过程装备与控制工程专业英语老朱专用版本必过Word下载.docx

1、 由于锌、锡、铅和锑的熔点都低于800F（427C），因此把它们归类为低熔点合金。锌的主要结构用途是拉模铸造，它的消耗量仅次于铝和铜，排名第三。铅和锡在应用中是非常局限的，仅适用于需要熔点低和其他特性的场合。 另一类广泛的有色合金被称为难熔金属。这些金属有钨、钼和铬，它们的熔点都在3000F（1649C）以上，常用在必须抵抗异常高温的产品中。 最后，贵金属，价值高是它们的共性。另外，他们一般具有较高的耐腐蚀性，有许多有益的物理特性。 Unit 16 压力容器及其部件压力容器时不泄露的容器。它们有各种尺寸。最小的直径不到一英寸，最大的直径能达到150英尺甚至更大。某些是埋在地下或海洋深处，多数是

2、安放在地上或支撑在平台上，还有一些实际上是在航天飞行器中的贮槽和液压装置中。 由于内部压力，容器被设计成各种形状和尺寸。内部的压力可能低到1英寸，水的表面压力可能达到300000多磅。普通的单层表面建筑压力是15到5000磅，虽然有很多容器的设计压力高出或低于这个范围。ASME锅炉和压力标准中第八卷第一节指定一个范围从15磅在底部到上限，然而，内部压力在3000磅以上，ASME标准，第八卷第一节，指出考虑特殊设计的情况是必要的。 压力容器的典型部件描述如下： 圆柱壳体 在石化工业中对于结构压力容器圆柱壳体是经常被用到的，它是很容易制造、安装并且维修很经济。虽然在一些场合应用载荷和外压控制，要求

3、的厚度通常由内压决定。其他因素如热应力和不连续压力可能有要求厚度决定。 成型的封头 许多的端封头和过度部分有设计工程师选择。用一种结构相对另一种依靠很多因素，如成型方法、材料成本、和空间限。一些经常应用的成型封头是： 带凸缘的封头 这些封头通常在较低压力的压力设备中，例如汽油罐和锅炉。有些也应用在较高压力的但是较小直径的设备中。设计和结构的许多细节在ASME标准，第八卷第一节中给出。 半球形封头 通常，在一个给定温度和压力下半球形的要求厚度是相同直径和材料圆柱壳体的一半。假如我们用镍和钛昂贵的合金建造实心或覆盖形半球形封头，这样是很经济的。假如使用碳钢，然而，由于这高价的制造费用就不比凸缘形和

4、碟形的封头经济。半球形封头经常通过部分三角形结构加工，也可以通过旋转法或施压法加工。由于半球形封头比与它们连接的圆柱壳体薄，所以在封头与壳体连接区域必须是等高的，以便减小不连续区域的影响。 椭圆与准球形封头 这样的封头是十分普遍的在压力容器中。它们的厚度与连接壳体是一样的。这就简化了焊接安装的工作。因此，由于这边意外的区域所需的厚度小于封头的实际厚度，多余的部分就可以用于这些区域内接管的补强。许多工厂都可以提供不同直径和厚度的封头而且在价格上有很强的竞争力。 锥型和准锥形封头 这些封头在漏斗型和塔容器中作为底部封头应用，而且它们也可用做不同圆柱直径的过渡区域。由于在链接区不平衡应力，这圆锥到圆

5、柱的链接区必须考虑成圆锥形设计的一部分。因为较大的力，ASME标准，八卷一节中，规定当锥形内部施加压力顶角限制成小于30度。 盲板，覆盖版，和法兰 一个较为普遍形式的压力容器封头是无支撑的扁平封头或覆板。这可能由完整壳体组成或由壳体焊接而成，可能由螺栓或快速开关装置连接而成。可能是圆形、方形、矩形或其他形状。螺栓被安装应用垫圈的地方的扁平封头称为盲板。通常，盲板被连接在两个边缘区之间放一个垫圈的容器封头上。虽然扁平的封头可能是圆形或非圆形的，但是它们有均匀的厚度。 开口和接管 所有的工艺容器都需要有输入和输出的物料。对于一些容器，物料是大量的或内部经常变化的，通常是通过连接的整个封头或一部分来

