压力检测装置论文

压力检测装置论文（共9篇）

压力检测装置论文 篇1

压力管道涉及人类社会生活的各个方面, 无论是在化工、石油、空气分离、制冷、食品和轻工业等行业中, 还是在生活中, 压力管道都充当着十分重要的角色, 但是随着社会的发展, 压力管道的安全问题日益突出, 近些年来, 国内制冷汗液快速发展, 其设备的安全稳定运行也出现了一些亟待完善和解决的问题, 同时也对涉氨压力管道的检测, 也提出了新的课题。

涉氨压力管道包括制冷系统中输送氨介质的液相管和气相管。不包括冷却间、冷冻间、冷藏间、冷库等冷间内设置的蒸发排管、其他形式的蒸发或冷交换设备及设备本体范围的管道。

在氨制冷系统中, 其中承受较高压力 (一般小于1.6MPa) 的设备有:冷凝器、氨油分离器、贮氨器、集油器等, 这类容器的设计压力一般为2.0MPa, 承受较低压力 (一般小于1.0MPa) 的设备都带有保温层:中间冷却器、氨液分离器、低压循环贮液桶等, 这类容器的设计压力一般为1.4MPa。低压侧一般使用压力在0.2MPa一下, 工作温度在-18℃以下, 低压侧产生应力腐蚀的偶然性小, 如果保温层保持良好状态, 筒体壁厚减薄量较少, 几乎无变化。压力管道检验应注意与高低压侧这些设备压力管道检验要有所区分。

1 制冷装置中的压力管道的定期检验

1) 在线检验、全面检验应按照《在用工业管道定期检验规程》 (试行) 国质检锅[2003]108号。

2) 对于确实无法停机的系统, 在确保人员安全的情况下, 可以在不停机的状态下, 对压力管道进行以下项目的检验, 替代全面检验 (列入隐患整治范围的管道不适用) 。检验项目一般应包括资料审查、宏观检验、高低压侧的剩余壁厚抽查、埋藏缺陷抽查, 以及安全附件检查。必要时, 应进行压力试验。

3) 有以下情况之一的, 应对压力管道对接焊接接头进行埋藏缺陷检测:

a.宏观检查或表面无损检测发现有缺陷的管道, 认为需要进行焊接接头埋藏缺陷检测的;

b.宏观检查发现由于基础沉降不一致而导致管道活动受制约, 其制约点附近管道的对接焊接接头。对对接焊接接头进行埋藏缺陷检测时, 高压侧管道一般应采用射线检测, 检测标准允许时也可采用超声检测方法。低压侧管道埋藏缺陷的检测可以采用射线检测、超声检测、数字射线成像技术。

4) 对于低压侧埋藏缺陷、剩余壁厚抽查, 应重点对高风险的具备作业空间的管道, 进行适当比例的抽查。

5) 有保温层的压力管道, 须对保温层存在破损、脱落、跑冷等现象的部位进行壁厚检测;保温层完好的, 必要时采用数字射线成像技术进行壁厚检测。

对于无相关技术资料或者技术资料不全、未经具有相应资质的压力管道设计单位设计、没有实施安装监督检验的压力管道, 可以按照《工业管道检归》进行全面检验和安全评定, 按照“合乎使用, 确保安全”的原则, 分别对管道做出监控使用、限期更换或报废的结论。

2 涉氨压力管道缺陷处理及安全状况等级评定

1) 对检验中发现的超标缺陷, 按照《工业管道检规》第四十、四十一、四十二条进行处理。根据检验结果, 按照《工业管道检规》第四章的有关规定进行安全状况等级评定。安全附件不合格的压力管道不允许使用。

2) 同时符合以下条件的压力管道, 可按3级评定安全状况等级:

a.由使用单位书面承诺该压力管道自安装到受检之日未发生安全事故, 并制定安全监控措施;

b.管子材料为10钢、20钢、16Mn或材料检验的硬度测定值在HB156以下;

c.低温侧管道未焊透深度与管道实测壁之比小于0.6, 且缺陷底部最小壁厚≥2mm;

d.支吊架布置合理 (管系处于应力低水平) ;

e.管系整体结构布置合理。

压力管道附件种类多, 产生应力大的地方也很多, 另外的有的管道已经使用十年、二十年期限, 长期不能停车检验, 这就需要采取一种全新的管道检测方法, 基于风险的管道评价正好适应了这种要求。基于风险的压力管道完整性评价的目的在于能否有效预防和控制事故的发生。压力管道的风险评估是实现压力管道完整性管理的主要内容和技术核心。压力管道风险评估的程序主要包括:准备阶段、危险因素的识别、定性分析或定量分析、提出安全对策措施和形成评估结论和建议。按照《中华人民共和国安全生产法的要求应制定安全生产事故的应急预案。可根据压力管道的风险评估的结果, 来制定压力管道的事故应急措施。例如某乳品加工厂制冷间压力管道, 经风险评估, 该制冷间的大部分的管道的风险等级为低或较低, 可在当前检验周期内安全运行。部分管道的风险等级为中等。对于应力腐蚀失效可能的管道, 主要控制液氨中的含水量, 可在液氨中添加大于或者等于0.2%的水作缓蚀剂, 液氨要定期检查含氨量、含水量、和含氧量。对于存在焊接缺陷的管道要进一步进行定量分析, 确定其安全性, 或对超标缺陷进行返修。

3 压力管道的使用

压力管道使用上, 要做到:

1) 为便于安全阀、压力表的定期校验和更换, 可在安全阀、压力表与涉氨压力管道之间的连接管上装设阀门, 但必须有保证其处于常开状态的措施。

2) 涉氨压力管道的使用单位应按照《压力管道使用登记管理规则》 (TSGD5001-2009) 规定, 办理使用登记证。

3) 对安全附件定期检查, 由具备校验资格的单位对安全阀进行校验。

4) 使用单位应配备专业人员, 负责涉氨压力管道的日常巡查与维护保养, 确保阀门、法兰连接可靠、密封完好, 发现泄漏时, 应及时修理或更换。

5) 涉氨压力管道需作报废处理或停用处理时, 使用单位应在确保安全的前提下, 转移介质, 释放内部压力。

6) 使用单位应制定针对本企业的涉氨压力管道常见故障的应急预案, 并根据应急预案进行定期演练。

摘要：本文主要论述了氨制冷系统中压力管道检测需注意的方面, 为具体检测方案提供指导。

关键词：制冷,压力管道

参考文献

[1]杨惠谷.在用压力管道的风险评估程序.中国特种设备安全, 2006.

[2]国家质检总局.质检特函[2013]61号.

压力检测装置论文 篇2

一、单选题 无损检测的目的（E）

A、保证产品质量

B、保障使用安全

C、改进制造工艺 D、降低生产成本

E、以上都是 射线检测暗室处理，一般经过的步骤是。（D）A、显影 B、停影和定影 C、水冲洗和干燥 D、以上都是

３ JB/T4730.2－2005标准规定,底片评定范围的宽度一般为焊缝本身及焊缝两侧（A）宽的区域。

A、5mm

B、6mm

C、8mm

D、10mm 4 锅炉、压力容器及压力管道对接焊接接头的制造、安装、在用时的射线检测，一般应采用(B)级技术进行检测。

A、A级

B、AB级

C、B级

D、C级 ５ 射线检测时底片上裂纹的典型影像是（A）。

A、轮廓分明的黑线和黑丝

B、黑直线，两侧轮廓都很整齐，宽度一般为坡口钝边间隙宽度

C、黑色圆点

D、白色亮点 ６ 射线检测时底片上常见伪缺陷影像有（C）。A、裂纹

B、气孔

C、划伤

D、未熔合 7 超声检测用试块的用途。(D)Ａ、调节扫描速度

Ｂ、确定检测灵敏度和评价缺陷大小 Ｃ、校验仪器和测试探头性能 Ｄ、以上都是 8 钢中纵波的声速为（D）米/秒

A、3240 B、340 C、1500 D、5900 9 频率高于(C)的机械波称为超声波。

A、15000HZ

B、20000MHZ C、20000HZ

D、18000HZ渗透检测根据渗透液去除方法分类，可分为几类（C）。A、B、2 C、D、4 11 渗透检测适合于检验非多孔性材料的（C）。

A、内部缺陷

B、近表面缺陷

C、表面开孔缺陷 D、表面缺陷 润湿液体在毛细管中呈凹面并且（①），不润湿液体在毛细管中呈凸面并且（②）的现象，称为毛细现象。（B）

A、①下降、②上升 B、①上升、②下降 C、①上升、②上升 D、①下降、②下降 13 哪一条不是磁粉检测优于渗透检测的地方（D）。A.检测缺陷重复性好

B.单零件检测快

C.可以检出近表面不连续性

D.可以检测非金属材料的表面缺陷 使原来没有磁性的物体得到磁性的过程叫做（A）。A、磁化 B、磁力 C、磁极 D、磁性 对射线检测技术等级中的AB级而言，射线源至透照部位工件表面的最小距离f为（B）。

