超临界参数

超临界参数（精选九篇）

超临界参数篇1

高温超临界水的物理与化学特性(T>374℃;p>22.05 MPa)最早由E.U.Franck和他的合作者研究并详细报道[1],并有计算机程序能够计算这些特性[2]。超临界水具有气体和液体两种性质,其密度居于两者之间,且具有高的扩散率和热传输性,从这方面来看,超临界水可以被看作一种高密度气体,因此,超临界水具有良好的传输性能且对大多数气体和有机物能很好的溶解 [3]。超临界水相应的溶解特性能够通过压力的改变而改变,在压力和离子产物下降的区域,温度和压力轻微的改变对溶剂物理和化学性质影响很大。化学反应在高密度水中主要以离子途径,而在低密度水中则易于以原子团反应[4,5]。而高密度超临界水对有机化合物、气体和盐类都是很好的溶剂,这些特性使得超临界水具有更为特殊的用途。

2高温超临界水的应用

在过去的二十年,高温超临界水是一种化学上最广泛研究的溶剂[6,7],其主要的应用见表1。

3高温超临界水中的腐蚀问题

3.1对腐蚀的概述

介绍了高温超临界水中的腐蚀现象,并对与不同应用密切相关的腐蚀现象进行了阐述。

3.1.1 蚀损

蚀损是金属被动腐蚀的钝化状态(见图1),这种现象是由于蚀损内部改变了材料化学性和复杂性,侵入速率不呈线形。注意到附近表面没有被腐蚀,是由于氧化性薄膜的稳定性。腐蚀速率在1000 min/100h以内,实验条件:镍合金625; [HCl] =0.05 mol/kg;[O2] = 0.48 mol/kg; T= 350℃; p=24 MPa;t=124 h [8]。在这种情形下,氧化膜原则上有保护作用,然而,氯离子、溴离子这些作用强的离子能够侵入氧化膜并破坏氧化膜。最初反应点为侵入或者进入颗粒界限点。第一步形成小的蚀损,然后在蚀损内部产生酸和水导致像镍或铬离子等金属成分的氧化和溶解。随着大量溶解物的迁移,侵蚀性的离子浓度增高。因此,在蚀损斑内部的溶液变得越来越具有腐蚀性,腐蚀占主要方式,蚀损斑以高速率增长。温度提高会减弱氧化膜的保护性,所以高温时易于产生蚀损斑。在降低电化学能力时随着温度的升高就会有蚀损斑产生[9,10]。发生这种反应的原因是(1)在保护膜中存在大量的瑕疵[11];(2)在高温时氧化膜溶解成离子的趋势增加[12]。值得注意的是反应器大部分表面都未被侵蚀,而在紧邻表面,腐蚀速率超过了10 m/h。由于随机性和非预示性,蚀损是一种很危险的腐蚀形式,有研究者就怎样防止蚀损发表了很多评论文章[13,14]。

3.1.2 一般腐蚀

与蚀损不同,一般腐蚀是由于氧化膜的不稳定性,因此腐蚀发生在整个氧化膜表面。典型的形态就是一个窄的波状蚀损斑(见图2),因为这种腐蚀是由液流控制,腐蚀速率呈线形。注意到氧化性保护膜的“通常不稳定性”,整个表面都被腐蚀了。表面的粒间可能会被蚀刻(图例中看不到)。腐蚀速率在500 min/100h以内(实验条件:镍合金625; [HCl]=0.05 mol/kg;[O2]=0.48 mol/kg; T=350℃;p=24 MPa;t=124 h[9]。一般腐蚀发生在合金组分不能形成保护层的情况下。腐蚀发生点与蚀损斑和最弱表面点形成一样,对不同的合金及不锈钢,蚀损斑转化成一般的腐蚀发生在倒置温度的温度区[15],在该温度下——一般是200℃～250℃,蚀损并没有减弱而是转入钝化腐蚀。

3.1.3 粒间腐蚀(IC)

粒间腐蚀现象在文献中有很多论述[16]。颗粒界限与其相邻的大量颗粒有很多不同。除此之外,在颗粒界限间会形成金属碳化物或金属氮化物等阶段。更进一步,在粒间发生痕量元素的富集、隔离等不利的条件。在粒间腐蚀过程中,粒间界限或者相邻大量颗粒区域都可能会被腐蚀(见图3),由于颗粒与颗粒、颗粒边界之间存在差异,腐蚀就发生在这些地方。图3即为超临界温度发生的腐蚀,在图中观察不到物料的流失,腐蚀速率在10 min/100h以内(条件:镍合金625;[HCl] = 0.05 mol/kg;[O2] = 0.48 mol/kg; T=450℃; p=24 MPa; t=150 h[9]。在该区域会有电化学反应产生。观察了不同腐蚀机制,几乎任何条件都会发生粒间腐蚀,且渗入深度和材料的溶解度都有规律的降低。因此,粒间腐蚀不如其它腐蚀那样关键。然而,长时间地,由于压力机械的影响,颗粒会溶解,粒间腐蚀会导致更为严重的压力腐蚀破裂(SCC)。

3.1.4 压力腐蚀破裂(SCC)

腐蚀破裂是一种最为危险的腐蚀形式,因为它的特性和随机性(见图4),其发生在钝化和过钝化转化温度区域的整个反应器壁。在此例中,在含有氧气和HCl的溶剂中50h即发生了腐蚀 (镍合金 625; 条件: [HCl] = 0.10 mol/kg;[O2]= 0.48 mol/kg; T=220℃; p=38 MPa;t=24.5 h; 压力值为100 N/mm,见参考文献9)。因此,会导致灾难性的结果。腐蚀破裂发生在粒间或晶粒内。腐蚀破裂相应发生在主动与钝化、钝化与过钝化之间。因此,在高温水中观察的腐蚀破裂发生在有氢(主动阶段)或氧(钝化阶段)存在的条件下。大多数有害离子是氯离子、溴离子和硫离子。化学和机械组成都会导致腐蚀破裂。材料在高压下,溶剂的化学腐蚀性要求不高。另一方面,在高的腐蚀环境中,相对低的压力也会导致腐蚀破裂,腐蚀破裂会导致整个反应器漏水。若在反应器加热阶段释放出可燃气体如氢气则会导致火灾或爆炸。

3.3影响腐蚀的溶液参数

3.3.1 离子反应及氧化膜的稳定性

高温水是一种可调密度、离子产物和电离常数的介质。因此,它能从高极性高密度到几乎非极性低密度变化。高极性有较高的溶解性,对盐、酸和常规溶质溶解度高,因而适宜于离子反应。这种观点与有外加条件作用的相反,因为在足够高的温度和压力下非极性气体和有机物也能完全溶解[17,18]。低密度的水不易于离子反应,尤其是在高温条件下。一般情况下,高温加快了所有的化学反应,因此,动力学影响越来越不重要。液体腐蚀过程一般被看成离子反应,决定步骤一般是保护性表面盐-一般由氧化物的溶解性决定。在高温水中,与一般的普通环境条件相比,该氧化物有了不同性质和组成。一般地,氧化物在高温下与羟基物相比优先形成,在该条件下水很少为结晶状。在一般环境条件下,热动力不稳定物质可能会形成一层保护层,因为在该条件下,它们的动力稳定性高,溶解速率低。另外一方面,高温水的高密度、热动力温度性是形成保护性膜的必要条件,因为在该条件下所有的化学溶解速率加快了,溶解氧化膜的反应原理和图6所示的室温下的反应相似。

3.3.2 温度

随着温度的升高腐蚀速率会升高。大多数的腐蚀发生会有一个最低温度,在此温度下腐蚀被限制或不会发生。例如,不锈钢在80℃～100℃会被氯化物引起腐蚀,但是在低于此温度下则材料不被腐蚀。然而,这只有在溶剂其它的性质在研究温度范围内不变的情况下才成立。最先在超临界液体中的腐蚀试验得出惊人的结论:相反,与300℃时次临界条件下腐蚀相比,在最高超临界试验温度500℃下腐蚀要低很多[19],这归结为水物理和化学特性的改变。

