時間：2023-01-08 07:44:24
引言：易發表網憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇裝置設計論文范例。如需獲取更多原創內容，可隨時聯系我們的客服老師。
電路設計尤其是超聲波信號的收發處理采用諸如TX734激勵電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發專用設備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設計時遵循簡單實用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實現，系統電路主要由超聲波發射激勵和電源變換單元、超聲波回波信號處理單元、時間差測量單元、單片機控制和數據處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設計制作，以提高樣機研發的一次性成功率。
1.1超聲波收發電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得?？刂葡到y和信號處理系統使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機等數字系統使用，將其儲能電感改用5026－47μH環形功率電感，并在其上增加兩個輔助繞組，經整流、濾波和LM78（79）L12三端穩壓IC后產生±12V／0．1A直流電源供信號處理系統使用；超聲波發射采用了高壓脈沖激勵方式，＋200～300V激勵電壓由＋24V供電電壓經簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號控制MOSFET開關管實現對超聲波發射探頭的激勵，儲能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關管選用2N60即可。超聲波激勵及電源變換電路如圖2所示。經實測，激勵脈沖會在接收探頭中產生一個較大的諧振頻率為5MHz、大約5個周期的串擾信號，為此，接收電路設計了一個對發射激勵脈沖延遲6μs、持續30μs的使能控制信號，控制接收放大處理電路僅在使能信號有效期間實現回波信號的放大和輸出，使之能夠在鋼管內壁和外壁反射的一次、二次回波信號到來之前有效地消除激勵脈沖串擾的影響，使能控制信號時序關系見圖3。檢測裝置中用于時間差測量的TDC－GP2的典型應用是作為超聲波流量計、激光測距儀的時間間隔測量、頻率和相位信號分析等高精度測試領域。在這些應用中輸入信號一般都較強，經簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號尤其是多次反射回波信號非常微弱且雜波較大（實測回波信號大約在mV數量級），必須經高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續控制，可較好地滿足超聲波回波信號高速高增益放大的要求［2］。考慮到僅需將回波信號放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調電阻對2．5V基準電壓（由TL431產生）分壓獲得的VGN電壓進行增益設定，但設計電路亦有預留接口可用于接受經單片機和DAC輸出的AGC控制電壓，實現增益的閉環控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構成，設計中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復時間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點；檢波輸出信號的整形處理由MAX9141負責，這是一款具有鎖存使能和器件關斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號經其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實現回波信號輸出的使能控制。信號調理電路如圖5所示。
1.2時間差測量電路回波信號時差測量選用了德國ACAM公司的高精度時間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內含TDC測量單元、16位算術邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補償單元等主要功能模塊，利用內部ALU單元計算出時間間隔，并送入結果寄存器保存。TDC－GP2基于內部的硬件電路測量“傳輸延時”，以信號通過內部門電路的傳輸延遲來實現高精度時間間隔測量，測量分辨率可達pS數量級，可以很好滿足項目測量的要求。單片機在給超聲波傳感器提供發射激勵脈沖的同時給TDC－GP2提供START信號指令使之開始計時工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號經放大、處理后作為STOP指令信號，由TDC－GP2完成兩次反射波時間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號的時間差大約在6～40μS之間，時差測量分辨率約為0．07μs，為此，設定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個脈沖輸入，實現STOP1與START信號之間的時間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計算出各回波信號間的時間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號指令后，芯片內部測量出該信號前沿與下一時鐘上升沿的時差，標記為Fc1；之后，計數器開始工作，得到predivider的工作周期數，并標記為Cc；這時，重新激活芯片內部測量單元，測量出輸入的STOP1信號的第一個脈沖（一次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差，標記為Fc2，將STOP1信號的第二個脈沖（二次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差標記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個和兩個時鐘周期。
