孫智全

摘要：石油化工工業(yè)中應(yīng)用的設(shè)備通常都具有一定危險(xiǎn)性，設(shè)備的體積較大、操作復(fù)雜，而且整體的經(jīng)濟(jì)性比較高，所以在進(jìn)行操作學(xué)習(xí)的過(guò)程中，一般都是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)室中的相關(guān)設(shè)施在應(yīng)用時(shí)都是進(jìn)行單方面的檢測(cè)和維修，許多設(shè)備的應(yīng)用性能比較相似，很容易進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，造成資源上的浪費(fèi)。想要改善以上情況，建立石化裝置檢維修及性能測(cè)試平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)、靜設(shè)備的集成化管理，在試驗(yàn)的過(guò)程中操作比較方便，可以保證裝備的檢維修和性能測(cè)試效果。

關(guān)鍵詞：石化裝備；檢維修；性能測(cè)試平臺(tái)；研制

一、測(cè)試平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

1、測(cè)試平臺(tái)

（1）流體輸送系統(tǒng)

流體輸送系統(tǒng)主要是由水箱、泵組、閥門(mén)和安全附件組成的，該系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中主要是為換熱介質(zhì)提供一個(gè)流動(dòng)性較強(qiáng)的空間，并為其提供動(dòng)能。泵的種類(lèi)與很多，在這個(gè)系統(tǒng)中，主要應(yīng)用了開(kāi)、閉式的離心泵，有時(shí)也會(huì)應(yīng)用螺桿泵，這樣在檢測(cè)的過(guò)程中可以對(duì)不同泵的應(yīng)用性能進(jìn)行比對(duì)。流體輸送系統(tǒng)中的工藝介質(zhì)也要進(jìn)行慎重的選擇，一定要考慮到其對(duì)其他設(shè)備造成的危害。一般都會(huì)選擇水和空氣。在試驗(yàn)的過(guò)程中，工藝介質(zhì)不同換熱系數(shù)也存在著一定的差異，水-氣換熱的過(guò)程中傳遞的溫度系數(shù)比較小，這樣在加熱的過(guò)程中會(huì)存在一定的難度，所以采用水-水換熱的方式，通常都會(huì)應(yīng)用冷水和熱水。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我們可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用的兩臺(tái)換熱器是通過(guò)并聯(lián)的方式連接在一起的，熱水在裝置內(nèi)部的管程中游走，而冷水在外殼中游走，冷水和熱水按照一定的方式進(jìn)行分布，不同的支路最后與裝置中的泵組和水箱連接在一切。另外，在特定的位置設(shè)計(jì)導(dǎo)管，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管內(nèi)部與裝置外殼間介質(zhì)的互換。

（2）流體換熱系統(tǒng)

換熱部分選用了兩臺(tái)固定管板式換熱器，兩臺(tái)換熱器通過(guò)中間管箱及8字型盲板串聯(lián)連接以實(shí)現(xiàn)管程的聯(lián)通和密封，盲板與法蘭采用了凸面密封，以適應(yīng)拆裝的可重復(fù)性需求。為突出對(duì)比，換熱器分別采用了光管和低翅螺紋管，光管與低翅螺紋管排布方式采用了正三角形排布，且低翅螺紋管的管心距是光管側(cè)的2倍。低翅管與管板采用了常規(guī)的脹焊連接，而光管側(cè)換熱器管板與殼體采用了法蘭可拆連接；光管一端焊有一旋管，旋管外側(cè)設(shè)有錐螺紋，可由管板一側(cè)旋人并固定于可拆管板，管束的另一端采用了旋塞和墊片密封，旋塞從管板另一側(cè)旋入，使換熱管軸向定位。

2、工作原理

換熱器的使用必然涉及到兩路或兩路以上的流體，如前文所述，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)換熱介質(zhì)為冷、熱水，冷水經(jīng)去氯除鹽處理，分別注入冷、熱水箱，熱水箱的介質(zhì)通過(guò)電加熱管加熱，其加熱功率受嵌于水箱的溫度變送器進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以達(dá)到試驗(yàn)工況。冷、熱介質(zhì)分別通過(guò)泵組進(jìn)行流體輸送，泵的轉(zhuǎn)速可由工控機(jī)給定，冷、熱水的流量由位于泵出口處的孔板流量計(jì)計(jì)量，計(jì)量后的介質(zhì)經(jīng)各支管路分別進(jìn)入換熱器的管程和殼程，在換熱器內(nèi)兩種介質(zhì)逆流流動(dòng)；根據(jù)支管路閥門(mén)和盲板閥的切換組合，可實(shí)現(xiàn)光管、低翅管換熱器的獨(dú)立工作及串并聯(lián)。在換熱器各支路進(jìn)、出口處設(shè)置熱電阻和壓差變送器，用于計(jì)量換熱器換熱前后的壓差和溫度。換熱后的液體流人高位水箱，高位水箱設(shè)有浮球控制閥，當(dāng)液位達(dá)到一定高度時(shí)，分別泄放至冷熱水箱，進(jìn)行循環(huán)。

