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

1. 装备制造业和过程制造业的异同

相同点：装备工业与过程工业研究的同为生产资料的加工、

生产等问题。均为制造业中不可分割的两个部分，在工业发展中

占到重要位置，为工业的发展、国民生产总值的提高作出了巨大

的贡献，均是提高我国国际竞争力的重要的、不可缺少的基础，

均是实现经济、社会发展与自然相协调从而实现可持续发展的重

要基础和手段。

不同点： 装备工业是以物体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，但不改变物体的内在

结构，仅改变大小形状，产品计件不计量，多为非连续性操作。

而过程工业定义为加工制造流程性材料产品的现代制造业，它是

以物质转化过程为核心的产业，从事物质的化学、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，产品计量不计

件，连续操作，其生产环节具有一定的不可分性，可统称为过程

工业，如涉及化石资源和矿产资源利用的产业等等。

2. 试以某过程领域为例，简述未来高技术对典型

过程装备技术的需求和挑战。

答：以能源领域的高新技术工艺过程对过程装备技术的需求和挑战为例；

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

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。

答：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（heat exchanger），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