CN105679137B - 一种化工公用工程操作综合实训装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化工公用工程操作综合实训装置，包括供水单元、供热单元、常温供冷单元、低温供冷单元和真空单元。所述的供水单元向装置供应工业水、工艺水，处理装置产生的蒸汽冷凝水；所述的供热单元向装置供应中压、低压蒸汽，加热装置产生的冷却水；所述的常温供冷单元向装置供应冷却水；所述的低温供冷单元向装置供应低温水；所述的真空单元用于产生真空负压。本发明不仅可以进行各单元和整个实训装置的开停车、调整负荷操作，而且还能设置各种故障，训练学员根据装置温度、压力、流量、阀位、组成等信息查找故障原因，采用正确、有效方法排除故障，具有真实化工生产情景。同时学员可以根据需要自主思考、设计训练方案，能有效帮助学员理解相关操作过程，树立诸多重要的工程观点，提高对化工生产中故障的发现、分析、排除能力。

Description

一种化工公用工程操作综合实训装置

技术领域

本发明涉及化工教学用实训装置，主要用于对化工及相关专业学员和化工行业操作人员岗位职业能力的教学培训和考核。

背景技术

“公用工程”是化工装置各公用辅助设施的总称，虽然其不直接处理化工物料，但其运行状况对化工装置的安全稳定运行、产品质量、产品成本(物耗能耗水平)、企业经济效益等均至关重要。企业对公用工程操作人员有着极高的能力、素质要求。所谓化工公用工程操作综合实训装置是将化工企业广泛装备的各种水生产装置、蒸汽生产装置、蒸汽管网、循环冷却水系统、低温水生产系统、真空系统等巧妙整合成供水单元、供热单元、常温供冷单元、低温供冷单元和真空单元，再将它们有机结合建成综合实训装置，用于对化工及相关专业学员和化工行业操作人员岗位职业能力的教学培训和考核。

化工公用工程装置操作是化工生产中普遍存在而又十分重要的操作。目前对学员进行公用工程装置操作培训是在流体流动、流体输送、传热等相似单元操作实训装置上进行的，培训过程只能让学员进行简单装置的开停车操作，验证书本上个别知识点，枯燥、乏味，训练项目简单呆板，无法发挥学员的主观能动性；装置无设置故障由学员根据装置温度、压力、流量、阀位、组成等信息查找故障原因，采用正确、有效方法排除故障功能；另外上述单元操作过程与公用工程装置内进行的过程的本质有一定差别，装置单一、相互割裂，不能真正代表复杂多变的化工生产实际，无法进行各公用工程装置之间工艺指标相互影响、系统调节各装置的联动操作训练，培训效果差，难以满足企业对人才培养的要求。

因此，人们迫切需要一种贴近复杂多变的化工生产实际、功能完善的化工公用工程操作综合实训装置。使学员通过培训不仅能掌握各公用工程装置的开停车和负荷调节；对公用工程装置运行过程中的指标偏离，能预见其对装置的影响，及时采取有针对性的措施，消除偏离，实现装置的正常运行；对公用工程装置运行过程中可能发生的故障，能根据装置温度、压力、流量、阀位、组成等信息查找故障原因，采用正确、有效方法排除故障；掌握整个公用工程装置联动运行的综合技能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种化工公用工程操作综合实训装置。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种化工公用工程操作综合实训装置，包括供水单元、供热单元、常温供冷单元、低温供冷单元和真空单元；所述的供水单元向装置供应工业水、工艺水，处理装置产生的蒸汽冷凝水；所述的供热单元向装置供应中压、低压蒸汽，加热装置产生的冷却水；所述的常温供冷单元向装置供应冷却水；所述的低温供冷单元向装置供应低温水；所述的真空单元用于产生真空负压；在实训装置的各单元内分别设有故障设置装置。

