辽宁省高等教育自学考试（应用本科）
《 化工原理 （实践）》
一、实验题目：离心泵单元仿真实训 二、实验目的：
1. 了解并熟练掌握DCS化工装置仿真操作的基本方法 2．掌握流体输送工艺流程
3. 熟练进行装置冷态开车操作及停车操作 4. 能根工艺条件，控制调节操作参数
5. 理论联系实际，能应用所学的相关知识来指导实际操作，提高知识应用
能力及综合分析问题的素质和能力 6．培养严谨的工作作风，规范操作的意识
三、仪器设备：计算机、离心泵单元仿真操作软件 四、注意事项：
1.装置操作之前，先熟悉流程，然后操作。 2.开、停车步骤及正常运行方案及步骤见仿真软件。
3.仿真操作操作中，注重各设备之间的物料平衡，进行操作参数调整。 4.实训中注意联系相关课程的知识，如化工原理﹑化工仪表及自动化﹑化工
设备等，对操作进行指导。
五、实验原理：
1.离心泵工作原理
在工业生产和国民经济的许多领域，常需对液体进行输送或加压，能完成此类任务的机械称为泵。而其中靠离心作用的叫离心泵。 由于离心泵具有结构简单，性能稳定，检修方便，操作容易和适应性强等特点，在化工生产中应用十分广泛，据统计超过液体输送设备的80%。 所以，离心泵的操作是化工生产中的最基本的操作。
离心泵由吸入管，排出管和离心泵主体组成。离心泵主体分为转动部分和固定部分。转动部分由电机带动旋转，将能量传递给被输送的部分，主要包括叶轮和泵轴。固定部分包括泵壳，导轮，密封装置等。叶轮是离心泵中使液体接受外加能量的部件。泵轴的作用是把电动机的能量传递给叶轮。泵壳是通道截面积逐渐扩大的蜗形壳体，它将液体限定在一定的空间里，并将液体大部分动能转化为静压能。导轮是一组与叶轮旋转方向相适应，且固定于泵壳上的叶片。密封装置的作用是防止液体的泄漏或空气的倒吸入泵内。
启动灌满了被输送液体的离心泵后，在电机的作用下，泵轴带动叶轮一起旋
转，叶轮的叶片推动其间的液体转动，在离心力的作用下，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，液体流速逐渐降低，而静压能增大。排出管的增压液体经管路即可送往目的地。与此同时，叶轮中心因为液体被甩出而形成一定的真空，因贮槽液面上方压强大于叶轮中心处，在压力差的作用下，液体不断从吸入管进入泵内，以填补被排出的液体位置。因此，只要叶轮不断旋转，液体便不断的被吸入和排出。由此，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮。
离心泵的操作中有两种现象应当避免：气缚和气蚀。 气缚是指在启动泵前泵内没有灌满被输送的液体，或在运转过程中泵内渗入了空气，因为气体的密度小于液体，产生的离心力小，无法把空气甩出去，导致叶轮中心所形成的真空度不足以将液体吸入泵内，尽管此时叶轮在不停的旋转，却由于离心泵失去了自吸能力而无法输送液体，这种现象称为气缚。 气蚀是指当贮槽叶面的压力一定时，如叶轮中心的压力降低到等于被输送液体当前温度下的饱和蒸汽压时，叶轮进口处的液体会出现大量的气泡，这些气泡随液体进入高压区后又迅速被压碎而凝结，致使气泡所在空间形成真空，周围的液体质点以极大的速度冲向气泡中心，造成瞬间冲击压力，从而使得叶轮部分很快损坏，同时伴有泵体震动，发出噪音，泵的流量，扬程和效率明显下降。这种现象叫气蚀。 2.工艺流程
离心泵是化工生产过程中输送液体的常用设备之一，其工作原理是靠离心泵内外压差不断的吸入液体，靠叶轮的高速旋转使液体获得动能，靠扩压管或导叶将动能转化为压力，从而达到输送液体的目的。
本工艺为单独培训离心泵而设计，其工艺流程如下：
来自某一设备约40℃的带压液体经调节阀LV101进入带压罐V101，罐液位由液位控制器LIC101通过调节V101的进料量来控制；罐内压力由PIC101分程控制，PV101A、PV101B分别调节进入V101和出V101的氮气量,从而保持罐压恒定在5.0atm(表)。罐内液体由泵P101A/B抽出,泵出口流量在流量调节器FIC101的控制下输送到其它设备。
本单元现场图中现场阀旁边的实心红色圆点代表高点排气和低点排液的指示标志，当完成高点排气和低点排液时实心红色圆点变为绿色。
3.控制方案
V101的压力由调节器PIC101分程控制，调节阀PV101的分程动作示意图如图所示。
4.设备一览
V101：离心泵前罐 P101A：离心泵A
P101B：离心泵B（备用泵）
六、实验步骤：
1.开车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。 1.1 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。 1.2 罐V101充液、充压 (1)向罐V101充液
①打开LIC101调节阀，开度约为30%，向V101罐充液。 ②当LIC101达到50%时,LIC101设定50%,投自动。 (2)罐V101充压
①待V101罐液位>5%后，缓慢打开分程压力调节阀PV101A向V101罐充压。 ②当压力升高到5.0atm时,PIC101设定5.0 atm,投自动。 1.3 启动泵前准备工作 (1)灌泵
待V101罐充压充到正常值5.0atm后，打开P101A泵入口阀VD01，向离心泵充液。观察VD01出口标志变为绿色后，说明灌泵完毕。 (2)排气
①打开P101A泵后排气阀VD03排放泵内不凝性气体。