1.3單片機接口電路實現系統控制和數據處理的單片機選擇余地較大，項目結合TI公司中國大學計劃選用了美國德州儀器公司生產的MSP43016位單片機，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強電干擾性能好、適應工業級運行環境的特點，很適合于作現場測試設備的控制和數據處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個P2．x和P4．2I／O口實現GP2的選通、中斷和開始、結束使能以及復位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數據處理外，還可以留出一些資源實現設備其他電路和動作機構的控制使用。單片機接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。
2結束語
關鍵詞：燃氣直熱；微波輔助；干燥裝置
引言
我國是世界上最大的發展中國家，國民經濟快速發展，人民生活水平不斷提高，與此同時，干燥技術的應用在市場需求的刺激下也出現了迅猛增長的勢頭。我國的干燥技術應用經歷了引進、消化吸收及自制等階段，是世界上擁有干燥設備制造廠數量最多的國家，但我國大部分的農產品仍沒有條件獲得先進干燥技術的處理。據有關統計，由于得不到及時的干燥處理，我國平常年景損失的糧食達50億Kg。至于干燥技術對糧食產品外形和口味的影響尚無力顧及，今后與進口糧食產品全面競爭的局面遲早要出現，屆時，這方面的缺陷將削弱我國產品的競爭力。
干燥能源通常使用煤、電、油、氣等，而且隨著世界煤炭、石油等能源的枯竭，使用成本愈來愈高，太陽能、微波能、遠紅外、生物質能等新能源的開發及應用愈發受到重視。本文介紹的是利用天然氣燃燒產生的氣體作為熱介質，利用微波進行輔助加熱的一種組合干燥機，具有綠色、無污染，溫度易控制，熱利用率高的特點，另外微波還具有殺菌的作用。
就北方的玉米干燥而言，降速干燥階段時間占整個干燥時間的2/3，蒸發掉的水分卻不足全部水分的1/3，本發明設想在傳統干燥的恒速干燥最后階段，在進入降速干燥之前，加入微波輔助加熱，加快內部水分向外部擴散的速率，這樣可以大大縮短降速干燥階段時間，也使整個干燥時間縮短，從而達到高效節能的目的。
一、總體結構
烘干機由四部分組成：帶式干燥機及配風系統、天然氣燃燒系統、微波輔助加熱系統、控制系統。
帶式干燥機由機箱、帶傳動系統組成，帶速可無級調節。配風系統包括進、出風管、循環風機、排潮風機及控風門。
微波輔助加熱系統包括微波加熱腔、微波源、微波源外罩及進、出料微波抑制器。
控制系統控制傳送帶開/停及變頻調速；循環風機、排潮風機開/停；微波源分組開啟/關閉及狀態顯示；料溫顯示及報警；風溫顯示及報警。
二、烘干機主要參數的確定
通過干燥過程的物料衡算和熱量衡算，確定主要參數，包括計算水分蒸發量、空氣耗量、天然氣用量及微波能耗。
在干燥過程中，新鮮空氣（其狀態為環境溫度t0，濕度H0，熱焓I0，干空氣量L）進入空氣加熱器，加熱后（其狀態為t1，H1＝H0，I1，L）進入干燥器，在加熱器中物料燥，由含水率m1降至m2，物料溫度由tm1升至tm2后排出干燥器；而干燥空氣溫度下降、濕度增加后排出干燥器（其狀態為t2，H2，I2，L）。
（1）原料玉米的質量流量G1（kg/h）：根據要求G1=1000kg/h。
（2）產品玉米的質量流量G2：G2=G1*（1－m1）/（1－m2）
式中：G2為產品玉米的質量流量，kg/h；G1為原料玉米的質量流量，kg/h；m1為原料玉米的濕基水分，28%；m2為產品玉米的濕基水分，14%。帶入數值，計算得到：G2=837kg/h。
（3）玉米中去除水分的質量流量mw：每小時去除的水分質量流量mw，由如下公式計算：mw＝G1*（m1－m2）/（1－m2）
式中：mw為每小時去除的水分質量流量，kg/h；帶入各值，計算得到：mw=163kg/h
（4）干燥介質進入干燥室時的濕含量H1：因H1＝H0，當溫度為t0＝－20℃，相對濕度為35%，查表得H1＝0.001
（5）干燥介質離開干燥室時的濕含量H2：溫度為t2＝35℃，相對濕度為80%，查表得H2＝0.029
（6）干燥介質濕比容υ（m3/Kg）：
υ＝（0.773+1.244*H1）（273+t1）/273＝1.002（m3/Kg）式中：t1＝70℃
（7）干燥介質流量L（Kg/h）：L＝mw/（H2－H1）＝5821.4（Kg/h）（8）干燥介質體積流量V（m3/h）：V＝L*υ＝5833（m3/h）
（9）干燥介質離開干燥室時的焓值I2：I2＝1.01t2+H2（2501+1.86t2）＝35.35+0.029*2566.1＝109.8（KJ/Kg）
（10）干燥介質進入加熱室時的焓值I0：I0＝1.01t0+H1（2501+1.86t0）＝－20.2+0.01*（2501－37.2）＝4.44（KJ/Kg）式中：t0＝－20℃
（11）加熱器加入的熱量QH（KJ/h）：系統輸入熱量：1）濕物料G1帶入的熱量：因為G1＝G2+mw，所以濕物料G1帶入的熱量為G2Cmtm1+mwCtm12）空氣帶入的熱量LI03）加熱器加入的熱量QH
系統輸出熱量：1）產品G2帶走的熱量：G2Cmtm22）廢氣帶走的熱量：LI23）干燥器散熱損失QL取QL＝10％QH
綜合以上：G2Cmtm1+mwCwtm1+LI0+QH＝G2Cmtm2+LI2+10％QH
得：90％QH＝G2Cm（tm2－tm1）+L（I2－I0）－mwCwtm1
式中：Cw為水的比熱容，4.187KJ/（Kg·℃）；tm1為原料玉米的溫度，－20℃；tm2為產品玉米的溫度，60℃；Cm為產品玉米的比熱，2.01KJ/（Kg·℃）
最后QH＝846202（KJ/h）＝202150Kcal/h
（12）天然氣燃燒熱為8000Kcal/m3，則天然氣用量為25.3m3/h。
（13）微波功率P（Kw）：假設降速干燥開始時，玉米中應去除的水分還剩1/3（54Kg），此時的質量流量（包含水分在內）為Mj，含水率wj＝（54+1000×14％）/Mj＝21％，設經微波加熱后，含水率為20％，糧食溫度由T1（60℃）變為T2（70℃），加熱效率η1（80％），微波轉換效率η2（70％），在標準大氣壓力下，水的氣化熱539Kcal/Kg，產品干燥時，所需要的熱量為Q，可得：
Mj＝1000×（1－28％）+54+1000×14％＝914Kg/h＝15.23Kg/min
Q＝Mj×〔W1（T2－T1）×1+C（1－W1）（T2－T1）+539（W1－W2）〕＝171.8（Kcal/min）
則微波功率P＝0.07Q/η1η2＝21（Kw）
三、總結
玉米是我國主要的糧食資源，研制烘干玉米的關鍵技術和裝備，已成為節能減排、建設玉米綠色供應鏈的關鍵，且眾多生產領域還沒有采用先進的干燥技術和裝備，更有巨大的市場還有待于開發。使用可燃氣，主要成份為甲烷，燃燒生成二氧化碳和水，屬于清潔能源，采用微波干燥，速度快、加熱均勻，同時具有殺菌、減少污染的作用，結合熱風干燥，能達到節能的目的，目前在糧食烘干領域還未見應用，但經廣大科技人員的研究與推廣，我國的糧食干燥技術及裝備必將取得更多成果。
參考文獻：
[1]金國淼等.干燥設備[M]，化學工業出版社，2002.
[2]郝立群，白巖，董梅.玉米干燥中的能耗[J].糧食加工，2005,(2).
