浅析石化装备检维修及性能测试平台的研制

孙智全

摘要：石油化工工业中应用的设备通常都具有一定危险性，设备的体积较大、操作復杂，而且整体的经济性比较高，所以在进行操作学习的过程中，一般都是在实验室中进行基础设备的实验操作。实验室中的相关设施在应用时都是进行单方面的检测和维修，许多设备的应用性能比较相似，很容易进行重复实验，造成资源上的浪费。想要改善以上情况，建立石化装置检维修及性能测试平台可以实现对动、静设备的集成化管理，在试验的过程中操作比较方便，可以保证装备的检维修和性能测试效果。

关键词：石化装备；检维修；性能测试平台；研制

一、测试平台的总体设计

1、测试平台

（1）流体输送系统

流体输送系统主要是由水箱、泵组、阀门和安全附件组成的，该系统在运转的过程中主要是为换热介质提供一个流动性较强的空间，并为其提供动能。泵的种类与很多，在这个系统中，主要应用了开、闭式的离心泵，有时也会应用螺杆泵，这样在检测的过程中可以对不同泵的应用性能进行比对。流体输送系统中的工艺介质也要进行慎重的选择，一定要考虑到其对其他设备造成的危害。一般都会选择水和空气。在试验的过程中，工艺介质不同换热系数也存在着一定的差异，水-气换热的过程中传递的温度系数比较小，这样在加热的过程中会存在一定的难度，所以采用水-水换热的方式，通常都会应用冷水和热水。在实验的过程中我们可以发现，应用的两台换热器是通过并联的方式连接在一起的，热水在装置内部的管程中游走，而冷水在外壳中游走，冷水和热水按照一定的方式进行分布，不同的支路最后与装置中的泵组和水箱连接在一切。另外，在特定的位置设计导管，可以实现导管内部与装置外壳间介质的互换。

（2）流体换热系统

换热部分选用了两台固定管板式换热器，两台换热器通过中间管箱及8字型盲板串联连接以实现管程的联通和密封，盲板与法兰采用了凸面密封，以适应拆装的可重复性需求。为突出对比，换热器分别采用了光管和低翅螺纹管，光管与低翅螺纹管排布方式采用了正三角形排布，且低翅螺纹管的管心距是光管侧的2倍。低翅管与管板采用了常规的胀焊连接，而光管侧换热器管板与壳体采用了法兰可拆连接；光管一端焊有一旋管，旋管外侧设有锥螺纹，可由管板一侧旋人并固定于可拆管板，管束的另一端采用了旋塞和垫片密封，旋塞从管板另一侧旋入，使换热管轴向定位。

2、工作原理

换热器的使用必然涉及到两路或两路以上的流体，如前文所述，实验平台换热介质为冷、热水，冷水经去氯除盐处理，分别注入冷、热水箱，热水箱的介质通过电加热管加热，其加热功率受嵌于水箱的温度变送器进行反馈调节，以达到试验工况。冷、热介质分别通过泵组进行流体输送，泵的转速可由工控机给定，冷、热水的流量由位于泵出口处的孔板流量计计量，计量后的介质经各支管路分别进入换热器的管程和壳程，在换热器内两种介质逆流流动；根据支管路阀门和盲板阀的切换组合，可实现光管、低翅管换热器的独立工作及串并联。在换热器各支路进、出口处设置热电阻和压差变送器，用于计量换热器换热前后的压差和温度。换热后的液体流人高位水箱，高位水箱设有浮球控制阀，当液位达到一定高度时，分别泄放至冷热水箱，进行循环。

二、实验平台的辅助仿真设计及软件开发

1、性能测试的工艺流程仿真

对于一个试验过程，往往希望在试验之前对结果进行预测，这种预测并不是盲目的，应基于给定工艺条件下的理论计算进行判断。在性能测试平台中涉及的主要设备包括泵、换热器、管路及阀门等，这些设备涵盖众多的结构及工艺参数，任一参数的变化，均可获得不同的预测结果，因此增加了计算负荷。本文采用美国Chemstations公司的ChemCAD流程模拟系统进行结果预测，其内置的CC-THERM模块和PIPE模块可分别用于本平台中的换热单元和流体输送单元的模拟。同时采用了PIPE模块对泵和阀门进行了参数设定，设定了扬程、压力降等额定参数。与平台试验相同，在软件中设置好实验变量即可计算并获得不同工况下的结果。

2、检维修虚拟巡检场景搭建及仿真

实验平台的建立就是对石油化工生产中使用的各项装置进行模型化处理，因为石油化工装饰的应用性质比较特殊，并且具有一定的危险，那么新装置在研制出来之后，首先要对装置的应用要点和操作方式进行深入的了解，才能将装置的作用发挥出来。随着“互联网+”时代的来临，无论是石油、石化现场还是高校大学生，PC和移动终端得到了广泛的普及，单纯二维图纸已无法满足现代人的认知需求。因此平台采用了虚拟巡检场景搭建，用于实验平台的辅助教学。

3、性能测试测控软件的开发

换热器的性能测试实验必然涉及自变量参数的控制以及换热过程参量的监测。为实现上述过程，基于Borland公司的C+ +builder可视化集成开发工具建立了换热器性能试验测控与仿真系统，，设备以贴图的方式呈现，分别采用不同的颜色对冷、热换热介质换热前后进行标识，设备及管路上设有相应的显示与输入控件，通过对扩展性控件的编程与工业控制计算机串口、采集卡、转换电路、仪表及电磁阀门等的通信和数据交换，实现了性能测试试验的自动化，在降低了试验人员劳动强度的同时，提高了试验效率及稳定性。借助C+ +builder，试验人员可实时对反馈信号进行PID调节，使实验参数与给定值保持恒定，并记录测试参数的变化。

三、结语

化工生产中应用的设备种类有很多，其中换热器是设备中的重要组成部分，主要起到热量的转换作用，这种静设备在工业生产中应用的比较广泛。而泵设备主要是对流体进行输送，其应用质量会对最终的结果产生影响。建立石化装备检维修及性能测试平台，可以对以上两种类型的设备进行统一化管理，新型的设计理念在应用的过程中改善了传统换热器的固定结构，新型结构的应用优势更加明显，而且可以进行装置的维修实验，这样可以更加直观的感受到各项工作的操作流程。平台可以在不断实验的过程中积累实验数据，为维修和测试工作提供有效的参考数据，也可以各项设计进行优化创新，实现石化装备的无损检测。

参考文献：

[1]孙显良，陈猛.石化设备管理和检维修体系的建设刍议[J].中国石油和化工标准与质量，2014（23）.

[2]林玉娟，齐林宇，龙飞飞，等.一种石化装备检维修及性能测试实验装置：，CN105092277A[P].2015.