化工仿真实习软件之离心泵及液位

1第三章离心泵及液位一、工艺说明1．工作原理离心泵一般由电动机带动。启动前须在离心泵的壳体内充满被输送的液体。当电机通过联轴结带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力同时旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外沿，以高速流入泵壳，当液体到达蜗形通道后，由于截面积逐渐扩大，大部分动能变成静压能，于是液体以较高的压力送至所需的地方。当叶轮中心的流体被甩出后，泵壳吸入口形成了一定的真空，在压差的作用下，液体经吸入管吸入泵壳内，填补了被排出液体的位置。2．“气缚”现象离心泵若在启动前未充满液体，则离心泵壳内极易存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力就很小。此时在吸入口处形成的真空不足以将液体吸入离心泵内，因而不能输送液体，这种现象为“气缚”。所以离心泵在开动前必须首先将被输送的液体充满泵体，并进行高点排气。3．“汽蚀”现象通常，离心泵叶轮入口处是压力最低的部位，如果这个部位液体的压力等于或低于在该温度下液体的饱和蒸汽压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合物的汽泡。这些小汽泡随着液体流入高压区后，汽泡破裂重新凝结。在凝结过程中，质点加速运动相互撞击，产生很高的局部压力。在压力很大、频率很高的连续打击下，离心泵体金属表面逐渐因疲劳而损坏，寿命大为缩短。离心泵的安装位置不当、流量调节不当或入口管路阻力太大时都会造成“汽蚀”。4．离心泵的特性曲线离心泵的流量（F）、扬程（H）、功率（N）和效率（）是其重要的性能参数。这些性能参数之间存在一定的关系，可以通过实验测定。通过实验测定所绘制的曲线，称为离心泵的特性曲线。常用的离心泵特性曲线有如下三种。①H-F曲线，表示离心泵流量F和扬程H的关系。离心泵的扬程在较大流量范围内是随流量增大而减小。不同型号的离心泵，H—F曲线有所不同。相同型号的离心泵，特性曲线也不一定完全一样。②N-F曲线，表示离心泵流量F和功率N的关系，N随F的增大而增大。显然，当流量为零时，离心泵消耗的功率最小。因此，启动离心泵时，为了减少电机启动电流，应将离心泵出口阀门关闭。③-F曲线，表示离心泵流量F和效率的关系。此曲线的最高点是离心泵的设计点，离心泵在该点对应的流量及压头下工作，其效率最高。5．离心泵的操作要点离心泵的操作包括充液、启动、运转、调节及停车等过程。离心泵在启动前必须使泵内充满液体，通过高点排气保证泵体和吸入管内没有气体积存。启动时应先关闭出口阀门，防止电机超负荷。停泵时亦应先关闭出口阀门，以防出口管内的流体倒流使叶轮受损。长2期停泵，应放出泵内的液体，以免锈蚀和冻裂。6．工艺流程说明如流程图3-1所示，离心泵系统由一个贮水槽、一台主离心泵、一台备用离心泵、管线、调节器及阀门等组成。上游水源经管线由调节阀V1控制进入贮水槽。上游水流量通过孔板流量计FI检测。水槽液由调节器LIC控制，LIC的输出信号连接至V1。离心泵的入口管线连接至水槽下部。管线上设有手操阀V2及旁路备用手操阀V2B、离心泵入口压力表PI1。离心泵设有高点排气阀V5、低点排液阀V7及高低点连通管线上的连通阀V6。主离心泵电机开关是PK1，备用离心泵电机开关是PK2。离心泵电机功率N、总扬程H及效率M分别有数字显示。离心泵出口管线设有出口压力表PI2、止逆阀、出口阀V3、出口流量检测仪表、出口流量调节器FIC及调节阀V4。图3-1离心泵单元流程图画面图3-1离心泵电机上方的小流程图表示了主离心泵和备用离心泵的安装方式。为了节省画面，本仿真软件设定：当事故状态开启备用泵PK2时，相关的所有仪表阀门默认为属于备用泵。7．控制组画面控制组画面（详见图3-2）集中了离心泵系统相关的调节器、指示仪表、手操器及开关。可以在本画面中完成所有操作。图3-1及图3-2中的控制、指示仪表及阀门说明如下。3图3-2控制组画面（1）指示仪表PI1离心泵入口压力MPaPI2离心泵出口压力MPaFI低位贮水槽入口流量kg/sH离心泵扬程mN离心泵电机功率kWM离心泵效率%（2）调节器及调节阀LIC低位贮水槽液位调节器%FIC离心泵出口流量调节器kg/hV1低位贮水槽入口调节阀V4离心泵出口流量调节阀（3）手操器V2离心泵入口阀V2B离心泵入口旁路备用阀V3离心泵出口阀（3）开关及快开阀门V5离心泵高点排气阀V6排气排液连通阀V7离心泵排液阀PK1离心泵电机开关PK2离心泵备用电机开关8．报警限说明FIC离心泵出口流量低限报警1.0kg/s(L)LIC低位贮水槽液位高限报警80%(H)LIC低位贮水槽液位低限报警20%(L)PI1离心泵入口压力低限报警0.1MPa(L)4二、离心泵冷态开车①检查各开关、手动阀门是否处于关闭状态。