冷凝水疏水截止阀在线监控系统的研究Word格式文档下载.docx
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目录
1绪论1
1.2研究现状及发展趋势1
1.3本文主要研究内容2
2空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统3
2.1空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统概述3
2.2疏水阀4
2.2.1关于疏水阀4
2.2.2疏水阀选型和安装注意事项4
2.2.2疏水阀中的传热作用6
2.3截止阀8
2.3.1关于截止阀8
2.2.2截止阀的设计和计算8
3系统总体设计13
3.1系统硬件平台总体结构建立13
3.1.1监控系统的组成结构13
3.1.3阀门点的PLC设计15
3.2.2系统软件开发平台19
3.2.3创建实时数据库19
3.3系统软件工作流程20
3.3.1监控系统的组成20
3.3.2运行策略设计21
3.4组态软件与PLC通信实现22
3.4.1数据变量及PLC地址分配对照表22
3.4.2三菱PLC设备组态23
4仿真28
4.1监控系统运行结果28
4.2报警数据浏览30
4.3各种参数曲线31
4.4参数历史曲线32
4.5本章小结33
总结34
致谢35
参考文献36
1绪论
1.1课题背景与意义
本课题来源于某公司和我校合作进行对能源合理利用以及再循环利用项目。
近些年来我国特别注重在节能减排、环境保护、绿色能源、清洁技术、废物回收利用、污水处理等方面的问题。
空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统这一课题就相应了国家的环保政策。
由于空气热换器的能够通过流体作为介质对其他介质进行换热，故而能够在许多工业生产当中广泛运用，进行采暖、干燥、冷却等从而让工业生产和市民的生活得以方便进行。
由于机械、食品、电力等行业对空气热换器的需求日益增加，我们的换热器制造业将在未来比较长的一段时期内会维持一定的速度增长，换热器产业正处于一个前所未有的发展黄金年代。
1.2研究现状及发展趋势
国内外研究情况：
换热器的研究历史可以追溯到十九世纪20年代，在许多工业生产中，有着举足轻重的地位。
最先出现的热换器是板式换热器，其出现是为了满足食品工业的生产。
在30年代，螺旋板换热器问世了。
不久之后，通过钎焊法制造出了板翅式换热器，主要是为了防止飞机发动机过热，需要对其进行散热。
到了30年代末，为了让纸浆生产得以高效进行，瑞典的发明家迎合生产需求发明了新一种板壳式换热器。
设备由于腐蚀而受损的情况突出，人们更多地对由新型防腐材料做成的换热器关注。
大概在十九世纪60年代，凭借空间技术和高端科学技术的快速进步，对换热器的要求不断提高，各种高效能紧凑型的换热器相继推出，再加上检测、冲压、焊接和密封等技术的提高发展，进一步完善了换热器的工作性能和制造工艺。
紧凑型的板面式换热器得以全面推广发展、广泛使用。
70年代中期，为了强化热换器的传热，热管式换热器在研究和开发热管的基础上问世了。
在国内，秦皇岛同力达公司于2007年开发出了螺旋扁管冷压成型机，申请并获得了国家发明专利。
高效率换热元器件---螺旋扁管不能实现大批量生产的大难题由于这设备的问世得以解决，是世界的首创，该设备专利为我国开发高效清洁节能换热器奠定了扎实的基础。
因为利用了这换热管制成的换热器具有的优点：
1、压降小2、传热效率高3、不易结垢4、不污堵。
从此避免了传统换热器的不足，成为目前提取低温余热最高效最节能的换热设备，该换热器在应用于冲渣水上取得明显的效果，是世界上最理想的换热器之一。
未来发展趋势：
未来，国内市场的需求情况将会呈现下面的特点：
对产品的质量水平会提出更高的要求，如节能、绿色环保功能的产品将会是之后改革的重中之重；
对产品的个性化、多彩化的需求更加强烈；