A、f≥15db2/

3B、f≥10db2/

3C、f≥1/10·b1/3 D、f≥10db1/3

压力式液位传感器自动检测装置 篇3

1 实现方式

如图1所示, 自动检测装置主要由液位变化系统部分、采集部分、基准传感器、控制部分和计算机自动记录系统部分组成。

1.1 液位变化系统部分

这个部分是整个装置的主体结构, 它包含了恒温水箱、自吸泵、上水电动阀、放水电动阀、安装传感器的水平管路、垂直于水平面的有机玻璃管、装置支架、回流通道、手动阀门等, 各部件通过波纹管进行连接, 成为系统整体, 如图2所示。

压力式液位传感器在不考虑温度漂移或温度补偿后的理论输出曲线是线性的, 并且与测量的液位高度是成正比的, 为了能很好的知道有机玻璃管内液位的高度, 自动检测装置中安装了基准传感器, 测量量程是0-3米, 输出信号是4-20m A, 用PLC直接采集, 使用前将它准确校正, 安装在被测传感器相同平面上。系统运行前要恒温水箱里有足够的干净的水, 保证系统使用, 调节阀门在合适的位置, 使有机玻璃管内的液位按要求慢慢升高, 当满足要求时, 电动阀门关闭, 自吸泵停止。使液位保持, 进行数据采集分析, 在放水的过程中, 要准确控制液位的高度, 应保证电动阀停止前的时间, 除了控制时间外, 对手动阀门的调节也是必须要考虑的, 在液位降为零点的过程中应打开放水电动阀, 使水迅速流回水箱, 使测量点为零。每批次测量时会拆卸传感器, 管路内存留的少量水流出, 为了更好的回收到水箱, 在装置中设置了水回流通道。

1.2 采集部分

采集部分的核心是采集模块, 模块电路的主芯片采用Free Scale单片机, 通过光藕转换电路接受传感器脉冲信号, 信号经过程序处理, 计算出传感器对应的参数值, 需要的参数值包括最大值、最小值、当前值。最大值是指测量范围内最大量程对应的模数转换值, 最小值是指测量范围内“0”点对应的模数转换值, 当前值是测量范围内实际测量对应的模数转换值。这些值是软件运算、判断、计算关键数据的依据。每个采集单元可以采集两支压力式液位传感器, 当然, 根据硬件结构可以设计多路采集。采集部分和控制部分的接口是RS485接口, 采用了标准MODBUS协议, 采集单元可通过拨码开关进行地址编码, 最大地址码为255, 整个采集部分可以组成RS485数据总线, 与控制器部分可编程控制器 (PLC) 相连, 这样整个装置理论上可以同时检测512支传感器, 为了使相应速度提高, 满足特定测试规模的需求, 使装置尽可能不占用场地, 装置上配置了14个采集单元, 可以同时测试28支传感器。

1.3 基准传感器

基准传感器是经过严格检验, 且标定后的压力式液位传感器, 它直接将采集的信号发送给控制部分的主控单元, 应当选择合适的基准传感器, 它直接影响被测传感器的精度和准确度。每次使用检测装置前都要按要求检验基准传感器。

1.4 控制部分

自动检测装置最重要的部分就是控制部分, 它是以可编程控制器 (PLC) 为主控单元, 配置了7寸人机界面, 界面操作屏为触摸屏, 可以显示各传感器的实时值, 也可以对关键点参数进行预设定。控制对象包括:各传感器的定标节点 (Kx) 、上水电动阀 (E1) 、放水电动阀 (E2) 、自吸泵 (P1) , 采集对象为各传感器对应的电压值 (Vx) 、基准水位值 (S1) , 根据压力式液位传感器的特性, 设计的控制流程为图3。

点击自动检测装置上的启动按钮, 测试开始, PLC与装置中的各采集部分以及基准传感器进行数据交互, 得到各传感器的当前值和基准传感器测量值, 且自动进行定标, 称之位定下限。定标时玻璃管液位的高度为0 m, 采集的各传感器当前电压值应满足设定范围 (依据设计我们确定的范围是0.2-0.5V, 这个范围主要是依据传感器的技术参数和电路设计原理确定, 以下各关键点设定范围的确定方法同理) , 检测到不满足要求时, 自动提示报警, 可选择立即处理, 也可以测试结束再做处理。装置继续自动运行, 启动E1和P1, 玻璃管液位上升, 实时判断基准传感器测量的液位, 达到设定的上限值后 (1.5m) 停止E1和P1, 此时PLC采集当前值并进行计算, 如果是第一次循环, 进行上限的定标, 称之为定上限。随后判断各传感器的当前电压值是否满足设定范围 (2.0-2.5V) , 检测到不满足要求时, 自动提示报警, 否则继续。启动E1和P1, 液位继续上升, 实时判断基准传感器反馈的液位, 达到设定的上限值后 (2m) 停止E1和P1, 此时PLC采集当前值并进行计算, 判断各传感器的当前值是否小于设定值 (3.2V) , 若大于设定值则自动报警、记录, 否则继续运行, 启动E1, 玻璃管液位缓慢下降, 当下降到设定最大上限中间值 (1m) 停止E1, 采集各传感器当前值, 分别与0m时对应的当前值进行差值计算, 得出的值应满足设定 (>=1.2V) 要求。启动E1, 液位继续缓慢下降, 当下降到设定上限的中间值 (0.75m) 停止E1, 采集各传感器当前值, 分别判断是否满足对应传感器的设定上限值 (50±2%) 的要求。之后启动E1, 液位继续缓慢下降, 当基准传感器反馈液位高度为0m时, 第一次循环判定结束, 然后按照设定的循环次数据, 继续检测, 后续的检测过程主要起老化作用, 直到自动检测全部结束并形成最终的数据、故障记录。在上述的分析中, 测量中间值的目的主要是检测传感器线性度是否满足要求。另外说明的是循环次数, 根据制造工艺的不同选择适合检验目的的循环次数, 次数越多越好, 但是, 测试完成的时间就比较长。要因地制宜, 合理取值。市场上很多压力传感器的上、下限标定是通过硬件完成的, 有些还预留了上、下限标定的接口, 对于留有接口的传感器我们就可以全自动进行出厂控制, 对于没有预留接口的可结合采集部分来实现。最终满足计算机软件对数据进行自动记录和分析。

1.5 计算机自动记录系统部分

检测装置在自动检测过程中有较多的关键数据需要记录, 计算机自动记录系统软件可以记录检测装置工作过程中的必要数据, 按测试要求记录每支传感器的最大电压值、最小电压值、中间电压值、故障情况, 它可以对每批次传感器进行编号、统计。计算机软件采用VS2008开发环境, 使用vb.net编程语言, 采用串口监听方式被动接收自动检测装置上传的数据, 其优点是可以将测试装置测试的每个步骤产生的数据及结果实时显示在界面上。软件一共分为四部分:串口设置, 编号设置, 采集显示, 保存文档。使用前应注意:在自动检测装置上设置完参数之后, 不要急于点击启动按钮, 先打开软件, 设置串口号, 点击软件上“开始测试”按钮之后再操作检测装置。当检测装置发出测试完毕信号之后, 软件会将所有采集的历史记录自动存储成Excel格式的文件存放在硬盘上, 并且已经分类, 方便我们观察和研究。整个过程自动完成。

我们将图3中发送数据环节定为关键点, 在第一次循环过程中记录对应关键值, 这些值直接反映了各压力式液位传感器的技术参数。在后续的循环过程中, 继续统计记录每支传感器发生的报警次数, 报警一次就累计加一, 结束后自动统计对应的故障次数, 我们依据每支传感器的故障情况可以统计出这批次的一次合格率, 并根据计算机软件统计的数据报表进行故障分析。 (图4)

