过程装备控制.doc

1.产品的分类:社会经济过程中的全部产品通常又可分为四类，即硬件产品、软件产品、流程性材料产品和服务型产品（国际标准化组织，ISO/DIS9000：2000）。所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉体等）形态存在的材料。过程工业是加工制造流程性材料产品的现代制造业。2.制造业的划分:按照“技术特征” 可将制造业分为两类：一类是以物质的化学、物理和生物转化，生成新的物质产品或转化物质的结构形态，多为流程性材料产品，产品计量不计件，连续操作，生产环节具有一定的不可分性，可统称为过程工业（过程制造业），如涉及化学资源和矿产资源利用的产业（石油化工、冶金）等；另一类是以物件的加工和组装为核心的产业，根据机械电子原理加工零件并装配成产品，但不改变物质的内在结构，仅改变大小和形状，产品计件不计量，多为非连续操作，这类工业可统称为为装备制造业。过程制造业为装备制造业提供原材料，同时装备制造业为过程制造业提供制造装备3.过程工业包含的基本过程:流体动力过程：遵循流体力学规律的过程，涉及泵、压缩机、管道、阀门等。热量传递过程：遵循传热学规律的过程，涉及换热器。质量传递过程：遵循传质规律的过程，涉及干燥、蒸馏、浓缩、萃取。动量传递过程：遵循动量传递及固体力学规律的过程，涉及固体物料的输送、粉碎、造粒等。热力过程：遵循热力学规律的动力过程，涉及发电、燃烧、冷冻、空气分离等过程。化学反应过程：遵循化学反应诸规律的过程。4.过程装置是流程性材料产品的工作母机:成套过程装置是流程性材料产品的工作母机，它通常由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的连续系统，再配以控制仪表和电子电气设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种材料，让其在装置中历经必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性产品。单元过程设备（如换热器、反应器、塔、储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵、离心机等）二者统称为过程装备。5.什么是过程装备与控制工程:过程装备与控制工程是结合数、理、化和多领域的工程知识，以安全和经济的方式解决诸多的工业问题的学科与过程制造业和装备制造业同时相关1.一般机械原理与过程机械原理的区别:一般机械原理研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动。过程机械原理是研究机械及其系统中流程型物料的状态变化，以及这些物料和状态变化对机械及其系统影响的规律。2.流体动力过程:流体动力过程是指遵循流体力学规律的过程，它涉及泵、压缩机、风机、管道和阀门等过程设备与元件。流体是气体和液体的总称，包括以下几个方面的性质：流动性：切应力作用下流体会变形，且无恢复原状的能力。压缩性：温度不变时，流体的体积随压力增大而缩小的性质膨胀性：压力不变时，流体的体积随温度升高而增大的性质。黏性：运动的流体，在相邻的流层接触面上，形成阻碍流层相对运动的等值而反向的摩擦力。反应了流体在运动状态下抵抗剪切变形速率的能力，它是运动流体产生机械能损失的根源。3.流体输送过程的基本设备:泵：流体输送的动力设备，按其工作的基本原理可分：容积式：通过泵体内工作容积反复变化，以吸入和排出流体，又可分为往复式和回转式。叶片式：通过叶轮高速旋转时产生的离心力对流体有挤压推进作用，流体由此获得能量，静压能和动能由此升高。阀门：流体输送系统中控制部件，用来改变通路断面和介质流动方向。按作用和用途；按公称压力；按工作温度；按公称通径；4.热量传递过程:热量传递过程指遵循传热学规律的过程。传热过程进行的必要条件：物体或系统内存在温度差。热量传递的基本方式：热传导：通过分子热运动传热，是固体和静止流体的主要传热方式；对流传热：流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而传热，是运动流体的主要传热方式；辐射传热：物体以电磁波形式传递能量的过程，是远距离传热的主要方式。换热器是热量传递过程的基本设备。5.