3.3.3 pH值:化学溶解性

pH值是以水的自身电离平衡H2O=H++OH-为基础的。该反应是吸热反应,因此温度升高平衡超右移动。如,在压力为25MPa时,反应到达300℃区域。在该温度条件下,H+和OH-离子的浓度是室温下的三倍,所以水能被当成既是酸又是碱,在此条件下,没有用如在室温下催化反应必须试剂——H2SO4等强无机酸,因此,第二步的酸催化剂的分离就不必进行。常压高温导致束缚氢的减少和水的非极性特性。因此,在特定温度以上,溶解很快下降。无机酸的分解随着溶剂的密度改变而改变。因为强酸的分解是放热反应,温度的下降单调变化。图5为不同温度下HCl的分解图[20]。其它的强酸具有相似性。在高温时高压的影响很显著。如HCl的溶解度和溶剂密度密切相关。pH值、溶解速率都是高温水腐蚀的重要影响因素。pH值的高低会导致常规电化学电压下化学溶解,该化学溶解是氧化保护层的溶剂和如图6所示的平行方向。

大多数氧化物的两性特性使得它们能够溶解,既能溶于酸也能溶于碱。图5是HCl相对于温度在水中的溶解度(引自Frantz和Marshall)。溶解度随溶剂密度变化而变化,为便于比较,引入1M酸在室温下的pH。可见,尽管压力足够高,在高温时HCl仍表现酸性,其他的酸也有相似的特性。

3.3.4 电化学电压和气体的溶解度:电化学溶解

在室温时,非极性气体如氧气、氢气或氮气根据它们的亨利常数溶解度只有微克级,在室温下增大压力只会稍微增加这些气体的溶解度。在高压时增加温度到100℃左右气体的溶解度有些下降。在100℃以上时,气体溶解度很快上升。在溶解的超临界参数条件下,气体和溶剂完全互溶。因为腐蚀反应就是氧化反应,对电化学性质的改变很敏感。在此条件下,发生了称为电化学溶解,即是在图9所示的垂直方向上的一定pH值下的溶解。

一般地,当金属被氧化层覆盖时,就可以认为该金属处于保护状态。因为氧化膜的形成,需要最小的电化学能力。

注:实验条件:Tmax=350℃;p=24MPa;[O2]=0.5mol/kg;[HCl]=[NaOH]=[NaCl]=0.05mol/kg

富集常数EF是一种未知的元素X和镍相比以以下的方程式计算的结果,其中考虑了在溶液中溶解的金属浓度和合金的组成(Ni:62.8%总量含量, Cr:21.9%总量含量,Mo:9.0%总量含量)。

EFNi=[X][Ni](溶解)/[X][ Ni](合金)

a值实际低于0.1 mg/L(分析的最低检测限),所以EF值对于Cr和Mo要高一些。

3.3.5 阴离子的影响

由于与保护性金属氧化膜的相互作用,阴离子会提高或阻止不同腐蚀的速率,可能的几种影响为:

(1)氧化膜的破坏:在高温水中有氯化物、溴化物、碘化物,无氟化物的条件下是一种普遍受限的腐蚀形式。在此强烈的环境中,其它像硫化物和亚硫酸盐阴离子都会导致氧化膜的破坏。这种局部的腐蚀(如蚀损斑)对技术应用来说很危险,因为其是随机发生且其腐蚀数量高不呈线性。

(2)腐蚀产物的溶解速率:如上所提,液流控制的腐蚀反应速率由最初腐蚀产物的溶解度决定。例如,镍合金625在高温次临界的HCl和HNO3氧化性溶剂中的一般腐蚀的温度相同,而腐蚀速率相差一个数量级[21],这是由于Ni(NO3)2 的溶解性较Ni(Cl)2要高,且一般腐蚀具有液流控制特性。

(3)阴离子氧化剂:尤其是硝酸盐在高温水中是一种强氧化剂,其能够在无氧的条件下腐蚀金属。更进一步,如硫酸盐离子,在室温时不是氧化剂,在高温水中却是一种强氧化剂。热动力有利于硫酸盐、亚硫酸盐或单质硫的形成。因此,金属会很快的溶解。碳酸盐、磷酸盐、氟化物和氢氧化物在高温溶剂中的试验证实了这种积极的行为[22],这些阴离子能阻止其它有害性质如卤化物的作用。在高温水中不同的无机离子的影响介绍见表3。

(4)掺杂的氧化膜:在镍合金中掺入几种阴离子会增强合金的稳定性,这种修正的保护膜在第二次激活时溶解性会很快降低。

a有氧化化合物存在;b见参考文献[21-22]。

5展望

高温超临界水应用的增加,对抗腐蚀反应器材料的需求增长了。然而,还缺少这方面基本的物理和化学数据资料。没有这些数据资料,超临界水在很多情形下可能是一种危险的介质,尤其缺少的研究是:

(1)对氧化物膜和盐溶解性的研究:非有机化合物在不同的pH和电化学条件下高温水(如酸类)中的溶解性。地质化学家已经做了很多这方面的研究,但是很多研究主要是在压力高于100 MPa下进行,该条件超出了大多数超临界水应用的范围。然而,地质学家、腐蚀专家和超临界水运用者的联合研究将会对高温、高压水的溶解性和腐蚀行为有更好的理解。

(2)超临界液体的阶段行为研究。很少有对含有两种以上化合物的体系进行研究。但是若超临界水最为一种反应介质的话是存在多阶段体系的。因为不是所有的物理现象都详细的研究,在低温试验获得的一些推断和预测是不正确的。

(3)纯金属压力腐蚀破裂的影响研究。这个项目对于应用作用很大,因为反应器材料在氢氧根存在时的反应温度会超过600℃。到目前为止,在释放氢氧根的生物转换进程中的该种腐蚀还没有引起关注。

(4)模拟“真实”条件的腐蚀试验。这种试验是必须的不能被理论工作代替。

摘要：简介了高温超临界水中材料普遍存在的腐蚀及主要作用机制。超临界水中的腐蚀强弱主要由密度、温度、pH值、溶剂的电化学特性和作用离子的强弱决定,腐蚀包括粒间腐蚀、蚀损斑、普通腐蚀、压力破裂腐蚀。腐蚀产物和反应物的作用强弱及其在高温水中的溶解度对腐蚀起着主要作用。溶解和分解过程受到溶剂的密度、离子产物的影响,这两个参数值较高有利于离子反应,从而加快了腐蚀的电化学反应。并展望了未来的研究需求。

圆柱形含能材料热爆炸临界参数计算篇2

圆柱形含能材料热爆炸临界参数计算

根据变分原理,计算了各表面散热条件不同的`有限长圆柱含能材料的热爆炸临界参数和临界温度,研究了长径比对热爆炸临界参数和临界温度的影响;计算了各表面散热条件不同的有限长圆柱材料的热爆炸临界参数,得出了Biot数β和对热爆炸临界参数和临界温度的作用.计算表明,用变分的方法将求解热爆炸导热方程问题转化为对一个特征值方程求解,求解过程要简单得多,且精度高、速度快.

作者：王裴秦承森作者单位：北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088刊名：爆炸与冲击 ISTIC EI PKU英文刊名：EXPLOSION AND SHOCK WAVES年，卷(期)：23(2)分类号：O381 O643.2关键词：爆炸力学临界参数变分原理热爆炸有限长圆柱

浅谈临界参数在化工计算中的应用篇3

关键词：临界参数；化工计算；密度；热容；真实气体状态方程

中图分类号：O657.91 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）33－0150－02

临界温度（Tc）、临界压力（Pc）和临界体积（Vc）统称为临界参数，是描述物质特性的重要参数。科研工作者在较宽的温度、压力范围内对真实气体的PVT性质进行实验时发现了两个重要性质：液化与临界现象。但是，并不是所有的气体都能被液化，当气体温度在临界温度之上，无论加多大的压力气体都不能液化，即临界温度Tc是气体发生液化现象的极限温度。当气体温度在临界温度以下，随着气体压力的增加，气体出现液化。气体处于临界状态（饱和蒸气与饱和液体无区别的状态）时的温度为临界温度、压力为临界压力、体积为临界摩尔体积。

1 临界参数的计算方法

由于临界参数的重要性，从目前已有的相关文献来看，各种估算方法主要分为两大类：基团贡献法和关联式法。

1.1 基团贡献法

基团贡献法是基于同一基团在不同分子中对某一临界参数的贡献值相同的假设上建立的方法，可用数十个基团推算出成千上万种化合物的临界性质，其准确程度与基团的划分及回归基团贡献值所选的化合物有关。很多学者提出了一系列的基团贡献法如：Somayajulu、马沛生等，［1］本文将以Lyderson基团贡献法［2］为例，说明该方法的计算式：

