PAGEPAGE閥門的設置一般設置規定概述本規定適用于化工工藝系統專業。所提及的閥門不包括安全閥、蒸汽疏水閥、取樣閥和減壓閥等，但包括限流孔板、盲板等與閥門有類似作用的管件的設置，以切斷閥作為這些閥件的總稱。切斷閥的作用是用來隔斷流體或使流體改變流向，要根據生產(包括正常生產、開停工及特殊工況)、維修和安全的要求而設置，同時也要考慮經濟上的合理性。閥門設置和選擇合適類別(不是型號)。閥門是工藝系統專業人員在編制PI圖時的一項重要工作，本規定所述的內容考慮了生產和安全的一般要求。系統專業在參照本規定進行工程設計時，應結合該工程項目的具體情況、當地氣象條件、廠際協作關系、裝置操作要求、流體特性、用戶的特殊要求及經濟性等進行取舍。工程設計中的閥門類別選用選用時須考慮的因素選擇閥門是根據操作和安全及經濟的合理性，綜合平衡比較的經驗結果。在選擇閥門之前必須提出下述原始條件：物性(1)物料狀態a．氣體物料的物料狀態包括有關物性數據，純氣體還是混合物，是否有液滴或固體微粒，是否有易凝結的成份。b．液體物料的物料狀態包括：有關物性數據，純組份或混合物是否含易揮發組份或溶解有氣體(壓力降低時可析出形成二相流)，是否含固體懸浮物，以及液體的粘稠度、凝固點或傾點等。(2)其它性質；包括腐蝕性、毒性、對閥門結構材料的溶解性，是否易燃易爆等性能。這些性能有時不只影響材質，還會引起結構上的特殊要求，或需要提高管道等級。操作狀態下的工作條件(1)按正常工作條件下的溫度和壓力，還需結合開停工或再生時的工作條件。a．泵出口閥應考慮泵的最大關閉壓力等。b．當系統再生韞度高出正常溫度很多，而壓力卻有所降低，對這種類型的系統，要考慮溫度和壓力綜合的影響。c．操作的連續程度：即閥門開閉的頻率，也影響到對耐磨損程度的要求，開關較頻繁的系統，應考慮是否安裝雙閥。(2)系統允許的壓力降a．系統允許壓力降較小，或允許壓力降不小但不需要進行流量調節時，則應選用壓力降較小的閥型如閘閥、直通的球閥等。b．需要調節流量，則應選擇調節性能較好，具有一定壓力降的閥型(壓力降占整個管道壓力降的比例與調節的靈敏度有關)。(3)閥門所處的環境：在寒冷地區的室外，特別是對化學物料，閥體材質一般不可用鑄鐵而應選用鑄鋼(或不銹鋼)。閥門功能(1)切斷：幾乎所有的閥門都具有切斷功能。單純用于切斷而不需調節流量則可選用閘閥，球閥等，要求迅速切斷時，則以旋塞、球閥、蝶閥等較為適宜。截止閥則既可調節流量又可切斷。蝶閥也可適于大流量的調節。(2)改變流向：選用兩通(通道為L形)或三通(通道為了形)球閥或旋塞，可以迅速改變物料流向，且由于一個閥門起到兩個以上直通閥門的作用，可簡化操作，使切換準確無誤，并能減少所占空間。(3)調控：截止閥、柱塞閥可滿足一般的流量調節，針形閥可用于微量的細調；在較大流量范圍進行穩定(壓力、流量)的調節，則以節流閥為宜。(4)止回：需防止物料倒流時可選用止回閥。(5)不同生產過程可以選擇有附加功能的閥門，如有帶夾套、帶排凈口和帶旁路的閥門，有用于防止固體微粒沉降的帶吹氣口閥門等。開關閥門的動力：就地操作的閥門絕大多數用手輪，對與操作帶有一定距離的，可采用鏈輪或加長桿。一些大口徑的閥門因啟動力矩過大在閥門設計時已帶有電機。在防爆區內要采用相應等級的防爆電機。遙控閥門：采取的動力種類有氣動、液壓、電動等，其中電動又可分為電磁閥與電機帶動的閥。應根據需要和所能提供的能源來選擇。