供水单元包括过滤器、吸附器、阳离子交换器、阴离子交换器、除氧器、泵；来自装置外的水进入过滤器，来自供热单元冷凝器的蒸汽冷凝水进入吸附器，来自供热单元的低压蒸汽进入除氧器；工业水去常温供冷单元的冷却水池，工艺水去供热单元的减温器和真空单元的工艺水进入蒸汽系统装置；

供热单元包括减温器、减压器、冷凝器、疏水器、阻止蒸汽冷凝水及时排出的装置；来自装置外的中压蒸汽进入减压器和真空单元的一级、二级蒸汽喷射泵，来自供水单元泵的工艺水进入减温器，来自常温供冷单元冷却水泵的冷却水进入冷凝器；受热升温后的冷却水去常温供冷单元的冷却塔塔顶，蒸汽冷凝水去供水单元的吸附器，部分低压蒸汽去供水单元的除氧器；

常温供冷单元包括冷却塔、冷却水池、冷却水泵、旁滤器、加药装置；来自供水单元的工业水进入冷却水池，来自供热单元冷凝器的冷却水与来自供低温供冷单元氨冷凝器的冷却水合并从冷却塔顶部淋下；冷却水一路去低温供冷单元的氨冷凝器，一路去供热单元的冷凝器，部分冷却水通过排污装置离开装置；

低温供冷单元包括压缩机、氨冷凝器、节流阀、液氨蒸发器；来自常温供冷单元冷却水泵的冷却水进入氨冷凝器，受热升温后的冷却水去常温供冷单元的冷却塔塔顶；低温水去真空单元的二级真空冷凝器，受热升温后的低温水从真空单元的一级真空冷凝器进入液氨蒸发器；

真空单元包括一级蒸汽喷射泵、一级真空冷凝器、二级蒸汽喷射泵、二级真空冷凝器、一级真空冷凝器大气腿、二级真空冷凝器大气腿、水封槽；来自供水单元的工艺水进入工艺水进入蒸汽系统装置，来供热单元的中压蒸汽进入一级、二级蒸汽喷射泵，来自低温供冷单元的低温水进入二级真空冷凝器，受热升温后的低温水去低温供冷单元的液氨蒸发器；

在所述的供水单元设置了离子交换器短路装置，所述的离子交换器短路装置的结构是在阴离子交换器进出口连接一根管子，管子上安装一阀门。

在所述的供热单元设置了空气进入蒸汽系统装置，所述的空气进入蒸汽系统装置的结构是在低压蒸汽进入冷凝器前加装一文丘里管，文丘里管喉部接一通大气的支管，支管上安装一阀门；在所述的供热单元设置了阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置，所述的阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置结构是在蒸汽冷凝水排出管上安装一阀门。

在所述的常温供冷单元设置了排污系统堵塞装置，所述的排污系统堵塞装置的结构是在排污管线上安装一阀门；在所述的常温供冷单元设置了减少旁滤流量装置，所述的减少旁滤流量装置的结构是在冷却水泵到旁滤器的管线上安装一阀门。

在所述的低温供冷单元设置了润滑油进入液氨蒸发器的装置，所述的润滑油进入液氨蒸发器的装置的结构是在氨蒸发器加装一加油支管，支管上安装一阀门。

在所述的真空单元设置了工艺水进入蒸汽系统装置，所述的工艺水进入蒸汽系统装置的结构是在中压蒸汽进入二级蒸汽喷射泵前加装一加水支管，支管上安装一阀门；还设置了空气漏入大气腿的装置，所述的空气漏入大气腿的装置的结构是在一级真空冷凝器大气腿加装一支管，支管上安装一阀门。

在所述的实训装置内设置了气动调节阀卡死装置，所述的气动调节阀卡死装置的结构是在仪表风进入气动调节阀的膜头的管线上加装阀门；在所述的实训装置内设置了测量仪表引压管堵塞等故障设置装置，所述的测量仪表引压管堵塞等故障设置装置的结构是在引压管上加装阀门。

