任务六 流体输送操作训练
【任务导入】
化工厂的流体物料输送过程是多种形式的，可以是用泵或压缩机输送，还可以用高位槽输送，关键是要选择好适宜的流程、控制好相应的工艺指标及熟练的操作。本任务利用流体输送装置完成流体物料输送的操作训练。
【任务实施】
一、工艺流程、主要设备及仪表控制
本套装置的流程是由原料罐、合成器、高位槽、真空缓冲罐、压力缓冲罐、离心泵、旋涡泵、压缩机、喷射泵等及与之连接的管路组成，可完成多组独立的训练系统，配有流量、液位、压力、温度等测量仪表及计算机远程控制系统DCS。流体输送装置工艺流程如图1-40所示。
设备的主要参数见表1-16、表1-17、表1-18。
表1-16 主要设备技术参数
表1-17 仪表控制参数
表1-18 主要阀门名称及技术参数
二、操作规程
1.工艺流程图的识读
①识读流体输送装置的工艺流程图，对照实物熟悉流程，能详述流程。
②识读流体输送装置的仪表面板图，对照实物熟悉仪表面板的位置，会仪表调控操作及参数控制。
2.开车前的检查
（1）管路检查 检查管件、阀门连接是否完好；检查阀门是否灵活好用并处于正确位置；装置无跑冒滴漏现象。
（2）设备检查 流体输送设备是否完好；离心泵是否需要灌泵；离心泵前后阀门是否处于正常开车状态；清理泵体机座地面环境卫生；离心泵、旋涡泵启动电机前先盘车，然后才能通电；检查压缩机的润滑油是否加到指定位置。
（3）仪表检查 检查压力表接头有无泄漏；螺丝及其他连接处有无松动；仪表柜电源是否连接好，仪表柜总电源指示红灯是否亮起。
（4）其他检查 查排水地漏使整个系统畅通无阻，排净高位槽、合成器内液体，向原料罐内加入液体，控制液位在500mm左右。
3.控制台电脑主操作系统的启动
打开计算机，在桌面文件中找到应用程序，双击鼠标左键进入DCS控制系统主界面。主控制界面中任意位置点击鼠标左键进入主操作系统。主操作系统界面中，可以进行相应的泵启动与关闭，在菜单栏中可以选择相应的实训项目的数据记录和控制界面。
4.离心泵性能测定
可完成单泵送料和双泵（串、并联）送料两种情况下的泵性能测定操作。
流程设置：合理选择一段阻力最小的管路，使原料罐内液体经泵输送后回到原料罐内。
（1）泵送料操作 首先离心泵入口阀门全部开启，出口阀关闭，关闭离心泵入口真空表控制阀，然后启动电机。当离心泵运转后，全面检查离心泵的工作状况，打开离心泵ⅡP102入口真空表控制阀。当离心泵出口压力高于操作压力时，缓慢打开泵出口阀，控制离心泵的流量。双泵串联时需先启动离心泵ⅡP102五秒后再启动离心泵ⅠP103。
（2）离心泵性能测定 通过面板上流量显示仪表调节电动调节阀VA127的不同开度（10～15组数据），即调节不同流量或将涡轮流量计设定到某一数值，待流动稳定后同时读取流量、泵出口处的压强、泵入口处的真空度、功率及水温的数据，观察性能曲线图。
（3）停车操作 逐渐关闭电动调节阀VA127。当离心泵出口阀门全部关闭后停电机，关闭离心泵入口阀及其入口真空表控制阀。
5.阻力系数的测定
流体用离心泵经DN15、DN25、DN40直管中输送回原料罐，同时测定流体在直管内的阻力系数。
（1）离心泵送料操作 打开离心泵的进水阀、直管控制阀、回水阀，关闭电动调节阀VA127。启动离心泵，调节电动调节阀至全开，打开压力传感器平衡阀VA207，分别打开各直管测压阀，读取数据时关闭平衡阀VA207。
（2）阻力系数测定 调节电动调节阀VA127从大流量到小流量的不同开度（10～15组实验数据），即调节不同流量或将涡轮流量计设定到某一数值，待流动稳定后同时读取流量、压差计及水温的数据。开始记录数据时先关闭压力传感器平衡阀VA207，观察曲线图，测量完后停车。
