化工仿真实习.docx
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化工仿真实习
目录
绪论3
第一章概述4
§1.1系统仿真的基本概念4
§1.2化工仿真培训系统简介4
一、化工仿真培训系统的建立4
二、化工仿真培训系统的结构5
第二章STS仿真培训系统学员操作站的使用方法6
§2.1仿真培训软件的启动6
§2.2学员操作站的操作方法6
一、进程切换6
二、学员操作软件的退出6
三、工艺仿真软件的操作方法7
第三章仿TDC3000系统的操作方法7
§3.1键盘操作说明7
§3.2画面操作说明7
一、TDC3000系统的画面类型7
二、DCS（TDC3000）组态结果8
第四章各培训单元的使用方法8
§4.1离心泵单元8
一、工作原理简述8
二、工艺流程简介8
三、主要设备9
四、调节器、显示仪表及现场阀说明9
§4.2换热器单元12
一、工作原理简述12
二、工艺流程简介13
三、主要设备13
四、调节器、显示仪表及现场阀说明13
§4.3液位控制系统单元17
一、工作原理简述17
二、工艺流程简介17
三、主要设备18
四、调节器、显示仪表及现场阀说明18
五、操作说明19
§4、4精馏塔单元21
一、工作原理简述21
二、工艺流程简介22
三、主要设备（如表4-4.1所示）22
四、调节器、显示仪表及现场阀说明22
五、操作规程23
第五章化工仿真实习体会27
附图28
附图1离心泵单元带控制点工艺流程图28
附图2换热器单元带控制点流程图29
附图3液位控制单元带控制点工艺流程图30
附图4精馏塔单元带控制点工艺流程图31
绪论
仿真技术在教学中的应用，尤其是在职业教育中的应用，更加显示出其优势。
职业教育的目标是让学生既要学会专业理论知识，又要掌握专业应用技能。
职业教学内容通常包括应知和应会两个方面，有理论教学、实验教学和实习教学三个过程。
1.理论教学
目标是让学生了解掌握专业基础理论和专业应用知识，主要是应知部分内容的教学。
2.实验教学
目标是让学生通过实验来认证理论和进一步理解理论知识，同时使学生通过亲自动手来锻炼和提高专业应用技能。
采用仿真技术开发出用于不同专业的实验教学的实验仿真教学系统具有明显的优势。
（1）可以开发出实际无法实现的某些实验的仿真教学系统，来满足教学需求。
如：
某些大型复杂仪器或设备系统，某些有危害或条件要求极高的实验（核反应、高电压类实验等）。
（2）开发投资费用高的实验仿真教学系统，技能很好地完成实验教学的要求，又能节省教学投资。
（3）开发实验消耗很大的实验的仿真教学系统，既达到了实验教学的效果，又减少了教学中的消耗。
（4）实验仿真教学系统，除代替真实的实验操作外，还具有一些真实实验无法实现的功能和效果。
3.实习教学
目标是让学生通过接触客观实际，来了解和认识所学的专业知识，更重要的是让学生了解和掌握专业知识在客观实际中的应用方法和应用技能，将所有专业与实践相结合。
采用仿真技术开发出一套与现场生产装置逼真的实习仿真教学系统，让学生不出校门就能了解实际生产装置，并能亲自动手进行反复操作，是学生既能对生产实际有一个很好的认识（不能完全代替生产现场），又能亲自动手来锻炼提高专业应用技能，将所学专业知识与实际生产紧密的结合在一起，同时采用仿真技术可以开发出不同工艺类型和不同生产单元的仿真教学系统，以满足不同专业或同一专业不同侧重面的实习教学需求，并能有教师组织仿真教学的具体内容，是学生更全面、具体和深入地了解不同的生产单元，达到具有针对性和侧重性的组织实习教学。
第一章概述
§1.1系统仿真的基本概念
1、系统是相关物体所组成的集合，可分为过程系统（如化工、机电系统）和非工程系统（如经济、管理系统）两大类。
过程系统也叫工程系统，它具有连续性，是时间的函数；非过程系统是离散事件集合的趋势。
2、仿真是对代替真实物体或系统的模型进行试验和研究的一门应用技术科学，按所用模型分为物理方针和数字仿真两类。
3、系统仿真是一门面向实际、具有很强应用特性的综合应用技术科学，涉及的领域十分广泛，包括了军事、航空航天、工业、医药、生物、社会经济、教育、娱乐等。
4、过程系统仿真是指过程系统的数字仿真，他要求描述过程系统动态特性的数学模型，能在仿真机上再现该过程系统的实时特性，以达到在该仿真系统上进行实验研究的目的。