本发明还公开了一种化工公用工程操作综合实训装置故障设置方法，在供水单元设置了离子交换器短路装置，用于设置故障；在供热单元设置了空气进入蒸汽系统装置和阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置，用于设置故障；在常温供冷单元设置了排污系统堵塞装置和减少旁滤流量装置，用于设置故障；在低温供冷单元设置了润滑油进入液氨蒸发器的装置，用于设置故障；在真空单元设置了工艺水进入蒸汽系统装置和空气漏入大气腿的装置，用于设置故障。

本发明的有益效果是：

本发明将实训训练时各单元操作相对独立、验证性实验转变成了各公用工程装置有机结合的整体联动运行，既能进行各装置的单项操作技能训练，也能进行各个单元联动运行的综合操作技能训练。

本发明不仅可以进行各单元和整个实训装置的开停车、调整负荷操作，而且还能对装置设置许多工艺、设备、仪表、阀门等故障，训练学员根据装置温度、压力、流量、阀位、组成等信息查找故障原因，采用正确、有效方法排除故障，具有真实化工生产情景。

在供水单元设置了离子交换器短路装置；在供热单元设置了空气进入蒸汽系统装置和阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置；在常温供冷单元设置了排污系统堵塞装置和减少旁滤流量装置；在低温供冷单元设置了润滑油进入液氨蒸发器的装置；在真空单元设置了工艺水进入蒸汽系统装置和空气漏入大气腿的装置；还设置了许多气动调节阀仪表风管线堵塞、测量仪表引压管堵塞等故障设置装置，能够让学员训练排除故障。

本发明还可以让学员根据需要自主思考、设计训练方案，能有效帮助学员理解相关操作过程，树立诸多重要的工程观点。

附图说明

图1化工公用工程操作综合实训装置流程示意图；

图2自动调节阀仪表风管线堵塞装置示意图；

图3测量仪表引压管堵塞装置示意图。

附图标记含义为：

1：供水单元；2：供热单元；3：常温供冷单元；4：低温供冷单元；5：真空单元；6：水；7：过滤器；8：吸附器；9：阳离子交换器；10：阴离子交换器；11：除氧器；12：泵；13：离子交换器短路装置；14：中压蒸汽；15：减温器；16：减压器；17：冷凝器；18：空气进入蒸汽系统装置；19：疏水器；20：阻止蒸汽冷凝水及时排出的装置；21：冷却塔；22：冷却水池；23：冷却水泵；24旁滤器；25：排污系统堵塞装置；26：加药装置；27：减少旁滤流量装置；28：压缩机；29：氨冷凝器；30：节流阀；31：液氨蒸发器；32：润滑油进入液氨蒸发器31的装置；33：一级蒸汽喷射泵；34：一级真空冷凝器；35：二级蒸汽喷射泵；36：二级真空冷凝器；37：一级真空冷凝器大气腿；38：二级真空冷凝器大气腿；39：水封槽；40：工艺水进入蒸汽系统装置；41：空气漏入大气腿的装置；42：气动调节阀；43：气动调节阀膜头；44：气动调节阀故障设置装置；45：仪表风；46：测量仪表；47：引压管；48：差压变送器；49：引压管堵塞装置。

具体实施方式

下面将结合附图，详细说明本发明的具体实施方式：

本发明为化工公用工程操作综合实训装置，包括供水单元1、供热单元2、常温供冷单元3、低温供冷单元4和真空单元5。所述的供水单元向装置供应工业水、工艺水，处理装置产生的蒸汽冷凝水；所述的供热单元向装置供应中压、低压蒸汽，加热低温供冷单元送来的低温水；所述的常温供冷单元向装置供应循环冷却水；所述的低温供冷单元向装置供应低温水；所述的真空单元用于产生真空负压。