式中Tb为正常沸点；M为分子量；△T、△P、△V为基团对临界温度、压力、体积的贡献值。

1.2 关联式法

关联式法是首先按照化合物的特征官能团进行分类，再选择合适的基本数据如分子量、正常沸点等易得性质与实验临界参数相关联，得到较为简单的数学关联式。本文将以吕玉平等［3］的关联法为例，说明该方法的计算式：

Tc＝a0＋a1Tbk1＋a2Tbk2/Mk3＋a3Tbk1dk4/Mk5 （4）

Pc＝a0＋a1x1＋a2x2＋a3x12＋a4x22 （5）

Vc＝a0＋a1x1＋a2x2＋a3x12＋a4x22 （6）

x1＝Tbk1Mk2Nk3dk4＝Tbk5Mk6Nk7dk8 （7）

式中Tb为正常沸点；M为分子量；N为分子中原子数。再用正交优化法对上述关联式进行参数估值，可得出各类有机化合物的关联式参数。

2 临界参数的应用

2.1 液体密度的计算

由于液体的理论尚不完善，目前还不能找到液体各参数之间的关系式，因此液体密度的计算不如气体的方便。在化工工程计算中一般采用有临界参数的经验公式：

（1）利用临界常数计算饱和液体密度：

Vs＝VcZc（1－Tr）0.2857 （8）

Vs：饱和液体摩尔体积，该式只要找到纯物质的临界参数就可以计算。计算误差为1%～2%。

（2）利用对比密度（ρr）与Tr和Pr关系求液体密度：

ρr＝ρ/ρc＝Vc/V （9）

式中Tr＝T/Tc；Pr＝P/Pc。当已知ρc，可由Tr和Pr查得ρr进而求得ρ。

2.2 气体热容的计算

气态有机物在不同温度下的理想气体热容有许多计算方法，其中Rihanni－Doraiswa－my基团贡献法是一种简便、精度高的方法。该方法将有机物分解成若干基团，将基团对化合物热容的贡献值相加得到化合物的热容值。计算公式如下：

Cpo＝∑ni ai＋∑nibiT＋∑niciT 2＋∑nidiT 3 （10）

式中，Cp o为理想气体摩尔热容、T为温度、ni为i型基团的数目。

真实气体热容的计算需考虑压力对热容的影响，通常气体压力大于3.54×102 kPa时应该采用普遍化热容校正图来计算，该图反应Cp与对比压力Pr及对比温度Tr的关系。

2.3 真实气体状态方程参数的计算

用压缩因子法可方便的计算真实气体的状态方程参数，该方法通过以下方程来计算：

Z＝PV/（nRT）＝PVm/（RT）（11）

其中：压缩因子Z是修正实际气体偏离理想气体行为程度的一个无量纲的纯数。

根据对比状态原理：若不同的气体有两个对比状态参数彼此相等，则第三个对比状态参数大体上具有相同的值，Z＝Zc（PrVr）/Tr。由此可知：各气体压缩因子Z应遵循相同的函数关系式Z＝f（Pr，Tr）。然后再应用两参数压缩因子法或三参数压缩因子法，查普遍化压缩因子图确定Z的值。Z的值确定后再代入（11）式求得未知状态参数。

3 结束语

本文介绍了化合物临界参数的两种主要计算方法：基团贡献法和关联式法，并对化工领域内临界参数的应用进行了总结。临界参数在液体密度的计算、气体热容的计算、真实气体状态方程参数的计算中有重要意义。通过以上分析可以看出，临界参数是非常重要的化工物性数据，化工技术人员应该熟练掌握该数据的计算方法。

参考文献

1 马沛生、王加宁、李平.基团法估算临界参数的改进［J］.高校化学工程学报，1996（4）：351～352

2 童景山、高光华、李军等.应用低压下液体的PVT数据推算临界参数［J］.工程热物理学报，1994（4）：361～363

3 吕玉平等.临界参数的估算方法［J］.化学工业与工程，2000（3）：149～153

On the calculation of the critical parameters in the application of chemical

Li Rui

Abstract: This paper describes the critical parameters of compounds, calculation and the calculation of the critical parameters in three important applications of chemical: liquid density calculations; gas heat capacity is calculated; real gas equation of state parameter calculations. Can conclude that the critical parameters are very important chemical property data, in the total chemical calculations should be enough to cause attention.

超临界参数篇4

工时定额管理是超临界锅炉产品生产进度调控、成本控制的重要依据,也是促进劳动生产率提高的重要手段[1]。以设计和工艺为源头,寻求快速地制定工时定额的方法和工具,对产品成本进行精细化管理,是企业信息化发展的重要内容,也是必经之路。

目前,企业在工时定额信息化方面存在编制效率低、信息共享困难等问题。大部分车间仍采用通过经验估计﹑类比等方法并参考技术资料等人工方式来计算工时定额,存在着效率低﹑误差大,结果不一致等诸多弊端,无法满足制定工时定额“快、准、全”的要求[2]。此外,在信息集成方面,即使采用的定额计算辅助工具也均为单机程序,没有考虑与企业其他信息系统,如PDM、CAPP、ERP、MES等的集成,不能满足企业信息化深层次应用和拓展的需求[3]。

1工时定额计算需求分析

超临界锅炉产品设计工艺复杂,各车间的生产制造工艺特点各不相同:如管子车间主要通过弯管流水线,进行弯管加工;膜式车间主要进行水冷壁的制造和焊接;集箱车间主要进行包括钻孔和焊接在内的集箱加工。

不同的制造工艺造成工时定额的计算方法各不相同。例如,集箱、管子车间根据典型工艺批量计算零件的工时;机加、空预、重容车间根据工艺规范,采用手工查表的方法,计算零件工艺的每一道工序工时并汇总得出工种工时。

尽管各车间的工时定额计算方法不尽相同,但可以抽取出一致的计算过程:从来自于设计部门的超临界锅炉零部件清单中读取影响工时计算的数据,以此作为工时计算的输入;根据工艺部门提供的零部件工艺过程, 对每道工序的工时进行计算。

概括起来,超临界锅炉产品工序工时定额计算需求如下:

1)能够根据规则进行工时模型的查找与计算。根据车间、加工中心、设备、工艺等,通过经验总结出对应工时计算的公式,一旦确定了公式中各参数,即可计算工时。

2)工时计算的结果可以按照要求予以调整,允许手工调整自动计算得到的工时结果,也可以按照一定的比例或者系数进行统一调整。

3)对于存在的典型工艺,支持工序工时进行单独计算。虽然典型工序卡中的工序内容相对固定,但是在实际加工中,工时却与具体零组件的加工参数密切相关。

4)建立并遵循企业统一的工时定额标准。

2参数化工时定额计算方法

常用的工时定额计算主要包括:经验估算法、类推比较法、解析计算法、预定时间标准法、MODAPTS法。目前,企业不同的车间部分使用或者综合使用到了上述工时定额方法。上述方法各有优缺点,单一方法无法完全满足超临界锅炉产品的工时定额计算需求。

参数化的工时定额计算方法,只要建立工时计算模型与影响工时参数之间的关系就能计算得出结果,具有准确性高及通用性好的特点。其核心思想是:工时定额数据主要由零部件特征参数、加工工艺参数决定,例如外形尺寸、材料牌号及系数、加工余量、加工尺寸等。特征参数和加工工艺参数的取值变化,将导致工时定额数据也随之进行规律的变化。其原理与参数化设计方法有类似之处,即零件结构尺寸一旦发生改变,几何形状也随之自动调整。

因此,本文提出超临界锅炉产品参数化工时定额计算方法,该方法可以实现工时定额计算的自动化与通用化。根据产品几何结构及工艺参数的不同,通过参数化工时定额计算,自动获得模型的选择和所需工时。参数变量的类型包括:数值型和字符型,其相应的取值方式包括:计算、查表、选择、条件筛选、直接手工录入等。

2.1工时定额参数定义

参数定义是将影响工时的重要因素进行提取,通常包括零部件特征参数和工序过程参数,其取值方式包括:输入、选择、参数计算、查工程数据表、查数据库表。不同类型的参数在不同的阶段予以赋值。其中,输入型、选择型、查工程数据表型一般由用户在计算过程中手工输入或直接从外部系统中查询。