过程系统仿真由三个主要部分组成，即过程系统、数学模型和仿真机。
这三部分由建模和仿真两个关系联系在一起，如下图所示:
仿真
建模
（Modeling）
（Simulation）
仿真机
数学模型
过程系统
§1.2化工仿真培训系统简介
化工仿真培训系统是系统仿真技术应用的一个重要分支，主要用于化工生产装置操作人员开车、停车、事故处理等过程的操作方法和操作技能的培训。
一、化工仿真培训系统的建立
化工仿真系统的建立必须以实际生产过程为基础。
首先，要通过建立生产装置中各种过程单元的动态特征模型及各种设备的特征模型模拟生产的动态过程特征。
其次，要创造一个与真实装置非常相似的操作环境。
各种画面的布置、颜色、数值信息动态显示、状态信息动态指示、操作方式等方面要与真实装置的操作环境相同，使学员有一种身临其境的真实感。
控制室
内操
1、化工实际生产过程
（观察、分析、判断、操作）
外操
操作人员
操作
信息
生产
信息
生产现场
干扰、事故
实际生产过程示意图
仿真培训过程示意图
干扰、事故
操作
信息
仿生产
信息
（观察、分析、判断、操作）
教师
生产装置工艺仿真软件
仿"控制室"+仿"现场操作画面"
学员
2、仿真培训过程
二、化工仿真培训系统的结构
北京东方仿真控制技术有限公司的仿真培训系统产品有两种不同的结构形式。
一种是PTS结构，用于针对装置及仿真培训系统，适合与化工企业在岗职工的培训；另外一种是STS结构（SchoolTeachingSystem）,用于单元级和工段级仿真培训软件，适用于大中专及职业技术学校和工厂新职工的基础培训。
仿DCS软件
STS结构图如下:
教师指令台
总体监控软件
OGS软件
工艺仿真软件
仿DCS软件
档案管理软件
OGS软件
工艺仿真软件
。
。
。
。
。
。
第二章STS仿真培训系统学员操作站的使用方法
§2.1仿真培训软件的启动
1、运行要求培训单元的方针培训软件（如换热器）
启动计算机，单击"开始"按钮，弹出上拉菜单，将光标移到"程序"，并在随后弹出的菜单中单击仿真培训系统中的"换热器"。
2、培训级别选择
图2-1.1培训级别选择窗口
如果该学员站被授有培训级别选择权，则
进入"培训级别选择窗口"，如图2-1.1所示。
选择要求培训的级别，按"确认"键。
3、工况选择（如图2-1.2所示）
图2-1.2工况选择窗口
●选择"状态恢复"或"选择工况"。
状态恢复即回复该单元仿真培训软件上次退出时的状态；
●如果选择"选择工况"，在下拉菜单中选择所要求的工况，同时要求输入仿真时钟的初始值，缺省初始值为0；
●按"确定"键，则进入工艺仿真软件，同时仿DCS软件、智能操作指导诊断软件在工艺仿真软件的调度下依次启动。
进入仿真培训过程。
§2.2学员操作站的操作方法
一、进程切换
进入仿真培训系统后，在WIN95的任务栏中可以见到工艺仿真软件、智能操作指导诊断软件（ODS）和仿（DCS）软件图标。
三个软件之间的切换采用WIN95的标准任务切换方式，用鼠标左键点任务图标即可在三个任务键切换。
在培训过程中切不可将仿DCS软件和智能操作指导诊断软件退出，否则系统无法正常运行。
智能操作指导诊断软件主要功能包括:
工艺操作指导和操作诊断评定。
二、学员操作软件的退出
在任务栏中工艺仿真软件的图标上用鼠标右键弹出主菜单，并选中"退出"项，则仿DCS软件、智能操作指导诊断软件、工艺仿真软件一次退出，最终退出仿真培训系统。
三、工艺仿真软件的操作方法
1、状态恢复；2、工况重选；3、时标设置；4、事故设置
第三章仿TDC3000系统的操作方法
§3.1键盘操作说明
图3-1TDC3000键盘布置图
上排定义键:
一般用于定义各种概貌画面和重要画面。
带指示灯定义键:
可按用户要求定义画面。
§3.2画面操作说明
一、TDC3000系统的画面类型
报警灯屏
单元报警
区域报警
细目画面
控制组
流程图
单元趋势
区域趋势
总貌画面
操作信息
画面
图3-2TDC3000画面关联图
二、DCS（TDC3000）组态结果
1、键盘组态
OVERVIEW
总貌图
AREATRD01
区域趋势图
PUMP01
DCS图
PUMP02
现场图
GROUP001控制组图1
GROUP002控制组图2
GROUP003控制组图3
2、总貌组态
3、控制组态
4、区域趋势组态
No.
