中国石油大学北京过程装备与控制工程概论期末结课论文资料文档格式.docx

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a）洁净煤技术；

煤炭是我国主要的能源资源，在一次能源中所占比例达到67%，而在我国消费的煤炭中，约有70%以上是以燃烧方式消耗的，其中火力发电厂是主力军，由此造成我国酸雨和二氧化硫污染十分严重。

因此洁净煤技术已成为我国优先发展的高技术领域，过程装备技术在煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理均可发挥重要作用。

其中水煤浆技术设备、先进的燃烧器、循环流化床技术、整体煤气化联合循环发电技术与设备、煤炭液化设备、燃烧电池、烟气净化设备、煤层气的开发利用、煤矸石、粉煤尘和煤泥的综合利用装备以及先进的工业锅炉和窑炉等均需研究和开发。

b）超超临界发电技术；

提高电厂煤炭利用效率的途径，主要是发电设备的蒸汽参数。

随着科技的进步，煤电的蒸汽参数已由低压、中压、高压、超高压、亚临界、高温超临界，发展到了超超临界和高温超超临界。

为此，发电设备行业以高参数为目标大力发展超超临界发电机组。

超超临界机组在高参数下运行，其主蒸汽压力为25-40MPa甚至更高，主蒸汽和再热蒸汽温度在5800C以上甚至7000C。

为此发展超超临界的锅炉、管线和汽轮机组及其安全可靠性技术极具挑战性。

c）生物质能源技术；

先进的生物质发电包括流化床燃烧、生物质综合气化和生物质外燃气透平系统，流化床锅炉技术独有的流态化燃烧方式，使它具有一些传统锅炉所不具有的特点，可以燃用常规燃烧方式难以利用的能源。

生物质高温气化技术的关键是高温空气的廉价生成，新型高温低氧空气完全燃烧技术的出现以及陶瓷材料领域的科技进步促进了热回收技术的发展，。

生物质外燃式透平系统所用高温换热器也是一项关键技术，尤其产生干净空气，减少了后续透平系统的腐蚀，但出口空气温度决定了系统效率。

d）核电技术；

核能作为一种先进的能源而受到世界各国的重视，已经成为了世界能源结构的重要组成部分。

与此同时，我国积极发展核电，各种先进的堆型实际上均需要过程装备技术的支撑，如高温气冷堆，除了用于发电，其产生的高品质热能还可用于先进的冶金技术，亦可直接用于煤气化和甲烷转化技术，但其装置的抗蠕变和疲劳，抗腐蚀的设计十分重要，除了反应堆，氦气换热器、氦气透平、蒸汽发生器等产品的设计制造均具有很大的难度。

另外，在过程工业生产中换热器使用的相当广泛，高新技术的发展对换热器也有更高的要求和挑战；

在这过程中诞生了许多新型换热器，使得换热器相关技术也得到了不断提高，传热理论不断完善，换热器研究、设计、制造等技术不断发展，促进了各种新型高效换热器的不断被推出。

经过查阅相关资料，发现换热器相关技术的发展主要表现在以下几个方面：

●防腐技术

阳极保护技术的开发和新型防腐蚀材料的应用等都为这类换热器的发展带来了无限生机。

换热器在以海水为介质的应用中相当广泛，海水中金属材料的腐蚀比普通的淡水和大气要严重得多，在这种环境下工作的换热器必须经过严格选择，采用耐腐蚀的材料。

在这种情况下，美国开发出了含有Cu、Ni、P的低合金钢及多种耐海水用不锈钢，并同时解决了由于氯离子的存在而产生的孔蚀和晶间腐蚀等问题。

目前世界上耐海水换热器主要所用材料是钢、钛及不锈钢等。

另外，非金属材料的应用也大大提高了换热器的防腐性能，比如氟塑料换热器、陶瓷换热器、玻璃钢换热器、石墨换热器等，非金属材料换热器主要用于强氧化性介质环境中，其中氟塑料换热器是由氟塑料制作而成，氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性能可以解决很多强腐蚀性介质的腐蚀问题。

同时氟塑料具有热导率低，有很强憎水性、不粘性，表面摩擦系数小，热膨胀量大，挠性好等突出优点，因此氟塑料换热器在使用过程中不结垢，换热器的换热系数能保持稳定，大大有利于防腐换热器在该方面的研究。