自动赋值需通过参数化定义中的“关联属性”指定上述类型参数的数据来源方式。参数数据来源包括产品、部、组件、零件属性、工序、工步属性等。如果直接取属性值,则关联属性中指定为“零件属性.属性名称”,例如,接头数量直接从BOM中取当前零件的数量,则关联属性为“零件属性.数量”;如果只需在属性中取部分数据,则用“~N”表示,例如,材料规格为50×30,接头直径取第1个值,接头壁厚取第2个值, 则关联属性定义为:“零件属性.材料规格~1”“零件属性.材料规格~2”。

参数计算型、查数据库表型参数则在运算过程中进行赋值,可以根据已赋值的参数进行计算或者经过数据库查询获得结果。例如,管接头材料系数作为影响工时计算的重要参数之一,可以根据工艺文件中的材料牌号通过查表而自动获得。

2.2工时定额计算规则定义与解释

工时定额计算规则定义包括两个部分:流程确定和流程中图元的属性确定。

在实际的工时定额计算过程中,计算模型往往不是单一公式,而是包含复杂的限制条件。流程确定主要解决复杂分支的计算逻辑。例如,对于表1所示的骑式(E型)管接头手工焊工序工时定额计算中,当壁厚≤55时,使用公式1;壁厚>55时,则使用公式2。因此,要求工时计算模型能够表达复杂的分支逻辑及其对应的计算公式。

根据上述描述,骑式(E型)管接头手工焊工序对应的工时计算流程如图1所示。

流程图中的图元属性是对该图元所需完成工作的说明,以文本形式展示。常用的图元有单条件转移、表达式定义、多分支条件等。

在单条件转移和多分支条件判断中,逻辑条件用于判定计算方式的选择,支持变量表达式的“逻辑与(&)” 和“或组合(|)”。表达式定义则通过变量赋值、表达式计算等方式,完成工时计算模型中的公式描述。

通过上述规则定义,即可完成工时参数化计算模型的定义。之后,通过自动编译和解释,实现对工时定额计算,并生成工时计算结果。

3系统设计与实现

3.1系统构架

超临界锅炉产品参数化工时定额计算系统构架如图2所示,核心部分由工时标准数据管理工具、工时模型参数化定义工具和工时定额编制工具三大部分组成。

1)工时标准数据管理工具负责管理和维护工时定额计算所需的标准化手册数据,如机床设备、工艺装备、毛坯种类、材料牌号、切削用量、加工余量、经济加工精度、工种分类等数据资源。

2)工时定额编制工具从CAPP系统中获得典型工艺和工序信息,所需的设计信息则通过CAPP系统与PLM系统集成间接获得。计算执行后,将计算结果保存至工艺文件中。

3)工时模型参数化定义工具主要提供专门的工时模型建库功能,通过该工具可以建立企业规范化的工时模型库,并逐渐形成企业工时定额计算知识库。

在集成方面,参数化工时定额计算系统基于各车间统一的工时定额计算过程及工时定额参数化计算方法, 可与上游的产品数据管理系统(PLM)、计算机辅助工艺规划系统(CAPP)集成,以获得必要的设计参数和工艺参数;同时,也能够与下游的企业资源计划系统 (ERP)及制造执行系统(MES)集成,获得必需的工序信息和工时信息。

3.2集成环境下的工时定额自动计算

工时定额计算模型建立之后,如果不能解决与设计、工艺数据集成的问题,则所有的工序需要手工选择计算模型,每一个参数需要手工输入,虽然能计算出准确的结果,但是其效率不会得到明显的改进。因此,在集成环境下实现工序工时计算模型的智能选择、模型参数自动取值是参数化工时定额计算系统需要重点解决的问题。

1)设计与工艺数据集成

工时定额计算使用设计BOM属性以及工序属性作为参数值的来源。其中设计属性来自PLM系统,工序属性来自CAPP系统。工时定额编制基于CAPP系统产生的工艺文件。

与PLM系统的集成采用基于XML的中间文件方式进行信息交互。通过命令方式向集成模块发出命令,将封装在XML文件中的参数进行发送,同时接收集成模块将结果同样以XML文件格式保存至本地数据库中。与CAPP系统的集成通过CAPP系统提供的二次开发接口实现,以获取零部件的工艺路线信息,例如零件工序数目,工序名称、工序内容、设备、加工中心等信息。

输入参数如下:

NUMBER:零部件编号

VERSION:零部件版本(大版本号)

V I E W : 零部件视图 , 可选D e s i g n或M a n u f a c t u r i n g ,默认为M a n u f a c t u r i n g ,返回B O M时,选择Design时返回EBOM(零部件树),选择Manufacturing时返回PBOM(结构树)。

基于XML的返回结果示例如图3所示。

2)模型匹配规则

根据企业实际情况,目前的匹配规则为:根据工艺描述以及车间、加工中心作为查询条件查找对应的工时计算公式模型。其中,工艺描述从工艺内容中取值,截取“;”前面的字符串作为工艺描述的内容。

在计算时,通过与CAPP系统集成,在设计数据与工艺数据的基础上,根据开放的脚本编辑工具中定义的查询规则,从集成环境中获得查询条件的参数值,运算出结果;根据结果查找公式模型。如果成功,则自动显示在对应的工序上;否则,手工到工时模型库中选择一个相对合适的计算模型。

3)参数赋值

工时定额计算模型确定之后,需要对其中的参数进行赋值。赋值方式有手工和自动两种。自动赋值的参数,其来源可以根据参数的关联属性通过集成环境,直接从产品、部、组件、零件属性、工序以及工步属性中获取。

4)工时定额计算

如果工时计算模型匹配成功且参数齐全,则可以计算出准确的工时定额。可以单个工序计算,也可以执行批量计算,如图4所示。计算的结果允许工时定额人员手工进行调整。若参数不足,则会给出相应的提示。不能计算出来的工序用特殊的颜色标示出来。

4结束语

本文给出了超临界锅炉产品参数化工时定额计算方法,并在此基础上设计与开发了参数化工时定额计算系统。

目前,该系统已经在上海锅炉厂有限公司工艺部门正式上线,进行了实施和应用。通过可视化的参数化工时定义工具,已经完成了超临界锅炉产品集箱、管子、膜式等3个主要车间的工时计算模型,共计168个。参数化工时定额计算方法的可行性以及所开发系统的有效性得到了验证,满足了工时定额编制的精确化需求。

该系统以参数化方式统一了各车间工时定额的计算方法,通过建立工时定额知识库,完成了企业工时定额知识的积累,并实现了工时定额信息与产品设计、工艺、管理部门的信息集成,提高了工时定额的编制效率和准确性,为企业提高科学管理水平和生产管理效率发挥了积极作用。

摘要：针对超临界锅炉产品工时定额管理中存在的编制效率低、信息不能及时共享等问题,结合企业工时定额计算的特点,提出了工时定额参数化计算方法,并通过提炼具有超临界锅炉产品特点的工艺知识库,建立了工时定额计算公式;在此基础上,设计并开发了具有通用性、知识性、集成性特点的参数化工时定额计算系统。通过系统实施与应用,提高了临界锅炉产品工时制定的精确性和工艺编制的效率,为产品成本核算、生产计划安排提供了可靠的依据和保证。

关键词：参数化工时定额,工时定额计算,工艺编制

参考文献

[1]谢湖晖.MFTS工时定额系统在BL公司的应用[D].成都:电子科技大学,2009:1.

[2]姜锡光,于绍思,李锁良.计算机制定工时定额系统中数学模型的建立[J].锅炉制造,1999,11(4):60-63.