6、给开一个较大的通道。然而，对于大多数容器，物料的进口与出口通过与管道相连接的封头或壳体的开口。另外还有一些开口还是需要的，例如方便人进入的人孔。对以一些从外面检测容器的手孔的开口也是必要的。另外一些清理容器的和排水口也必须有。这些开口不总是有一个接管被安装在开口。有时闭口有一个人孔盖或或手孔盖直接被焊接或用螺栓连接在容器上。 支撑 大多数直立容器由裙座支撑。由于它们传递剪切力所以裙座是经济的。它们总是通过地脚螺栓和轴承板把力传递到地基上。支脚容器是较轻的并且支脚到容器的底部提供较容易的通道。一个经济的设计是支脚直接连在容器上并且力是由剪切产生的。水平容器通常由鞍座支撑。由于壳体太薄有时加强环可

7、能被用把力传递到鞍座上。热膨胀问题应该被考虑。Unit 17 压力容器的设计容器的选择 虽然很多因素决定着容器的选择，但是影响选择的两个基本要求是安全和经济。许多内容都被考虑，像材料的可获取性，抗腐蚀能力，材料的强度，类型和载荷的大小，安装的位置包括风载荷和地震载荷，制造的地点，容器安装的方位和在设备制造地点劳动力的可用性。随着特殊压力容器在石油化工和其他工业的广泛应用，恰当材料的应用很快变成一个主要问题。对于容器的最主要的材料是碳钢。许多其他特殊材料也被应用在抗腐蚀或者储存液体材料的性质不衰减的能力方面。材料的替代十分广泛并且覆盖层和涂层被广泛应用。设计工程师必须与过程工程师进行交流为的是所

8、有备用材料归因于容器的整体完整性。对于这些容器要求野外安装与在现场建造的相比，尽管容器制造的不利条件，但是在焊接处的质量安全必须保证。对射线探伤，应力消除，和其他在野外的操作预测必须建立。对于那些在低温环境下运行或盛装液体的容器，必须注意保证材料在低温下的抗击能力。为了满足性能容器可能要求高合金钢，有色金属，或一些特别的高温要求。那种压力容器标注被应用 首先考虑的是是否有一项标准在安装方面。如果有就按规定标准进行。如果管辖部门已经决定采用ASME规范的第八篇，那么需要确定的只是选用第一分篇还是第二分篇。有很多操作需要用第一分篇而不是第二分篇，但是底线是经济的情况下。第一分篇用近似的公式，图表，

9、和曲线图在简单的计算。第二分篇，在另一方面，用复杂的公式、图表、在压力报告中必须被描述的分析设计方法。有时，由于对按第一分篇设计的容器在最低要求之外又增加了许多附加要求，因此按第二分篇设计选取较高的需用应力可能更为经济。特殊的设计要求 在所有单元增加标准信息，像压力、设计温度、形状和尺寸，其他的信息内容也是必要的并且必须被记录下来。腐蚀和侵蚀量被给并且一个合适的材料和保护方法必须被记录。液体的类型必须被包含，像致命因子，必须被提到由于要求的特殊设计细节。支撑位置，水平或竖直，并且支撑点像来自支撑容器和管子的力一样必须被记录。坐落位置也得给出一边风、雪、地震的要求可能被确定。冲击力和周期要求也要

10、包括。对于ASME标准，第八篇第二分篇，是否作为疲劳分析的说明已经通过AD-160给出。如果疲劳分析被要求，这个特殊的周期和力也被给出。另外，设计说明书指出是否包括恒力或瞬时力。需用压力包含很多种形式的力设计报告和计算 ASME标准，第八篇第二分篇，规定一种正式形式的带有假设设计报告在使用说明书中在压力分析计算方面。这些计算被准备和鉴定由一个专业的工程师在压力容器的设计试验中。如同用户设计条件一样，制造商的设计报告以及有关制造厂数据报告的证书嗾使强制性的。这有制造厂保存成文件保存五年。 材料的说明书 所有的标准都有材料的详细说明书和要求用于描述哪种材料是允许的。被允许的这些材料特殊的标准被列出