6.旋涡泵P104向合成器送料
流程设置：选择原料罐内流体由旋涡泵P104送至合成器V102的管路。
①打开合成器上水阀VA123、合成器溢流阀VA121、旋涡泵P104循环阀VA133、旋涡泵P104进水阀VA134，其余阀门全部关闭。
②启动旋涡泵P104后检查电机和泵的旋转方向是否一致，然后逐渐打开流量计FI106调节阀VA132，运转中需要经常检查电机、泵是否有杂音、异常振动、泄漏等现象，通过调节旁路回流阀门VA133的方法调节流量。
③控制流量使合成器液位达到设定目标值。
操作结束后将回水阀VA122打开，将流体送回至原料罐。
7.压缩机向合成器送料
流程：空气经由压缩机P105、阀门VA139、压力缓冲罐V104、阀门VA138，进入原料罐V105。原料罐流体经由阀门VA134、VA133、VA132、转子流量计FI106、阀门VA123进入合成器V102。
①开车前检查。检查各处的润滑油是否合乎标准、检查一切防护装置和安全附件是否完好。
②打开阀门VA139、VA138、VA140、VA134、VA133、VA132、VA123、VA121，关闭其他阀门。
③接通电源启动压缩机P105，注意观察缓冲罐压力表PI104的指示值，通过调节阀门VA140的开度调节罐中压力维持在0.1MPa，调节阀门VA132的开度来调节输送流体的流量，由转子流量计FI106计量。
当合成器液位达到指定位置时，关闭压缩机出口阀门VA139，切断压缩机电源，打开原料罐放空阀VA141将罐内余气放出。
注意：操作过程中要经常注意压力表指针的变化，禁止超过规定的压力，若出现不正常声响、气味、振动或故障，应立即停车检修。工作完毕将贮气罐内余气放出。
8.利用真空系统向合成器送料
①打开离心泵Ⅰ P103的进水阀VA135和喷射泵控制阀VA126，关闭电动调节阀VA127。
②利用变频器S1启动离心泵Ⅰ P103，使流体由原料罐V105经阀VA135、离心泵Ⅰ P103、阀VA126、喷射泵P101、原料罐V105形成回路，流体流动通过喷射泵P101时形成真空，通过阀VA125到真空缓冲罐V103，利用真空缓冲罐V103调节阀VA117调节真空度，由真空表PI101就地显示。
③打开阀门VA134、VA133、VA132、VA123。
真空机组启动后，通过调节真空缓冲罐调节阀VA117的开度调节真空缓冲罐V103中真空度维持在0.06MPa，调节阀门VA132开度来调节输送流体的流量，由转子流量计FI106计量。
当合成器液位达到指定位置时，关闭阀VA126，关闭离心泵ⅠP103，打开缓冲罐调节阀VA117放空。
9.利用高位槽向合成器送料
①打开离心泵ⅠP103进水阀VA135，关闭电动调节阀VA127，打开阀VA101（或阀门VA102、阀门VA103、阀门VA104、阀门VA105）、VA109、VA113，其余阀门全部关闭。
②启动离心泵Ⅰ P103，通过电动调节阀VA127调节流量，向高位槽V101中注入液体，待高位槽溢流管内有液体流出时调小进入高位槽的流量。
③然后打开阀VA114、阀VA115，半开阀VA122，流体在重力作用下从高位槽V101流向合成器V102，通过调节阀VA115开度调节流量，转子流量计FI105记录流量，控制合成器液位保持恒定。
10.两种物料配比输送操作
任务：根据工艺要求将两种流体按一定比例输送到合成器中。
一种流体由旋涡泵按固定流量输送，另一种流体由离心泵输送，根据工艺要求计算混合比例，再根据混合比例计算出离心泵输送液体的流量，并按照泵送流量进行离心泵操作控制。