热量传递过程的基本设备:换热器按工作原理可分为：表面式换热器（间壁式换热器）蓄热式换热器、直接接触式换热器（混合式）、流体连接间接式换热器：典型的换热元件热管.热管一般由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。6.质量传递过程:质量传递过程指遵循传热质规律的过程。混合物的表示方式：质量浓度、物质的量浓度、质量分数、摩尔分数、质量传递的基本方式：分子传质：由分子的无规则热运动产生的物质传递现象对流传质：流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而传质。质量传递设备：塔设备、固定床、移动床、流化床、搅拌槽等。7.动量传递过程:动量传递过程是遵循动量传递及固体力学诸规律的过程。动量传递的基本形式：动量的扩散传递：分子动量传递：通过分子不规则热运动而传递动量；涡流动量传递：当流体做湍流流动时，流体中充满涡流的微团，大小不等的微团在各流层之间交换从而传递动量。对流动量传递：流体发生宏观运动引起的动量迁移过程。8.热力过程:热力过程指遵循热力学诸规律的动力过程。热力学第一定律（能量守恒定律）：能量的形式虽可以转换，但其总和既不增加也不减少。第一类永动机违背了热力学第一定律。热力学第一定律动量的扩散传递、分子动量传递：通过分子不规则热运动而传递动量；涡流动量传递：当流体做湍流流动时，流体中充满涡流的微团，大小不等的微团在各流层之间交换从而传递动量。对流动量传递：流体发生宏观运动引起的动量迁移过程。9.热力过程:热力过程指遵循热力学诸规律的动力过程.热力学第一定律能量形式虽可以转换，但其总和既不增加也不减少。第一类永动机与之违背.热力学第二定律开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响；克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。能量转化方向第二类永动机与之违背.物质转化方向第三类永动机与之违背.10.化学反应过程:化学反应过程指遵循化学反应诸规律的过程。实际反应器中进行的过程不但包括化学反应，还伴随着质量传递、热量传递、动量传递过程，它们显著影响反应的最终结果，这就是工业规模下的反应过程所得转化率低于实验室结果的原因。常见的反应设备：间歇操作搅拌釜：是一种带有搅拌器的槽式反应器。连续操作搅拌釜：连续流动的搅拌釜式反应器。连续操作管式反应器：主要用于大规模流体参加的反应过程。固定床反应器：反应器内填放固体催化剂颗粒或固体反应物，在流体通过时静止不动。流化床反应器：固相介质是较小的颗粒，当流体通过床层时，固相介质形成悬浮状态，好像变成了沸腾的流体，故称流化床。鼓泡床反应器：塔式结构的气液反应器，液体做床层，气体从床层下方通入，以气泡的形式通过。1.火力发电过程：就能量转换的形式而言，火力发电机组的作用是将燃料（煤、石油、天然气）的化学能经燃烧释放出热能，再进一步将热能转变为电能。火电厂(汽轮机)能量转换过程与三大主机作用如下：锅炉：燃料化学能蒸汽热能。汽轮机：蒸汽热能机械能,发电机：机械能电能2.火力发电过程的主要装备：锅炉本体包含“锅”和“炉”两部分：“锅”是汽水系统，它主要任务是吸收燃料放出的热量，使水加热、蒸发并最后具有一定参数的过热蒸汽。“炉”是燃烧系统，煤粉和热空气在其内混合并燃烧，放出热量。汽轮机本体由固定部分和转动部分组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等；转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。3.火力发电装备使用的主要材料：含镍、钼、钒的低合金铁素体钢是电厂主要设备的制造材料。高温下的承载构件（如透平机叶片、螺栓），一般采用含12%Cr的马氏体钢。联箱管、蒸汽管道一般采用Cr-Mo钢制造，在超临界的条件下有时也有奥氏体不锈钢，在超超临界条件下要采用更高等级的材料，如1Cr19Ni11Nb，其中，Nb是稳定碳的元素，其耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能良好，在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀性较高。