高级过程控制传热自动化实训装置

YUY18-CR1型高级过程控制传热自动化实训装置

过程装备与控制工程是高等院校的一个工科专业，换热实验是本专业一项十分重要的教学与科研内容。原专业的实验设备和实验内容大多于二三十年前确定的，还停留在部件展示、实物剖析和换热结果验证等方面，既不能真实地展示设备属性，又无法将控制系统融入教学与研究；另一方面，涉及到化工原理的许多相关实验需要在不同的装置上实现，导致实验室面积大、设备投资大、设备闲置率高等问题。这样的状况已远远不能满足“过程装备与控制工程”专业的发展与进步。对于科研单位而言，许多物质的物理与化学参数均来自于书籍或者经验，缺乏严谨性，他们也迫切需要一种装置能够及时而准确地测试相关物质的理化数据。

过程控制实验室今后的工作方向是进一步加强管理体制建设，提高实验室的管理水平和运行效率；以现有实验室硬件为基础，与多的企事业单位、科研机构、大专院校联合，共同开展技术咨询、技术培训，进行学术交流与合作；进一步加强科学研究工作，以过程控制理论为指导，结合良好的工业控制技术DCS、PLC等，不断通过在过程控制实验室的训练，培养学生对实际工业过程自动化系统的设计能力、调试能力和分析能力，为今后的学习或工作打下坚实的基础。

一、过程控制传热自动化实训装置概述

"高级过程控制传热自动化实训装置"包括实验台、装配台和控制台。其中实验台的上层台面上除留有冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口外，还安装有管板式、U型管式、浮头式、填料函式四种管壳式换热器中的一种，其它几种换热器放置在装配台上，待调换使用。实验台的下层台面上安装有方形的冷流体储罐、方形的热流体储罐、冷流体泵、热流体泵、冷流体管路系统、热流体管路系统、翅片散热器、电加热器。数据采集系统至少包含6个温度传感器、4个压力传感器、2个液位传感器、2个流量传感器；其中冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口分别设置1个压力传感器和1个温度传感器，冷流体储罐和热流体储罐分别设置1个液位传感器和1个温度传感器，冷流体管路系统和热流体管路系统各设置1个流量传感器，且为可拆式结构。上述所用传感器所用信号线为工业级屏蔽线。冷流体泵和热流体泵为多级离心泵，采用变频器控制系统流量。翅片散热器通过变频器调节风扇的转速控制散热量。电加热器采用电加热棒加热，安装于热流体储罐内，通过调压可控硅改变电压，从而调节加热功率。冷流体管路系统和热流体管路系统均采用金属软管和卡箍连接，并安装有前述的流量传感器和控制阀。上层台面以上仅有4种换热器中已组装完毕的一种、连接用金属软管和4个流体接口，分别为冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口。装配台上层台面用于组装换热器，组装完毕后转移到实验台安装，下层台面用于放置拆卸后的换热器零件和安装配件。控制台为双琴工作台，面板一边安装显示器，另一边安装触摸屏、电源开关、控制按钮，内置工控机、控制模块、交流变频调速器、调压可控硅。其中控制按钮包括冷流体泵启停开关、热流体泵启停开关、翅片散热器风扇启停开关、电加热器启停开关