②将液位调节器LIC置手动，调节器输出为零。③将液位调节器FIC置手动，调节器输出为零。④进行离心泵充水和排气操作。开离心泵入口阀V2，开离心泵排气阀V5，直至排气口出现蓝色点，表示排气完成，关阀门V5。⑤为了防止离心泵开动后贮水槽液位下降至零，手动操作LIC的输出使液位上升到50%时投自动。或先将LIC投自动，待离心泵启动后再将LIC给定值提升至50%。⑥在泵出口阀V3关闭的前提下，开离心泵电机开关PK1，低负荷起动电动机。⑦开离心泵出口阀V3，由于FIC的输出为零，离心泵输出流量为零。⑧手动调整FIC的输出，使流量逐渐上升至6kg/s且稳定不变时投自动。⑨当贮水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平衡时，离心泵开车达到正常工况。此时各检测点指示值如下：FIC6.0kg/sFI6.0kg/sPI10.15MPaPI20.44MPaLIC50.0%H29.4mM62.6%N2.76kW三、离心泵停车操作①首先关闭离心泵出口阀V3。②将LIC置手动，将输出逐步降为零。③关PK1（停电机）。④关离心泵进口阀V2。⑤开离心泵低点排液阀V7及高点排气阀V5，直到蓝色点消失，说明泵体中的水排干。最后关V7。四、测取离心泵特性曲线①离心泵开车达到正常工况后，FIC处于自动状态。首先将FIC的给定值逐步提高到9kg/s。当贮水槽入口流量FI与离心泵出口流量FIC达到动态平衡时，记录此时的流量（F）、扬程（H）、功率（N）和效率（M）。②然后按照每次1kg/s（或0.5kg/s）的流量降低FIC的给定值。每降低一次，等待系统动态平衡后记录一次数据，直到FIC的给定值降为零。③将记录的数据描绘出H-F、N-F和-F三条曲线。完成后与“G2”画面（详见图3-3）的标准曲线对照,应当完全一致。5图3-3离心泵特性曲线画面五、事故设置及排除1．离心泵入口阀门堵塞（F2）事故现象：离心泵输送流量降为零。离心泵功率降低。流量超下限报警。排除方法：首先关闭出口阀V3，再开旁路备用阀V2B，最后开V3阀恢复正常运转。合格标准：根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时关泵并打开阀门V2B，没有出现贮水槽液位超上限报警，并且操作步骤的顺序正确为合格。2．电机故障（F3）事故现象：电机突然停转。离心泵流量、功率、扬程和出口压力均降为零。贮水槽液位上升。排除方法：立即启动备用泵。步骤是首先关闭离心泵出口阀V3，再开备用电机开关PK2，最后开泵出口阀V3。合格标准：判断准确。开备用泵的操作步骤正确，没有出现贮水槽液位超上限报警，为合格。3．离心泵“气缚”故障（F4）事故现象：离心泵几乎送不出流量，检测数据波动，流量下限报警。排除方法：及时关闭出口阀V3。关电机开关PK1。打开高点排气阀V5，直至蓝色点出现后，关阀门V5。然后按开车规程开车。6合格标准：根据事故现象能迅速作出合理判断。能及时停泵，打开阀门V5排气，并使离心泵恢复正常运转为合格。4．离心泵叶轮松脱（F5）事故现象：离心泵流量、扬程和出口压力降为零，功率下降，贮水槽液位上升。排除方法：与电机故障相同，启动备用泵。合格标准：判断正确。合格标准与电机故障相同。5．FIC流量调节器故障（F6）事故现象：FIC输出值大范围波动，导致各检测量波动。排除方法：迅速将FIC调节器切换为手动，通过手动调整使过程恢复正常。合格标准：判断正确。手动调整平稳，并且较快达到正常工况。六、开车评分信息本软件设有三种开车评分信息画面。1.简要评分牌能随时按键盘的F1键调出。本评分牌显示当前的开车步骤成绩、开车安全成绩、正常工况质量（设计值）和开车总平均成绩。为了有充分的时间了解成绩评定结果，仿真程序处于冻结状态。按键盘的任意键返回。2.开车评分记录图3-4开车评分记录画面7能随时按键盘的Alt+F键调出。本画面记录了开车步骤的分项得分、工况评分的细节、总报警次数及报警扣分信息。显示本画面时，软件处于冻结状态。按键盘的任意键返回。详见图3-4。3．趋势画面本软件的趋势画面记录了重要变量的历史曲线，可以与评分记录画面配合对开车全过程进行评价。七、开车评分标准1．开车步骤评分要点①各阀门关闭，调节器LIC置手动11分②各阀门关闭，调节器FIC置手动11分③开入口阀V2，关出口阀V3，用V5完成高点排气35分④开泵电机开关PK115分⑤当PK1开时刻，出口阀门V3处于关闭状态26分总计：98分2．正常工况质量评分要点①FIC投自动且达到稳定24.5分②LIC投自动且达到稳定24.5分③49.5LIC50.5%24.5分④5.95FIC6.05kg/s24.5分总计：98分