超临界参数篇5

1 超临界直流炉汽温控制特点研究

1.1 非线性变动明显

在超临界直流炉使用过程中, 各个区段工质在比容、比热等方面均会发生剧烈变化, 且工质的流动规律以及传热状态较复杂。在运行过程中, 由于内部压力的变化, 其所受到的负荷同样会产生变化, 工质压力的变化属于从超临界到亚临界之间的广泛压力变化范围。加上工质特性也处于变化状态, 超临界直流机组会反映出明显的非线性变动。

1.2 调节品质控制要求高

由于超临界直流炉中并未设置汽包环节, 因此在水被加热、蒸发并形成水蒸汽的过程中, 其过热属于以一次性完成, 属于连续状态, 不同段受热面之间并不会出现较明显的分界面。当工况运行发生变化时, 锅炉的运行会处于超临界压力或是亚临界压力之下, 蒸发点会自动在多个或是仅在一个加热区段中做移动轨迹。因此, 要想在超临界直流炉运行中确保锅炉汽水流动阶段中不同区段的水汽与温度处于事先设定好的范围值之内, 必须确保减温水、风煤比、水煤比在调节品质上达到较高要求。

1.3 蓄热量较小

在超临界直流炉中, 由于其直流锅炉在汽水容积上并不大, 因此蓄热能力较差, 蓄热量偏小。在这一条件下, 其负荷调节能够获取更高的灵敏度, 相对于汽包炉而言, 在平均变负荷速度上更快, 能够达到启动停止的快速事实现并有效调节内部负荷。除此之外, 由于直流锅炉的汽水容积偏小, 因此其对于外界或是锅炉内部的扰动表现出的反应变动会更为敏感, 在汽温控制方面可能造成一定程度的影响。

2 滑停参数停机下汽温变动因素

2.1 减温水因素

水汽温度的变动会受到分离器出口温度以及主汽压力变动情况的影响, 但实际上, 其波动会很大程度受减温水水量的作用而出现变化。当机器运转处于400MW以上的大负荷阶段时, 负荷、主汽压、主汽温等因素的变化均处于相对平稳状态;但当机器运转处于400MW以下时, 汽温波动表现出了较明显变化, 最高能够达到50℃, 波动频率同样较高。在这一情况下, 汽温会出现反复现象, 控制难度较大。

2.2 烧仓影响

在实际操作中, 若汽机缸温度下降到了333℃, 主汽温度也已经下降到370℃, 如果仅仅将滑停作为目标, 则已完成降低缸温的效果。但煤仓中可能仍旧有煤存在, 因此应继续滑停烧仓, 这项操作则又会引起汽温的变动。

因此对于带有烧仓功能的超临界直流炉而言, 在停机前应将燃料量精确控制, 同时准确指示出煤位, 在烧仓过程中加强对不同煤仓存煤量的观察, 及时调整对运行磨的给煤量, 让不同磨煤仓在低负荷阶段的煤位差距不大。

3 烧仓与汽温控制

3.1 相关参数控制

带有烧仓的滑参数, 在停机状态下应提前将相关参数计算好, 并做好停机后的处理预算, 尽可能确保各个磨煤仓在低负荷状态下其煤位处于一致状态。这样一来, 煤仓在烧空状态下, 滑停也能够在短时间内结束。具体而言, 超临界直流锅炉中, 其流量特性、传热特性、比容、压力、温度、热焓状态、比热等方面均为非线性变化, 且不同参数之间的函数关系呈非相关性且多元化状态, 因此在负荷参数变动条件下, 受控对象的时间常数以及增益之类的动态性特征会出现大幅变动。

当机械负荷达到了300MW, 机组控制可能仍处于协调状态, 对汽温的控制应将重点放在中间点温度的调节以及减温水的调控上。因此在滑停操作时应严格按照正确流程调节温度下降速度, 避免参数出现较大波动, 同时保障主汽温度存在100以上过热度。

3.2 减温水的使用控制

在滑停阶段, 由于锅炉所受到的负荷处于逐渐下滑状态, 加上主汽压力同样在减小, 因此汽温更容易受到减温水的影响。在滑停过程中, 金属材料由于机械运转所产生的贮热也会逐步释放。深入研究发现, 减温水量的反复变化或是大幅变化均会同步影响到主汽温度的波动, 在变化趋势上呈相关性, 因此汽温控制会受到减温水量影响。

在这种运行条件下, 减温水使用量相对于器械在运行稳定阶段的使用量而言更为复杂, 一旦处理不当极易造成蒸汽中水分含量过多, 从而对整个机组的安全运行产生影响。因此在使用方面, 减温水要慎用。若想要达到相似效果, 可从燃烧调整方面着手, 例如将磨出力加以调节、调节风量、改变配风方式或是调整火焰中心高度等。

3.3 水煤比控制

从省煤器的运转到过热器运转产生蒸汽, 其给水的过程同样处于不间断状态, 中途没有停止阶段。这类型的燃烧、给水以及汽温调节并非处于相对独立状态, 三个部分之间存在相关性, 一个部分发生变动会影响到其它两部分。

在超临界直流炉的滑停参数停机设置中, 要想让汽温下滑长时间处于平稳状态, 基本上能够通过对以下几方面的控制来实现, 即减温水的使用、机组负荷状态以及主汽压力。同时需要注意的是, 在整个操作过程中, 不管是干态还是湿态, 水与煤的比例应始终处于固定形式, 不随着状态的改变而变化。

4 结论

对于600MW超临界直流炉而言, 其汽温控制受到较多因素的影响, 例如减温水、烧仓状态等。相关操作人员应加强观察, 注意对给煤量等因素的控制, 保障煤仓在烧空时, 滑停也能够处于即将结束状态, 将低负荷停留时间尽可能缩短, 减少对汽温控制的反复操作, 提升机器运转效率。

参考文献

[1]闫姝.超超临界机组非线性控制模型研究[D].华北电力大学, 2013.

[2]李文刚.600MW超临界机组主汽温控制的设计与仿真[D].山西大学, 2013.

[3]邵加晓.1000MW超超临界机组主汽温控制系统的特性及其控制策略研究[D].山西大学, 2011.

探讨临界参数在化工计算中的应用篇6

1化工计算与临界参数简述

(1) 简述化工计算就是指借助物理化学的根本规律, 针对参加单元操作或者作用阶段的物料质量、构成以及状态的参数实行计算。最初的化工计算只是代表反应物与生成物彼此的物质联系, 符合倍比与定比定律。直到20世纪初期, 化学计算的定义扩大为守恒定律与物化根本定律作用阶段和单元操作阶段的运用。化工计算是工厂规划自定性转化成定量计算的首个环节, 但对当前生产步骤的经济性与问题缺陷实行评估同样非常重要。当前, 部分高等工科学院就把化工计算当成一类基础性课程, 以此来提升学生们的运算水平, 并把物理化学规律进行实践, 进而取得更好的学习和应用效果。

(2) 简述临界参数液体饱和蒸气压随着温度提升而增高, 换句话说, 就是温度更高, 气体液化的压力就更高。相关研究表明, 各类液体均有自身的一个特别温度, 如果高于这个特别的温度, 那么不管增加多高的压力, 均无法导致气体出现液化现象。该特殊温度就是临界温度, 运用Tc代表。临界温度就是能够使气体可以发生液化现象所需的最大温度。低于临界温度则不会存在液体, 因此, 饱和蒸气压和温度之间的联系就会限定于临界温度Tc。处在临界温度的饱和蒸气压叫做临界压力, 应用Pc代表。临界压力Pc是临界温度中能够让气体发生液化现象需要的最低压。于临界温度Tc和临界压力Pc中, 物质摩尔体积叫做临界摩尔体积, 应用Vc代表。物质处在临界温度和临界压力中的状态就是临界状态。

2临界参数的计算方法

临界参数的计算方式有很多种, 一般分为:关联式法、基团贡献法、根据液体状态方程的计算方式、定量结构性质关系法这4类方式。其中, 应用相对广泛的为基团贡献法和关联式法, 以下将对基团贡献法的计算方式进行具体的分析。

这种计算方式是根据相同基团在不同分子中针对某个临界参数假设相同贡献值的基础上设立的计算方式, 能够应用几十个基团计算出千万种化合物的临界特性, 计算的精度和基团的类型划分和回归贡献值选择的化合物存在直接的关系。许多科研人员提出了多种基团贡献法的计算方式, 该研究举例Lyderson基团贡献法, 对这种计算方法进行分析, 以下为计算公式:

其中, Tb为正常的沸点值;N为分子量;△T, △P, △V分别为基团中临界温度、临界压力以及临界摩尔体积的贡献值。 (2) 关联式法这种计算方式先基于化合物特性官能团实行种类划分, 之后选取适合的基础数据, 比如:分子量和正常沸点值之类的性质和临界参数彼此联系, 获得相对简洁的数学关系式。

3临界参数在化工计算中的应用

临界参数在化工计算中的应用非常广泛, 是化工计算的主要手段。该研究简要列举了临界参数在化工计算中应用的几类主要方式, 即, 计算液体密度、计算气体热容以及计算气体状态方程参数真实值。以下为具体分析。