1、过程控制传热自动化实训装置功能：

a)水循环系统和热水循环系统均采用闭环设计

b)各零部件结构与工业生产实物一致

c)能完成7组实训教学

d)具备完整的换热器传热研究平台

e)3种换热器均为可快速拆装结构

f)装置采取防漏电保护措施

g)冷热流体进出口温差均可同时设定大于10℃，温度测量精度0.1℃，实验数据误差在5%以内

h)热流体进口温度和流量均可连续调节

i)冷流体出口温度和流量均可连续调节

j)装置可实时计算换热器传热系数K值

k)电源：380V，三相五线制，功率不大于10Kw

2、过程控制传热自动化实训装置过程装备

a)固定管板式换热器：DN150，L=700，材质304，管束可拆装（1台）

b)U形管式换热器：DN150，L=700，材质304，管束可拆装（1台）

c)浮头式换热器：DN150，L=700，材质304，管束可拆装（1台）

d)实验台：1600X700X900，台面3mm，材质304，含万向轮（1台）

e)组装台：1000X700X900，台面3mm，材质304，含万向轮（1台）

f)冷水箱：300*400*600，厚度2mm，材质304（1台）

g)热水箱：300*400*600，厚度不少于2mm，材质304（1台）

h)翅片散热器：冷却能力10Kw，风扇380V/1.5Kw（1台）

i)冷水泵：380V/0.75Kw，流量4m3/h，扬程20米（1台）

j)热水泵：380V/0.75Kw，流量4m3/h，扬程20米（1台）

k)冷水管路系统：DN25，工业管+波纹管，快拆连接（1套）

l)热水管路系统：DN25，工业管+波纹管，快拆连接（1套）

m)不锈钢加热棒：6Kw（2件）

n)双头快接波纹管：DN25（1套）

3、过程控制传热自动化实训装置控制工程

a)双琴控制台（1台）

b)PLC主机+模块（1组）

c)10.1寸触摸屏（1件）

d)PC主机（1台）

e)21寸液晶显示器（1台）

f)PLC编程线（1条）

g)UYUY转RS485模块（2件）

h)选择开关（5件）

i)指示灯（12件）

j)急停开关（1件）

k)4P漏保空开（1件）

l)2P漏保空开（1件）

m)接触器（4件）

n)温度传感器PT100，0～150℃，4～20mA输出（5件）

o)压力传感器，0～0.6MPa，4～20mA输出（6件）

p)流量传感器：0～10m3/h，脉冲输出（2件）

q)变频器0.75Kw（1件）

r)调压可控硅380V，100A（1件）

s)接线端子（30件）

t)液位开关（4件）

u)PLC编程实验盒（1件）

4、过程控制传热自动化实训装置电子文档

a)科研装置终身服务卡

b)装置使用说明书

c)装置操作视频

d)PLC编程软件

e)触摸屏组态软件

f)换热器科研平台K值实时计算软件

g)7个实验报告电子文档

5、其它附件

a)活扳手8寸（4把）

b)十字螺丝刀2.5mm（2把）

c)十字螺丝刀6mm（2把）

d)一字螺丝刀2.5mm（2把）

e)一字螺丝刀6mm（2把）

f)万用表（1件）

g)试电笔（1件）

h)固定管板用O型圈（1000件）

i)快接卡箍Φ50.5(20件)

j)快接硅胶垫片Φ50.5（50件）

k)传感器用硅胶垫片Φ19（备10件）

l)三台换热器用橡胶垫（各备5套）

m)304不锈钢螺栓M20X100（备20件）

n)304不锈钢螺栓M20X160（备20件）

o)304不锈钢螺母M20（备40件）

p)304不锈钢螺栓M8X60（备10件）

q)1平方电子线（100米）

二、过程控制传热自动化实训装置特点

a)环保：冷热流体均取用自来水，容易获取，无污染

b)节能：冷热流体采用闭环设计（冷热流体循环使用，无需补水）

c)综合：本装置可以开设7个常规实训和一个科研拓展实训

d)一致性：换热器结构与工业化产品结构相同

e)换热器可拆：换热器可拆装，重量轻，固定管板换热器也是可拆结构

f)管路可拆：管路系统采用卫生级卡箍快拆结构

g)控制电路可拆：控制系统电路可以快速拆装

h)视频：每个实验录制操作视频

i)防触电：采用漏电保护器，防触电

j)防刮伤：外观打磨棱角和去毛刺

k)寿命长：换热器及管路材质为304不锈钢

l)超长服务：3年质保，终身服务

m)知识产权利已授权

n)实验数据稳定：冷流体和热流体的进出口温差可达到10℃，温度测量精度在0.1℃以内，实验、科研数据误差可控制在5%以内（换热器的换热面积设计裕量为15~25%）

o)温度调节范围大：冷热流体进出口温度和流量可以随意组合，调节连续；加热功率可调节，采用模拟信号控制可控硅的输出电压；冷却器风扇采用变频器调节

p)适用范围广：课程设计、见习实习、毕业设计

q)实时计算K值：装置可以完美展示雷诺数对换热系数K值的影响（即层流和湍流对K值的影响）；方便科研人员随时更换各种换热器做试验

r)可定制：装置可按老师教学经验创新定制

三、实验内容

▲实训一、换热器拆装实训

▲实训二、传热工艺计算

▲实训三、过程设备设计（压力容器设计）

▲实训四、控制工程认知

▲实训五、PLC编程

▲实训六、触摸屏组态

▲实训七、传热实验