淺析石化裝備檢維修及性能測試平臺的研制

孫智全

摘要：石油化工工業中應用的設備通常都具有一定危險性，設備的體積較大、操作復雜，而且整體的經濟性比較高，所以在進行操作學習的過程中，一般都是在實驗室中進行基礎設備的實驗操作。實驗室中的相關設施在應用時都是進行單方面的檢測和維修，許多設備的應用性能比較相似，很容易進行重復實驗，造成資源上的浪費。想要改善以上情況，建立石化裝置檢維修及性能測試平臺可以實現對動、靜設備的集成化管理，在試驗的過程中操作比較方便，可以保證裝備的檢維修和性能測試效果。

關鍵詞：石化裝備；檢維修；性能測試平臺；研制

一、測試平臺的總體設計

1、測試平臺

（1）流體輸送系統

流體輸送系統主要是由水箱、泵組、閥門和安全附件組成的，該系統在運轉的過程中主要是為換熱介質提供一個流動性較強的空間，并為其提供動能。泵的種類與很多，在這個系統中，主要應用了開、閉式的離心泵，有時也會應用螺桿泵，這樣在檢測的過程中可以對不同泵的應用性能進行比對。流體輸送系統中的工藝介質也要進行慎重的選擇，一定要考慮到其對其他設備造成的危害。一般都會選擇水和空氣。在試驗的過程中，工藝介質不同換熱系數也存在著一定的差異，水-氣換熱的過程中傳遞的溫度系數比較小，這樣在加熱的過程中會存在一定的難度，所以采用水-水換熱的方式，通常都會應用冷水和熱水。在實驗的過程中我們可以發現，應用的兩臺換熱器是通過并聯的方式連接在一起的，熱水在裝置內部的管程中游走，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，在特定的位置設計導管，可以實現導管內部與裝置外殼間介質的互換。

（2）流體換熱系統

換熱部分選用了兩臺固定管板式換熱器，兩臺換熱器通過中間管箱及8字型盲板串聯連接以實現管程的聯通和密封，盲板與法蘭采用了凸面密封，以適應拆裝的可重復性需求。為突出對比，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的2倍。低翅管與管板采用了常規的脹焊連接，而光管側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，旋管外側設有錐螺紋，可由管板一側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，實驗平臺換熱介質為冷、熱水，冷水經去氯除鹽處理，分別注入冷、熱水箱，熱水箱的介質通過電加熱管加熱，其加熱功率受嵌于水箱的溫度變送器進行反饋調節，以達到試驗工況。冷、熱介質分別通過泵組進行流體輸送，泵的轉速可由工控機給定，冷、熱水的流量由位于泵出口處的孔板流量計計量，計量后的介質經各支管路分別進入換熱器的管程和殼程，在換熱器內兩種介質逆流流動；根據支管路閥門和盲板閥的切換組合，可實現光管、低翅管換熱器的獨立工作及串并聯。在換熱器各支路進、出口處設置熱電阻和壓差變送器，用于計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，高位水箱設有浮球控制閥，當液位達到一定高度時，分別泄放至冷熱水箱，進行循環。

二、實驗平臺的輔助仿真設計及軟件開發

1、性能測試的工藝流程仿真

對于一個試驗過程，往往希望在試驗之前對結果進行預測，這種預測并不是盲目的，應基于給定工藝條件下的理論計算進行判斷。在性能測試平臺中涉及的主要設備包括泵、換熱器、管路及閥門等，這些設備涵蓋眾多的結構及工藝參數，任一參數的變化，均可獲得不同的預測結果，因此增加了計算負荷。本文采用美國Chemstations公司的ChemCAD流程模擬系統進行結果預測，其內置的CC-THERM模塊和PIPE模塊可分別用于本平臺中的換熱單元和流體輸送單元的模擬。同時采用了PIPE模塊對泵和閥門進行了參數設定，設定了揚程、壓力降等額定參數。與平臺試驗相同，在軟件中設置好實驗變量即可計算并獲得不同工況下的結果。

2、檢維修虛擬巡檢場景搭建及仿真

實驗平臺的建立就是對石油化工生產中使用的各項裝置進行模型化處理，因為石油化工裝飾的應用性質比較特殊，并且具有一定的危險，那么新裝置在研制出來之后，首先要對裝置的應用要點和操作方式進行深入的了解，才能將裝置的作用發揮出來。隨著“互聯網+”時代的來臨，無論是石油、石化現場還是高校大學生，PC和移動終端得到了廣泛的普及，單純二維圖紙已無法滿足現代人的認知需求。因此平臺采用了虛擬巡檢場景搭建，用于實驗平臺的輔助教學。

3、性能測試測控軟件的開發

換熱器的性能測試實驗必然涉及自變量參數的控制以及換熱過程參量的監測。為實現上述過程，基于Borland公司的C+ +builder可視化集成開發工具建立了換熱器性能試驗測控與仿真系統，，設備以貼圖的方式呈現，分別采用不同的顏色對冷、熱換熱介質換熱前后進行標識，設備及管路上設有相應的顯示與輸入控件，通過對擴展性控件的編程與工業控制計算機串口、采集卡、轉換電路、儀表及電磁閥門等的通信和數據交換，實現了性能測試試驗的自動化，在降低了試驗人員勞動強度的同時，提高了試驗效率及穩定性。借助C+ +builder，試驗人員可實時對反饋信號進行PID調節，使實驗參數與給定值保持恒定，并記錄測試參數的變化。

三、結語

化工生產中應用的設備種類有很多，其中換熱器是設備中的重要組成部分，主要起到熱量的轉換作用，這種靜設備在工業生產中應用的比較廣泛。而泵設備主要是對流體進行輸送，其應用質量會對最終的結果產生影響。建立石化裝備檢維修及性能測試平臺，可以對以上兩種類型的設備進行統一化管理，新型的設計理念在應用的過程中改善了傳統換熱器的固定結構，新型結構的應用優勢更加明顯，而且可以進行裝置的維修實驗，這樣可以更加直觀的感受到各項工作的操作流程。平臺可以在不斷實驗的過程中積累實驗數據，為維修和測試工作提供有效的參考數據，也可以各項設計進行優化創新，實現石化裝備的無損檢測。

參考文獻：

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[2]林玉娟，齊林宇，龍飛飛，等.一種石化裝備檢維修及性能測試實驗裝置：，CN105092277A[P].2015.