3.1计算液体密度

因当前时期的液体理论依然不够健全, 依然无法找到液体参数彼此的关联式, 所以, 计算液体密度没有计算气体便捷。化工计算中通常应用临界参数的计算公式。

(1) 借助临界常数对饱和液体密度进行计算, 计算公式为:

其中, Vu为饱和液体体积, 这个计算公式仅需具有纯物质的临界参数即可以进行计算。误差一般在1~2%之间。

(2) 借助对比密度和Tr与Pr之间的联系对液体密度进行计算, 计算公式为:

其中, Tr=T/Tc, Pr=P/Pc, 如果ρc为已知项, 则可以通过Tr与Pr计算ρr, 之后计算得到ρ值。

3.2计算气体热容

有机物气态在各种温度中的气体热容具备多种计算方式, 而基团贡献法属于一类相对简便且高精的计算方式。这种计算方式把有机物分为多个基团, 把基团对化合物热容贡献值作和, 取得热容。

计算气体热容的真实值, 要考量压力对气体热容产生的作用, 往往气压高于354 k Pa的时候, 需应用普遍化热容校正图进行解算。

3.3计算气体状态方程参数的真实值

应用压缩因子方式能够更快的解算气体状态方程参数的真实值, 这种计算方式借助如下的方程式进行相关计算:

公式中, Z为压缩因子, 其是更正现实中气体和理想中气体偏差程度的无量纲纯数。

基于对比状态理论可知, 如果各类气体存在两个对比状态参数相同, 那么, 第三个对比状态参数基本具备同一值:Z=ZcPrVr/Tr, 不难发现, 各种气体的压缩因子需遵守同一函数关联式:Z=f (Pr, Tr) 。之后, 采用双参数压缩因子方式或者三参数压缩因子方式, 借助普遍化压缩因子图, 以明确压缩因子的数值。压缩因子数值明确之后, 通过 (7) 式计算状态的参数。

不难看出, 临界参数属于一类十分关键的化工物性参数, 在进行化工计算过程中, 需提高对其重视程度。

4结语

综上所述, 该文简要分析了关联式法与基团贡献法两种计算方式, 且针对临界参数在化工计算中的应用进行了分析。临界参数在液体密度、气体热容以及气体状态方程参数的计算中具备关键作用。因此, 临界参数在化工计算中的应用非常主要, 相关技术人员需掌握此类计算方式。

摘要：临界温度、临界压力以及临界体积被共同称为临界参数, 它们是描述物质特征的主要参数。而化工计算是化学工程的基础学科, 也是促进化学工程发展的主要方式, 因此, 必须提高对其的重视程度。该文通过介绍化合物临界参数的计算方法, 以及临界参数在化工计算中的3个重要应用:液体密度计算, 气体热容计算, 真实气体状态方程参数计算。可得出, 临界参数是非常重要的化工物性数据。力求为今后的相关工作提供可靠的参照。

关键词：临界参数,化工计算,计算方法

参考文献

[1]李瑞.浅谈临界参数在化工计算中的应用[J].科学之友, 2012 (22) :150-151.

[2]王小艳;司继林;张达, 等.纯物质临界参数估算方法的研究进展[J].化工进展, 2012 (9) :1871-1877.

超临界参数篇7

在生物柴油的生产制备过程中, 生成物主要是甘油和脂肪酸甲酯, 以及过剩的甲醇, 这些物质的名称和分子式列于表1, 各物质的结构式如图1~图7。为了把生成物各组分分离出去, 设计的分离工艺中, 就需要用到各组分的热力学参数, 比如临界温度Tc, 临界压力Pc和偏心因子ω[2]。

但是这些醇类, 酯类物质, 在高温下易分解, 因此用实验的方法去测定热力学性质很困难。为了解决上述问题, 前人提出了利用分子结构的加和性质, 来估算热力学性质。就是利用热力学, 统计力学, 分子结构和分子物理性质的理论知识进行关联, 在一定的范围内, 在少量可靠的实验数据基础上推算出具有一定精度的物性数据[3]。

物质的临界参数的估算方法很多, 具有代表性的主要有Joback法和Constantinous-Gani (C-G) 法。本文利用上述两种方法, 分别估算了生物柴油体系7种物质的临界参数性质, 并把估算结果和文献值进行了比较。

1 Joback法计算Tc, Pc

Joback法的计算关联式如式 (1) 和式 (2) 所示:

式中:Tc———临界温度, K

Tb———正常沸点, K

Nk———该类基团的出现次数

tck———基团的贡献值

pc———临界压力, bar

NA———分子式中原子个数

pck———估算临界压力时的基团贡献值

Joback法计算简单方便, 临界温度Tc的精确度取决于正常沸点是实验值还是估算值。若是实验值, 则Joback法估算得到的Tc相当可靠。

图8中, 给出了使用Excel估算生物柴油体系临界参数的过程。现以乙醇的计算为例说明, 乙醇分子中, 含有一个甲基一个亚甲基和一个羟基, 因此, 可以计算出:

这个结果结合乙醇的沸点数据, 可计算出乙醇的临界温度为519.54 K。类似地, 计算出临界压力57.57 bar。

2 Constantinous-Gani (C-G) 法计算Tc, pc, ω

C-G法不需要正常沸点温度Tb, 且考虑了临近基团的影响, C-G法估算Tc, pc, ω的公式为:

式中, 临近性质的单位与Joback法相同, C-G法估算生物柴油体系临界参数的计算过程见图9。

为了便于比较, 本文将上述两种方法估算的结果, 以及文献值[4]列于表2以及图10~图12。

3 结果与讨论

由图10, 图11可以看出, Joback法的计算结果较C-G法要好, 这是因为C-G法只考虑了一级基团的影响, 未考虑到基团之间的交互影响所致。

图12结果表明, C-G法估算偏心因子的结果精度比较高, 但是唯独甘油的估算偏差比较大, 这是因为甘油含有3个醇羟基, 羟基中的氧原子电负性比碳原子要大, 具有吸电子的诱导效应, 羟基越多, 这种作用就越强, 间接地影响到了偏心因子, 但是光从基团贡献的角度, 体现不出来这一点。

通过上述计算结果的讨论可看出, 基团贡献法能广泛应用于化合物多种物性的估算, 表现出以下优势:

(1) 较准确:估算的精度在使用者可接受的误差范围内, 如Poling等[5]利用Joback法和Constaninou-Gani (C-G) 法估算了常用的290种有机物的临界性质, 与实验值比较, Joback法的平均相对误差在4%左右, C-G法的平均相对误差在3.7%左右。

(2) 较少使用其他物性或参数:除某些性质的估算需要少量的其他基础物性外, 仅使用分子结构就可进行估算, 减小了二次误差的引入。

(3) 计算过程简单, 运算时间短。

(4) 适用面广:由于分子结构是化合物最基本的信息, 以分子结构为基础的基团贡献法适用范围非常广。

(5) 具有较强的理论基础:以分子结构特性对宏观性质的影响为理论依据, 结合实验数据, 使基团贡献法具有较好的通用性和外推性。

4 结论与展望

本文研究了Joback法和C-G法对生物柴油体系临界参数估算的能力, 通过对计算结果分析比较, 得出以下结论:

(1) 对于临界温度和临界压力的估算, Joback要比C-G估算的准确。

(2) C-G法对大多数物质的偏心因子的估算是比较精确的, 但是对于含有多个醇羟基的物质, 偏离较大。

(3) 如果C-G法能够把二级集团乃至三级集团考虑进去, 或许能取得更好的预测效果。

(4) 基团贡献法是一种半经验的方法, 每种方法都有不同的适用范围, 如Joback法对含卤代烃结构的化合物估算误差较大, C-G法对三个碳原子以下的物质估算误差较大[6]。

摘要：物性数据是进行化工研究、生产、设计和开发的基石, 但因实验测量难度较大、实验成本较高以及新物质的数量快速增长等问题, 目前物性数据不足仍是普遍存在的情况。本文利用Joback法和C-G法对生物柴油体系的临界参数和偏心因子进行了估算, 估算结果表明:对于临界温度和临界压力的估算, Joback要比C-G估算的准确。C-G法对大多数物质的偏心因子的估算是比较精确的, 但是对于含有多个醇羟基的物质, 偏离较大。

关键词：基团贡献法,生物柴油,物性估算

参考文献

[1]陈永纯.生物柴油体系液液相平衡研究[D].杭州:浙江大学, 2010.