11、或被限制在被允许的应力值范围内。根据这个章程和标准，对于一个特殊进程的容器的许用材料是被规定的。例如，仅SA与SB的标准材料可能用在ASME锅炉和压力容器制造中。安全因素 为了提供一个设计与实际公式的差距，那个被建立在复杂的理论与不同失效模式下，实际的设计公式应用在减小厚度和压力水准，一种安全因素被应用在多种材料性能，这种性能决定着许用应力。安全因素直接与理论和失败模型、没中规定的特殊设计要求和被确定和估计的多种真实压力水准的程度有关。纵观世界，多种安全因素被用在材料的寿命上去建立锅炉、压力容器和管子的设计许用压力。对于这个温度变化到建立许用压力的缓慢破坏的温度，这所有建立的许用压力是在屈服强

12、度的基础上的。在许多国家，一种因素被应用在经过许多次试验而建立起来的一系列数据上。在其他国家，数据是由低的屈服强度和高的屈服强度决定的。在另外的一些国家，对于设计部件这真正的数据是由多次测试而确定的。部分的设计归因于设计的公式。并不是所有国家用极限抗拉强度作为确定许用应力的标准。Unit 19 换热器的种类换热器起初是为了在热流和冷流中传热。对两种冷热流体一般有单独的通道，一般是连续性操作。最通用的换热器是壳管式换热器。但是不同种类板式和其他形式是有价值的和经济竞争能力。虽然一些其他形式也被讨论，但是接下来大部分都在讨论壳管式的。起初是因为它们的重要性也是应为他们在文献中由较完整的记载。因袭它

13、们可以以一种适当过程的准确标准被设计。其他类型的基本上市带有专利性的，并且多数必须有他们的制造厂来进行工艺设计。板框式换热器 板框式换热器是在一个结构上压紧波纹板的装配体。围在边缘的够槽中密封垫片含有液体，并且控制板间液体的流入与流出空间。紧密的缝隙和波纹的板框换热器，在两侧的上部达到了管壳式换热器的几倍，而且板框式换热器的污垢系数较小。换热表面对于清扫的容易性德尔板框式换热器特别适用于污垢设备，也适用于卫生要求较高的行业，比如制药和食品工业，受到可能的垫圈式的密封材料性能的影响，一般最高压力值为300 psig，最高温度为400.。由于较少气液制造板框式换热器，大多数关于板框式换热器的工艺设

14、计资料到有专利性，但也许提供给负责的工程师。摩擦饮食和热传递系数碎着班的空间和波纹的种类变化。泵花费的每个热传递单元比壳管式设备低。用纯钢制造板框式换热器的费用是管壳式的5070%。螺旋型换热器 在螺旋形换热设备中，热流进入螺旋单元的中心，并且流到边缘。冷流体是逆流的。在边缘进入并在中心位置流出。在两边热传递系数较高。由于真正的逆流形式没有原来形式的温差，这些因素可能导致表面要求20%或更小的壳管式换热器。螺线形式对于中等压力的高粘性流体比较适合。翘片式换热器 翘片式换热器首先被应用在油气设备中。典型的翘片式换热器在单位体积上有1200平方米的表面积，翘片高度3.811.8 mm，翘片的厚度是

15、0. 20. 6 mm,片的密度是230700片每米。在单位体积上翘片式换热器是壳管式换热器的4倍。翘片式换热器的操作压力设计为80atm。因为翘片式换热器之间的间距小，所以不适合易堵塞的设备。从商业上说，翘片式换热器适用于低温设备，也是用于与汽轮机相关的高温恢复设备。对于动力设备来说，比如在有发动机的交通工具中，翘片式换热器有结构紧凑和质量轻的优点。错流和逆流的任何排列形式都是可行的，并且在同一设备中可以安排三种或三种以上的流束，压力下降、热交换关系的设计其他方面被很好的记载。空气冷却器 这种设备是指由流体流过翘片式的管道，并且有风扇冷却的空气通过管道。考虑空气冷却器的经济性，可以允许流体与