本文工作中設計的便攜式電場傳感器標定裝置，其基本結構由兩個平行極板構成，標定裝置的下極板開有圓孔，并采用特殊夾具固定被檢電場傳感器。被檢電場傳感器的動片與標定裝置的下極板平齊，使得被檢電場傳感器無需進入標定裝置的上、下極板之間的空間，即可感應到其電場。
2電場傳感器標定裝置結構參數的優化設計分析
基于有限元的相關理論，首先對標定裝置的機械結構建立模型。黃色部分為標定裝置，藍色部分為電場傳感器。然后，對幾何模型進行單元剖分、加載，可求解出標定裝置兩極板間的電場分布情況。根據求得的電場分布情況，可進行標定裝置結構參數的設計。在計算求解過程中，改變加載在兩極板間的電壓，使兩極板間形成的電場強度的理論值始終為20kV/m。被標定的場磨式電場傳感器外殼直徑8cm，感應片直徑6cm，傳感器外殼與標定裝置的下極板接觸。
2.1標定裝置極板間距和極板直徑對電場的影響研究
在標定裝置的設計上，受限于被檢電場傳感器的尺寸，以及要考慮標定裝置的便攜性，把標定裝置的極板直徑L固定為16cm。在L固定的條件下，分析兩極板間距H對極板間電場強度的影響，并以此確定極板間距H。依照圖2所建立的模型，取H值分別為1cm,2cm,3cm,4cm和5cm,，。橫坐標是電場傳感器感應片距離標定裝置中心的橫向距離，單位為m；縱坐標是感應片某一位置處的電場強度，單位是V/m。同時，在感應片的敏感范圍（x<0.03m）內，電場強度并非恒定值，而是隨著與標定裝置中心距離的增加發生了畸變。圖6為極板間電場強度實際值的畸變情況。理想情況下，在感應片的敏感范圍內，電場強度應保持不變，但由于標定裝置中極板邊緣效應的存在，使得感應片敏感區域內的電場不是一個恒定值，距離電場傳感器的外殼越近，畸變程度越大。定義在感應片敏感范圍（x<0.03m）內各個位置處電場強度的平均值與理論值之比為電場強度的畸變率，并用該值來衡量電場強度的變化程度?；兟试叫?，說明所產生的電場越接近均勻分布。綜上，在極板直徑固定為16cm時，極板間距為5cm時，電場強度的實際值與理論值最為接近，且在電場傳感器感應片感應區域內電場的畸變最小。同時，在保證H/L小于0.5的條件下，極板直徑L對實際電場的影響非常小。
2.2傳感器外殼與標定裝置的相對位置研究
當標定裝置與被檢電場傳感器配合不好時，容易使被檢電場傳感器相對于標定裝置發生傾斜。模型中，極板直徑為16cm，極板間距為1cm，傾斜角度為1.5°。標定裝置的傾斜，會對被檢電場傳感器感應片上方的電場分布造成較大影響。圖9是基于圖8的傾斜模型計算得到的感應片上方的電場強度的橫向分布。由于相對傾斜后，模型不再對稱，因此分析了整個感應片上方（-3cm~3cm）的電場強度的橫向分布，并將結果與沒有相對傾斜時的感應片上方電場分布作了比較。被檢電場傳感器與標定裝置在相對傾斜角為1.5°時的電場的畸變情況，比沒有相對傾斜時嚴重。有相對傾斜時，感應片上方電場分布更加不均勻，因而被檢電場傳感器與標定裝置間的相對傾斜會對標定結果產生較大影響。在標定裝置設計中，應使標定裝置與被檢電場傳感器的外殼的直徑盡可能接近（極限情況是外徑與孔徑的差值為零），以使得兩者緊密結觸，從而保證被檢電場傳感器與標定裝置之間不會發生相對傾斜。
3便攜式標定裝置的優化設計和實驗結果分析
當輸出為-3kV至+3KV的可調直流電源加在兩極板上時，兩極板間的電場強度理論值的范圍為-60kV/m~+60kV/m。使用在標準標定裝置中標定好的電場傳感器測量本文工作中所設計的便攜式標定裝置中的實際電場。實測電場強度與所加電源電壓之間有良好的線性關系，同時，實測電場小于理論電場，兩者的比值約為0.92，這與給出的仿真結果吻合。在野外的實際標定過程中，保持被檢電場傳感器與標定裝置的位置不變，使得電場強度理論值與實際值的比值保持不變，在此基礎上，可以通過加在兩極板間的電壓計算出電場強度的理論值，計算出電場強度的實際值。然后，通過電場強度實際值與被檢電場傳感器輸出值兩者間的關系，計算出被檢電場傳感器的靈敏度，實現對被檢電場傳感器的標定。經過較長時間的現場使用，所研發的便攜式標定裝置能夠方便、快捷地對場磨式電場傳感器進行校準。目前，該校準裝置已經應用于中國電力科學研究院特高壓直流實驗基地高壓直流輸電線路地面合成電場測量系統中，并已取得了良好的效果。
4結論
散熱裝置主要由MCU、風扇電路、溫度監測電路、串口驅動電路、供電電路、MCU電路和MCU軟件組成。
2設計方案
2.1硬件設計
散熱裝置主要由MCU、風扇電路、溫度監測電路、串口驅動電路、供電電路和MCU電路組成。以下對散熱裝置各個功能電路進行詳細設計介紹。
2.1.1MCU
散熱裝置的MCU采用LPC2132微控制器，其主要功能為基于I2C的IPMI通信接口、風扇控制、溫度傳感器數據讀取和數據打印，它是整個散熱裝置的控制核心。LPC2132微控制器基于16位/32位ARM7TDMI-SCPU，該CPU支持實時仿真和嵌入式跟蹤。
2.1.2風扇電路
散熱裝置中的風扇采用四線制可調速風扇，風扇的速度通過改變接到調速PWM信號線上的PWM占空比的大小，來調整速度值得大小。占空比越大，風扇速度越大，反之，則越小。把風扇的調速PWM信號線接到了MCU（LPC2132）的PWM輸出引腳上，用于控制風扇轉速。風扇的反饋速度信號線上傳輸的是一個矩形波信號，信號的頻率，表示了風扇的轉速大小，信號頻率越高，風扇轉速越快，反之，則越小。風扇的反饋速度信號線接到MCU的捕獲口上，通過計算風扇反饋速度信號的頻率，計算出來風扇的實際轉速。