供水单元1的工作过程是：来自界外的水6经过滤器7过滤后部分作为工业水去常温供冷单元3中的冷却水池22，其余与来自供热单元2中的冷凝器17的蒸汽冷凝水合并经活性炭吸附器8吸附、阳离子交换器9、阴离子交换器10后进入除氧器11除氧，后由泵12打出供供热单元2中的减温器15和真空单元5中的工艺水进入蒸汽系统装置40使用。这里设置了离子交换器短路装置13，模拟离子交换器10再生床层断裂不充分导致再生效果差，运行时离子交换器10很快被击穿的故障。正常运行时阀门处于关闭状态。阀门打开时部分水通过旁路未经离子交换器，导致出水电导超标。提示离子交换器工作效率下降：确认是离子交换器到达再生周期、离子交换树脂到达末期还是再生环节有问题使再生效果变差。

供热单元2的工作过程是：来自界外的中压蒸汽14部分供真空单元5使用，部分经减压器16变为低压蒸汽，构成蒸汽管网。冷凝器17用于加热常温供冷单元3中的冷却水泵23送来的冷却水，蒸汽冷凝水通过疏水器19排至供水单元1中与从过滤器7出来的水合并进入活性炭吸附器8吸附。这里设置了空气进入蒸汽系统装置18，模拟冷凝器17经较长时间运行后不凝气体在其中积聚，导致传热速率下降换热效果差的故障。在低压蒸汽进入冷凝器前加装一文丘里管，文丘里管喉部接一通大气的支管，支管上安装一阀门。正常运行时阀门处于关闭状态。阀门打开一段时间少量空气通过支管进入低压蒸汽后进入冷凝器，导致冷凝器传热速率减慢，模拟冷凝器运行一段时间后传热效果变差：确认是除氧器工作不正常、冷凝器蒸汽供应不足、冷凝器结垢等。在冷凝器17设置了阻止蒸汽冷凝水及时排出的装置20：在蒸汽冷凝液排出管上安装一阀门。正常运行时阀门处于打开状态，而阀门关小导致蒸汽冷凝液排出速率减小，蒸汽冷凝水不能及时排出，在冷凝器17内积聚，液面上升，暴露在蒸汽中的列管面积减小，冷凝器17传热速率减慢，模拟疏水器19疏水能力不足使冷凝器传热效果变差的故障：确认是除氧器工作不正常导致蒸汽中夹带不凝气体、冷凝器蒸汽供应不足、冷凝器结垢等。

常温供冷单元3的工作过程是：来自供热单元2中的冷凝器17的冷却水与来自供低温供冷单元4中的氨冷凝器29的冷却水合并从冷却塔21顶部淋下，与空气接触降温，进入冷却水池22后用冷却水泵23打出，一路供低温供冷单元4中的氨冷凝器29使用，一路经旁滤器24过滤后回冷却水池22控制冷却水的含固量。通过排污装置排污控制冷却水的浓缩倍数。这里设置了排污系统堵塞装置25：在排污管线上安装一阀门。正常运行时阀门处于某一开度，阀门关小，系统排污量偏低，冷却水浓缩倍数偏高。确认是系统旁滤量太小、排污量偏低等。设置了减少旁滤流量装置27：在冷却水泵23到旁滤器24的管线上安装一阀门27。正常运行时阀门处于某一开度，阀门关小，旁滤流量偏低，系统含固量偏高。确认是系统旁滤量太小、排污量偏低等。

低温供冷单元4的工作过程是：工质氨经压缩机28压缩后在氨冷凝器29内冷凝再经节流阀30减压，最终在液氨蒸发器31内蒸发成气氨后再进28压缩实现循环。在氨冷凝器29内气氨冷凝放出的热量由常温供冷单元3中的冷却水泵23供来的冷却水带走，冷却水吸收热量后与来自供热单元2中的冷凝器17的冷却水合并从冷却塔21顶部淋下。在液氨蒸发器31内液氨蒸发吸热将水冷却制得低温水供真空单元5中的二级真空冷凝器36和一级真空冷凝器34使用。这里设置了润滑油进入液氨蒸发器31的装置32：在氨蒸发器31加装一加油支管，支管上安装一阀门。正常运行时阀门处于关闭状态。阀门打开一段时间少量润滑油进入氨蒸发器，模拟氨蒸发器运行一段时间后润滑油积聚，导致传热速率下降换热效果差，低温水出口温度升高的故障。确认是低温水流量太大、进口温度太高、液氨蒸发压力偏高、氨蒸发器结垢还是氨蒸发器中有润滑油积聚等。