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的輔助仿真設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)

1、性能測(cè)試的工藝流程仿真

對(duì)于一個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，往往希望在試驗(yàn)之前對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種預(yù)測(cè)并不是盲目的，應(yīng)基于給定工藝條件下的理論計(jì)算進(jìn)行判斷。在性能測(cè)試平臺(tái)中涉及的主要設(shè)備包括泵、換熱器、管路及閥門(mén)等，這些設(shè)備涵蓋眾多的結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)，任一參數(shù)的變化，均可獲得不同的預(yù)測(cè)結(jié)果，因此增加了計(jì)算負(fù)荷。本文采用美國(guó)Chemstations公司的ChemCAD流程模擬系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)，其內(nèi)置的CC-THERM模塊和PIPE模塊可分別用于本平臺(tái)中的換熱單元和流體輸送單元的模擬。同時(shí)采用了PIPE模塊對(duì)泵和閥門(mén)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)定，設(shè)定了揚(yáng)程、壓力降等額定參數(shù)。與平臺(tái)試驗(yàn)相同，在軟件中設(shè)置好實(shí)驗(yàn)變量即可計(jì)算并獲得不同工況下的結(jié)果。

2、檢維修虛擬巡檢場(chǎng)景搭建及仿真

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立就是對(duì)石油化工生產(chǎn)中使用的各項(xiàng)裝置進(jìn)行模型化處理，因?yàn)槭突ぱb飾的應(yīng)用性質(zhì)比較特殊，并且具有一定的危險(xiǎn)，那么新裝置在研制出來(lái)之后，首先要對(duì)裝置的應(yīng)用要點(diǎn)和操作方式進(jìn)行深入的了解，才能將裝置的作用發(fā)揮出來(lái)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的來(lái)臨，無(wú)論是石油、石化現(xiàn)場(chǎng)還是高校大學(xué)生，PC和移動(dòng)終端得到了廣泛的普及，單純二維圖紙已無(wú)法滿足現(xiàn)代人的認(rèn)知需求。因此平臺(tái)采用了虛擬巡檢場(chǎng)景搭建，用于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的輔助教學(xué)。

3、性能測(cè)試測(cè)控軟件的開(kāi)發(fā)

換熱器的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)必然涉及自變量參數(shù)的控制以及換熱過(guò)程參量的監(jiān)測(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程，基于Borland公司的C+ +builder可視化集成開(kāi)發(fā)工具建立了換熱器性能試驗(yàn)測(cè)控與仿真系統(tǒng)，，設(shè)備以貼圖的方式呈現(xiàn)，分別采用不同的顏色對(duì)冷、熱換熱介質(zhì)換熱前后進(jìn)行標(biāo)識(shí)，設(shè)備及管路上設(shè)有相應(yīng)的顯示與輸入控件，通過(guò)對(duì)擴(kuò)展性控件的編程與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)串口、采集卡、轉(zhuǎn)換電路、儀表及電磁閥門(mén)等的通信和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了性能測(cè)試試驗(yàn)的自動(dòng)化，在降低了試驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高了試驗(yàn)效率及穩(wěn)定性。借助C+ +builder，試驗(yàn)人員可實(shí)時(shí)對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，使實(shí)驗(yàn)參數(shù)與給定值保持恒定，并記錄測(cè)試參數(shù)的變化。

三、結(jié)語(yǔ)

化工生產(chǎn)中應(yīng)用的設(shè)備種類(lèi)有很多，其中換熱器是設(shè)備中的重要組成部分，主要起到熱量的轉(zhuǎn)換作用，這種靜設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的比較廣泛。而泵設(shè)備主要是對(duì)流體進(jìn)行輸送，其應(yīng)用質(zhì)量會(huì)對(duì)最終的結(jié)果產(chǎn)生影響。建立石化裝備檢維修及性能測(cè)試平臺(tái)，可以對(duì)以上兩種類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一化管理，新型的設(shè)計(jì)理念在應(yīng)用的過(guò)程中改善了傳統(tǒng)換熱器的固定結(jié)構(gòu)，新型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯，而且可以進(jìn)行裝置的維修實(shí)驗(yàn)，這樣可以更加直觀的感受到各項(xiàng)工作的操作流程。平臺(tái)可以在不斷實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為維修和測(cè)試工作提供有效的參考數(shù)據(jù)，也可以各項(xiàng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)石化裝備的無(wú)損檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫顯良，陳猛.石化設(shè)備管理和檢維修體系的建設(shè)芻議[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（23）.

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