2.1.3溫度監測電路
電路功能監測設備內部溫度，并將溫度數據傳給MCU。電路的溫度傳感器選用LM92C，該溫度傳感器的準確度可達±0.33℃，溫度刷間隔500ms，溫度數據輸出采用I2C口。
2.1.4串口驅動電路
串口驅動電路主要功能，將MCU的RS232串口轉換為標準串口電平，驅動芯片選用MAX3223，用于散熱裝置溫度數據、風扇轉速和告警狀態數據的打印。
2.1.5供電電路
電路的功能是控制風扇12V上電，可以通過MCU（LPC2132）控制風扇打開與關閉，使得散熱裝置更加人性化。電路控制芯片選用LM5069，通過MCU（LPC2132）控制LM5069的UVLO腳，高電平控制12V上電，低電平控制12V斷電；通過MCU（LPC2132）讀取LM5069的PGD腳狀態可以查看12V上電是否成功。
2.1.6MCU電路
MCU電路功能是配置MCU正常工作，主要有時鐘、MCU復位處理、看門狗處理和JTAG程序下載。
2.2軟件設計
散熱裝置軟件為MCU控制軟件，它主要包含MCU初始化軟件模塊、IPMI通信軟件模塊、風扇速度控制軟件模塊、風扇速度檢測軟件模塊、風扇板溫度值讀取軟件模塊和調試串口軟件模塊。
2.2.1MCU初始化軟件模塊
MCU初始化軟件模塊的主要功能是根據MCU硬件電路配置MCU相應功能寄存器，使得MCU能按硬件電路設計正常工作。MCU的GPIO管腳的初始化是根據硬件設計來規劃。對于LPC2132來說，每個GPIO的配置需要經歷管腳功能選擇、上拉下拉模式選擇、輸入輸出方向選擇、高低電平設置四步。
2.2.2IPMI通信軟件
IPMI通信軟件模塊主要功能為運用MCU硬件I2C0接口與上層控制單元進行數據通信，采用IPMI（IntelligentPlatformManagementInterface）通信協議，用于設備的物理特征，如各部件的溫度、電壓、風扇工作狀態、電源供應以及機箱入侵等，散熱裝置用于傳輸溫度、風扇轉速、告警等信息。
2.2.3風扇速度控制軟件模塊
風扇速度控制軟件模塊主要功能根據設備溫度值或上層控制命令調扇轉速，風扇轉速可以0%、30%、50%、70%、90%和100%幾個級別進行調節包含根據主控發送溫度值調扇轉速。散熱裝置風扇速度控制由MCU（LPC2132）的脈寬調制口PWM控制，根據軟件設置，PWM可以輸出不同占空比脈寬信號，風扇1、風扇2、風扇3和風扇4轉速分別由PWM2、PWM4、PWM5和PWM6控制，每個風扇的轉速都可以單獨設置。
2.2.扇速度監測軟件模塊
風扇速度監測軟件模塊主要功能是監測風扇轉速，判斷風扇工作狀態。風扇速度監測由MCU（LPC2132）的定時器捕獲口CAP0檢測，CAP0每捕獲到一個下降沿產生一次中斷，風扇1、風扇2、風扇3和風扇4速度監測分別由CAP0.0、CAP0.1、CAP0.2和CAP0.3讀取。
2.2.5溫度讀取軟件模塊
溫度值讀取軟件模塊的主要功能為讀取設備上溫度傳感器LM92溫度數據。溫度傳感器溫度讀取端口為I2C口，MCU設置為主設備，通信速率設置為400kb/s，定時器間隔1s讀取溫度傳感器的溫度值。
3結束語
軟件開發項目中包括籌劃、研制與實現等主要環節，需要在人力資源、自動化資源等方面進行投資。為了提高開發的經濟性，需要對項目進行核定，對項目的目標、條件、限制、可行性等方面進行分析。
1.1 提高計劃審批的效率能夠帶來經濟效益
在電能計量管理運行管理系統進行設計與實現的過程中，其中包含了大量的檢驗計劃，為了提高計劃審批的效率，可以借助網絡實現相關領導對相關計劃的查看與審批，消除計劃審批延遲給計劃工作進度帶來的各種不利影響。同時，也降低了審批延遲所帶來的各種隱性經濟損失。
1.2 提高信息運用的效率能夠帶來經濟效益
工作人員在電能計量裝置運行狀態管理中溝通、協調與控制是最為基本的聯系，而這些在系統中都得到了良好的實現。知識管理主要的目標是幫助企業在正確的時間中將正確的知識傳遞給正確的人，從而實現企業整體業務水平的提高，提高企業信息的運用效率，提高企業管理與決策的科學性。
1.3 實現自動化能夠帶來經濟效益
電能計量裝置運行狀態管理系統中包含了大量的自動化手段，能夠對部分人工信息加工過程進行替代；系統中包含的各種功能降低了管理人員在工作中的強度，從而實現了工作效率的提高。電能計量裝置運行狀態管理系統能夠節約的時間能夠重新投入到生產過程中，將會產生非常大的效益。
2 電能計量裝置運行狀態管理系統的設計
電能計量裝置運行狀態管理系統設計的主要任務為實現數據流向著軟件結構與數據結構的轉變，其中軟件結構設計的任務為按照功能對復雜的系統進行模塊劃分，實現模塊之間的層次結構與調用關系，對模塊間的接口進行確定，對人機界面進行確定；數據結構設計的任務為描述數據特征、確定數據結構特性、設計數據庫。
2.1 電能計量裝置運行狀態管理系統設計方案
2.1.1 設計的原則
（1）先進性的原則。用戶在程序操作的過程中主要是通過 IE 瀏覽器，在操作的過程中并不需要客戶端程序的安裝過程，而且在運行的過程中維護非常簡單。系統中所采用的是網絡版數據庫，確保數據在保存的過程中能夠具備安全性，通過計算機網絡技術、數據庫技術、信息傳遞技術、工作流技術、容錯技術等實現智能化信息集成系統的建設。
（2）安全性原則。在對系統進行設計的過程中要確保網絡具有安全保障系統，從而實現對網絡安全的保障與保密。通過各種非常先進的軟硬件等技術手段實現網絡中傳輸、數據、接口等方面的安全。