各種類型閥門的特點及適用范圍閘閥(1)流體流經閘閥時不改變流向，當閘閥全開時阻力系數幾乎是所有閥門中最小的，而且適用的口徑范圍、壓力溫度范圍都很寬。與同口徑的截止閥相比，其安裝尺寸較小，因而是化工生產裝置中用得最多的一種類型。(2)閘閥手柄分明桿、暗桿兩種：明桿閘閥用于兩套以上相同設備的交替切換時，特別有利，其明桿可明顯標示出閥門的開關情況。(3)當閘閥半開時，閥芯易產生振動，所以閘閥只適用于全開或全閉的情況，不適于需要調節流量的場合。(4)閘閥閥體內有刻槽，所以不適用于含固體微粒的流體。近年來有帶吹氣口的閘閥可適用于這種情況。截止閥(1)截止閥是化工裝置廣泛應用的閥型。它的密封性能可靠，也適于調節流量，一般多裝在泵出口、調節閥旁路流量計上游等需調節流量之處。(2)流體流經閥芯時改變流向，因而壓力降大，同時易在閥座上沉積固形物，故不適用于懸浮液。(3)截止閥與同口徑的閘閥相比，體積較大，因而限制了它的最大口徑(最大DNl50～200)。(4)Y型截止閥和角式截止閥與普通直通閥相比，壓力降較小，且角式閥兼有改變流向功能。(5)針形閥也是截止閥的一種，其閥芯為錐形，可用于小流量微調或用作取樣閥。旋塞、柱塞閥、球閥(1)三者功能相似，都是可以迅速啟閉的閥門。閥芯有橫向開孔，液體直流通過，壓力降小，適用于懸浮液或粘稠液。閥芯又可作成上形或丁形通道而成為三通、四通閥。外形規整，易于作成夾套閥用于需保溫的情況，這幾類閥可較方便地制成氣動或電動閥進行遙控。(2)三者的不同在于柱塞閥，球閥的工作壓力略高。蝶閥有一定的調節功能，特別適用于大流量調節，使用溫度受密封材料的限制。止回閥(1)止回閥是用以防止流體逆向流動的閥。一般用于防止由于流體倒流造成的污染、溫升或機械損壞。(2)常用的有旋啟式、升降式和球式三類。旋啟式直徑比后兩種較大，可安裝在水平管或垂直管上，安裝在垂直管上時流體應自下而上流動。升降式和球式口徑較小，且只能安裝在水平管路上。(3)止回閥只能用以防止突然倒流但密封性能欠佳，因此對嚴格禁止混合的物料，還應采取其它措施。(4)離心泵進口為吸上狀態時，為保持泵內液體在進口管端裝設的底閥也是一種止回閥。當容器為敞口時，底閥可帶濾網。隔膜閥及管夾閥這兩種閥在使用時，流體只與隔膜或軟管接觸而不觸及閥體其它部位，特別適用于腐蝕性流體或粘稠液、懸浮液等。但使用范圍受隔膜或軟管的材質所限。邊界處閥門設置工藝物料和公用物料管道在裝置邊界處(通常在裝置界區內側)應設切斷閥，下列幾種情況例外：(1)排氣系統。(2)緊急排放槽設于邊界外時的泄放管；這兩種情況如必須設閥門時，亦需鉛封開啟(C．S．O)。(3)不會引起串料和事故的物料管。不需計量的物料管。圖1.2邊界處閥門設置邊界處閥門設置見圖1.2所示的幾種方式。其中(1)適用于一般物料的切斷；當串料可能引起爆炸、著火等安全事故或重要產品質量事故的地方，為防止閥門內漏，采用圖1.2中(2)、(4)、(5)加盲板；圖1.2中(3)和(5)適于送料后需向上游或下游掃線的情況，閥a可兼作吹掃、排凈、檢查泄漏之用，也可將檢測計量儀表裝在串聯的兩個閥門之間。圖1.2中(5)適用于壓力變化可能較大之處，止回閥可起瞬間的切斷作用。圖1.2邊界處閥門設置根部閥的設置一種介質需輸送至多個用戶時，為了便于檢修或節能、防凍，除在設備附近裝有切斷閥外，在分支管上緊靠總管處加裝一個切斷閥叫根部閥。