真空单元5的工作过程是：中压蒸汽14进入一级蒸汽喷射泵33，抽吸不凝气体，进入一级真空冷凝器34，未凝气体再由二级蒸汽喷射泵35抽吸，再进入二级真空冷凝器36，制得真空。一级真空冷凝器34、二级真空冷凝器36的冷凝水分别通过大气腿37、38进入水封槽39。这里设置了工艺水进入蒸汽系统装置40：在中压蒸汽进入二级蒸汽喷射泵35前加装一加水支管，支管上安装一阀门。正常运行时阀门处于关闭状态。阀门打开时少量水通过支管进入中压蒸汽后进入蒸汽喷射泵，过热的中压蒸汽将变为饱和蒸汽，甚至带水为湿蒸汽，导致真空系统压力上升：确认是真空系统漏气、蒸汽喷射泵工作效率下降还是二级真空冷凝器36传热速率减慢等。模拟蒸汽温度降低变为湿蒸汽导致二级蒸汽喷射泵35抽真空效果差的故障。设置了空气漏入大气腿的装置41：一级真空冷凝器大气腿37加装一支管，支管上安装一阀门。正常运行时阀门处于关闭状态。阀门打开时少量空气进入一级真空冷凝器大气腿，大气腿失效，一级真空冷凝器压力上升，抽真空效果变差。模拟抽真空过程中大气腿失效的故障。

在化工公用工程操作综合实训装置还设置了许多气动调节阀卡死装置：在仪表风45进入气动调节阀42的膜头43的管线上加装阀门44。正常运行时阀门44打开。阀门44关死，仪表风45被切断，气动调节阀42无法动作。模拟装置运行时仪表风干燥不充分，冷凝水在仪表风管线凝结、杂物堵塞仪表风管线、仪表风管线泄露等故障。还设置了测量仪表46引压管47堵塞装置：在引压管47上加装阀门49。正常运行时阀门49打开，压力信号送至差压变送器48转变为电信号输出。阀门49关死，引压管47压力信号被切断，测量仪表46不能准确测量流量、压力数据。模拟装置运行时测量仪表误显示等故障。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种化工公用工程操作综合实训装置，其特征在于：包括供水单元、供热单元、常温供冷单元、低温供冷单元和真空单元；所述的供水单元向装置供应工业水、工艺水，处理装置产生的蒸汽冷凝水；所述的供热单元向装置供应中压、低压蒸汽，加热装置产生的冷却水；所述的常温供冷单元向装置供应冷却水；所述的低温供冷单元向装置供应低温水；所述的真空单元用于产生真空负压；在实训装置的各单元内分别设有故障设置装置；

供水单元包括过滤器、吸附器、阳离子交换器、阴离子交换器、除氧器、泵；来自实训装置外的水进入过滤器，来自供热单元冷凝器的蒸汽冷凝水进入吸附器，来自供热单元的低压蒸汽进入除氧器；工业水去常温供冷单元的冷却水池，工艺水去供热单元的减温器和真空单元的工艺水进入蒸汽系统装置；

供热单元包括减温器、减压器、冷凝器、空气进入蒸汽系统装置、疏水器、阻止蒸汽冷凝水及时排出的装置；来自实训装置外的中压蒸汽进入减压器和真空单元的一级、二级蒸汽喷射泵，来自供水单元泵的工艺水进入减温器，来自常温供冷单元冷却水泵的冷却水进入冷凝器；受热升温后的冷却水去常温供冷单元的冷却塔塔顶，蒸汽冷凝水去供水单元的吸附器，部分低压蒸汽去供水单元的除氧器；