②观察P101A泵后排空阀VD03的出口,当有液体溢出时,显示标志变为绿色，标志着P101A泵已无不凝气体，关闭P101A泵后排空阀VD03,启动离心泵的准备工作已就绪。 1.4 启动离心泵 (1)启动离心泵
启动P101A(或B)泵。 (2)流体输送
①待PI102指示比入口压力大1.5-2.0倍后，打开P101A泵出口阀(VD04)。 ②将FIC101调节阀的前阀、后阀打开。
③逐渐开大调节阀FIC101的开度，使PI101、PI102趋于正常值。 (3)调整操作参数
微调FV101调节阀，在测量值与给定值相对误差5%范围内且较稳定时,FIC101设定到正常值,投自动。 2 正常操作规程
2.1 正常工况操作参数
(1)P101A泵出口压力PI102：12.0ATM。 (2)V101罐液位LIC101：50.0%。 (3)V101罐内压力PIC101：5.0ATM。 (4)泵出口流量FIC101：20000KG/H。 2.2 负荷调整
可任意改变泵、按键的开关状态，手操阀的开度及液位调节阀、流量调节阀、分程压力调节阀的开度，观察其现象。 P101A泵功率正常值:15KW FIC101量程正常值:20吨/h 3.停车操作规程
本操作规程仅供参考，详细操作以评分系统为准。 3.1 V101罐停进料
LIC101置手动，并手动关闭调节阀LV101，停V101罐进料。 3.2 停泵
(1)待罐V101液位小于10%时，关闭P101A(或B)泵的出口阀(VD04)。 (2)停P101A泵。
(3)关闭P101A泵前阀VD01。
(4)FIC101置手动并关闭调节阀FV101及其前、后阀(VB03、VB04)。 3.3 泵P101A泄液
打开泵P101A泄液阀VD02， 观察P101A泵泄液阀VD02的出口,当不再有液体泄出时，显示标志变为红色，关闭P101A泵泄液阀VD02。 3.4 V101罐泄压、泄液
(1)待罐V101液位小于10%时,打开V101罐泄液阀VD10。 (2)待V101罐液位小于5%时，打开PIC101泄压阀。 (3)观察V101罐泄液阀VD10的出口，当不再有液体泄出时，显示标志变为红色，待罐V101液体排净后，关闭泄液阀VD10。
七、思考题：
1、请简述离心泵的工作原理和结构。
2、请举例说出除离心泵以外你所知道的其它类型的泵。 3、什么叫气蚀现象?气蚀现象有什么破坏作用?
4、什么叫气缚现象?产生气缚现象的原因?如何防止气缚现象的发生? 5、为什么启动前一定要将离心泵灌满被输送液体？
6、离心泵在启动和停止运行时泵的出口阀应处于什么状态？为什么？ 7、离心泵怎样选用？
8、什么是离心泵的工作点？ 9、离心泵流量怎样调节？
10、若两台性能相同的离心泵串联操作,其输送流量和扬程较单台离心泵相比有
什么变化?若两台性能相同的离心泵并联操作,其输送流量和扬程较单台离心泵相比有什么变化?
参考答案：
1.答：离心泵的主要构件有叶轮、泵壳和轴封，有些还有导轮等等。
工作原理：在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的低压，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。
2.答：往复泵、旋涡泵、齿轮泵、螺杆泵。 3.答：由于被输送液体在泵体内汽化再凝结从而对叶轮产生剥蚀的现象叫离心泵的气蚀现象。气蚀现象发生时，会对叶轮材料进行剥蚀，产生噪音和引起振动，流量、扬程及效率均会迅速下降，严重时不能吸液。
4．答：由于泵内存有空气造成离心泵不能送液的现象称为气缚现象。如果在启动离心泵前，泵体内没有充满液体，由于气体密度比液体的密度小得多，产生的离心力就很小，因而在叶轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内。防止气缚现象措施：在泵吸入管路的入口处装有止逆阀（底阀）；轴封装置密封良好；将泵的位置低于槽内液面，则启动前无需人工灌泵，借助位差液体自动流入泵内。
5.答：离心泵没有自吸能力，所以在启动离心泵前必须灌泵。
6.答：离心泵开车时，要关闭出口阀，以达到降低功率，保护电机的目的。为防止出口管路中的高压流体向泵体内倒灌，以致对设备造成破坏，需先关闭出口阀后方可停机。
7.答：根据被输送液体的性质和操作条件确定离心泵的类型，如液体的温度、压力，粘度、腐蚀性、固体粒子含量以及是否易燃易爆等都是选用离心泵类型的重要依据。确定输送系统的流量和扬程：输送液体的流量一般为生产任务所规定，如果流量是变化的，应按最大流量考虑。根据管路条件及柏努利方程，确定最大流量下所需要的压头。确定离心泵的型号：根据管路要求的流量qv和扬程H来选定合适的离心泵型号。在选用时，应考虑到操作条件的变化并留有一定的余量。选用时要使所选泵的流量与扬程比任务需要的稍大一些。如果用系列特性曲线来选，要使（qv，H）点落在泵的qv～H线以下，并处在高效区。若有几种型号的泵同时满足管路的具体要求，则应选效率较高的，同时也要考虑泵的价格。
8.答：泵的特性曲线和管路特性曲线的交点称为离心泵的工作点。
9.答：改变出口阀门的开度、改变叶轮转速、改变叶轮直径。最常用的方法为改变出口阀门的开度。
10.答：泵的串联，流量和扬程均增加，但压头达不到单台泵单独操作时压头的两倍。泵的并联，流量和扬程均增加，但流量达不到单台泵单独操作时流量的两倍。
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