2 测量数据

测量数据自动存储在计算机硬盘上, 可以方便的通过Excel进行分析。表1中描述了编号为01013产品的测量数据的关键值以及在整个检测过程中出现的故障次数。这支传感器的测量量程是0-2米, 表1中”第1次”列的数据是传感器的关键出厂值, 也就是二次判定好坏的数据。根据0米和1.5米对应的数据值, 可以得到传感器的线性曲线 (图5) 。为了更好的检验传感器, 在实际过程中需要自动完成2米、1米的测量和数据检验, 由于各传感器元件的差异。用△V来保证测量精度。0.75米对应的数据是产品的特殊检验数据, 它是根据应用要求设定的。表中的52代表的是0.75米时占总量程的百分比, 类似这样的参数是根据产品检验实际要求制定的。

3 结束语

压力检测装置论文 篇4

一、制订本标准的目的、意义

钢制压力管道应用极为广泛，化工、石油、制药、能源、航空、环保、钢铁、公用工程等各类工业企业都有不同程度的运用，号称现代社会除公路、、铁路、航空、航运之外的第五类运输工具。同时，钢制压力管道的检测是国内石油、化工及其他工业部门面临的重大课题。我国目前的压力管道数量巨大，据不完全统计，国内工业企业的各种生产装置中的工业管道长达数十万公里，用于石油天然气输送的大口径长输管道达数万公里，城市各种燃气管道系统也十分庞大，随着西气东输工程项目的开展和城市现代化进程的加快，压力管道的数量更是以几何级数增加。我国目前在用压力管道隐患较多。因管道的工作条件和安装环境一般比较恶劣，管道腐蚀不可避免，而管道检测存在诸多困难：

1、很多管道带有保温层，不去除保温层就无法进行检测，而去除保温层则花费巨大；

2、管道检测的作业距离长，线路变化复杂，安装埋设的环境变化多，管道沿线障碍物多，屏蔽多，很多地方无法接触或接近；

3、宏观目视检测受到限制：绝大数管道内部无法进入，外部又有防腐或保温层。

目前我国对钢制压力管道的检测主要有射线、超声等常规无损检测方法，不能实现对管道的100%检测，容易产生漏检、误判，准确性和检测效率低下。且必须全部拆除保温层，这样会造成很大的损失和延长检修时间。一般保温层拆除安装费用达到检测费用的数倍，大幅度增加了检测成本，而且无法达到对一些不可达的关键部位进行检测。因此为了解决压力管道腐蚀类缺陷快速检测的技术难题，研发一种低成本高效率的管道检测方法和设备，并制定相应的技术标准，对确保压力管道安全、可靠运行具有十分重要的意义。

导波检测技术由于其单点激发即可实现长距离检测的优点，能够在不拆除或拆除局部保温层的前提下实现压力管道快速检测，同时可以实现一些不可达区域的检测，很好满足了上述检测需求，具有广阔的市场前景和应用价值。但是，国 1

内外均没有制定对导波检测仪器及结果进行评价的标准，从而制约了该技术的推广应用。所以，制定有关超声导波检测的有关技术标准，对推广超声导波技术在压力管道检测上的应用，具有很强的现实意义。

二、制订过程

2013年7月，江西省锅炉压力容器检验检测研究院就该标准的制订向江西省质量技术监督局标准处提出申请。2013年9月3日，江西省质量技术监督局以《省质监督局关于下达2013第四批江西省地方标准制修订项目计划的通知》（赣质监标字［2013］19号）下达了《压力管道超声导波检测方法》地方标准项目计划，在江西省质量技术监督局的领导下，由江西省锅炉压力容器检验检测研究院承担标准起草任务。2013年9月份，我院正式成立了起草小组，制订了标准框架、工作计划，开始收集资料、调研论证和起草工作。起草小组先后对标准草稿内容进行了五次讨论和修改，于2013年11月完成了标准的征求意见稿。该标准的起草，得到了江西省质量技术监督局标准化处、特种设备处的大力支持。

三、制订原则

本标准主要根据江西省锅炉压力容器检验检测研究院近年来的研究成果和应用经验，主要依据江西省锅炉压力容器检验检测研究院的课题“国家质量监督检验检疫总局2005质量技术监督科技计划项目《超声导波快速检测压力管道的技术研究和产品开发》（编号：2005QK19）”的科研成果的有关内容

四、章节说明

1、标准名称

参照国家及行业标准中对检验规则的编制以及标准本身所涵盖的内容，将标准名称定为《钢制压力管道超声导波检测方法》。

2、适用范围

确定了检测对象的材质和规格；确定了主要能发现的缺陷类型。并提出本标准不建立评价判据，具体的判据由检测方和用户双方协商确定。

3、规范性引用文件

有关文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

4、术语和定义

GB/T 12604.1 确立的适用于本标准的有关术语和定义。

5、检测方法概要

对超声导波方法的原理与压力管道超声导波检测方法进行了概述。

6、检测人员、检测设备、对比试样

分别对检测人员资质、检测设备、对比试样提出了要求。

（1）检测人员应取得超声检测资格证书并经超声导波专业技术培训合格；

（2）检测设备应具备的功能；

（3）对检测对比试样提出了要求，如材质与检测工件的相似性等。

7、检测准备

（1）基本信息的获取

在进行检测前，需要通过资料审查和现场实地考察获取相应的基本信息，（2）检测设备的维护

对检测期间和检测过程中提出了检测设备的维护要求。

（3）检测区域

对超声导波一次检测的压力管道有效长度提出了要求。

（4）探头选取

根据被检压力管道材质、直径、壁厚选择相应超声导波探头。

（5）扫查方式的选择

根据管道可能存在的缺陷情况选择扫查方式，如检测管道的横向缺陷和纵向缺陷。同时规定了扫查面准备要求。

（6）耦合剂

对超声耦合剂提出的要求。

（7）温度

提出应保证在规定的温度范围内进行检测，否则应采取有效措施。

8、检测设置和校准

规定了检测设置和校准过程要求，如检测仪器调节、灵敏度设置、位置传感器的校准、检测系统复核

9、距离-波幅曲线

根据实际的工程经验，并参照JB/T4730.3-2005，距离—波幅曲线应采用对比试样实测绘制。该曲线族由评定线和判废线组成，判废线由深度为50%V型

槽或Φ10通孔的人工缺陷反射波幅绘制而成。评定线为判废线高度的一半，即减6dB。评定线以下（包括评定线）为I区，评定线与判废线之间为Ⅱ区，判废线及其以上区域为Ⅲ区，10、检测

（1）明确了检测时机、扫查速度、粗探、精探的要求

（2）在信号识别时，提出了具体的要求。

11、检测数据记录、分析

有效导波信号的记录、分析要求。

12、缺陷分级及复验

超声导波检测给出的是缺陷当量，由于腐蚀缺陷的大小和形状与人工缺陷不同，且被检构件的实际几何尺寸与对比试样间存在差异，因此检测结果显示的缺陷当量值与其真实缺陷会存在一定的差异，因此一旦发现需要复验的信号，首先必须采用目视和小锤敲击的方法进行检测，用以分辨是位于外表面或内部的缺陷；对于外表面缺陷可采用深度尺直接测量缺陷的深度；对于管状的内表面缺陷，应采用双晶直探头进行超声检测测量，以更精确的测量缺陷的深度，超声检测方法按JB/T 4730.3执行，对于其它形状的构件可以采用射线、超声、漏磁等各种无损检测方法进行复检。必要时，经用户同意，也可采用解剖抽查的方式进行验证。

13、检测报告

压力管道超声导波检测报告应至少包括的内容。

附录A（规范性附录）对比试样

由于本标准不建立评价判据，具体的判据由检测方和用户双方协商确定。但是根据超声导波的特点，对检测对比试样提出了相应的要求。

附录 B（资料性附录）压力管道超声导波检测报告

制定了压力管道超声导波检测报告格式模板，便于检测人员参考

《压力管道超声导波检测方法》起草小组

压力表自动检定装置 篇5

压力表自动检定装置根据国家计量检定规程《JJG 49-1999弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》、《JJG 52-1999弹簧管式一般压力表和压力真空表检定规程》设计制造而成,适用于弹簧管式精密压力表和真空表、弹簧管式一般压力表和压力真空表的首次检定、后续检定和使用中检定[1,2]。装置主要实现以下功能:

1)实时检定装置的压力值和动态工作情况。

2)设置和修改参数。

3)实时获取现场数据,根据检定规程的要求,处理和保存数据。

4)自动填写检定数据表,打印检定证书。

2 检定装置的硬件设计原理

2.1 压力表检定原理

标准仪器与压力表使用液体为工作介质时,它们的受压点应基本上在同一水平面上。如不在同一水平面上,应考虑由液柱高度差所产生的压力差。

示值检定方法

压力表的示值检定按标有数字的分度线进行。检定时逐渐平稳地升压(或降压),当示值达到测量上限后,切断压力源(或真空源),耐压3 min,然后按原检定点平稳地降压(或升压)倒序回检。

(1) 示值误差:

对每一检定点,在升压和降压检定时,轻敲表壳前、后的示值与标准器示值之差应不大于表1所规定的允许误差。

示值误差表示为:

式中:ΔP-压力检定点示值误差;

Px-被检压力表示值;PN-压力标准值。

(2) 回程误差

对同一检定点,在升压和降压检定时,轻敲表壳后的示值误差应不大于表1所规定的允许误差绝对值。

(3) 轻敲位移

对每一检定点,在升压和降压检定时,轻敲表壳后与轻敲表壳前示值之差,引起的示值变动量均应不大于表1所规定的允许误差绝对值的1/2。

用公式表示为:

式中:Δ轻敲-轻敲位移;

Px后-轻敲后被检表示值;

Px前-轻敲前被检表示值。

2.2 检定装置工作原理

检定装置原理图如图1所示。

检定装置即造压系统,由传动齿轮、活塞泵、步进电机、油杯、标准表(压力变送器)、快速夹表机构、步进电机驱动器、计算机控制系统、手动阀、电磁阀等组成。可以同时检定六块压力表,检定效率高。检定装置采用两台步进电机带动两个活塞压力泵造压,提高造压速度,适应多台压力表同时检定。其中一台活塞压力泵处于造压阶段时(即向油路注油),另一台处于造压准备阶段(即从油杯吸油)。两台步进电机和相应的电磁阀由计算机控制系统控制,同时工作交替造压。

采用两台压力泵同时工作的关键问题是在换泵过程中避免产生压力波动。油路的切换采用五个电磁阀控制,优点是密闭性好,保证了系统有较高的造压速度和静态压力稳定性。其中五个电磁阀分别控制两台压力泵与油杯及与被检表、标准表间油路的通断。另一个电磁阀安装在被检表与标准表油路间,用来在造压换泵前切断被检表油路与造压油路间的联系。待换泵完成,且造压油路重新恢复换泵前压力时,再打开电磁阀,这样可消除换泵过程中可能产生的系统压力波动。

2.3 检定装置硬件电气原理

2.3.1 可编程控制器与电磁阀、步进电机驱动器电路

电路如图2、3所示。

可编程控制器选用欧母龙CP1H-XA40DR-A[3]。电源电压:220VAC;输入点数:24点;输出点数:16点;输出形式:继电器。内置模拟输入4点(占用C H数4CH)。输入信号量程:1-5VDC;分辨率:1/16000或1/12000。

步进电机驱动器采用Q3HB64MA,它为等角度恒力矩细分型驱动器,驱动电压DC12-40V,电流在5.8A以下。内部采用类似伺服控制原理的电路,此电路可以使电机低速运行平稳,几乎没有震动和噪音,电机在高速时力矩大大高于二相和五相混合式步进电机。定位精度最高可达60000步/转。

P U:步进脉冲信号输入端,D R:方向信号控制端,MF:电机使能信号端(高电平使能)、SM:细分信号选择端(高电平按D0-D3设定细分运行)。工作时设置为500个脉冲/转。

步进电机选用三相混合式BSHB386。采用交流伺服控制原理,三相正玄电流驱动。步进电机每转移动距离5mm。1 mm=100道。

这样主轴电机每转一圈即线圈每绕一圈,步进驱动器接收一个脉冲,步进电机走一步为1道。

此时,可编程控制器将采集到的相关数据进行处理,处理完后再送到计算机,得到相应检定点的基本误差、回程误差、轻敲位移,依次进行其它检定点的检定。当所有检定点检定完毕,计算机将最终的检定结果进行处理并打印。

2.3.3 可编程控制器程序

可编程控制器程序框图如图4所示。程序清单(略)

3 检定装置软件设计

3.1 检定装置组态

组态软件选用北京亚控科技发展有限公司的组态王软件6.53。它是运行在Windows NT/2000/XP中文操作系统上的一种组态软件。它具有完善的图形界面生成功能,可以形象逼真的描绘工业现场。提供了功能齐全的控件和控件函数以及多种I/O驱动程[4]。

3.1.1 组态王通讯参数和设备配置

1) 通讯参数

波特率:9600;数据位:7;奇偶效验:偶效验;停止位:2;通信超时:3000毫秒;通信方式:RS232。

2) 设备配置

设备生产厂家:欧姆龙H o s t l i n k;设备逻辑名称:PLC;设备地址:0;通信方式:串口(COM1)。

3.1.2 组态王的变量与可编程控制器寄存器对应关系

对应关系见表2所示。

3.2 检定装置主控制界面设计

检定装置检定界面如图5所示[5,6]。由检定装置控制流程、电磁阀控制开关、检定点、标准压力值、已检定点数、待检定点数、允许误差值、回差允许值、允许变动量输入等组成。具体命令语言编程略。

3.3 检定装置检定记录表设计

检定装置检定记录表界面、数据填表、数据查询、数据计算界面如图6、7所示。检定记录表按检定规程要求进行设计。图6有报表控件组成。图7包括:数据填表、数据查询、数据记录、打印检定记录表等按钮组成。保证检定数据的正确填到记录表中。完成检定任务。具体命令语言编程略。

3.4 检定装置检定证书设计

检定证书设计如图8、9所示[5,6]。图8由报表控件组成。图9包括:增加、存表、读表、打印设置按钮、列表式组合框。完成检定装置检定证书的打印功能。具体编程命令语言略。

4 结束语

压力表自动检定装置,采用先进的可编程控制器和组态软件技术,性能指标完全达到《JJG 49-1999弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》和《JJG 52-1999弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》的要求,有效的避免了在检定压力表中人为因素造成的不必要的误差,提高了检定的效率和准确性。

参考文献

[1]弹簧管式精密压力表和真空表检定规程JJG[S].49-1999.国家质量技术监督局,1999.图9检定装置检定证书数据设置、打印界面图

[2]弹簧管式一般压力表、压力真空表和和真空表检定规程JJG[S].52-1999.国家质量技术监督局,1999.

[3]SYSMAC CP系列可编程控制器CP1H CPU单元操作手册[Z].

[4]周兵,张洪魁.静态容积法水表自动检定装置[J].计量技术,2008,(10):42-43.

[5]KINGVIEW version6.5使用手册[Z].北京:北京亚控科技发展有限公司,2008.

加氢裂化装置反应系统压力控制 篇6

关键词：反应器,高压分离器,反应系统,压缩机出口压力控制,分程控制,选择控制,超驰控制,递推控制

1 引言

加氢裂化是重质油品轻质化的重要手段之一,典型的工艺流程如图1所示。

加氢反应流出物经换热降温,再经空气冷却器使温度达43℃左右进入高压分离器(高分V-2),将氢气与反应产物进行分离。高分顶流出物绝大部分为氢气,进入循环氢压缩机(C-1)升压到18MPa左右,一部分作为急冷氢以控制反应温度;另一部分则与补充的氢气混合。加氢反应耗氢气,因此必须由其它产生氢气的装置来补充氢气,此氢气压力低,要经新氢压缩机(C-2往复式)提升到18～19MPa压力进入加氢装置的氢气系统。混合后的氢气与反应流出物换热升温达300℃左右进入循环氢加热炉。

一种或几种原料按比例混合进入原料缓冲罐(V-1),经加氢进料泵提高压力后与反应流出物换热升温到要求的温度后,与第一循环氢加热炉出口的氢气混合,其温度为344℃左右进入加氢精制反应器(R-1)。反应器的出口物流与循环油(从分馏塔底来)以及第二循环氢加热炉(F-2)出口的氢气混合进入加氢裂化反应器(R-2)。

反应流出物经与循环氢、进料以及低压分离器(V-3)的液体等一系列换热降温,最后经空气冷却器(A-1)降温到43℃左右进入高压分离器(V-2),V-2顶的气体进入循环氢压缩机,高分底的液体部分进入低压分离器(低分)。高分压力一般约为16MPa,低分压力为1.6MPa左右。高分低分为加氢裂化装置高压部分及低压部分的分界点。