16、周围空气和出口的温差为2540。荡船热效率超过每小时1千万英热时单位时，空气冷却器与水满足要求且供应量充足时，与水冷在经济上不分上下。套管式换热器 套管式换热器是由一个尺寸比较大的和中间一个尺寸比较小的中央管通过塑料密封套连接而成。直线长度被限制在20 ft，否则中心管将下沉并且使环面的分配空间较小。一般情况，高温、高压、高密度和腐蚀性的液体放在内管上，较小要求的液体被放在外侧管子上。当在处理石油脱蜡和液体结晶时，内表面上应该提供刮刀。在环状的空间上，轴向翘片可以改善气体和粘性流体的热交换效率。假如应用较大的热交换表面。套管可以排布堆积起来，也可以应用平行方式。这些套管式换热器已经逐渐被管壳式

17、换热器所取代。在以下情况下，是值得考虑的。（1） 当壳侧系数比管侧系数一样小时，这时壳侧系数可以与管侧相比了（2） 我们可以在套管式换热器中采用真正意义上的逆流来代替，因为温度较高需要多个套管单元。（3） 在与大直径壳体相比，我们的环装空间是使用较高压力来满足经济性能（4） 而与开放式壳体换热器相比，当我们的换热器表面仅仅是100 200 sqft时，我们套管式换热器有较高的经济性壳管换热器 这种换热器将在以后几章讨论。21 泵1介绍泵是提出，转移或压缩液体和气体的设备。下面介绍四种类型的泵。在所有的这些中，我们一步步采取措施防止气蚀，气蚀将减少流量并且破坏泵的结构。用来处理气体和蒸汽的泵称为

18、压缩机，研究流体的运动的科学成为流体动力学。水泵是用管子或其他机械把水从一个地方传到另一个地方。水泵的操作压力从一磅到一万磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多的，有用于在鱼池和喷泉使水循环和向水中充气的电泵，还有用于从住宅处把水引走的污水泵。现在，两种典型的排水泵是容积泵和离心泵。容积泵通过由真空产生的吸力把水引到一个紧凑的地方。这种类型泵的一个实例就是提升或压力泵，在20世纪中叶美国农村普遍使用。提升泵的操作是通过一个与被管子包住的活塞手柄来进行的。当我们提升活塞时在管子下部产生一个局部的真空，这样我们就用管子从下面的取水，并且送到泵的一个空间。当水被泵吸入时，单向阀关闭，阻止水流回到井下。接

19、着泵的活塞吸入更多的水进入泵的膛体中。这样最后形成溢流，水从管口处流出。而离心泵时使用了一种螺旋推进器，旋转时使水流动，而且推进器的切片是在泵送水时侵入水中的。而且，当推进器旋转时，水进入位于刃片的轴部的间隙并且以很高的压力甩向底部。与它类似，离心泵的早期形式，螺杆泵，通过一个管子螺丝钉的组成，当旋转时，把水提升上去。螺旋泵经常用在污水处理厂中，因为他们可以运输大量的水，而不会因为碎片而堵塞。在远古的中东，因为对农场进行灌溉的需求，所以有一种强大的动力去推进水泵的进程。在这些区域里，早期的泵是为了将水一桶一桶的从水源或河渠中提升到容器中。古希腊的发明家和数学家的阿基米德泵认为是公元前3世纪首先

20、提出螺旋泵的发明家。之后，古希腊发明家发明了第一个提水泵。在十七世纪末和十八世纪初，英国的工程师Thomas Savory，法国的物理学家Denis Papin，和英国的铁匠和发明家Tomas Newcomen,它们发明了用蒸汽驱动活塞的水泵。蒸汽驱动的水泵首先广泛的被应用在从煤矿往外输水过程中。现在离心泵使用的例子，可以是在哥伦比亚河上使用的大古利水坝。这个泵有超过灌溉一百万英亩的土地能力。2. 往复泵往复泵有一个在圆筒中上下移动的活塞，可以使水规则的流入或流出圆筒。这些泵可以是单作用的，也可以是双作用的。在单作用的泵中，泵的作用仅仅发生在活塞的一侧，典型的例子就是升液泵。在升液泵中，活塞通