[2]唐正姣, 王存文, 王为国.生物柴油-甲醇-甘油液液相平衡数据的关联与预测[J].化学与生物工程, 2008, 25 (6) :2401-2404.

[3]夏力, 金力强, 李忠杰.估算有机物正常沸点的基团贡献法比较与评价[J].计算机与应用化学, 2007, 24 (7) :358-365.

[4]安部田年男.超臨界アルコール法によるバイオディーゼル生成プロセスにおける高温高圧気液平衡の測定と推算[D].日本福冈:九州大学, 2009.

[5]Poling B E, Prausnitz J M, O'Connell J P.The Properties of Gases and Liquids.5thed.New York:McGraw-Hill, 2001.

超临界参数篇8

1 玉溪市冰雹灾害情况

选取雹灾记录较为完整的2002—2011年资料进行统计分析。2002年受灾面积18 049.67 hm2,2003年受灾面积5 530.07 hm2,2004年受灾面积6 202.20 hm2,2005年受灾面积2 339.40 hm2,2006年受灾面积4 500.67 hm2,2007年受灾面积5 616.20 hm2,2008年受灾面积2 715.80 hm2,2009年受灾面积5 523.27 hm2,2010年受灾面积1 664.27 hm2,2011年受灾面积5 988.33 hm2(图1)。2002—2011年,红塔区雹灾的总受灾面积为4 538.07 hm2,易门县为5 547.87 hm2,元江县为672.73 hm2,新平县为10 098.47 hm2,华宁县为7 513.60hm2,江川县为8 956.53 hm2,澄江县为8 600.33 hm2,通海县为5 609.33 hm2,峨山县为6 592.87 hm2(图2)。玉溪全市雹灾受灾总面积为58 129.80 hm2,平均每年5 812.98 hm2。

2 玉溪市冰雹灾害发生规律

2.1 冰雹云形成条件

2.1.1 地形。

玉溪市境内山脉、沟壑、河流、湖泊纵横交错,地形极其复杂,地势西北高,东南低,海拔落差大,山区面积占全市总面积的90.6%。由于山地的地形抬升作用,造成气流的强烈上升运动;地面冷热变化激烈,也容易造成局地的强对流生成;河流、湖泊又给对流提供了充足的水汽条件,各种因素都造成玉溪市境内的雹灾频发[1]。据2002—2011年玉溪市各县(区)的雹灾次数统计(图3),易门、新平、江川、峨山县的雹灾次数相对较多,其中易门、新平、峨山县都属于玉溪市西部的山地县,江川境内地势虽然相对平坦,但大面积的湖泊却给对流提供了充足水汽。元江县虽亦属于山地县,但境内干旱少雨,部分地区气候炎热,难形成局地对流,仅因外部系统影响边境山区,形成小范围的降雹。

注:均为不完全统计数据。

2.1.2 系统天气。

该市主要受副热带高压外围气流和“两高”间辐合区控制影响,此天气背景为形成强对流提供了充足水汽[1]。同时,局地在温度水汽条件适合的情况下形成局地强对流。外来系统与局地对流结合,极易产生降雹。

2.2 雹灾发生特征

2.2.1 地理分布特征。

研究表明,玉溪市雹灾的地理分布特征为西部多于东部,山区总体多于湖泊、河谷,湖泊、河谷多于平原及盆地,天气系统的背风坡又多于迎风坡。

2.2.2 时空分布特征。

2002—2011年玉溪市雹灾发生时段主要集中在15:00—18:00,其次是18:00—21:00,再者为12:00—15:00。雹灾发生次数最少时段为3:00—6:00(表1)。由对流触发条件可知,日出后,太阳辐射使地面及近地层空气逐渐升温,随时间推移,太阳高度角升高,地面接收的太阳辐射能量增大,被地表增温的气层逐渐增厚,气层不稳定度增大,若气层中有充足水汽,地面空气稍有扰动,利于产生强对流天气[2]。

3 玉溪市降雹临界参数研究

经过多年的研究已了解冰雹灾害基本的发生规律,包括发生降雹的原因、降雹的地理特征、时段分布等。这些为科学开展防雹作业提供重要依据。随着防雹工作的开展,虽然各县(区)气象局指挥人员的指挥水平有很大提高,但仍然存在乱指挥、瞎指挥情况。因此,对降雹临界参数的研究,不仅有助于气象工作者掌握和了解冰雹一些深层次的特点,而且有助于提高作业的有效性和准确性[3,4,5]。

目前,监测冰雹云系统的发展主要依靠多普勒雷达。多年来,众多的人影工作者对回波的发展和发生冰雹的临界参数进行分析和研究,然而截至目前,由于人影工作极其复杂,始终没有准确地揭示回波发展和降雹时的一些规律和参数,也由此决定该研究是一项长期而又艰苦的工作。

3.1 研究方法

3.1.1 研究对象。

首先,确定选择0.5°基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量作为研究对象。基本反射率能较准确地反映回波所在的位置和强度,这是雷达回波图的基本信息。有了位置和强度dBz值,不知道回波的高度,对于防雹指挥也是不够的,因为回波的强度强并不代表高度高,一般只有当回波高度高于0°层,才有下冰雹的可能。因此,回波顶高、强回波顶高也是需要研究的项目。笔者所选取的回波顶高和强回波顶高的阀值分别为3、35 dBz,只有高于该阀值的回波才能被显示并记录参数。由于天空中的云系通常都有很多层,回波顶高往往并不能完全反映对流云的高度。相反,高于35 dBz的强回波顶高却能更好地反映强回波的高度情况。垂直液态含水量表示云底上部单位面积上悬挂的可降水质量,对强回波有较好的识别作用。

3.1.2 选取降雹个例。

目前,选取玉溪市2008年25次降雹、2009年22次降雹、2010年21次降雹及2011年以来的36次降雹(截至2011年9月9日)情况,分析降雹时的临界值。同时分析随机选取20次未降雹的个例,以作对比。

3.1.3 研究方式。

按照县(区)气象局提供的2008—2011年降冰雹的时间、地点,对应多普勒雷达图分析在当时当地降冰雹时间时的基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量,并分别记录。对未降雹的个例,跟踪整个回波发展过程。特别记录下回波发展到最强时刻或者各项参数达到有降雹可能(实际未降雹)的时刻前后的几个时间点的基本反射率、回波顶高、强回波顶高和垂直液态含水量。

3.2 分析结果

2008—2011年共计104次降雹过程中,基本反射率≥50 dBz的有91次;45～50 dBz的有13次。回波顶高≥10 km的有96次;7～10 km的有8次。强回波顶高≥7 km的有84次;6～7 km的有13次;6 km以下的有7次。垂直液态含水量≥40 kg/m2的有92次;30～40 kg/m2的有9次;30 kg/m2以下的有3次(表2)。

在20次未降雹的个例中,所有回波发展到最强时刻时,基本反射率、回波顶高、强回波顶高、垂直液态含水量均分别达到45 dBz、9 km、6 km、40 kg/m2以上。其中12次回波在发展过程中虽然也存在不断发展又减弱的过程,但其发展却较为缓慢或者无明显快速跃升。另外8次有明显的快速跃升,但有4次经过县(区)气象局的防雹作业,出现快速的减弱现象,未出现降雹;剩余4次未能找到无降雹的原因。

4 结语

(1)基本反射率在50 dBz以上都可能产生冰雹。分析中也多次出现基本反射率在50 dBz以上却没有降雹,少数未达到50 dBz却发生降雹。因此,基本反射率对降雹的指示作用并不太强,但在位置上看得很清楚。

(2)回波顶高无法得到一个具体的临界数据。这可能由于回波顶高所记录的是某一位置所有回波反射率高于3dBz云系的总高度,并非只记录对流云系。因此,其不能真实反映回波发展的高度,但从侧面可反映回波发展的强弱。

(3)强回波顶高对于强对流云回波,在实际指挥中有较强的指示作用,但不是绝对某个高度一定会出现冰雹,一般应与当天的0°层高度作比较。玉溪市的0°层高度一般超过5 km,在指挥中强回波顶高高于这个数值应高度注意。

(次)

(4)垂直液态含水量对对流云回波有很强的指示作用,一般在40 kg/m2以下降雹的可能性较小,而一旦超过这个数值需要特别注意,应考虑进行作业。

(5)单独的强回波顶高和垂直液态含水量不应作为是否降雹的指标。任何时候都必须把二者结合起来,二者结合的指示性比单独情况要更好。

(6)回波产生降雹还有一个条件是发展过程中必须存在明显地快速跃升。也存在少数情况各项条件均满足却未产生降雹,也难以找到不降雹原因,至少是时间要求较高的情况下难以找到不降雹原因。

(7)临界参数仅作参考,由于防雹工作的复杂性在实际运用中忌生搬硬套。加强雷达观测必须与各作业点对冰雹云宏观观测情况密切配合,相互订正,确保指挥的准确性[6]。

参考文献

[1]施超,李文祥,解福燕,等.玉溪气象灾害与应对措施[M].北京:气象出版社,2009:2,81.