首先打开旋涡泵P104的进水阀VA134、旋涡泵循环阀VA133、阀VA123、阀VA122、阀VA121，其余阀门全部关闭，启动旋涡泵P104。
利用阀VA132调节转子流量计FI106流量，将流量控制在0.5m3/h。然后打开离心泵Ⅰ P103进水阀VA135，关闭电动调节阀VA127，打开阀VA105、VA108、VA116，其余阀门全部关闭。
将合成器液位LI101控制仪表调到自动位置，按设定比例计算出另一种流体流量并在仪表上设置好后启动离心泵Ⅰ，根据实际流量按照控制规律调节电动调节阀VA127开度，达到控制两种流体配比的目的。
11.合成器液位自动控制
任务：应用离心泵Ⅱ P102将原料罐流体输送到合成器中并保持到指定液位400mm。
①打开离心泵Ⅱ P102进水阀VA136，关闭电动调节阀VA127，打开阀VA102、VA108、VA116、VA121、VA122，其余阀门全部关闭。
②原料罐流体经由阀VA136、离心泵ⅡP102、阀VA128、电动调节阀VA127、涡轮流量计F104、阀VA102、VA108、VA116进入合成器V102，而后经合成器出料阀VA122回到原料罐V105。
③利用合成器液位LIC102控制仪表根据合成器液位控制调节离心泵Ⅱ P102变频器S2的频率，以改变电机转数，实现控制合成器液位的目的。所以将合成器液位LIC102控制仪表调成自动状态并设置好相应的液位后，启动离心泵Ⅱ变频器开关。
12.流量自动控制操作
任务：使用电动调节阀调节流体流量（4～12m3/h）。
①打开离心泵Ⅰ P103进水阀VA135，关闭电动调节阀VA127，打开阀VA107，其余阀门全部关闭。
②流体由原料罐V105经阀VA135、离心泵Ⅰ P103、电动调节阀VA127、涡轮流量计F104、阀VA107、原料罐V105形成回路。
③将流体流量控制仪表调到自动位置并设置好相应的流量，开启离心泵Ⅰ变频器开关，由涡轮流量计F104计量，产生信号传输给流量仪表，根据实际流量按照控制规律调节电动调节阀VA127开度，达到控制流体流量的目的。
13.常见故障的确定和排除训练
本系统操作时常见的故障和异常现象及其处理措施见表1-19。
表1-19 常见故障和异常现象及处理措施
操作注意事项：
①启动离心泵之前必须检查出口流量调节阀是关闭的。
②在操作过程中每调节一个流量之后应待流量和其他所取的数据稳定以后方可记录数据。
③若之前较长时间未操作，启动离心泵时应先盘轴转动，否则易烧坏电机。
④水质要清洁，以免影响涡轮流量计运行。
⑤该装置电路采用五线三相制配电，设备应良好接地。
【任务评价】
①了解流体输送的基本原理和主要设备的结构及特点。
②了解离心泵结构、工作原理及性能参数，会测定离心泵特性曲线及测定离心泵最佳工作点。
③了解旋涡泵、喷射泵和压缩机的结构、工作原理、流量调节方法及其输送流体方法，能根据工艺要求正确操作流体输送设备完成流体输送任务。
④了解孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计、涡轮流量计、各种常用液位计、压差计等工艺参数测量仪表的结构和测量原理及其使用方法。
⑤能应用所学到的流体力学、流体输送基本理论分析和解决流体输送过程中出现的一般问题。
⑥能根据工艺要求进行流体输送操作，并在操作进行中熟练操控DCS控制系统、调控仪表参数，保证生产维持在正常工艺条件下进行。
⑦能根据异常现象分析判断故障种类、产生原因并正确处理。