21、过手上下移动。在双作用的水泵中，泵的作用发生在活塞的两侧，比如说电动的或气动的锅炉给水泵，水以高压通过蒸汽锅炉供给。这些泵可以是单级的也可以是多级的。多级的往复泵的泵系列有多个刚体。3 离心泵离心泵被认为是旋转泵，它是有一个旋转地叶轮，也有刃片，刃片是侵入液体中。液体也是由叶轮轴向进入泵，并且旋转的叶轮将液体甩向叶片根部。同时叶轮也给液体一个较高的过度，这个过度能够使泵的一个固定部件转化成压力。我们一般称为扩压器。在高压泵里，很多叶轮可以被系列选用，并且在一个叶轮后有一个扩压器，也可能含有导轮，可以逐渐的降低液体的过度。对于低压泵来说，扩压泵一般就是一个螺旋形的通道，成为蜗壳，作用原理是拦截面

22、逐渐增加可以有效降低流体的过度。在泵工作前，叶轮必须被灌注，也就是在泵启动时，叶轮必须被液体包围。也可以通过在吸入线上放另一个截止阀来实现，截止阀在泵停止工作时是液体保留在泵内。如果阀泄露了，泵可以通过阀的入口，从外面的水源比如说蓄水池来取水灌注。一般离心泵在排水线也有一个阀控制流体和压力。对于小流量和高压力来说，叶轮作用很大部分是放射状的。对于高速流体和低压排水压力，泵中流体的方向可以近似于与轴的轴向平行，这时泵有一个轴流。这时叶轮就近似于螺旋推进器。从一种流的状态转换到另一种流的状态是渐进的，对于中间状态，设备可称为混流泵。4 射流泵射流泵是通过一个流量相对较小的液体或蒸汽，以较高速度移动

23、到较大的液流。因为高速流体要通过液体，它从泵里带走液体一部分，同时，高速流产生一个真空，这个真空又把液体吸入泵内。射流泵经常给蒸汽锅炉注水。另外，也应用来推动的船只，特别是在正常的推进器可能被破坏的浅水里。5 其他类型的泵仍然存在其他很多类型的容积泵，一般用带有很多保密配合的圆形突出的回转件。液体被收集在耳朵之间，而且被转送到一个压力较高的区域。这种泵的一个典型设备是齿轮泵，包含有一对网状齿轮，在齿轮泵里耳朵就是齿牙。也可通过一个在外壳旋转的螺杆来构造一个简单而低效的泵，螺杆推动也提前进。一个相似的泵在公元前3世纪被希腊数学家和物理学家阿基米德发明了。在所有的泵里，液体被一些列脉冲排出，并且不

24、连续。因此我们必须注意在排除线上来避免共振，因为共振可能会损伤或破坏整个设备。对往复泵来说，真空经常放在排除线上，可以减少振动，并使流动均衡。Unit 24 阀阀，是一种控制液体或气体流动的机械。例如截止阀，是保证流体沿一个方向流动。阀的尺寸范围很大，小的用在汽车轮胎的阀，大的用在控制水闸和大坝上。大阀的直径可能超过五米。小阀和低压阀通常由黄铜，铸铁，塑料制造，而较高压力的阀是用锻钢制造的。其他合金，比如不锈钢可能用在控制流体有腐蚀作用的流体上。阀可以手工操作，可以由伺服机构机械操作，或由所控制液流操作。基本上由四种类型的阀，回转阀，提升阀，滑阀，活塞阀。而且毫无疑问它们的发展也是这个顺序。四

25、种基本类型有很多种变体。然而所有变体与母体在原理上是相似的。尽管目前发展趋势越来越标准化，越来越简化。新型工艺和技术的出现预计新的发现和外来的，结构材料的发现。将促进这些变形，也许速度越来越快。四种基本设计以及变形，在一般使用中，都依赖手动操作，在最初的四章中讨论，对于警惕的设计者，他们会毫不犹豫将所有的推理与通过实例选择与相似特性的设计配合起来。最初的四章是按阀的发展来安排的，但是我们要注意时间分布稍微有对数的特征，。例如，早期的阀，旋塞阀，是在公元前发明的。螺杆阀，大约是在1790年，闸阀是在1839年，平行滑阀是在1884年。所有这些堵塞阀都是用手操作的，到了最近它们才通过某些形式的动力