低分液体部分与反应流出物换热升温后进入脱丁烷塔(T-1),T-1底液体进入分馏塔(T-2),得到所需的产品棗石脑油、煤油、柴油及循环油。

图1为典型的加氢裂化工艺流程,工业应用中也有一些差异。不管工艺流程如何变化,加氢裂化装置的主要机械设备是:高压进料泵、反应器、加热炉、循环氢压缩机、补充氢压缩机、高压分离器及分馏塔等。

从上述可看出加氢裂化装置的特点:

1、高温、高压(高氢分压)。从高压进料泵及压缩机出口到高压分离器为止,系统的压力在16～1 9 M P a范围,热交换器、加热炉及反应器介质的温度在300～400℃,而且处于氢气环境中。因此,所有仪表材质和压力等级必须适应所处的操作条件。

2、加氢是耗氢强放热反应。加氢是氢气作为反应物参与反应,因此要消耗氢气。如不及时补充,系统压力就会下降。同时加氢裂化是强放热反应,如热量不及时排出、势必加快反应速度而放出更多的热量,继续下去会造成反应失控、温度骤升、造成催化剂及设备的破坏。因此,温度和压力是重要控制参数。

3、由高压部分和低压部分组成。本装置高压及低压部分的分界面在高压分离器及低压分离器之间。避免高压气体串入低压部分极为重要,因此,高压分离器的液位是一个重要控制参数。

由于篇幅有限,本文主要介绍反应系统的压力控制。

2 反应系统压力控制

压力是系统内进出物料不平衡的量度,因而气体压力控制不是改变流入量就是流出量。加氢裂化装置几乎全是气体压力控制。加氢裂化是耗氢反应,即氢气参与反应,必须从外界向系统补充氢气才能维持压力平衡。此压力的平衡点在高压分离器。

加氢反应是烃类与高压氢气发生反应除去杂质或生产我们所需的轻质产品。它是由氢气来维持反应系统的压力。由于反应耗氢、泄漏等因素,如不补充氢气,压力势必下降甚至无法完成加氢反应。

循环氢压缩机出口的氢气一部分作为反应急冷氢控制温度,另一部分与补充的氢气混合,经与反应流出物换热升温后进入循环氢加热炉。原料经进料泵升压后与反应流出物换热升温,与循环氢加热炉加热后氢气混合进入加氢精制、加氢裂化反应器,生成反应产物(反应流出物),经换热降温、冷却后进入高压分离器(V-2参见图1)。上述部分是在高压下进行,只有高的氢分压才能进行加氢反应。无论工艺流程如何变化,只在高压分离器顶或循环氢压缩机入口设有一套压力控制系统。

2.1 高压分离器压力控制[1]

高压分离器压力采用分程--自动选择控制方案,以稳定反应系统压力,自动补充氢气。

由于从制氢装置或其他产氢装置来的氢气压力只有1～2MPa,因此要经过压缩机升压后才能进入反应系统。往复式压缩机最适于压缩流量小、压缩比大、压力高的气体,在高压和超高压(3500公斤/厘米2)时,一般采用往复式压缩机。它是一种固定容量,可变排气压力的转机。常用的控制方法是压缩机外部旁通管的调节,这种调节适用于任何规格的压缩机。由于这种调节方式是使一部分被压缩的气体经过外部旁路管再返回到入口,虽然消耗一部分能量,但操作简单,灵活性大。返回的气体应经过冷凝分去凝液,以防液体带入压缩机和机入口温度的升高。由于在工艺过程中这种气体的压缩往往是分段的,所压缩气体的返回也是分段的。由于生产的连续性,工艺过程的前后工序或前后工段的负荷波动,将会影响压缩机的稳定操作。因此,稳定压缩机入口的压力或者是稳定各分段压缩入口的压力是压缩机稳定操作的关键。本文以加氢裂化装置往复式三级压缩机为例说明。往复式压缩机具有低排量、高出口压力的特点,适合于加氢裂化补充氢压缩机的工艺要求,因此国内外补充氢压缩机都采用往复式。

往复式压缩机主要的应用特性:R=Pd/Ps

R:压缩比

Pd:压缩机出口压力

Ps:压缩机入口压力

往复式压缩机每级(段)最大的压缩比(即压力比)为3:1(也可达4:1)。

高分压力控制往往与补充氢压缩机压力控制系统联系在一起,如图2所示。

当高压分离器压力下降时,高分压力调节器PRC107为正作用,因此输出在0%～70%范围内时,经标度转换(反向)为100%～0%进入低值选择器(LS),当选上时,则由高分压力调节器PRC107控制新氢压缩机三段出口返回阀PV107B,高分压力下降则PV107B开度减小,返回量少则去高分的氢气量多,促使高分压力上升;高分压力上升时调节器输出趋近70%,经标度转换(反向)趋近于0%,三段出口返回阀PV107B开度加大,返回量多去高分的氢气量小,因而压力下降达到给定值。

从上述看出当高分压力下降时,新氢压缩机三段出口返回量少给高分补氢量多,此时二段出口压力会下降即三段入口分液罐压力下降。压力调节器PRC106为正作用,其输出在0%～5 0%范围,经标度转换为0%～100%进入低值选择器(LS),当三段入口分液罐压力很低时,去低值选择器的值接近0%,会由低值选择选上。因此由PRC106控制返回阀PV107B,以保证压缩机三级出口能达到进入系统的压力。选择器起着软保护功能,使被控参数不会超过极限。根据往复式压缩机性能,则二段入口压力也低,一段入口压力也低,即一段入口分液罐压力低,则补充氢气量自动加大。补充氢气至一段入口分液罐只设有流量记录。

当高分压力上升,而高分压力调节器PRC107的输出在70%～100%范围时,经标度转换为0%～100%去作用PV107A,即放空去火炬。装置操作不正常时才会出现此种情况。PRC107输出的另一路0%～70%经标度转换100%～0%,因为信号大于70%去低值选择器的信号为0%,当然为LS选上去PV107B,则PV107B全开使大量氢气从新氢压缩机三段出口返回,因此三段入口分液罐压力上升,PRC106输出在50%～100%范围经标度转换(反向)为100%～0%去低值选择器,根据往复式压缩机的性能,二段入口分液罐压力也高,PRC105的输出在5 0%～1 0 0%范围,因此低值选择器另一个输入为100%,因此低选器选上PRC106的信号,同样低选器也会选上PRC105的输出,即由往复式压缩机每段出口压力控制返回入口阀开度,当压力上升时,调节器输出趋近于100%,经反向标度转换趋近于0%去作用于返回阀(FO),返回氢气量大。V-5一段入口分液罐压力上升,P R C 1 0 4为正作用,输出上升到5 0%～1 0 0%范围,PV104A阀打开氢气出装置,V-5罐压力上升,因而进入氢气量自动减少。

对于每台调节器的输出,调节阀在一定范围内动作如图3所示。

上述的高分压力及新氢压缩机压力控制系统中,补充的新氢与循环氢压缩机出口的循环氢混合进入反应系统。也有采用补充的新氢直接进入高压分离器,其工艺控制流程如图4所示。

此控制方案与前面所述的类似,只是氢气源的压力较高,经二段压缩后直接进入高压分离器。高分上设有压力调节器PRC107,其输出经低值选择后控制压缩机二级出口返回二级入口的调节阀的开度。PRC1017为反作用调节器,高分压力下降时,输出上升因而使返回阀PV107开度变小,因而返回的氢气量少而向高分补充的氢气量多,促使高分压力上升达到给定值。根据往复式压缩的性能,一段入口分液罐(V-5)压力也低则自动增加补充氢气量。当高分压力上升时与此过程相反。

当高分压力低时,根据往复式压缩机的特性,则二级入口压力也低,其调节器PRC106输出在0～50%范围内,经标度转换为0～100%进入低值选择器(LS)PRC106调节器为正作用,当二级入口压力低到一定程度则去低选器之值低会被选上而控制返回阀的开度,保证二级入口压力从而使出口氢气有足够的压力进入高分,以保证压缩机不受到损坏。所以称低值选择器(LS)起到“软保护”作用,自动选择又称为超驰控制。

从上述两个相近的控制流程看出,高分压力低时,则由高分压力调节器的输出和压缩机末段入口压力调节器的输出选择控制返回阀,其他段则由入口压力调节器控制返回阀,向系统补充的氢气量多;当高分压力高时,则由高分压力调节器的输出和压缩机各段出口压力调节器的输出控制返回阀,向系统补充氢气量少。我们称往复式压缩机逐段分程选择控制的方法为压力递推自平衡控制。