通常用于公用物料系統(如蒸汽、壓縮空氣、氮氣等)。當一種工藝物料通向多個用戶時(例如溶劑)，需作同樣設置。圖1.3中所示閥門即為根部閥。在有節能防凍等要求時，根部閥與主管的距離應盡量小。圖1.3根部閥設置示意圖化工裝置內所有的公用物料管道分支管上都應裝根部閥，以免由于個別閥門損壞引起裝置或全廠停車。蒸汽和架空的水管道，即使只通向一個裝置或一臺設備，當支管超過一定長度時也需加根部閥以減少死區，降低能耗，防止凍結。兩臺以上互為備用的用汽設備應根據在生產中的重要程度確定是否分別設分支管根部閥。公用物料分支管的根部閥由管道專業在管道布置設計時設置，工藝系統專業需復核分支是否恰當。并將根部閥表示在公用物料PI圖(分配圖)上。公用物料站(公用工程站)化工裝置內的公用物料站(簡稱公用站)可按覆蓋面積約15m半徑的區域來設置，裝置區外的廠區公用站則按設計需要來設置。各介質的切斷閥規格自DNl5至DN50視裝置特點而定。站上公用物料的閥門、接頭的型號規格可有意地不一致，而各公用站介質排列的順序要一致，這樣可避免緊急情況下接錯介質擴大事故。寒冷地區室外公用站的水管可按下述作法：(1)多層框架：按常規配管設置閥門，在底層地面附近截斷并設快速接頭，用水時從附近水閥門井內引出。若采用固定管道加排凈閥的方式，則排凈閥應設于閥門井內。(2)儲罐區或裝卸站臺等，可與給排水專業協商適當調整閥門井位置，將供水閥門設在閥門井內。(3)與蒸汽管一起保溫。為適應維修時使用風動工具，可將公用站上壓縮空氣管的管徑及切斷閥適當加大，例如由DN25加大為DN50。設備、管道與公用站相匹配的管接頭對小型裝置可與設備管道的排凈放空口共用；對大型裝置，可在設備上設專用的公用物料連接口(U．C)，此連接口和放空閥應分別設在立式設備的下部和上部或臥式設備長度方向的兩端。公用物料管道可能由于工藝流體倒流而遭到污染時，則在公用物料管切斷閥下游設止回閥。塔保持塔頂冷凝器內冷凝的蒸汽壓力盡可能與塔頂壓力相同，應把塔頂管道的壓力降限至最小，除工藝控制的特殊需要外，塔頂至冷凝器的管道上不設置切斷閥。再沸器(包括中間再沸器)與塔體的連接管道，除工藝控制需要或需在裝置運行中清理者外，均不設置切斷閥。熱虹吸式再沸器與塔體的連接管上需裝閥門時，應采用與連接管直徑相同的閘閥。在閥門與再沸器間設8字盲板，同時，再沸器應設各自的排凈閥，見圖1.5-1所示。圖1.5圖1.5—1備用的熱虹吸再沸器工藝側閥門設置圖1.5圖1.5—3強制循環再沸器節流閥設置（其它常規閥門略）圖1.5圖1.5—2一次通過式再沸器閥門設置一次通過式熱虹吸式再沸器應在再沸器物料入口和塔底出料口之間加連通管并設置切斷閥，見圖1.5—2所示，此閥的口徑應至少比塔底出料管大。強制循環的再沸器在再沸器至塔的管道上，靠近塔體處安裝一個節流閥。此閥可用限流孔板代替。但當過量閃蒸不會降低由于強制循環而提高的效率或降低對數平均溫差的情況下可取消此節流閥。見圖1.5—3所示。汽提塔側線出料及蒸氣返回管道除因工藝控制需要外，不設置切斷閥。進料組成可能有變化的塔，應按設計變化幅度增設進料口，各進料口的切斷閥應貼近塔體的進料管口。由于減壓會產生兩相流的物料(液化氣或飽和吸收液)，進料切斷閥亦應盡量接近塔的進料管口。圖1.5—4串聯塔閥門設置示意圖塔板數多、塔身過長而分為兩段串聯的塔頂部至另一塔底的氣相管道上不設置切斷閥。