26、来操作。那些自动工作的阀，比如安全阀或泄压阀，减压阀，非回流阀，凝气阀和相似的设备。另外属于一类，并且在下面的五章中进行讨论，这些阀假如用精确意义上的要求来表达就是自动机器。在正确的设计和安装之后，每一个阀都很正确的执行相应的功能，毫不夸张的说有的是一天到头，有的是一年到头。对已认定的压力容器的设备，安全阀或减压阀是必要的附件。特别值得注意的，因为它是我们生命和财产安全的防护装置。有压力到绝对压力，因为容器在大气压力下操作，如果它们容易受到大气压力起决定影响的试问情况，他们需要一些形式上的自动保护，同时在容器内部存在真空不管在任何情况时。另一个例子，各自的作用也很重要。如果它们在工作地点失效，

27、也不会造成太大的损失。但是由于粗心在设计方面没有注意会浪费过多的篇幅。对于那些面临这些设备设计和安装的学生，工程师，设计者，起草者来说还有认识他们必要性的人来说，我们希望通过一篇小记成为一个手册。如果有合适的结构材料，对设计精心考虑，对于高温高压的气体来说平行滑阀是最好的选择。这简单并且最有作用的结构形式是一种带有盘片的弹簧装置，圆盘装配体一般用较小的的阀。在紧密圆盘的预压缩的螺旋状的弹簧作用下，套管式装配体的两个相对圆盘又分开的趋势。而对弹簧来说，为了节省纵向空间，一般来说将盘制造成矩形截面，这个结构将两个圆盘压缩以适应阀的较小尺寸。大尺寸阀，两个盘同样压缩并覆盖着一个外接的壳体。我们应该了

28、解到弹簧的作用并不像我们想象那样用来保护这个压力的贴片的。如果需要保护这个贴片就需要一个很大面积的弹簧。它不是必须的，而且只有在较低线性压力下才可以保护贴片。它的作用主要是防止振动或颤动。在适当的线性压力条件下将阀内壁打扫干净。在圆盘运动中，任何尺寸或其他不需要的情况时，将粘到贴片上并且破坏它。在重要管线上，因为不同区域不同材料的部件的膨胀，并且将增加变形和扭曲。对于盘片和弹簧这种节写结构就要考虑这个。盘片应该能够自由的吸气而且弹簧同时屈服。压力密封性只有在下游侧才能获得，如果将这个闭合机械作为整体考虑时，就可以发现作用在相反的或上游的盘片上的线性压力迫使盘片离开阀座。将合力通过弹簧来传递，并

29、在线性压力下，传递到下游的盘片，这样工作的六日进入阀的两级。可以简单的通过滑动的盘片到最低可能达到的位置，并利用线性压力来关闭阀，这与蒸汽机的滑动阀有类似之处。与蒸汽机的差别在于蒸汽机没有弹簧帮助或任何外部的其他影响只有作用于滑阀两侧的蒸汽压力。如果尺寸相同，并且在相同压力下操作，平行阀与螺旋阀相比，所要求的轴向力较小，而轴向力是由正闭合包围，只要稍加考虑就可以知道原因。忽略侧面的二次压力，用来关闭螺旋阀的最小的力就是线性压力与底出口面积的乘积。对于平行阀最小的力就是用来将下游盘片滑过贴片的而且也包含作用在底座区域上的线性压力。UNIT26 过程控制的介绍（一）现代的化学过程变得非常复杂，简单的控制程序已不再实用。今天的化学工厂采用最新的电子硬件，自动控制器，计算机控制，先进的分析监测，以及先进的控制理念。为了掌握这种类型的控制和检测仪器，我们必须先了解的发展中高度自动化的化学过程。1 。自动化化学过程原因某些或所有可能的下列基本利益的实现当自动控制时引入化学过程：（ 1 ）一种化工过程，不管是在实验规模的设备内或在中间实验装置内，还是在生产规模装置内进行，都能够在无操作人员活化工技术员看管的情况下连续运行。这将减少人力需求，因此，降低劳动力成本（ 2 ）减少需要操作人员以消除