我们不难看出高分压力及新氢压缩机控制的目的:

(1)自动补氢以平衡加氢裂化的氢耗,稳定反应系统的压力;

(2)自制氢装置来的氢气经三级压缩,以满足加氢原料预加氢所需的氢气压力;

(3)由于往复式压缩机每段都有氢气返回,因此每段的压缩比都等于或接近于设计值,保证机器稳定地长周期运行。

2.2 循环氢(气)压缩机出口压力控制[2]

循环氢压缩机(C-1)出口压力可认为反应系统的启始压力,而高压分离器(V-2)的压力可视为反应系统的终点压力,而两点的压力差即为物料流动的推动力。因此压缩机出口压力是主要的控制参数,涉及到补充氢气的压力,反喘振控制等,对于平稳操作,设备保护起着重要作用。

一般加氢裂化循环氢压缩机选用离心式,蒸汽透平驱动,以适应负荷变化大,循环氢(气)分子量变化的要求。

我们知道压缩机出口的压力与转速有关系,当转速增加时,出口压力及流量都会变化,如流量不变则出口压力就会上升。因此采用调节蒸汽透平入口蒸汽量从而改变压缩机转速的方法控制压缩机出口压力,如图5所示。

从循环氢压缩机出口压力与转速关系图6看出,当转速从额定转速的8 0%上升到9 0%时,出口压力从P1上升到P2。因此调节压缩机转速,只需蒸汽透平的主汽门开大,进入更多的蒸汽,压缩机转速加大,出口压力就会上升,因此调整非常方便。

3 结束语

从上述可以看出,压力控制系统的关键在压缩机的控制,新氢压为整个系统提供了外在动力;而循环氢压缩机出口压力则是系统的启始压力,它为整个系统提供了内在动力。因此控制好了压缩机的出口压力就能够很好的控制整个反应系统的压力。

参考文献

[1]陆德民,张振基,黄步余等.石油化工自动控制设计手册[M].3版.北京:化学工业出版社,2000.

压力检测装置论文 篇7

空分装置的系统复杂性不容忽视, 单纯地从构成方面来说, 包括以下子系统:动力系统、净化系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液态存储系统等等。随着技术的发展, 现代空分装置尤其是大型空分装置, 在控制和管理上已经实现了自动化、智能化、数字化, 可以利用计算机技术实现集散控制。

在空分装置向大型化发展的过程中, 压力管道是影响整个系统的重要组成部分, 是连接各个子系统的工程, 牵一发而动全身;也可以说, 压力管道是空分装置能否满足最终需要、能否实现安全运营的需求、能否得到质量保障的产品的必要条件。

压力管道的组成部件较多, 支撑类型复杂, 在构建过程中要遵循大量的国内国际标准, 例如阀门、精馏塔、换热器、过冷器等, 同时不同的材料和元部件之间也具有不同的特点和技术要求。以空分冷箱为例, 由于管道长径比较大、导致设备自身不稳定性, 管道内部的液体流动会造成压力不均匀变动, 形成缓冲的性能较差, 对周围的环境变化敏感等特征。

空分装置对压力的应用十分普遍, 这也造成了管道荷载复杂的局面, 同时空分装置的介质也存在一定的危险性, 如果不注意就会发生泄露、爆裂的危险。总体而言, 空分装置中压力管道责任重担, 在管道配管中需要科学、合理地进行, 维护设备的正常运转能力。

2 大空分装置压力管道配管布置

大空分装置的出现, 需要大量、复杂的管道配管设置, 综合而言, 主要涉及以下三个方面。

2.1 大空分装置设备布置

第一, 满足装置设备布置的安全性。空分装置中压力管道所容纳的介质特点, 具有易燃、易爆的特点, 一旦泄露也容易造成中毒、窒息等安全事故, 严重地会发生设备爆炸, 造成人身和财产的损害。因此, 在进行设备布置的过程中, 要遵循一定的科学原理。

例如, 按照流程顺序紧密布置, 减少挥发性气体的泄露和影响。将空分装置中液氮储槽、液氧储槽等布局在同一个范围, 使用大型通风吹扫设备减少聚集, 等等。其原则就是对相同或相类似的物料统一管理。

第二, 满足不同生产环境的工艺设计要求。空分装置在现代工业、制造业等体系中的广泛应用, 需要根据所处的生产环境进行布局, 即空分装置的设计、生产到安装, 都是围绕着产品的生产工艺流程进行的。在限定的环境中, 满足产品生产流程和仪表读数, 并对作业环境、电力设施等进行必要的改造。

第三, 满足经济合理性要求。大空分装置的利用必然需要前期的投资增加, 根据我国当前经济发展对可持续性的需求, 以及我国保护生态平衡的观念, 应该遵照相关法律减少能耗, 在符合国家标准、规范的前提展开, 提高设备的经济合理性要求。从市场角度考虑, 主要涉及的是价格因素, 包括原材料价格、安装价格、人工价格等等。

2.2 大空分装置管道布置

首先, 应该做好压力管道配管前期的工作, 要求安装工作人员熟悉设计标准、规范和规定, 并在土建相关专业人员的协助下进行设备布置。空分装置管道布置中, 必须对界区节点条件有所了解, 这关系到管道编号、输送介质、压力设计等内容, 对相应的材料选择也具有指导作用。

其次, 应该做好压力管道配置的统筹规划。所谓统筹规划, 是指既要满足工艺需求, 也有做到经济性、合理性和有效性, 在整个厂区内的大空分装置布局合理、美观, 对其他作业内容的影响降至最低。例如, 针对仪表流程图与管道布置的结合, 要尽量减少中间环节;在管道连接 (尤其是户外) 中, 不能占用厂区道路, 影响建筑或其他设备, 避免产生交叉等。虽然空分装置在管道布局上并不要求完全的独立性, 但其内部介质的特点还应该引起关注, 尤其对一些特殊要求的单体设备。

2.3 大空分冷箱内管道配置

冷箱是重要的低温换热设备, 内部管道配置要求具有较高的连续性, 不断提升或不断降低温度。在针对应力分析中, 管道要加波纹节和管架, 以满足管道自身的柔性需要;需要严格禁止的是, 冷箱内的管道不能与油脂接触, 尤其是氧气管道或者高压管道, 防止由静电引发的爆炸。

3 结语

空分装置“大型化”有两个方向, 其一为单体的大型化, 其二为整个空分系统的大型化。单体设备的大型化在空分装置中的应用较为简单, 相对应地功能也受到了一些限制。而空分装置体系的大型化, 将会成为未来工业领域应用的重点, 同时压力管道配管工作也会独立成为一门技术知识。

参考文献

[1]岳英, 陈永俊.空分装置中压蒸汽管道的设计[J].大氮肥, 2008, 05:315-318.

[2]梁振.空分装置中离心式压缩机的布置和配管[J].辽宁化工, 2013, 03:238-240.

[3]胡志强, 沈庆春.煤化工空分装置安全运行论坛[J].通用机械, 2009, 09:12-21.

[4]徐福根.制约大型空分装置运行周期的因素及处理措施[J].通用机械, 2009, 12:50-54.