（3）通用性原則。系統需要實現通用管理平臺的構建，要對電力系統各電能計量裝置檔案編制都實現適應，系統所提供的流程管理功能、檢驗計劃功能、數據采集與分析功能等能夠滿足企業不斷增長的業務需要。
（4） 逐步性原則。在系統設計與項目實施的過程中，需要遵循SSAGF 原則，要先從簡單的入手，逐步向著不同的深度與廣度進行推進，實現從小到大、從簡到繁，通過對項目的不斷完善確保其安全與可靠，促進其可持續發展。
2.1.2 系統的邏輯框架
電能計量裝置運行狀態管理系統中所采用的模式為 .Mvc三層架構模式，通過該模式實現對應用程序的開發與部署。其中，視圖指的是統一的用戶界面，用戶可以通過瀏覽器與交互訪問等方式實現信息的獲?。辉L問請求指的是統一的結構調用方式，實現用戶請求與系統請求的封裝，并轉發到業務處理層組件中；業務邏輯指的是業務層中不同業務功能模塊與系統支持模塊的實現；數據訪問指的是對數據進行訪問所采用的方法；分析圖表指的是為電能計量裝置檢驗數據與歷史數據提供模型與算法。
2.1.3 技術路線
第一，在系統進行分析與設計的過程中要采用面向對象的方法，通過應用計算機輔助軟件工程技術和 UML 建模技術實現系統的分析、軟件的設計與開發，提高系統的規范性、可靠性，實現系統開發效率的不斷提高。第二，選擇能夠對系統各個階段工作的一體化進行支持的計算機輔助軟件設計工程工具，實現了對應用功能的開發與搭建。第三，利用三層體系架構--瀏覽器/應用服務器/數據庫服務器結構實現體系結構的設計，實現關鍵業務兵法訪問速度的提升。
2.2 電能計量裝置運行狀態管理系統的詳細設計
2.2.1 檢驗計劃管理方面的設計
檢驗計劃中主要包括的內容有：年度計劃、月度計劃、周計劃。檢驗計劃管理的主要功能為實現計劃的制定、審核與審批流程方面的管理。依據計量裝置檢驗周期與檢驗周期規則的不同，能夠自動的生成檢驗計劃，同時也可以對其進行手工的調整。上傳的檢驗數據能夠實現計劃完成情況的自動確定，同時對各種沒有完成的檢驗計劃進行提醒與生成，并對計劃的執行情況進行統計。
2.2.2 現場檢驗數據管理方面的設計
檢驗數據中包含的內容包括現場檢驗作業指導書、技術規范中的規定數據項目等。檢驗數據在采集的過程中主要的采集模式包括以下幾個方面：第一，利用監測儀器對數據進行采集，數據采集完成之后在檢驗設備中的 MMC 或者 SD 卡中進行保存；第二，利用標準化作業管理系統 PDA 對數據進行填寫；第三，利用紙張對現場數據進行記錄。
2.2.3 電能計量裝置運行狀態評估管理方面的設計
電能計量裝置運行狀態評估管理主要的作用是對計量裝置運行過程中的異常狀態數據進行管理，對計量裝置運行中的異常狀態數據進行新增、修改、刪除、審核與存檔。
2.2.4 權限管理方面的設計
權限管理是系統安全性最為基本的保障。通過基礎平臺中的相關的權限管理功能對權限組進行劃分、對人員進行授權、對模塊進行授權等，同時還能夠對數據字段進行授權。權限管理能夠實現系統功能層次的一目了然，提高系統的功能性與數據的安全性。
3 結束語
軟件的功能劃分為4類：變電站管理、裝置程序維護、在線瀏覽操作、一鍵歸檔分析功能。定義上位機調試軟件為控制方向，裝置側服務器程序為監視方向。
1、1變電站管理
變電站管理功能按照不同電壓等級、間隔名稱，分層次多級目錄管理若干裝置?？尚陆ā⒋蜷_和關閉變電站工程；支持在人機界面中輸入裝置地址發起連接請求創建裝置；支持裝置重命名、排序、復制、粘帖和導入導出等操作。以層次樹的資源管理器方式展示變電站結構。裝置分離線和在線兩種狀態，離線模式下可進行數據分析、離線定值設置、主畫面編輯等操作，在線模式下可進行程序維護、狀態瀏覽、數據歸檔收集等操作。
1、2裝置程序維護保護測控裝置調試軟件設計與實現上傳配置文件、日志文件等文本?？刂品较掳l需要上裝的文件名，監視方打開文件，并分段上傳數據，到達文件尾部后給出結束幀標記，控制方將數據存儲到文件。上裝是下載的反向過程。在程序運行調試過程中，往往需要通過調試相關變量進行狀態診斷。在調試上位機程序時，可以使用IDE或gdb等進入調試狀態，設置斷點并查看變量值。嵌入式裝置在運行狀態下，監視相關變量時不能隨意切換到調試狀態，而是將調試變量作為一個實時響應的處理線程。通過調試變量協議，控制方下發需要調試的變量名，裝置側獲取相關變量的地址信息和類型后，訪問變量地址，讀取數據，周期上送變量值，控制方顯示實際值。調試變量的關鍵步驟是獲取變量的地址，全局變量可以通過分析編譯器形成的map文件獲取，對于動態分配的內存，則需通過輔助手段實現。為此制定相關嵌入式程序編程規范，用結構體元件來封裝各功能模塊數據。元件結構體的內存是動態分配的，編譯器在編譯時沒有為其分配靜態地址，map文件里沒有這些變量的地址信息。需要在裝置啟動階段才能得到變量地址。對于動態分配內存的結構體變量，裝置側提供注冊接口，可記錄首地址。調試軟件根據輸入的元件結構體類型名、成員變量名、文件存放路徑和CPU字節對齊等信息，對相關的文件進行詞法分析和語法分析，進行宏表達式求值，計算出變量在結構體中的偏移量，并下發相對偏移信息。裝置側程序由結構體首地址＋變量的相對偏移地址得到變量的真正地址。調試人員只需輸入層次實例名，不需手工計算變量地址，調試軟件在計算相對地址時已考慮了各種CPU的字長對齊設置。調試變量的流程如圖3所示?？赏ㄟ^查詢內存的功能實現一次查看連續區域內存數據?？刂品娇上掳l查詢起始絕對地址，監視方一次回復若干個字節的內存數據。也支持通過下發變量名的方式查詢內存。