要求提高产品的性价比；
慢慢地注重品牌产品的选择；
中大工程项目较青睐大企业和企业集团产品。
我们国内的经济和社会发展创造了非常好的机会，以及进出口商品的巨大的能转化同时预示着换热器行业将在我们中国有不错的前景。
但是，不断的改善和提高产品的质量性能将是我们的要求，必须注重高端产品的研发才能促进行业的发展。
1.3本文主要研究内容
本文的主要工作：
设计空气热换器冷凝水疏水截止阀在线监控系统的检测系统原理图和电气控制原理图，在FX三菱仿真软件中实现了空气热换器冷凝水疏水截止阀在线监控系统设计和仿真。
本文的主要任务：
（1）了解空气热换器冷凝水疏水截止阀在线监控的检测和控制原理以及工作实现方案；
（2）熟悉空气热换器冷凝水疏水截止阀在线监控系统的结构和原理；
（3）根据该热换器冷凝水疏水截止阀的工作要求及其工作原理，研究出一套检测控制方案来确保系统正常运行。
（4）依据安全疏水的要求，选择合理的疏水阀排放管线长度、检测仪表和控制开关，确定检测方案和控制方案，绘制检测系统原理图和电气控制原理图，编写主要控制程序。
2空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统
2.1空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统概述
空气热换器（又叫散热器或散热排管），是以热冷流体介质来进行冷却或加热流体的换热设备中的一种核心工具,通入高温纯净水、水蒸气或高温导热油可以加热空气，通入盐水或低温纯净水冷却空气，故而能在轻工业、建材业、机械制造业、纺织工业、印染业、电子商业、食品加工业、淀粉制造业、制药业、冶金工业涂装等各种行业中被广泛使用，来进行热风采暖、冷凝、除湿、烘干、空调、冷却等以满足工厂生产和人们生活的需求。
疏水阀在许多行业上很常用，用于排出并冷凝蒸汽管道中的废气。
在典型的设备中可以布置上千个这种装置。
疏水阀通常是一种相对低科技的装置，它被设计的相对便宜。
通常疏水阀完全是机械的。
增加任何电学布线用于监控将会有很大的难度同时也将带来很高的成本。
疏水阀的监控,监控的器件包括:
发电机,被配置为耦合到与潜在泄漏位置接近的蒸汽疏水阀。
发电机响应于潜在泄漏位置的过程变量来产生电。
存在来自发电机的、足够的电时,通信电路提供输出。
蒸汽疏水阀，包括上端设有进水口、下端开口的外壳，外壳内由上向下依次设有过滤器、辅助构件和阀体，辅助构件和阀体内设有相通的疏水孔，疏水孔的上端与过滤器相通，下端与出水管道相连；
阀体内的疏水孔内设有阀芯，阀芯的上半部分设于辅助构件中心的空腔内。
基于截止阀结构和使用上的优缺点，截止阀的安装方向一般情况下应为“低进高出”，这样流体阻力小，在开启阀门时省力。
同时阀门关闭时，阀壳和阀盖间的垫料与阀杆周围的填料都不致长时间受到介质压力和温度的作用可延长使用寿命。
另外这样还可在阀门关闭的状态下更换或增添填料，便于维修。
但同时也正由于截止阀结构上的特点，在某些情况下截止阀的安装方向要求反装，即“高进低出”。
空气热换器冷凝水疏水截止阀在线监控系统结构简单、零件少，制造和维护成本低，检修方便；
过滤效果好，彻底解决了因杂质卡塞阀芯使疏水阀失效的问题；
因采用的阀体的使用寿命长，而且密封性能好，降低了设备成本；
该系统排水温度比蒸汽管道压力下的饱和温度低，属于过冷水排放，减少散热量，节约能源。
2.2疏水阀
2.2.1关于疏水阀
疏水阀的基本作用是将蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳气体尽快排出；
同时最大限度地自动防止蒸汽的泄漏。
疏水阀的品种很多，各有不同的性能。
选用疏水阀时，首先应选其特性能满足蒸汽加热设备的最佳运行，然后才考虑其他客观条件，这样选择你所需要的疏水阀才是正确和有效的。
疏水阀在原本的意思来讲叫做疏水器，相比国内而言国外对疏水器使用得比较广泛，因为疏水器将管道中冷凝出来的水可以及时排出并进行回收利用，既保证了管道安全又节能。