常温供冷单元包括冷却塔、冷却水池、冷却水泵、旁滤器、排污系统堵塞装置、加药装置、减少旁滤流量装置；来自供水单元的工业水进入冷却水池，来自供热单元冷凝器的冷却水与来自供低温供冷单元氨冷凝器的冷却水合并从冷却塔顶部淋下；冷却水一路去低温供冷单元的氨冷凝器，一路去供热单元的冷凝器，部分冷却水通过排污装置离开实训装置；

低温供冷单元包括压缩机、氨冷凝器、节流阀、液氨蒸发器、润滑油进入液氨蒸发器的装置；来自常温供冷单元冷却水泵的冷却水进入氨冷凝器，受热升温后的冷却水去常温供冷单元的冷却塔塔顶；低温水去真空单元的二级真空冷凝器，受热升温后的低温水从真空单元的一级真空冷凝器进入液氨蒸发器；

真空单元包括一级蒸汽喷射泵、一级真空冷凝器、二级蒸汽喷射泵、二级真空冷凝器、一级真空冷凝器大气腿、二级真空冷凝器大气腿、水封槽、工艺水进入蒸汽系统装置、空气漏入大气腿的装置；来自供水单元的工艺水进入工艺水进入蒸汽系统装置，来自供热单元的中压蒸汽进入一级、二级蒸汽喷射泵，来自低温供冷单元的低温水进入二级真空冷凝器，受热升温后的低温水去低温供冷单元的液氨蒸发器；

在所述的供水单元设置了离子交换器短路装置，所述的离子交换器短路装置的结构是在阴离子交换器进出口连接一根管子，管子上安装一阀门；

在所述的实训装置内设置了气动调节阀卡死装置，所述的气动调节阀卡死装置的结构是在仪表风进入气动调节阀的膜头的管线上加装阀门；在所述的实训装置内设置了测量仪表引压管堵塞故障设置装置，所述的测量仪表引压管堵塞故障设置装置的结构是在引压管上加装阀门。

2.如权利要求1所述的化工公用工程操作综合实训装置，其特征在于：在所述的供热单元设置了空气进入蒸汽系统装置，所述的空气进入蒸汽系统装置的结构是在低压蒸汽进入冷凝器前加装一文丘里管，文丘里管喉部接一通大气的支管，支管上安装一阀门；在所述的供热单元设置了阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置，所述的阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置结构是在蒸汽冷凝水排出管上安装一阀门。

3.如权利要求1所述的化工公用工程操作综合实训装置，其特征在于：在所述的常温供冷单元设置了排污系统堵塞装置，所述的排污系统堵塞装置的结构是在排污管线上安装一阀门；在所述的常温供冷单元设置了减少旁滤流量装置，所述的减少旁滤流量装置的结构是在冷却水泵到旁滤器的管线上安装一阀门。

4.如权利要求1所述的化工公用工程操作综合实训装置，其特征在于：在所述的低温供冷单元设置了润滑油进入液氨蒸发器的装置，所述的润滑油进入液氨蒸发器的装置的结构是在氨蒸发器加装一加油支管，支管上安装一阀门。

5.如权利要求1所述的化工公用工程操作综合实训装置，其特征在于：在所述的真空单元设置了工艺水进入蒸汽系统装置，所述的工艺水进入蒸汽系统装置的结构是在中压蒸汽进入二级蒸汽喷射泵前加装一加水支管，支管上安装一阀门；还设置了空气漏入大气腿的装置，所述的空气漏入大气腿的装置的结构是在一级真空冷凝器大气腿加装一支管，支管上安装一阀门。

6.一种如权利要求1所述的化工公用工程操作综合实训装置故障设置方法，其特征在于：在供水单元设置了离子交换器短路装置，用于设置故障；在供热单元设置了空气进入蒸汽系统装置和阻止蒸汽冷凝水及时排出以改变换热面积的装置，用于设置故障；在常温供冷单元设置了排污系统堵塞装置和减少旁滤流量装置，用于设置故障；在低温供冷单元设置了润滑油进入液氨蒸发器的装置，用于设置故障；在真空单元设置了工艺水进入蒸汽系统装置和空气漏入大气腿的装置，用于设置故障。