1、3在線瀏覽操作在線瀏覽的通信協議基于繼電保護國際標準規約IEC60870－5－103協議［6］，可以實現不同廠家的設備、后臺的交互通信，減少了私有協議轉換過程，方便運行管理和維護。其協議結構如圖4所示。類結構圖如圖5所示。在線瀏覽操作功能包括：裝置模擬量開關量實時顯示、裝置定值整定和比較、可編程邏輯編輯和狀態顯示、事件查看、動作報告顯示、波形文件上傳和分析、HMI遙控模擬、信號復歸等。通過在線瀏覽模塊，可實時顯示裝置的狀態數據、參看監視報文、分析跳閘邏輯、查看并設置定值、開關分合遙控等操作。其中涉及到遙控、定值整定、報告清除等關鍵操作，需要輸入用戶名和密碼，進行權限校驗。以定值設置整定為例，其報文交互流程如圖6所示。
1、4一鍵歸檔分析通過一鍵歸檔操作，批量上裝日志文件、配置文件等文件，自動截取裝置當前的斷面數據（包括裝置模擬量、狀態量、定值、報告、用于問題診斷的特定變量等內容），將各分立文件壓縮存儲為一個數據包。當現場運行的裝置出現異?；蛱l動作時，通過一鍵歸檔，可自動打包相關數據，并以郵件方式發送到指定郵箱，裝置研發人員可離線打開查看分析。
2軟件風格設計
2、1基于軟件管家模式由于軟件功能復雜，采用了模塊化設計思想，進行分層、分模塊設計，以去除界面、數據、接口之間具體耦合，方便擴充。調試軟件由引導主進程和按照功能劃分的子進程組成。如圖7所示，引導主進程是安裝軟件的啟動程序，提供變電站資源管理器功能，在左側樹形區域點擊裝置節點時，會在右側按照模塊劃分，分類顯示相關功能。點擊功能圖標，傳入形參，啟動獨立的子進程。通過組件化的設計思路，可確保增加一個新的模塊時，不會影響已經穩定的模塊?；谧舆M程的軟件管家模式，也減少了人機界面的操作復雜度，用戶在一個時間段內只需專注于單一圖4在線瀏覽報文協議結構圖5在線狀態瀏覽類結構圖圖3調試變量流程圖2《工業控制計算機》2014年第27卷第11期的功能，并可快捷地切換到另一個功能的操作界面。
2、2類瀏覽器界面風格當各個子進程啟動后，為避免頂層窗體過多，采用類似Chrome的界面風格，用標簽頁管理子進程的界面。對各子進程的界面、顏色進行了統一設計，基于QT－CSS技術，設計了統一的界面風格庫，并提供風格設置接口，可設置標簽頁QTabWid-get、層次樹QListTreeWidget、?？繖赒DockWidget等控件的邊框、縮進、標題、字體、顏色等內容。類瀏覽器的界面規范使不同人員開發的子進程在風格上高度統一。
3軟件分層設計
除按照主進程－子進程的模塊化設計外，單個通信子進程按照分層原則設計，共分為三層，最底層為數據收發層，中間層為數據處理層，最上層為展示層。如圖8所示：圖8軟件分層結構數據收發層的功能是負責從裝置接收報文并將數據處理層的報文發送到裝置。針對不同類型的裝置，該層需要支持串口通信、以太網鏈路層通信與以太網傳輸層通信三種通信方式。同時為了保證通信狀態的可靠性，數據收發層還支持出錯重傳及超時重傳機制。其中網絡通信采用ACE中間件實現，串口通信采用Qt的QExtSearialPort實現。數據處理層是整個系統的主體部分，主要負責報文解析，報文生成，提供接口供展示層調用，實現了業務與操作接口的分離。展示層提供數據的展示與用戶交互功能，不涉及具體的業務流程處理。針對不同的數據，展示層提供二維表格、層次樹等不同的展示方式，采用Qt的Model－View模式，可高效快速顯示刷新數據。展示層還提供個性化的右鍵菜單、按鈕與工具欄。當用戶點擊某個菜單或按鈕時，展示層會調用數據處理層的對應接口，對用戶的操作進行處理。
4結果
實現與分析軟件主界面如圖9所示：左側為資源管理器，用來管理變電站，變電站下支持新建多個裝置。右側為工作區，用來展示當前活動裝置支持的功能。圖9軟件主界面點擊工作區某個功能按鈕，主進程將啟動相應的子進程。以在線瀏覽功能為例，圖10所示為裝置報告查看界面。
5結束語
在設計中應用創新方法將有助于設計者高效、創新地解決問題。課題組提出一種創新策略［5］，將創新設計分成面向問題、面向目的、面向產品和面向載體4類，并根據不同的類型，采用不同的創新策略實現創新。這些創新類型中面向問題的創新是最常見的，其策略是解決最小化問題，解決系統中的沖突，對系統進行改進創新。由于發明問題解決理論TRIZ是以已有系統為主要研究對象，比較適合這類型的創新設計。TRIZ最初由G．S．Altshuller于1956年提出［6］，經過幾十年的發展已經形成完整的發明問題解決理論體系，其問題分析及解決體系結構如圖1所示。TRIZ體系包含分析問題及解決問題兩部分，針對不同的問題采用相應的工具來分析解決。
2管道腐蝕檢測裝置創新設計
2．1在役管道腐蝕檢測原理
我國在役管道大都鋪設在野外且都埋在地下，其底部最容易發生腐蝕，對于在役運輸管道發生的腐蝕采用射線檢測技術，其檢測原理如圖2所示。射線機發射檢測光線，穿透管道待檢測部分，然后被探測平板接收，通過對接收射線的情況進行分析處理，便可以判斷管道是否存在腐蝕以及腐蝕的位置、程度。
2．2檢測裝置問題分析