钛螺旋槽换热器也是该项换热器的一种，它是将钛管表面加工成螺旋槽，从而增大器传热面积。

流体在管内做旋转式不规则运动，增强其抗结垢能力，从而增强传热效果。

用钛做换热器的原料主要是因为其表面可生成稳定的氧化膜而具有十分优异的耐腐蚀性能。

除此以外它还具有表面光滑、非磁性、易加工等优点、因此，钛在石油化工、制药、原子能、航空等方面均具有广泛应用。

而钛换热器由于具有体积小、重量轻、耐腐蚀、维护简单、运转寿命长等特点，目前在防腐换热器的研究取得了广泛的应用。

●大型化与小型化并重

随着成套装备的大型化，换热器向大型化发展，同时在微电子、航空航天、医疗、化学生物工程、材料科学等场合的特殊要求而向小型化方向发展。

大型化换热器直径超过5m，传热面积达到万平方米级。

小型换热器与普通换热器相比，其特点在于单位体积内的传热系数高达几十到几百MW/（m3.K），比普通换热器要高1-2个数量级。

●抗振技术

由于工业生产规模日益扩大换热器的尺寸也越来远大，随之折流板间距也越来越大，为提高生产生产效率，增大传热系数，壳程流体的速度又必须加快，因此由于流体诱导震动所造成的破坏事故显著增多，震动使换热管发生疲劳、磨损、泄露等事故给企业和国家造成巨大损失。

在这种情况下纵流壳程换热器应运而生，这种换热器以折流杆换热器为典型代表，通过改变板式支撑为杆栅支撑，使壳程流体由横向流动变为纵向流动,大大减少了流体对壳体的冲刷作用，从而有效的提高了换热器的抗震性能，也可以用加载阻尼器等获得一定的减震效果。

除此之外还有防结垢技术，制造技术、研究手段、强化技术等发展方向。

3.过程工业领域都涉及哪些基本过程？

试以其中之一为例，介绍过程的原理，典型装备的功能、结构和基本特点。

过程工业领域包含范围极广，但其涉及的基本过程可以分为七大类，主要有：

1）流体动力过程

2）热量传递过程

3）质量传递过程

4）动量传递过程

5）热力过程

6）化学反应过程

7）生物过程

以热量传递过程为例；

热量传递过程是指遵循传热学规律的过程，它包括热量交换过程及设备，即换热器或热交换器；

原理：

它依靠传热的三种基本方式分别是热传导、热对流和热辐射。

以此来达到热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位，或从高温物体传递给低温物体的目的。

以满足过程工艺条件的需要.

典型装备：

换热器（heatexchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：

间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

现以间壁式换热器为例重点介绍：

间壁式换热器又分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、板式换热器、管壳式换热器、双管板换热器等。

夹套式换热器（如图）这种换热器是在容器外壁安装夹套（如图1中2）制成，结构简单；

但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管（蛇管是一种可以定型的金属类软管和不可定型的金属类软管的一种通俗的名称）.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用.因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。

沉浸式蛇管换热器（如图）这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；

其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。

套管式换热器套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。

两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管,而外管用短管依次连接成排,固定于支架上（图中a）。

热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。

通常，热流体（A流体）由上部引入,而冷流体（B流体）则由下部引入。

套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。

内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。

每程传热管的有效长度取4～7米。

这种换热器传热面积最高达18米2,故适用于小容量换热。

当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节（图中b）或内外管间采用填料函滑动密封（图中c）,以减小温差应力。

管子可用钢、铸铁、陶瓷和玻璃等制成,若选材得当,它可用于腐蚀性介质的换热。

这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油、石油化工等工业部门。

它的主要优点是：

①结构简单，传热面积增减自如。

因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。

②传热效能高。

它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的给热系数，因此它的传热效果好。

液-液换热时,传热系数为870～1750W/（m2·

℃）。

这一点特别适合于高压、小流量、低给热系数流体的换热。

特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。

套管式换热器的缺点是占地面积大；

单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；

管接头多，易泄漏；

流阻大。

③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数；

缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。

为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。

　　板式换热器（如图）板式换热器目前已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、轻纺、造纸、船舶和集中供热等工业部门。

它是目前各类换热器中换热效率最高的一种，它具有占用空间小、安装拆卸方便、换热效率高，物料流阻损失小，结构紧凑，温度控制灵敏、操作弹性大，，使用寿命长等特点。

换热器的结构分解如图1，外形如图2，主要部件是由换热板片、密封胶垫、夹紧板、导杆、夹紧螺栓组成。

板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。

板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。

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