[2]徐玉貌,刘红年,徐桂玉.大气科学概论[M].南京:南京大学出版社,2000:219.

[3]姜彩莲,李建刚.一次冰雹天气成因及雷达回波分析[J].沙漠与绿洲气象,2010,4(3):38-40.

[4]周虎,陆晓静,赵蔚,等.宁夏“5.16”强对流天气跟踪分析及冰雹预报模型[J].沙漠与绿洲气象,2010,4(3):22-25.

[5]谢向阳,程相儒,李建刚.一次弱对流天气降雹成灾的雷达回波特征分析[J].沙漠与绿洲气象,2008,2(5):32-34.

超临界参数篇9

该机组于2013年1月21日正式投产, 为国产亚临界参数2×600MW空冷燃煤机组。锅炉采用北京巴布科克威尔科克斯有限公司根据英国MITSUI BABCOCK公司技术设计、制造的B&WB-2080/17.5-M型锅炉, 为亚临界参数, 一次中间再热、自然循环、平衡通风、锅炉房紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型汽包锅炉;汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂制造的ZKL600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽轮机;发电机采用哈尔滨电机有限责任公司生产的QFSN-600-2YHG型氢冷发电机, 冷却方式为水、氢、氢。

分散控制系统DCS采用ABB贝利公司的Symphony系统, Symphony系统技术先进, 性能稳定、可靠, 是90年代末期推出的面向21世纪的具有世界领先水平的大型电站机组控制系统, 其控制软件采用面向用户的图形语言。该系统分散化的子系统可以灵活地构成功能强大的整体, 满足电厂DCS系统控制和管理需求, 其硬件可靠, 应用软件运行稳定可靠。系统采用了先进网络通讯技术、计算机技术、过程控制技术以及CRT显示技术, 采用了先进的控制功能分散、操作管理集中的控制方式, 具有便于设计、维护和操作使用等特点。

2 控制系统结构与功能

Symphony系统为机、炉、电集中控制, 机组采用分散控制系统DCS进行控制。以CRT为主要监视、操作手段。DCS控制系统覆盖范围主要构成部分有工程师站、操作员站、历史站、控制器柜、继电器柜、网络通讯和网络打印机等。

2.1 工程师站

Composer为Symphony企业管理控制系统的组态及维护提供一个集成的开发环境, 它提供了建立与维护控制系统组态所需的必要功能:控制策略图形化的开发功能;公用数据库的开发与维护功能;系统资源库的管理功能;系统的故障诊断与维护功能;人系统接口的离线组态功能等。能实现创建工程、组态, 以及进行各种系统管理工作。工程师站是系统管理的核心, 但是生产过程的控制并不依赖于工程师站, 在系统正确部署后, 操作员站、PCU、历史站等各功能站都可以正常运行, 无需工程师站。

2.2 历史站

历史站采用例外报告技术进行数据的采集和备份, 以及整个工程的数据预览和回放, 包括模拟量、开关量和GP点的实时数据, 报警信息, SOE的精确记录, 操作记录查询等, 并将其存储在硬盘中。历史站作为电厂运行数据的存储器, 可为整个电厂生产设备的运行情况提供所有必要的检索服务, 其中包括历史趋势的曲线、报警状态记忆、历史报表打印、操作记录查询、SOE查询等功能, 可以用来进行事故追忆和事故分析, 同时历史站也可以兼具操作员站、工程师站、制表站等功能。

2.3 操作员站

操作员站能够以生产画面、工艺曲线、数据表格等方式为操作员提供可以监视的实时数据, 操作人员可对生产设备进行实时操作。一个系统中可以有多台操作员站, 各操作员站之间相互独立, 互不干扰。操作员站最主要的功能是让操作员对就地设备进行监控、操作;对生产过程进行监视、调节;为运行工程师、生产工程师、维护工程师提供原始信息, 用于分析、优化与指导。所以以下内容为PGP的最基本功能:采集由控制系统送来的现场模拟量和数字量信号;在数据库中存储数值与状态;存储当前和历史过程量及计算量;显示过程画面, 打印报表;对被控设备发出指令;获取用于显示和存档的数据。在生产过程中, 操作员通过操作员站实现对生产过程的实时监控。

2.4 过程控制站

Symphony系统的现场控制单元HCU是控制网络上的一个专门节点。经过配置满足各种I/O信号;完成现场所需的各种控制功能;将采集的数据进行处理形成所需的信包, 并向整个系统提供I/数据;通过标准接口实现与其它控制设备或第三方计算机的连接。整个控制单元由以下结构组成, 机械安装结构:机柜、模件安装单元、现场端子盘。数据通信结构:控制通道、I/O扩展总线。过程控制结构:通信模件、控制器、I/O子模件。现场连接结构:端子单元、预制电缆。模件电源系统:模件电源系统MPSII/MPSIII。

通过以上的结构配置, 它实现了就地设备分散、管理控制集中的DCS控制策略, 是整个DCS控制的核心设备, 为电厂整个设备控制完成了采集, 运算, 控制, 操作, 记忆等功能, 其本身具备控制器和通信网线的双冗余功能, HCU是控制网络上的一个专门节点, 其好坏不影响整个网络对其他设备的控制。因此通过合理有效地分配控制器, 可以尽量地避免因一个HCU的故障而引起多个设备的失控。

2.5 网络通讯

Symphony系统整个网络采用环状网络, 如图1所示, 分为中心环 (公用) 和子环 (单元) , 其参数为10Mbaud、250个节点、同轴电缆, 节点距离1 000-2 000m, 连接处理器的串行总线为1Mbaud, 对等通讯可带32个处理器。同时采用双网双冗余配置提高了系统运行的可靠性, 所有的设备作为独立的整体挂于环网中。采用存储转发的通信方式, 每一节点通过相应传输介质, 与另外两个相邻的节点相连接, 最后形成一个闭合的环形网络结构。数据报告将环绕网络的所有节点依次传递, 从信息源节点开始至目的节点, 再由目的节点回到原发出信息报告的节点止。因此具有数据传输等待的时间短、响应快, 数据通信的流通结构并行性好, 数据传输的环境抗干扰能力强等优点。

3 控制系统调试

3.1 顺序控制系统调试

顺序控制系统SCS是DCS控制系统的重要组成部分, 担负着全厂各辅机及执行机构 (不包括调节执行机构) 的控制任务, 使其按照系统的工艺要求顺序启停、连锁动作和保护动作, SCS系统所有设备的操作均可在操作员站上完成。通过试验检验顺控逻辑的正确性, 发现系统存在的缺陷与不足, 及时修改不合理的逻辑, 减轻运行人员的操作量, 避免运行人员的错误操作, 使顺控系统能够正确投入。试验包括3个内容。第一是联锁试验:在操作员站上手动启动一次设备或系统, 然后使备用一次设备或系统处于备用状态或联锁状态。模拟某一联锁条件, 使上述设备或系统自动启动。其结果应符合热力系统的要求和预想的结果。要求对所有联锁条件都进行静态检查。第二是保护试验:在操作员站上手动启动一次设备或系统, 模拟某一保护条件 (或称跳闸条件) , 使上述设备或系统迅速停止或切除。要求对所有保护条件都进行检查。第三是功能组试验:先操作试验子功能组, 待所有子功能组操作试验完毕后, 操作试验总功能组。在操作员站上按下某一个功能组的启动/停止按钮, 则辅机系统内的所有一次设备将按照控制程序步序动作。