由于在役管道所處的環境比較復雜，對檢測裝置提出了非常苛刻的要求：不宜在管道內進行檢測，也不允許檢測裝置從管道兩端套進，只能從中間夾緊管道。當前的管道腐蝕檢測裝置主要存在的問題為：①結構復雜，裝夾不便；②人工干預程度大，自動化程度低，檢測效率低；③只能檢測某一管徑管道，適應性差。檢測裝置的創新設計必須解決上述問題，對于上述問題我們分析歸納為以下兩個問題：Q1：提高檢測效率，要求檢測裝置能沿著管道軸向進行移動檢測，并對管道進行可靠地夾持。Q2：檢測裝置能實現系列管道（Φ159mm～Φ500mm）的檢測，并保證檢測裝置不復雜、結構緊湊。對于Q1，要求檢測裝置沿著管道軸向移動檢測以提高檢測效率，但另一方面會導致夾持裝置的夾緊力不夠、可靠性降低，這就形成一對技術沖突。對應TRIZ標準工程參數，這對沖突中的改善參數為時間損失，惡化參數為可靠性。對于Q2，要求檢測裝置實現不同管徑的管道檢測，但同時會增加裝置的復雜性，這也形成一對技術沖突。對應TRIZ標準工程參數，這對沖突中的改善參數為適應性及多用性，惡化參數為復雜性。
2．3檢測裝置問題解決
（1）針對Q1，查詢TRIZ沖突矩陣得到發明原理10，30和4［7］，經分析這3個原理無法解決該問題。我們采用物質—場模型來分析此問題，兩種物質分別為S1（管道）和S2（檢測裝置），場為機械場，檢測裝置及場提供的功能是不完整的，其物質—場模型描述如圖3所示。檢測裝置要求對管道有足夠的夾持力，實現管道的可靠夾持，但檢測裝置與管道很難發生相對運動，實現管道軸向移動檢測。由此可見，檢測裝置提供的場是一個可控性較差的場。查詢標準解，得到第二類標準解No．16，即增加一個易控制的場，因此在檢測裝置和管道之間增加一個可控的外力，即在檢測裝置前后分別采用4個滾輪實現管道的夾持，在前后輪之間的管道上增加一個可控的驅動機構（如圖4所示），在夾緊定位的同時提供外力以促使檢測裝置與管道之間發生相對運動。當管道檢測裝置實施檢測時，不與管道發生相對運動，對管道進行定位夾緊；當檢測完一個位置時，驅動機構提供外力促使檢測裝置與管道之間發生相對運動，檢測裝置運動到管道的下一個檢測位置。（2）針對Q2，查詢TRIZ沖突矩陣得到4個發明原理15，29，37和28。經過分析，發現發明原理15（動態化）有助于該沖突的解決。應用發明原理15，將滾輪與檢測裝置的聯接部分改為可調機構，采用如圖5所示的可調滑塊機構，滑塊沿著圓弧板徑向安裝，均勻并且對稱安裝在上、下圓弧板端面，通過調節滑塊實現所要求的系列管道檢測。
2．4在役管道腐蝕檢測裝置創新方案
綜合上述2個問題的解決方法，得到如圖6所示的在役管道腐蝕射線檢測裝置創新方案。檢測裝置采用兩段半圓弧鉸接而成的剖分式結構和螺旋夾緊機構實現快速夾緊和拆卸；采用8輪夾持機構以及驅動機構實現檢測裝置對管道的定位夾持，并能沿著管道軸向移動，實現自動檢測；調節與輪子聯接的滑塊機構以實現不同管徑的夾持檢測。
3結論
(1)根據通知要求，必須采用自動控制措施。生產裝置采用DCS自動控制系統對全部生產過程實施反饋控制、批量控制、順序控制、緊急切斷及報警聯鎖等，生產過程達到管控一體化。(2)氯化反應設置溫度報警及溫度與氯乙烯、氯氣進料聯鎖裝置，當反應不正常時切斷進料。(3)為了防止物料倒入設備或管道，在氯化反應系統中氯乙烯、氯氣進料管道均設置一定高度的垂直段，確保反應器中料液不倒入各物料管線，并在投料前對系統進行氮氣置換，并檢測氧含量在允許范圍內。(4)氯化反應系統中所涉及的設備、管道設置了氯氣回收系統，利用真空抽吸系統回收氯氣，確保安全。(5)氯化反應中溫度控制最為關鍵，氯化塔反應熱考慮大流量外循環冷卻移走熱量，對循環泵電氣上為一級負荷，確保不能停。(6)氯化尾氣遇光易爆炸，通過堿液循環吸收控制，堿液循環泵電氣上為一級負荷，確保不能停。
2皂化反應工序
(1)皂化反應工序涉及高溫的設備、管道設置相應的保溫防護層，既可防止人員燙傷，又可減少熱損失，并經常檢查保溫情況，確保其處于正常狀態。(2)本工序接觸腐蝕性介質的設備選用不銹鋼材料，管道選用不銹鋼及襯四氟材料，防止腐蝕造成的設備和管道泄漏。(3)皂化反應器設置了溫度控制系統，嚴格控制反應溫度。皂化反應中的堿液濃度通過堿液配制罐控制，保證堿液濃度穩定防止氯乙炔的生成。皂化反應系統中的設備、管道避免死角，防止氯乙炔的集聚。堿液濃度在DCS自控系統中顯示報警。
3儲運系統
偏二氯乙烯裝置的原料氯乙烯和產品偏二氯乙烯需要儲存在罐區。(1)氯乙烯儲罐設置齊全的安全附件。對液位的控制設置液位就地顯示、液位變送器、高低液位顯示報警等，對壓力的控制設置壓力就地顯示、壓力變送器、壓力顯示超限報警等，對溫度的控制設置溫度就地顯示、溫度變送器、溫度顯示超限報警等，液位、溫度、壓力的變送信號遠傳至主控制室。氯乙烯儲罐設置安全閥、放空管和阻火器等泄壓及防火防爆措施，安全閥的出口排至氣柜系統。(2)氯乙烯儲罐設置固定式水噴霧冷卻系統。(3)氯乙烯儲罐的液位與氯乙烯卸料泵聯鎖，一旦發生液位超限報警，即停氯乙烯卸料泵，切斷氯乙烯的輸入。(4)氯乙烯儲罐開口接管的閥門及管件的管道壓力等級不低于2.0MPa，其墊片采用纏繞式墊片，閥門壓蓋的密封填料采用難燃燒材料。(5)進出氯乙烯臥罐氯乙烯卸料泵、氯乙烯加料泵的氯乙烯管線均設置絕熱保冷層。(6)氯乙烯儲罐設置氮氣管道，用于設備置換。(7)偏二氯乙烯儲罐設置齊全的安全附件。對液位的控制設置液位就地顯示、液位變送器、高低液位顯示報警等，對壓力的控制設置壓力就地顯示、壓力變送器、壓力顯示超限報警等，對溫度的控制設置溫度就地顯示、溫度變送器、溫度顯示超限報警等，液位、溫度、壓力的變送信號遠傳至主控制室。偏二氯乙烯儲罐設置氮封、放空正負水封和阻火器等泄壓及防火防爆措施。(8)罐區周圍設置防火堤。防火堤的有效容量大于其中最大儲罐的容量，防火堤內側基腳線至立式儲罐外壁的水平距離不應小于罐壁高度的一半。(9)為儲罐基礎防止沉降，造成管道損壞物料泄漏，儲罐的出口管道應采用金屬軟管連接。
