过程检测技术及仪表课程设计
目录
第1章 绪论..................................................... - 1 - 1.1 题目设计背景................................................ - 1 - 1.2 实验装置.................................................... - 2 - 1.3 检测和控制的参数............................................ - 4 - 第2章 测量装置选择与误差分析................................... - 5 -
2.1流体进出口温度 ....................................... - 5 - 2.1.1热电阻原理 ......................................... - 5 - 2.1.2 WZC-200热电阻结构图 ............................... - 6 - 2.1.3产品参数 ........................................... - 6 - 2.1.4主要特性 ........................................... - 7 - 2.1.5注意事项 ........................................... - 7 - 2.1.6误差分析 ........................................... - 7 -
2.2实验管壁温测量 .............................................................................................................. - 7 -
2.2.1 检测方法设计以及依据 .................................. - 7 - 2.2.2 仪表种类选用以及依据 .................................. - 8 - 2.3水浴温度测量 ................................................ - 8 -
2.3.1检测方法设计以及依据................................... - 8 - 2.3.2 仪表种类选用以及依据 .................................. - 8 - 2.3.3测量注意事项及误差分析................................. - 9 - 2.4补水箱水位测量及控制 ................................................................................................ - 9 -
2.4.1检测方法设计以及依据................................... - 9 - 2.4.2 仪表种类选用以及依据 ................................. - 10 - 2.4.3 测量注意事项 ......................................... - 11 - 2.5流量测量 ................................................................................................................. - 11 -
2.5.1工作原理 .......................................... - 11 - 2.5.2 电磁流量计图...................................... - 12 - 2.5.3技术参数： ........................................ - 12 - 2.5.4电磁流量计特点 .................................... - 12 - 2.5.5注意事项 .......................................... - 13 - 2.5.6误差分析 .......................................... - 13 -
2.6差压测量 ................................................... - 13 - 2.7 设计意义及应用............................................. - 16 -
参考文献 ................................................................................................................. - 16 -
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第1章 绪论
1.1 题目设计背景
换热设备污垢是指流体中的组分或杂质在与之相接触的换热表面上逐渐积聚起来的一层固态物质。它广泛存在于化工、动力及制冷等工程。污垢的形成过程是质量交换、热量交换和动量交换的动态综合，是多种十分复杂过程的同时作用的结果。因而影响这一过程的因素很多，如流体性质、壁温、流体与壁面的温度梯度、流体流速以及壁面状况等。这些因素不同，形成的污垢特性也各不相同。因此污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。
按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法等。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法的原理。
表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由下式表示：
Rf?mf?f?f?1?f?f （1-1）
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通常测量污垢热阻的原理如下：
设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为：
1/Uc?R1c?Rw?R2c （1-2）
图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为
1/Uf?R1f?Rf1?Rw?Rf2?R2f （1-3）
如果忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为
R1c?R1f,R2c?R2f。于是由式(1-3)减去式(1-2)得：
Rf1?Rf2?11? （1-4） UfUc式(1-4)表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：
1/Uc?R1c?Rw?R2c?(Ts1,c?Tb)/q （1-5） 1/Uf?R1c?Rw?Rf?R2f?(Ts1,f?Tb)/q （1-6）
若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定R2c?R2f，则两式相减有：
Rf?(Ts1,f?Ts1,c)/q （1-7）
这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
1.2 实验装置
本实验采用如图1-1所示的实验装置。该装置是由东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于软测量技术开发的多功能实验装置。
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图1-1 多功能动态模拟实验装置外形图
本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段（约2m），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管，独自拥有补水箱和集水箱，构成两套独立的实验系统，可以做平行样实验和对比实验。为获取水处理药剂的效果、强化换热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等，管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。该装置主体结构示意图如图1-2所示。
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图1-2 动态模拟试验装置主体结构示意图
1-恒温槽体；2-试验管段；3-试验管入口压力；4-入口温度测点；5-管壁温度测点；6-出口温度测点；7-试验管出口压力；8-流量测量；9-集水箱；10-循环水泵；11-补水箱；12-电加热管
1.3 检测和控制的参数
温度：包括实验管流体进口（20～40℃）、出口温度（20～80 ℃），实验管壁温（20～80℃）以及水浴温度（20～80℃）。
水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制循环水泵，以适应不同流速的需要，水位变动范围 200mm～500mm。
流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围 0.5～4m3/h。 差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，因此需要测量流动压降，范围为 0～50mm水柱。
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