dòng)備用泵102B，以維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。

五是各儲(chǔ)槽的液位與流量無自動(dòng)控制系統(tǒng)的危害。沒有自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)離心泵向儲(chǔ)槽內(nèi)輸送物料時(shí)，液位若超過上限離心泵繼續(xù)對(duì)其輸送物料，則有可能會(huì)造成該儲(chǔ)槽內(nèi)液體溢流。其改進(jìn)方案是：在各儲(chǔ)槽入口增設(shè)自動(dòng)控制器并與液位串級(jí)控制儲(chǔ)槽內(nèi)的液位，以防儲(chǔ)槽液體過多而溢流。

六是離心泵P101、P102A、P102B的安裝高度在各儲(chǔ)槽之下，無需設(shè)計(jì)灌液漏斗。因?yàn)殡x心泵安裝高度比各儲(chǔ)槽都低，當(dāng)打開離心泵的入口閥及排氣閥時(shí)，儲(chǔ)槽內(nèi)的液體會(huì)自動(dòng)流入離心泵內(nèi)，故不需要設(shè)置灌液漏斗。本實(shí)訓(xùn)裝置改進(jìn)方案是：將灌液漏斗去掉，改為排氣口。

六、小結(jié)

我們從設(shè)備設(shè)計(jì)和教學(xué)環(huán)節(jié)入手提出了設(shè)備改進(jìn)的新方案，即增設(shè)換熱器、蒸汽發(fā)生器，使冷熱流體進(jìn)行換熱，讓學(xué)生在控制液位、流量時(shí)再控制物料的溫度，增設(shè)閘閥、增設(shè)直管阻力與局部阻力的測(cè)壓口、增設(shè)連鎖系統(tǒng)、增設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，將灌液漏斗去掉，改為排氣口。通過這些改進(jìn)措施，使流體輸送裝置在設(shè)計(jì)上更加合理，同時(shí)也適應(yīng)了一體化教學(xué)環(huán)節(jié)的需要。在改進(jìn)后的裝置上，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)到流體輸送的知識(shí)與技能，還可學(xué)習(xí)到傳熱的相關(guān)操作技能與儀表的相關(guān)知識(shí)與操作技能，這更符合一體化教學(xué)對(duì)教學(xué)硬件的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張新戰(zhàn).化工單元過程及操作[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

（作者單位：山東化工技師學(xué)院）