点名
PV/SP/OP
相关画面
01
02
03
04
LIC101
PIC101
FIC101
PI102
PV
PV
PV
PV
GROUP001
GROUP001
GROUP001
GROUP002
第四章各培训单元的使用方法
§4.1离心泵单元
一、工作原理简述
启动了灌满了被输送液体的离心泵后，在电机作用下，泵轴带动叶轮一起旋转，叶轮的叶片推动其间的液体转动，在离心力作用下，液体被甩向叶轮边缘并获得动能；在导轮的引领下沿流通截面积逐渐扩大的泵壳流向排出管，液体流率逐渐降低，而静压能增大。
排出管的增压液体经管路即可送往各目的地。
与此同时，叶轮中心处因液体被甩出而形成一定真空，因贮槽液面上方压强大于叶轮中心处，在压力差的作用下，液体不断地从吸入管进入泵内，以填补被排出液体的位置。
因此，只要叶轮不断旋转，液体便不断地吸入和排出。
二、工艺流程简介
来自界区的40℃带压液体经调节阀LV101进入贮罐V101，V101压力由调节器PIC101分程控制在5.0atm（表）;当压力高于5.0atm（表），调节阀PV101B打开泄压；当压力低于5.0atm（表），调节阀PV101B打开充压。
V101液位由调节器LIC101控制进料量维持在50%，液体经泵P101A/B送至界区外，泵的出口流量由调节器FIC101控制在2000㎏/h，工艺流程如附图1所示。
三、主要设备
（如表4-1.1所示）
表4-1.1主要设备一览表
设备位号
设备名称
V101
P101A
P101B
离心泵前带压液体贮罐
离心泵A
离心泵B（备用）
四、调节器、显示仪表及现场阀说明
1、调节器（如表4-1.2所示）
表4-1.2调节器
位号
被控调节阀位号
正常值
单位
正常工况
PIC101
LIC101
FIC101
PV101A
PV101B
LV101
FV101
5.0
50
20000
Atm
%
Kg/h
自动
自动
自动
2、显示仪表（如图4-1.3所示）
表4-1.3显示仪表
位号
显示变量
正常值
单位
PI101
PI102
PI103
PI104
TI101
P101A入口处压力
P101A出口处压力
P101B入口处压力
P101B出口处压力
V101进料温度
4.0
12.0
4.0
12.0
40.0
atm
atm
atm
atm
℃
3、现场阀（如表4-1.4所示）
表4-1.4现场阀
位号
名称
位号
名称
位号
名称
VD01
VD02
VD03
VD04
P101A泵入口阀
P101A泵前泄液阀
P101A泵排空阀
P101A泵出口阀
VD05
VD06
VD07
VD08
P101B泵入口阀
P101B泵前泄液阀
P101B泵排空阀
P101B泵出口阀
VD09
VD10
VB03
VB04
调节阀FV101的旁通阀
V101泄液阀
调节阀FV101前阀
调节阀FV101后阀
五、操作说明
（一）冷态开车（其仿DCS图如图4-1.1所示，仿图现场如图4-1.2所示）
1、准备工作
（1）盘车；
（2）核对吸入条件；
（3）调整填料或机械密封装置；
（4）确认所有调节其设置为手动，调节阀、现场阀处于关闭状态。
图4-1.1离心泵单元仿DCS图
图4-1.2离心泵单元仿现场图
2、贮罐V101充压、充液
（1）打开调节阀LV101，开度为50%，向贮罐V101充液；
（2）待V101液位大于5%后，缓慢打开压力分程控制调节阀PV101A向V101充压；当压力达到5.0atm，将PIC101设定为5.0atm，投自动；
（3）待V101液位达50%左右，将调解器LIC101设定为50%，投自动。
3、灌泵排气
（1）灌泵
全开泵P101A入口阀VD01，向离心泵充液；
待泵P101A入口处压力指示为5.0atm，开始排气。
（2）排气
打开泵P101A泵后排空阀VD03，排放不凝气；
当泵后排空阀VD03的出口有液体溢出，即显示标识为绿色，表示泵P101A已无不凝气，关闭VD03，启动前准备工作就绪。
4、启动离心泵P101A
（1）启动泵P101A；
（2）当泵出口压力PI102大于入口压力PI101的1.5~2.0倍后，全开泵出口阀VD04。
（3）依次全开泵出口流量调节阀FV101前、后手阀VB03、VB04，逐渐开大调节阀FV101的开度，使PI101、PI102趋于正常值。
5、调整