国产疏水器常见的是浮球式的，进口常见的是多金属片等各种型式。
疏水器多用在每隔一定时间或者正常情况下都有疏水的地方，因疏水器能自动疏水，使用比较方便。
在国内很多在设备在启动或关闭的时候才需要疏水，能正常用来疏水的阀门统称为疏水阀。
疏水阀可以是截止阀也可以是球阀，现在国内使用比较广泛的都是用截止阀，一道门用气动截止阀，二道门用手动截止阀；
也有用三道门型式的。
在设备启动的时候，因为管道中通过蒸汽等是逐渐升温的，就需要进行疏水，截止阀（如加拿大VELAN）因其有较好的耐冲刷及密封性能，在电力化工等使用得比较多。
设备正常运行的过程中，因管道一直保持过热状态且蒸汽不断地在流动是不会出现疏水的，所以疏水阀在正常状态就可以保持关闭状态，平时也不用开。
且疏水阀的价格也便宜且维修方便。
疏水阀在电力行业当中使用非常广泛。
疏水阀的的种类和性能也很丰富，在实际的使用当中，选择疏水阀的时候应该根据实际的生产工作需求来选。
不单单要考虑到疏水阀的使用价值，而且要注重疏水阀的性价比，还要考虑到疏水阀的耐久性和可维护性，只有综合各种因素才能在工业生产中达到事半功倍的效果。
2.2.2疏水阀选型和安装注意事项
在对疏水阀的型号选取之前，应了解以下情况：
1.要根据空气换热器系统设备的各种参数，如压强差、正压差以及冷凝水流量等。
考虑好这些参数的实际情况才能选择合适的疏水阀。
2.设备里面流体的输出输入温度，且要看是都有充足的蒸汽。
3.系统能否安装流体温度监控传感器，将流体的监控阀减小对疏水阀的压强。
4.要求的材料，安装办法。
当选取了合理的疏水阀型号和尺寸之后，应该根据使用说明书进行安装，才能保证疏水阀的正常工作。
疏水阀在安装过程中，要根据以下的几项原则：
（1）冷凝水疏水管道中引发堵塞、泄露、损坏的情况，一般都是管道中流进杂质或者是焊接的时候留下的残留物。
故而，要把X型的杂质过滤装置安装到疏水阀的上游。
（2）当疏水阀下游装备止回阀的时候，就是为了当阀门输入的压力下降和停止输入的时候，管道内部产生蒸汽空间积水。
这是由于排水管内部纯在压力。
（3）不建议安装旁通。
旁通旁边有时候由于闭合会让蒸汽泄露或出现事故。
这种情况会加大冷凝水疏水管道的压强，进而妨碍了正常的疏水工作。
如图1.1所显示，安装疏水阀的时候，应该把阀门安装到底过蒸汽装置的出口处，把155mm左右的下降管安装到疏水阀的输入口跟装置之间。
图1.1疏水阀管道布置示意图
（4）根据装置不同的实际工作情景，致使设备内部出现积水的情况。
这都是让单一疏水阀来对所有的装置的流体进行排放。
安装的时候应该避免使用这个方法。
（5）要根据说明书把疏水阀安装在正确的方向。
特别是有自上而下的升降机的机械师疏水阀（如浮桶式、倒三角疏水阀）。
当安装的方式不准确的时候，会让疏水阀的寿命下降。
疏水阀的磨损泄露情况严重。
（6）为了预防蒸汽出现堵塞。
疏水阀要尽最大的可能装备在管道的出口处。
如果疏水管道跟阀门之间的通道有很多蒸汽的情况下，疏水阀就不会有冷凝水流过。
这就是所谓的汽锁。
要保证工作效率就要避免这些情况。
2.2.2疏水阀中的传热作用
从表1.1当中能够知道饱和的蒸汽的比热。
比热由“液体热”（也称为“热显示”、“饱和水比热”）与“汽化潜在热”这两个部分构成。
由于过热气体不属于加热用料，所以不做解释。
但是总体的热容量的超过四分之三是“汽化潜在热”。
为了节约资源，很多工作人员都是让水蒸气冷却之后遇冷成水之后再排放的。
安装疏水阀就是为了达到这样的效果。
很多文献都这样阐述了。
之前也只是介绍了一下节能减排的原理而已，但是要更深层次的了解疏水阀分传热作用就要运用到热学的知识来分析。
这样才能够在工业生产当中提高资源的利用率以及达到最大的经济效益。
表1.1蒸汽性质表
根据热学定理，热量是通过物体与物体之间的温度差（简称温差）相互传递来实现的。
主要有三种传递方式，分别为热对流、热辐射、热导。