压力检测装置论文 篇8

关键词：压力-转速串级分程控制,连续重整装置,PID参数优化

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置采用美国环球油品公司超低压连续重整工艺技术,可得到高的液体产率、高的芳烃产率和氢气产率。装置原料来源于上游年产380万吨石脑油预加氢装置,主要产品是把低辛烷值的直馏石脑油转化为富含芳烃的高辛烷值汽油组分、C6/C7馏分、不稳定液化气和含氢气体,从重整生成油中分离出混合二甲苯和高辛烷值汽油调合组分。重整反应过程生成的焦炭由催化剂带入再生系统进行连续再生,恢复活性的催化剂再经循环系统回到反应器床层中,继续重整反应。如此循环往复,实现过程的连续性。

自装置建成投运以来,由于认知不足,设计上通过调节压缩机转速和分程保护来控制反应压力的控制方案一直未投用。反应压力采用压缩机定转速控制,导致反应压力波动大,影响产品质量;且压缩机防喘阀一直保持一定的开度,导致压缩机能耗也大[1]。为了提高产品收率和质量,降低能耗,公司组织技术人员对压力-转速串级分程控制方案[2]进行分析和论证,成功将该方案在生产实际中加以投用,提高了企业的经济效益。

1 重整工艺简介(1)

重整工艺是在一定的操作条件和催化剂作用下,使烃类分子重新排列,将烷烃和环烷烃转化为芳烃或异构烃。重整反应的深度取决于原料油性质、催化剂性能和操作条件的苛刻程度。降低反应压力有利于芳构化而抑制裂化反应;相反,提高反应压力将增加加氢裂化反应而减低芳构化作用。为了获得更多的目的产物,降低反应压力是条很好的途径。但是,重整催化剂在低压操作条件下,催化剂的结炭速率会迅速增加,将严重影响催化剂的使用周期。为此,重整装置必须保持一个适宜的反应压力,避免过高的结炭速率。因此,控制重整反应压力至关重要,实际生产中通过控制产品分离器的压力来稳定反应压力。

2 压力控制方案解析

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的反应压力是以反应产物分离器压力PI4008为控制基准点,与重整氢增压机入口分液罐压力PI4012组成串级调节控制系统。PI4012的控制器PIC4012为三分程控制,一路控制放空阀,一路与重整氢增压机转速控制器组成串级调节控制系统,另一路参与压缩机防喘振控制。

图1中的反应产物分离器压力PI4008和重整氢增压机K1402入口分液罐V1402的压力PI4012是一个串级控制,PI4008的控制器PIC4008的输出作为PIC4012的给定。PIC4012输出的0%~33%参与防喘振控制,33%~66%调节压缩机转速,66%~100%给系统放空阀PV4012。正常操作时,PIC4012通过调整增压机K1402的转速来维持系统压力。两段防喘阀XV4004、XV4006和系统放空阀PV4012都是关闭的。当V1402压力降低时,PIC4012将降低K1402的转速直到最小运行转速,若压力继续降低,PIC4012的0%~33%输出将给K1402一段防喘阀XV4004一个开的信号来维持V1402的压力。当V1402压力增加时,PIC4012将增加K1402的转速直到最大运行转速,若压力继续增加,PIC4012的66%~100%输出将打开PV4012放空阀来维持V1402的压力。在正常调速模式下,PIC4012的33%~66%输出对应压缩机的调速范围是6 751~8 751r/min,调节器为正作用[3]。

PI4008为重整循环氢压缩机K1401的入口压力,而PI4012是K1401机出口、K1402机的入口压力,所以K1401机的转速影响着K1402机的入口压力和流量。反应压力控制组态如图2所示,可以看出,当K1401机入口压力PI4008发生变化时,在保持K1401机转速不变的情况下,可通过调节其出口压力PI4012进行调节修正。即当PI4008升高时,通过降低压缩机出口压力使得压缩机入口流量增加而降低入口压力;当PI4008降低时,通过增加压缩机出口压力使得流量减少而增加入口压力。控制器PIC4008的控制方式为反作用。通过PI4008与PI4012的串级控制就能实现反应压力的稳定调节。所以,将PIC4008作为此控制回路的主控制器,PIC4012为副控制器,同时作为下游三分程控制的主控制器来调节转速、防喘振阀和放空阀[4]。

3 压力控制方案投用前的运行状态和影响

该装置的压力控制方案(压力-转速串级分程控制)自2008年开工以来,由于各种原因一直没有投入自动控制,而是采用定速控制(手动调节转速),高低压两段防喘阀都保持12%左右的开度,这样K1402机虽然转速恒定,且工作点远离喘振线,但是不能有效及时地调节反应压力;反应压力波动较大,影响反应器内的氢油比;脱戊烷塔压力不稳定,液化气质量波动大;另外,由于防喘阀的开度大,导致压缩机效率低下且蒸汽能耗大,给企业带来较大的经济损失。因此,该控制方案投用与否,将对装置的生产优化和蒸汽能耗产生较大影响。

4 压力控制方案的实施

2013年初公司组织技术人员对国内相关炼厂的重整装置反应压力的控制情况进行调研,了解相关的控制方案和技术参数,确定相关控制器PID参数的大致范围。为此后进行压力控制方案试投用奠定基础。

4.1 控制方案的整定与投用

为了防止分液罐V1401~V1403的液位在投用过程中出现波动,导致带液联锁停机,重新整定了液面控制PID参数,加强控制作用,使调节更加及时有效。然后将高、低压两段的防喘振控制器都打在半自动位置,保持两个防喘阀现有开度不变,避免出现喘振。

将各主要控制对象的PID参数按照经验值和调研的数据写入:反应产物分离器压力控制器PIC4008的控制参数设置为P=80%、I=25s、D=0s。分液罐压力控制器PIC4012的控制参数设置为P=100%、I=0s、D=0s(先采用纯比例控制)。调速器的控制参数设置为P=150%、I=15s[5]。

各项准备工作就绪后,观察转速控制器的运行情况,发现当前的PI参数不能满足控制要求,偏差过大,最高时达到30r/min,于是逐渐将转速控制器的PI参数改为P=20%、I=2s,调整后转速偏差不超过3r/min,效果明显改善。

观察当前转速与K1402机入口分液罐压力控制器PIC4012的输出是否一致,如果二者偏差超过5r/min,则不允许投入串级,微调PIC4012的输出值等于转速设置值时将转速控制器打到串级模式,再将PIC4012由手动位打到串级位,将主回路控制器PIC4008投入自动。观察整个回路的运行情况,发现PIC4012的控制效果明显偏弱,偏差过大,不能及时有效地调节PI4008的压力。针对此问题,重新调整PID参数,首先把PIC4012控制器改为自动方式,观察它与转速的响应关系,判断出该变量的波动周期为30s左右。以此为基础重新设置,将PIC4012控制器的控制参数修改为P=100%、I=60s、D=0s。PIC4008控制器的控制参数修改为P=80%、I=60s、D=0s。然后再将此回路投入串级。经过长时间观察,PIC4012反应迅速、跟踪及时,控制效果良好,PIC4008明显趋于稳定,波动很小,标准偏差由原来的8.2减少为0.4左右,投入自动控制的效果非常明显,PI4008和PI4012的压力曲线如图3所示。

最后,观察K1402机当前的运行工况,逐渐将一段、二段防喘阀关闭,一段的防喘振阀开度为2%,二段的防喘振阀全关,K1402机的一段、二段工作点均在喘振控制线附近。此时,蒸汽耗量减少8t/h,如图4所示。

4.2 投用过程中出现的问题与对策

方案投用后出现了转速差超限5r/min(转速差为压力控制器要求的转速与调速器设定值之差)的情况,导致转速控制器与压力串级控制切为手动,由于没有及时发现,压力系统出现波动。经认真研究调速逻辑,将此偏差限值改为200r/min,同时在操作画面上加设声光报警功能,一旦出现偏差报警和手自动切换现象,就发出声光报警提醒操作员及时对转速控制做出调整[6]。

由于防喘阀的关闭,工作点移至喘振控制线附近,随后由于外部工艺条件波动,工作点进一步左移,防喘振控制器迅速将一、二段防喘振阀打开,给K1402机出入口压力带来冲击,造成生产波动。针对当前工况和生产负荷,将一、二段防喘振阀开度分别设在4%和8%,使压缩机工作点右移,远离喘振线,避免一有波动就打开防喘阀的现象发生。同时,观察生产负荷情况,如果产氢量增加,即压缩机入口流量增加,工作点进一步远离喘振线,则可关闭防喘阀,降低能耗。

5 压力控制方案的影响因素

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的压力控制方案为三重串级-分层控制,由于有循环氢压缩机K1401的引入,增加了干扰对象,给此压力控制增加难度,所以要尽量保证K1401的运行稳定和转速恒定。

重视防喘振控制器的影响,工作点尽可能远离喘振线。投用前保证压缩机组后路畅通,不憋压。将一、二段出入口压力控制器和放空阀控制投入自动控制,将后路进入管网的氢气压力设定好,然后根据工艺允许的最大压比逐级设定好一、二段出入口压力控制器的设定值,以保证PIC4012至防喘振控制器的输出值为0%(这样做可以留有一定的余量调节,防止防喘阀频繁开关)。可将防喘振控制器打在半自动模式或自动模式下。

K1402机自身状态良好,调速机构稳定可靠,响应迅速,保证压力调节的及时有效。

逻辑中转速差超限切为手动的功能没有实际意义,建议此功能只做报警提示,不更改控制模式,避免出现压力波动。

工况稳定,避免开停工期间或生产负荷过低时投用。

6 结束语

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的压力-转速串级分程控制方案投用后,控制效果突出,反应压力稳定,提高了重整单元的运行稳定性,也保证了目标产品的生产效率。同时,大幅提高了装置的自控率水平。更重要的是节能效果非常突出,仅蒸汽消耗量每小时节省近8t,而且还有很大潜力可挖,随着工况的稳定和负荷的调整还可进一步节省蒸汽量,提高压缩机的效能,给企业带来更大的经济效益。

参考文献

[1]王骥程,祝和云.化工过程控制工程[M].北京:化学工业出版社,2000:174~184.