微调调节阀FV101，当测量值与给定值相对误差在5%以内，且较稳定，将FIC101设定为正常值，投自动。
（二）正常运行
熟悉工艺流程，维持个工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事故时，应先分析事故原因，并做正确处理。
（三）正常停车
1、贮罐V101停进料
将调解器LIC101设置为手动状态，关闭调节阀LV101，停止向V101进料。
2、停泵
（1）当贮罐V101液位小于10%，关闭P101A泵出口阀VD04；
（2）停泵P101A；
（3）关闭泵入口阀VD01;
（4）打开泵前泄液阀VD02；
（5）将调解器FIC101设置为手动状态，并依次关闭调节阀FV101及其后阀VB04、前阀VB03。
3、泵P101A泄液
（1）全开P101A泄液阀VD02；
（2）当VD02出口不再有液体泄出，显示标识为红色，关闭VD02。
4、贮罐V101泄液、泄压
（1）当贮罐V101液位小于10%，打开V101泄液阀VD10；
（2）当贮罐V101液位小于5%，打开泄压阀PV101B;
（3）当V101泄液阀VD10出口不再有液体泄出，显示标识为红色，关闭VD10。
（四）事故处理（如表4-1.5所示）
表4-1.5事故处理
事故名称
主要现象
处理方法
P101泵坏
1、P101A泵出口压力急剧下降；
2、FIC101流量急剧减小
切换到备用泵P101B；
1、全开P101B泵入口阀VD05、向泵P101B灌液，全开排空阀VD07排P101B的不凝气，当显示标识为绿色，关闭VD07;
2、灌泵和排气结束后，启动P101B;
3、待泵P101B出口压力升至入口压力的1.5~2.0倍后，打开P101B出口阀VD08，同时缓慢关闭P101A出口阀VD04，以尽量减少流量波动；
4、待P101B进出口压力指示正常，按停泵顺序停止P101A运转，关闭泵P101A入口阀VD01，并通知维修。
调节阀FV101阀卡
FIC101的液体流量不可调节
1、打开FV101的旁通阀VD09，调节流量使其达到正常值；
2、手动关闭调节阀FV101及其后阀VB04，前阀VB03;
3、通知维修部门
P101A入口管线堵
1、P101A泵入口、出口压力急剧下降；
2、FIC101流量急剧减小到零
按泵的切换步骤切换到备用泵P101B，并通知维修部门进行检修。
P101A泵气蚀
1、P101A泵入口、出口压力上下波动；
2、P101A泵出口流量波动大
按泵的切换步骤切换到备用泵P101B
P101A泵气缚
1、P101A泵出口压力急剧下降；
2、FIC101流量急剧较小
按泵的切换步骤切换到备用泵P101B
（5）紧急刹车
紧急停车操作步骤同正常停车。
§4.2换热器单元
一、工作原理简述
化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的一侧（对流传热），通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传给冷流体，从而使热物流被冷却，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。
本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。
在对流传热中，传递的热量除与传热推动力（温度差）有关外，还与传热面积和传热系数成正比。
传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或垢层，都会降低传热系数，减少传热量。
所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。
另外，考虑到金属的热胀冷缩特性，尽量减小温差应力和局部过热等问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。
二、工艺流程简介
冷物流（92℃）经阀VB01进入本单元，由泵P101A/B,经调节器FIC101控制流量送如换热器E101壳程，加热到145℃（20%被汽化）后，经阀VD04出系统。
热物流（225℃）由阀VB11进入系统，经泵P102A/B,由温度调节器TIC101分程控制主线调节阀TV101A和副线调节阀TV101B使冷物料出口温度稳定；过主线阀TV101A的热物流经换热器E101管程后，与副线阀TV101B来的热物流混合（混合温度为（177±2）℃），由阀VD07出本单元（其工艺流程图附图2所示）。