空气换热器中管道当中冷凝水的传递方式就是热导。
在系统当中蒸汽是间接加热的，专业一点就把这种加热成为“凝结换热”，这个流程伴随着热对流。
当温度高的蒸汽接触到温度低的壁面的时候，饱和的蒸汽就会把内部的热能放出来，蒸汽就会液化成水，这个过程叫做蒸汽遇冷凝华。
凝华后的变成小水滴，附着在设备管道内部的壁面上。
在管道的入口处，温度低的流体连续进入管道内部。
从而能够不断地把热量吸收。
这些热量都是蒸汽凝华释放出来的，并沿着管道壁一直连通的。
通过这步骤，使得流体的温度升高，得以使用。
如果设备中疏水阀是开启的，那么生产出来的凝华水，就会溜进去。
否则就随着自然的流动方向流进空气或者是回收设备里。
如果疏水阀的水位上升到快满的时候，疏水阀的阀门就会自动关闭，切断生产的水继续进入阀门内部。
而又当凝华水低过系统规定的位置时候，阀门又会自动闭合，不能让蒸汽往外跑。
所以说疏水阀的阀门是随着水位的高度变化开启或者是闭合的。
疏水阀入口处的蒸汽压强会稍微比外部设备的入口压强小，这是由于阀门关闭了。
疏水阀阀门打开，管道开始排水。
管道内部中的出水孔的阻尼作用和系数以及管道内的弹性阻力。
这样做能让疏水阀管道中的压强维持在一个数值之间。
这个数值就是0.16-0.21MPa（表面压力，下同）。
装饰好质量好的疏水阀之后，系统设备的管道出口处的压强大致上维持在0.24-0.34MPa,这就不会让设备损坏。
如果把疏水阀的废气直接排除，会造成浪费和污染。
所以要把设备管道内部的压强降低到0.02MPa。
为了尽快解决问题，要使用B.XJⅡB-162型杀虫机器。
杀虫区域是3㎡加热器。
通过这些措施就能计算出没有安装疏水阀的系统中换热量Φ：
计算有、无装疏水阀时的换热量Φy、Φw（足标y、w分别代表有、无装疏水阀的情况）。
已知条件:
（1）凝华水在管道喷出来的温度为69℃；
（2）凝华水在流进管道的时候温度为55℃；
（3）蒸汽输入端处压强为0.51MPa；
（4）没有疏水阀跟冷凝水结合器的时候。
走旁路的蒸汽喷出来的压强为0.021Mpa；
（5）配置了质量好的疏水阀之后。
蒸汽喷出来的压强为0.31Mpa。
需要对疏水阀设置一个缓冲地带。
这样做是为了应对温度高压强大的流体经过阀门时候的作用力。
根本原理就是，先让流体在流进疏水管道之前把多余的一些热能释放出来，就能减轻连接管道器件的损坏。
流体经过连接管道器件的时候，流体由于阀门内部的缓冲地带的特殊结构，被系统直接间接地控制了其加速度，流体就因为这样而均匀加速加热。
流体达到一定的温度和速度的时候，系统就会把流体释放出来，为工生产提供合适的流体。
2.3截止阀
2.3.1关于截止阀
截止阀是一种用途非常广的机械控制产品，在各种与流体有关的工程系统的管道中被用作主要器件。
在石油开采、化学工业、轻工业、电力业、制药业、航海造船也等行业中的自动控制系统很实用。
是现在应用最广泛的阀门。
随着我国的经济迅速发展，每个行业对截止阀性能和性价比的要求也有很大的提升。
其中表现最突出的是阀门在使用过程中的密封性，耐压强度要求更高。
所以对于现在运用的普通阀门，研制新型的性能更高的阀门迫在眉睫。
一种型号为YZJ-11BJ44的法兰式截止阀是一种新型多功能的截止阀。
这种阀门的主题部分由阀体、阀杆、手轮、管体、阀瓣、密封器件、紧固器件、压强盖和法兰构成。
因为阀门的大部分零件与管道中的流体直接或间接接触，所以在设计阀门的时候不仅仅要考虑到机械强度、机械耐久度、磨损和制造工艺等问题，还要考虑管道中流体的化学物理反应以及流体的内能、动能、压力的作用所带来的各种问题。
图2.1YZJ-11BJ44法兰截止阀实体图
2.2.2截止阀的设计和计算
1.阀体设计的基本内容有：
（1）合理选择阀体材料
根据系统的工作要求来确定阀体材料，让所选的材料具有良好的耐蚀性，而且材料的轻度和刚度能满足工作需求。
（2）确定截止阀的制作流程和结构形式
依据空气换热器冷凝水疏水截止阀在线监控系统的总体设计，按照要求以及材料的工艺、性能来确定截止阀饿制作流程和结构形式。