4結束語
關鍵詞：大型空分；后備系統；工程設計優化
1后備系統低溫管道常規設計概述
隨著國民經濟的快速發展，空分裝置的建設規模越來越大，特別是目前煤化工裝置配套的空分裝置，這些裝置一般都要求空分裝置在事故狀態下其后備系統能連續穩定的提供氣體。所以該類空分裝置后備系統的液體貯槽和后備低溫泵也配備的越來越大，貯存在貯槽中的低溫液體產品通過貯槽下部的送液管經低溫后備泵加壓汽化后送至后續化工裝置，其流程圖見圖1。低溫液體貯槽的送液管道常規設計為不銹鋼管道由貯槽內槽底部穿出內槽，在外槽外壁開孔后水平送出，貯槽外露部分送液管道用焊接有膨脹節的不銹鋼保冷套筒內部充填珠光砂保冷，圖2為液體貯槽常規的外接管道形式（管道未保冷）。通常貯槽供貨商與用戶的設計供貨分工界限為貯槽外送液體管道上的送出截止閥，外露的低溫液體管道通常用泡沫玻璃或聚異氰尿酸脂（PIR）等耐低溫的絕熱材料進行保冷后接至后備低溫泵，圖3為液體貯槽外接管道保冷后與低溫后備泵的常規連接形式，貯槽至低溫泵間閥門的保冷隨管道同時進行。
2大型低溫液體貯槽送液管道常規設計的問題和不足
大型特大型煤化工空分裝置往往設置大型低溫液體貯槽，一般容積都在1000m3以上，2000m3、3000m3已不鮮見，低溫液體貯槽的送液總管的直徑往往都在DN150以上，國內某項目60000等級的空分項目配套的1500m3液氧貯槽的外送液氧總管直徑為DN200，新疆某煤制油項目100000等級的空分項目配套的兩臺2500m3液氮貯槽的外送液氮管也是DN200，并且全部都設置為雙路送出，充分考慮了供液系統的安全性。如此大規格的低溫液體管道若采用常規布置設計和保冷，即出貯槽后的低溫管道到后備泵全部采用泡沫玻璃保冷，由于其密度為180kg/m3，施工后管道附加荷載大，且泡沫玻璃的導熱系數為0.06W.m-1.C-1，為珠光砂的兩倍，其保冷受現場施工質量的影響，并且管道上的閥門及儀表和排液管線接口在保冷施工中如處理不好，其保冷材料對接的縫隙部位往往會成為薄弱環節，在設備實際運行過程中經常會產生跑冷現象(有些用戶現場用PU硬質聚氨酯泡沫發泡保冷，雖然聚氨酯泡沫導熱系數低，通?！?.027W.m-1.C-1，但由于長期在低溫場合下使用宜冷脆，現場發泡的施工工藝受北方冬季寒冷氣溫的影響較大，并且石油化工設備和管道隔熱技術規范(SH/T3010-2013)明確規定其使用溫度為-65℃-80℃，所以該工況應避免使用。如果工程布置中后備泵距離貯槽較遠，其中間管道的跑冷損失更大，嚴重時會導致后備泵汽蝕，所以用戶往往要求貯槽至后備泵的低溫管道采用真空管道，但真空管道價格高，使用若干年后還會存在真空度下降，導致用戶現場重新保冷。
3大型低溫液體貯槽外部管道的優化設計思路
為了避免上述問題，設計時應將貯槽外的低溫管道與后備泵的保冷整體考慮，工程設計時應將上述管道、閥門等都設計在后備泵的保冷結構內，即低溫貯槽外部需保冷的低溫工藝管道和后備泵整體設計在一個小冷箱內，則上述管道和低溫泵的保冷可整體采用珠光砂，其后備系統冷量損失可減小到最低程度，此設計特別適用于后備低溫泵兼作空分冷箱備用泵的大型煤化工空分裝置。
4后備系統保冷工程設計優化實施案例
我公司在內蒙某煤化工項目工程設計中將后備低溫泵的工藝管道與貯槽送液管道整體設計在一個保冷箱內，管道既整體美觀，冷量損失又小，此外泵后的回液和回氣管道也可利用冷箱內空間布置。此項目液氮、液氧貯槽均為500m3，內筒直徑φ8000mm，外筒直徑φ10300mm，為了預留出泵與貯槽間管道的安裝空間，貯槽基礎凈空設計為2.5米，基礎頂標高3.15米。低溫后備泵的流量為52000m3/h，泵進液管道口徑為DN150，泵后液體回流管道口徑為DN100，回氣管道口徑為DN40。此外，設計時在泵前進液水平管段上設置了DN15的虹吸管線，此管線可利用管道中液體與氣體的密度差將汽化后的氣體虹吸至內槽氣相，使泵前液體處于動態，便于泵體更快地冷卻，除后備泵進液管道是向泵入口上坡外，其余管道水平方向上均有向貯槽上坡的布管設計要求，且泵后回氣管路的坡度最佳為45°。上述幾個管道在貯槽內槽上的開孔部位不同，但其出貯槽的位置均設計在泡沫玻璃磚絕熱層外緣與外槽內壁之間的基礎部位（此空間長度有840mm），管道在此夾層利用自身走向的改變增加柔性，來減小管道的二次應力，可取消貯槽原有設計中管道上的膨脹節。管道需下穿貯槽基礎至后備泵冷箱，管道下穿時需設計在保冷套筒內，此設計方案需土建專業配合基礎開孔設計。貯槽基礎設計時其開孔頂面需預埋鋼板來焊接固定保冷套筒，并起到封閉保冷套筒與基礎之間縫隙的作用，套筒頂面稍高出基礎上的細砂混凝土層，并注意施工時防止細砂混凝土等雜物落入套筒內部，影響套筒保冷效果，保冷套筒設計為腰形,截面尺寸長度為1550mm，圓弧半徑為R550mm，高度為1350mm，保冷套筒考慮安全因素宜全部采用不銹鋼材料，筒底板采用不銹鋼板與上穿工藝管道焊接后將筒體封閉，與貯槽同時充填低密度、低導熱系數的干燥珠光砂，與貯槽外筒構成一個整體保冷結構，套筒下面的工藝管道及后備泵單獨制作保冷箱并充填珠光砂保冷，圖4為該項目中的貯槽基礎開孔方位和尺寸，結構梁的設計應避開開孔位置。需要特別注意的是此設計方案要求管道布置專業與土建專業密切配合，開孔方位及尺寸條件要做到準確無誤，土建施工圖經管道布置專業確認無誤后方可現場施工。
5空分裝置后備系統工程設計的發展方向