三、主要设备
表4-2.1主要设备一览表
设备位号
设备名称
P101A/B
P102A/B
E101
冷物流进料泵
热物流进料泵
列管式换热器
四、调节器、显示仪表及现场阀说明
1、调节器（如表4-2.2所示）
表4-2.2调节器
位号
所控调节阀位号
正常值
单位
正常工况
FIC101
PV101
TV101A
TV101B
12000
177
Kg/h
℃
投自动
投自动分程控制
2、显示仪表（如表4-2.3所示）
表4-2.3显示仪表
位号
显示变量
正常值
单位（或说明）
PI101
PI101
FI101
FI102
TI101
TI102
TI103
TI104
EVAPO.RATE
泵P101A/B出口压力
泵P102A/B出口压力
热物流主线流量
热物流副线流量
冷物流入口温度
冷物流出口温度
热物流入口温度
E101热物流出口温度
冷物流出口汽化率
9.0
10.0
10000
10000
92.0
145.0
225.0
129.0
20
atm
atm
Kg/h
Kg/h
℃
℃
℃
℃
%
3、现场阀说明（如表4-2.4所示）
表4-2.4现场阀
位号
名称
位号
名称
位号
名称
VB01
VB03
VB04
VB05
VB06
VB07
VB08
VB09
泵P101A/B前阀
泵P101A/B后阀
调节阀FV101的前阀
调节阀FV101的后阀
调节阀TV101A的后阀
调节阀TV101A的前阀
调节阀TV101B的后阀
调节阀TV101B的前阀
VB10
VB11
VD01
VD02
VD03
VD04
VD05
VD06
泵P102A/B的后阀
泵P102A/B的前阀
调节阀PV101的旁通阀
E101壳程泄液手阀
E101壳程排气手阀
冷物流加热后出口阀
E101管程泄液手阀
E101管程排气手阀
VD07
VD08
VD09
VB02
VB12
VB13
VB14
热物流冷却后出系统手阀
调节阀TV101A的旁通阀
调节阀TV101B的旁通阀
泵P101A开关按钮
泵P102A开关按钮
泵P102B开关按钮
泵P101B开关按钮
五、操作说明
（其DCS流程图如图4-2.1所示，现场流程如图4-2.2所示）
图4-2.1换热器单元DCS图
（1）冷态开车
1、启动冷物流进料泵P101A
（1）确定所有手动阀已关闭，将所有调节器置于手动状态其输出值为0；
（2）开换热器E101壳程排气阀VD03（开度约50%）；
（3）全开泵P101A前阀VB01;
（4）启动泵P101A;
（5）当泵P101A出口压力达到9.0atm（表）时，全开P101A后手阀VB03。
2、冷物流进料
（1）顺序全开调节阀FV101前后手阀VB04和VB05；再逐渐手动打开调节阀FV101;
（2）待壳程排气标志块由红变绿，说明壳程不凝气体排净，关闭VD03;
（3）开冷物流出口阀VD04，开度为50%；同时，手动调节FV101，使FIC101指示值稳定到12000kg/h，FV101投自动（设定值为12000kg/h）。
图4-2.2换热器单元仿现场图
3、启动热物流泵P102A
（1）开管程排气阀VD06（开度约50%）；
（2）全开泵P102A前阀VB11;
（3）启动泵P102A;
（4）待泵P102A出口压力达到正常值10.0atm（表），全开泵P102A后手阀VB10。
4、热物流进料
（1）依次全开调节阀TV101A和TV101B的前后手阀VB07、VB06、VB09、VB08;
（2）待管程排气标志块由红变绿时，管程不凝气排净，关闭VD06;
（3）手动控制调节器TIC101输出值，逐渐打开调节阀TV101A至开度为50%；
（4）打开热物流出口阀VD07至开度50%，同时手动调节TIC101的输出值，改变热物流在主、副线中的流量，使热物流温度分别稳定在（177±2）℃左右，然后将TIC101投自动（设定值为177℃）。
（二）正常运行
熟悉工艺流程，维护各工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事故时，应先分析事故原因，并做及时正确处理。
（3
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