⑧要有安全、规范、环保、节能的生产意识及敬业爱岗、严格遵守操作规程的职业道德和团队合作精神。
【知识链接】
知识点 其他类型泵
一、往复泵
往复泵是最早发明的提升液体的机械。目前由于离心泵具有显著优点，往复泵应用范围逐渐减小，但由于往复泵在压头剧烈变化时仍能维持几乎不变的流量特性，所以往复泵仍然有所应用。往复泵用于小流量、高扬程的情况下输送高黏度液体，或应用于对流量稳定性要求不高的场合。往复泵不能输送腐蚀性流体和有固体颗粒的流体。
1.往复泵的结构
往复泵属于容积泵，主要由活塞、泵缸、工作室、吸入阀和排出阀等组成，其结构简图如图1-41所示。
图1-41 往复泵原理图
2.工作原理
当活塞从左向右移动时，工作室容积增大，形成低压，吸入阀开，排出阀关（因排出管液体压力作用而关闭）。当活塞移动到最右边时，工作室的容积最大，吸入的液体量也最大。此后活塞从右向左移动，泵缸内液体受挤压，压强增大使吸入阀关闭而推开排出阀将液体排出，活塞移到左端，排液完毕，完成了一个工作循环。
3.往复泵的特点
①靠活塞对液体做功，以静压能的形式直接传给液体。
②流量取决于泵本身的几何尺寸和活塞往复次数而与泵的压头无关，流量是恒定的，故称为容积式泵或正位移泵（扬程和流量无关的泵）。
③往复泵压头取决于泵的机械强度及原动机（指利用能源产生原动力的一切机械）的功率。
④开动前泵内没有液体，往复泵有自吸作用。
⑤往复泵不能用排出管路阀门来调节流量，一般采取回流支路调节装置。
二、旋转泵
旋转泵靠泵内一个或多个转子的旋转来吸入和排出液体，又称转子泵。
1.齿轮泵
齿轮泵泵壳内有两个齿轮，一个由电机直接带动，称为主动轮，另一个靠与主动轮相啮合而转动，称为从动轮。两齿轮分别与泵壳内形成吸入与排出两个空间。当齿轮按图1-42所示的箭头方向旋转时，吸入空间内两齿轮的齿互相拨开，形成了低压而吸入液体，然后液体分为两路沿壳壁被齿轮嵌住，并随齿轮转动而到达排出空间。排出空间内两齿轮的齿互相啮合，于是形成了高压而将液体排出。
图1-42 齿轮泵原理图
图1-43 双螺杆泵原理图
齿轮泵的特点是扬程高而流量小，可用于输送黏稠液体甚至膏状物料，但切忌输送有固体颗粒的悬浮液。同往复泵相比，其流量要均匀得多。
2.螺杆泵
螺杆泵主要由泵壳与一根或两根及以上的螺杆构成。图1-43所示为双螺杆泵，实际上与齿轮泵十分相似，利用两根互相啮合的螺杆来吸入液体和排出液体。当所需的压力很高时，可采用较长的螺杆。
螺杆泵压头高、效率高、噪声小，适于在高压下输送黏稠液体，同样不能输送含固体颗粒的液体。
三、旋涡泵
旋涡泵是一种特殊类型的离心泵，如图1-44所示，由叶轮与泵壳组成。叶轮是一个圆盘，其外围两侧加工成许多凹槽，凹槽间栓铣成叶片。
图1-44 旋涡泵
旋涡泵启动前也要灌满液体，其工作原理如图1-45所示，叶轮转动，使流道中液体也在转动，在叶轮内液体所受的离心力加压后到达混合室，在混合室内部分地转换为压力能，然后又被叶轮带动向前重新进入叶片流道内加压。由此分析可知，液体可视为受多级离心泵的作用被多次增压，这种增压作用直到压出腔末端引向排出口。在这种泵内，液体以旋涡运动的方式经叶轮凹槽多次，所以称为旋涡泵。
图1-45 旋涡泵原理图
旋涡泵的最高效率比离心泵的低，当流量减小时，扬程升高很快，轴功率也增加，所以此泵应避免在太小的流量下或出口阀关闭的情况下长时间的运转操作，为此也采用正位移泵所用的旁路调节法调节流量，以保证泵与电机的安全。旋涡泵的N-Q线是下倾的，当流量为零时，轴功率最大，所以泵启动时，出口阀必须打开。
旋涡泵适用于输送量小、压头高而黏度不大的液体，且输送液体不能含有固体颗粒。