（3）确定阀体的结构参数
根据截止阀的压强等级、通径、阀门长度、连接处的尺寸等方面的标准或规定，确定阀体的结构参数。
（4）确定阀体内的流体流动通道
根据截止阀对流体的流通度和对流体的阻力系数，选择合理的工作介质作为流体流动通道。
2.阀体的结构设计以及参数计算如下：
阀体与阀盖的密封性结构和如何链接的设计计算；
（1）承压件壁厚的计算；
（2）阀杆的强度计算：
（3）闸板的强度计算：
（4）中法兰的强度计算：
（5）支架的强度计算；
（6）销轴的强度计算；
（7）填料压盖的强度计算；
流量系数的计算：
承压件壁厚的确定方法主要有：
查表法，插入法和计算法：
（1）查表法：
如果设计内容的流体输入很明确的规定了是标准的阀门，在对应的标准规定限制内的参数，可以通过规范的值来查出所需要的参数。
（2）插入法：
当设计流体输入的具体参数跟标准的规范值不相同的情节下，课使用插入法。
但是不能按规定的值算出。
这时，应用下面的方法进行计算：
t
=t
+
（t
-t
）（4-1）
式中4-1中：
：
需计算和确认的阀体壁厚（mm）;
PN：
需计算的阀门公称压力（MPa）;
PN
计算的最小壁厚表中公称压力小值（MPa）；
计算的最小壁厚表中公称压力大值（MPa）；
是由PN1查而得出的壁厚（mm）；
是由PN2查而得出的壁厚（mm）。
（3）计算法：
1）壁厚的计算原则；
2）对脆性材料和塑性材料，他们的使用的公式也不同;
以计算的f阀体外径（D）和内径（d）的比值来区分：
当D/d≤1.2时，是壁薄容器，当D/d＞1.2时，是壁厚容器；
3）计算时，应该用承压期间的内径最大值尺寸作为依据，常以阀门通道内径为标准计算；
4）承压期间的形状有异，可以按照别的公式对比计算；
5）阀盖和阀体的如果有需求可以取一个相同的数值。
2.阀体当中关于法兰的结构以及计算
阀体当中法兰的结构以及计算应该考虑到以下情况：
（1）法兰连接的稳定性和安全性受阀体的轻度和刚度的直接间接影响。
故而，应选择合理的尺寸让法兰能够承受流体的冲压以及其他负载所已发的应力。
图3.法兰
（2）因为系统运行的过程当中各种流体速度、振动、冲力和管道传递负载引起的有关应力
（3）根据螺旋所受到的应力情况，来确认密封垫片的受压值。
对垫片的密封性必须要对螺旋拧紧，法兰应力要注意。
（4）与材料有关的热力学性能。
反正，法兰在设计与计算中时，应将法兰、阀门、螺栓、垫片以及管道视为同一整体受压元器件，要统筹兼顾。
对于法兰尺寸在阀体中的确认方法，跟阀体壁厚的方法很类似，有参照法和计算法。
3.截止阀的检验
截止阀的压力试验：
（1）阀门的表壳试验。
阀门的表壳试验，是对阀门和阀盖等器件组合成的同一阀门外壳进行的抗压测验。
这是为了检验阀体和阀盖的密封性，以及阀体与阀盖组成出的整个外壳的抗压性能。
生产的阀门在出厂之前皆应该通过外壳测验，不然不允许对阀门进行各种防锈处理。
可是能进行对密封型性能作用的物理化学防锈处理。
测验中对阀体施加外力的话可能会影响实验的结果。
在测验当中应该保持各种实验条件不变，用流体做实验时，不能让外部的气体进入到阀体内。
在阀门的保质期到了之前，阀门内部不能发生泄漏以及阀体的各种损坏。
测验的方法和步骤：
1）在装配阀门的时候，应该采用装置的出厂原始设置。
对阀体进行液压的强度测验，通过测验才能检验这套阀体设备是否有各方面设计的缺陷；
2）阀门、套头、流体管头和采集管头等器件也要在出厂前进行严格的密封试验，要尽量避免渗漏现象；
3）液压测试的介质一般都是用水，液压有上升至测试压力时间里，稳压时间起码要达到5分钟，将压力调整到最小，下一次将压力调整至检验压力，稳压时间不小于5分钟，再一次将压力调整至最小，在这两次稳压或上升压的期间内，如果不发生渗漏现象，则这个阀门是合格的。
（2）阀
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