过热器/再热器部分，一般在连接管的后部要承受高温，因而采用奥氏体不锈钢管；在温度较低的前一部分，考虑经济因素，采用低合金铁素体钢管。高温下的蠕变、疲劳、氧化是设计中考虑的主要问题。4.原子能发电过程：核电站发电的基本原理：核燃料在反应堆内发生裂变反应，放出的大量热能，冷却剂把热量带出来，送到中间热交换器里，把热量传给热交换器中的水。水受热汽化，推动蒸汽透平，从而带动发电机发电。核裂变发电技术的发展方向：高温气冷堆：使用气体冷却剂吸收核裂变释放的热量，并推动汽轮机转动。快中子增殖堆：利用235U裂变时快中子轰击238U，得到可裂变的另一种核燃料239Pu(钚）。进行核裂变产生热量的同时得到更多的核燃料，形成核燃料增殖。冷却剂采用不吸收中子的液态钠。5.原子能发电装备使用的主要材料：对于堆芯材料的选择必须考虑辐照导致的的材料抗蠕变性能的降低，辐照脆化和硬化，冷却剂的腐蚀与磨损作用，热应力，碳迁移等诸多因素。对于蒸汽发生器，因为传热管子受到高温高压水的腐蚀（含有氯化物），管材的高温强度必须较高，存在应力腐蚀的危险性，多用2.25Cr1Mo钢制造，并加入0.4%左右的Nb，起稳定碳的作用。液钠回路管道通常用不锈钢制成，抗钠腐蚀是对其主要性能要求，此外要求热膨胀系数较小，以减少热应力作用。1.石油化学工业：原油一次加工（原油蒸馏）二次加工（热裂化、催化、加氢、重整）三次加工（烷基化、异构化、醚化）油品调合或精制。石油产品：燃料（80%）润滑油及相关产品、蜡、沥青、石油焦、溶剂及化工原料2. 石油化学工业：炼油化学过程的目的主要是为了提高H/C和去除有害物质以提高产品品质；增加H/C比的方法可以是脱碳也可以是加氢。加氢处理(加氢裂化、加氢精致、催化重整)热加工（焦化、热裂解、减粘裂化、催化裂化）3.石油化学工业;1常减压蒸馏原油-加工过程-产品。基本途径：将原油先按不同的沸点要求，分割成不同的直溜馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油的非理想组分，或者通过化学反应转化，生成所需的组分，进而得到一系列合格的石油产品。炼油厂首先必须解决原油的分割和各种石油馏分在加工过程中的分离问题。2催化裂化是目前石油炼制工业中最重要的二次加工过程，也是重质油轻质化的核心工艺，是提高原油加工深度，生产优质汽油、柴油最重要的工艺操作；裂化的目的是通过裂化反应将高碳烃断裂生产低碳烃、同时增加环烷烃、芳香烃和带侧链的烃数量，从而增加汽油等轻馏分的产量，质量也得到提高4. 炼油过程对设备的要求：在上述工艺条件下，炼厂设备的主要失效形式包括腐蚀、蠕变、疲劳、催化、渗碳、氢损伤、氧化及冲蚀；早催化裂化装置中，压力容器所使用的材料大多是碳钢和碳钼钢，碳钢的工作温度达510，碳钼钢的工作温度达540，这些设备的失效机制主要是蠕变；在催化重整中，压力容器和管道也在蠕变温度下工作，同时还要承受一定的氢分压，这些设备多用1Cr0,5Mo和1.25Cr0，5M钢材制作，工作温度达到540，失效机制包括高温蠕变及由脆化现象导致的低温脆断。 对于高氢压环境服役的反应器，如加氢裂化和加氢脱硫装置，氢压高达28MPa，有Nelson曲线限定的使用温度是低于蠕变温度的，这些设备一般由2.25Cr1Mo制造，允许工作温度为455。在这钟情况下，蠕变本身不是最重要的，而高温氢制脆性以及由此导致的脆性断裂时主要的失效机制。在制氢装置中，温度达820，而氢压力相对较低，炉管所用材料为高铬镍含量的不锈钢，废热锅炉及一些配件多用Cr-Mo钢，如Cr25Mo20，1Cr18Ni9Ti以及5Cr0.5Mo等。是不的失效机制主要是高温蠕变与开停车所引起的疲劳5.乙烯裂解:对烃类热解反应进行热力学和动力学的研究得到认识：1高温有利于提高烃类转化率和乙烯收率2由于二次反应，在高温下停留时间过长，乙烯收率会降低3烃类裂解的一次反应，特别是脱氢反应，是分子数增加的反应，降低烃的分压对平衡向目的产物方向移动有力，并有利于减少二次反应，降低烃分压通常识采用水蒸气作为稀释剂4反应产物尽快急冷可避免二次反应。综上，裂解条件是高温、短停留、低烃分压6.乙烯裂解过程对设备的要求：乙烯裂解使用最广泛的管式炉裂解工艺，其核心设备是管式裂解炉。乙烯裂解过程对设备的要求：关键设备是裂解炉管，它的损伤类型是渗碳，炉