[2]姚春东.离心式压缩机调速运行的节能率计算及优化[J].压缩机技术,2003,(6):4~7.

[3]胡海军.催化重整装置反应压力控制方案讨论[J].石油化工自动化,2013,49(1):6~10.

[4]黄凡峻.天津石化100万吨/年重整抽提装置反应压力控制[J].中国仪器仪表,2010,(8):29~31.

[5]粟雪云.重整装置反应及油气再接触系统压力平衡控制分析[J].炼油技术与工程,2002,32(10):1~3.

一型高温压力试验装置设计与研究 篇9

我公司承接设计一套新型高温压力试验装置, 其容器要求为工作压力7 MPa, 工作温度800℃, 容积1L, 工作介质为惰性气体, 设计压力10 MPa, 设计温度为820℃。根据《固定式压力容器监察规程》可知, 该设备属于I类压力容器, 该容器选材、设计、制造及使用均需按国家规定要求执行, 该项目存在如下几个难点和未知因素:1) 耐高温容器材料的选取;2) 试验容器壁厚设计及液压试验压力的确定;3) 温差应力大小及对设计结果的影响。

1 试验装置设计

1.1 设备组成

高温压力试验装置结构及组成如图1。它由左联接螺母、密封垫、筒体、耐火砖保温层、电加热元件、可拆保温层、右密封垫、右联接接头等组成。

设备左端为进气端 (接压力控制设备) , 右端为试验端, 密封采用透镜垫结构。

1.左联接螺母2.密封垫3.左右筒体4.耐火砖保温层5.电加热元件6.可拆保温层7.右密封垫8.试验联接接头

实际产品中, 筒体内径35 mm, 外径60 mm, 长度约500 mm, 其中筒体与电加热元件间距离约20 mm。

1.2 工作原理及设计思路

工作时, 先通过电加热元件将筒体及试验联接接头部位温度加热至指定温度, 然后通过压力控制器向筒内介质加压, 使得筒内介质与联接接头部位建立一个恒压的高温环境。

2 试验容器设计

本装置工作温度高达800℃, 筒体两端由耐火材料保温、支撑并防转。容器设计温度选定为820℃, 内径为35 mm, 且容积仅为1 L, 故采用锻焊结构来制造。

2.1 材料选择

本容器设计参数决定筒体只能选用锻件, 而按文献[1]中的表11可知, 800℃下仅S31008提供了许用应力值, 而该参数也无法满足本项目820℃设计温度要求。

因镍及镍基合金制压力容器比一般有色金属制压力容器具更高的使用温度, 故本容器按文献[5]进行材料选择。综合考虑后, 容器本体选用的材料为NW6625。利用插值法可知NW6625在820℃的许用应力[σ]′=25.4 MPa。

NW6625与S31008现型材料性参对见表1。

2.2 容器设计及校核

2.2.1 壁厚计算

依据文献[1], 内径Di=35 mm下筒体计算厚度为:

式中, φ为焊接接头系数, 按文献[5]中单面焊接100%无损检测取值为0.9。

按照常规设计思路可知, 筒体壁厚大于9.8 mm, 同时考虑腐蚀余量等情况即可。本方案考虑温差应力的影响, 初步选择壁厚为12.5 mm。

2.2.2 液压试验压力确定

按文献[1]的对内压容器液压试验压力计算公式可知, 该容器液压试验压力为90 MPa, 其计算方法如下:

式中:耐压试验压力系数1.25;Pc为设计压力 (或最大允许工作压力) , MPa;[σ]为试验温度下材料的屈服强度的下限值, MPa;[σ]t为设计温度下材料的屈服强度的下限值, MPa。

在高温设计工况下, 液压试验压力已接近超高压。实际设计中, 建议耐压试验压力系数按文献[4]选取, 将该值由1.25降至1.05。因NW6625在高温状况下塑韧性较常温状态有所增加, 故理论认为, 耐压试验压力系数降低对容器安全性无影响。

耐压试验压力系数取值为1.05, 计算出液压试验压力约为76 MPa。

2.2.3 液压试验压力验证

由于本方案中液压试验压力远大于设计压力, 为安全起见, 按文献[2]对其容器厚度进行校核。即假定试验容器为设计压力90 MPa, 工作温度为常温的压力容器, 校核其壁厚最小值为:

可知, 该设备按分析设计方法计算最小壁厚为11.4 mm, 小于本方案所选壁厚12.5 mm, 故壁厚选择合格。

3 加热及保温方案设计

3.1 保温材料选择

本方案按照文献[3]进行设计, 选取保温材料为耐火砖, 保温层厚度约为100 mm。

耐火砖耐火度可以到1 690℃, 使用温度最高1 350℃, 而一般石棉类保温材料最高安全工作温度约为500℃, 故在本方案中与筒体接触部位保温材料选用耐火砖, 确保保温层不会失效。

耐火砖耐800℃高温的同时, 还具体一定的强度 (详见表2) 。性能较好的耐火砖强度与水泥强度接近, 可通过合理的结构设计, 限制容器的轴向移动和转动, 而一般的保温石棉则不具备该功能。

3.2 保温方案设计

为确保容器本体内介质温度和试验接头部分温度为800℃, 本方案中采取了电加热元件两段布置, 中间间距约50 mm。同时设了3个温度测点, 分别对应筒体加热元件段, 筒体非加热元件段和试验接头内壁。

通过上述布置, 可验证该容器在800℃高温状态下的热量分布情况, 为后期温差应力等方面研究打下良好基础。

4 实际测试

4.1 压力测试

装置建成后, 进行了水压试验, 试验压力76 MPa, 保压时间30 min, 试验结果满足设计要求。

压力试验的成功验证了文献[1]对内压容器液压试验公式同样适用于高温容器, 但实际设计中应注意其它设计方法进行验证。

4.2 温度测试

装置耐压试验成功后, 进行了整体设备高温压力测试, 其测试结果详见表3。

测试结果表明:1) 容器在高温情况下, 加热元件包容段与非包容段存在较大温度梯度。在800℃工作温度附近, 远离加热元件25 mm, 即使保温时间足够长, 该处温度并不能稳定至800℃附近, 且已下降至630℃, 与期望值存在较大的差距。2) 要想精确控制筒体温度稳定至800℃, 不能依靠热辐射与保温层配合的方式。只有通过加热元件包容的方式来实现。3) 当液压试验压力过高时, 可以参考超高压容器试验压力系数进行计算, 避免了材料的浪费, 容器安全性也可得到保证。

5 结论

该装置的成功研制, 并得出如下结论:1) 镍基合金NW6625可应用至820℃设计工况, 耐压、密封性能稳定;2) 常规设计方法确定高温容器壁厚, 辅以分析设计等方法进行验证, 并参照超高压容器耐压试验安全系数, 液压试验安全;3) 镍基合金NW6625在加热元件包容与非包容段温度差较大, 需考虑温差应力及尺寸伸缩的影响。

摘要：在一型镍基合金高温压力试验装置的设计过程中, 在常规设计的同时以分析设计公式对常规设计结论进行了验证, 解决了高温压力容器液压试验过高引发的疑问, 后续产品实验验证了设计结果正确。该容器的成功研制, 为同类压力容器的设计与研制提供了良好的理论基础和详实的参考数据。

关键词：镍基合金,高温,压力试验,分析设计

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.GB150-2011压力容器[S].北京:中国标准出版社, 2012.

[2]中国国家标准化管理委员会.JB4732-2006钢制压力容器分析设计标准[S].北京:中国标准出版社, 2007.

[3]中国国家标准化管理委员会.GB8175-87设备及管道保温层设计导则[S].北京:中国标准出版社, 1989.

[4]中国国家标准化管理委员会.TSG R0002-2005超高压容器安全技术监察规程[S].北京:中国标准出版社, 2006.