釜液因工藝控制需要而加的切斷閥或控制閥應盡量接近受料塔的管口，見圖1.5圖1.5—4串聯塔閥門設置示意圖換熱器除了控制需要或在裝置運行中需(可)切斷的換熱器，一般在工藝物料側不加切斷閥。換熱器兩側均為工藝流體，則按操作和控制的情況只在一側裝切斷閥。換熱器因生產或維修需設置旁路時，則進出管道及旁路均設切斷閥。通常在下列情況需設旁路：(1)生產周期中某些過程不需傳熱，應切斷換熱器；(2)自動的或人工調節工藝溫度；(3)因維修需臨時切斷換熱器。蒸汽加熱設備(1)加熱蒸汽進口管應設調節性能較好的手動調節閥或自動控制閥。(2)必須在適當位置設不凝氣排放閥，此閥應位于設備上遠離蒸汽進口一側的最高處，如圖1.6所示。圖1.5圖1.5—4串聯塔閥門設置示意圖圖1.6蒸汽加熱設備不凝氣排放閥設置圖1.6蒸汽加熱設備不凝氣排放閥設置(3)用蛇管加熱的情況，采用疏水閥前的檢查閥排除不凝氣，不另設不凝氣排除閥。

水冷卻設備(1)冷卻水在運行中被加熱并釋放出溶解氣，需在換熱設備的適當位置(參見1.6.4規定)設排氣閥。此閥也用于開工時排出設備內氣體，或停工排凈時進氣。(2)每臺設備的進水口以及機泵的各冷卻回路進口均應設各自的切斷閥。當需要調節水量時，此閥應是自控閥或調節性能好的手動閥。(3)自流回水：出水口不設切斷閥。(4)壓力回水：出水口一般均應設切斷閥。只有可同時停用的數臺設備才可在出口共用一個切斷閥。(5)通常在管道的低點設排凈閥。當管道上排凈閥不能排凈設備內的水時，才在設備上加排凈閥。多程列管式換熱器及裝有折流板的換熱器采用在隔板上開淚孔的方式排液。(6)寒冷地區室外的水冷卻器，若需在裝置運行中停工檢修，則應設防凍副線。空冷器空冷器進出口管道上一般不設置切斷閥，但進料是兩相流的情況居多，所以要特別注意每組冷卻管束的壓力降分布，在設計中對進出口管道要采取對稱布置。工藝過程需要隔斷操作或需在運行中維修的空冷器，應在其進出口設切斷閥、排凈閥和放空閥等。容器包括裝置內容器及儲罐兩大類下列情況應裝閥門；(1)有多個進口或出口需更替操作的，在管口處裝閥門。(2)盛裝易燃、有毒、有腐蝕性物料的容器出口的管口處裝閥門，裝置內容器一般裝單閥，中間或全廠罐區的儲罐裝雙閥。應在工程設計中針對特殊情況作出工程規定。(3)最低點設排凈閥，出料管位置應略高于排凈閥。(4)體積小(不設檢修用人孔)或可與系統一起置換的容器以外，均需在容器下部設公用物料接管(U．C)并裝切斷閥，并在容器頂部離公用物料管口較遠的一端設放空閥。(5)對需作惰性氣體保護的容器和儲槽應設自力式控制閥并串接止回閥，參見行業標準《氣封的設置》(PS305-03)。(6)大型錐頂、拱頂常壓儲罐在儲存易揮發物料時應裝呼吸閥。在有條件或放空組分量超出環境保護和衛生標準的場所，采用低溫冷凝系統代替呼吸閥。壓縮機除了從大氣中吸氣的空壓機不裝進口閥外，所有的壓縮機進出口需裝切斷閥。在裝置運行中有可能檢修的壓縮機，還應在進出口內側加8字盲板。并聯的空壓機應各有獨立的吸風口。壓縮機進出口閥門間應有旁通管并設連通閥。(1)往復式壓縮機設置旁通管用以在啟動時保持低負荷啟動，在檢修后的試車時可與系統切斷不致憋壓，同時亦用來保持進口處的正壓，這在操作介質為易燃易爆氣體時特別重要。(2)多級往復式壓縮機的旁通管可逐級連通，這樣除節省能量外還可以在調試過程中調節各級負荷使之均衡運轉。當工藝或安全有需要，可再設一個終段與進口間的旁路。(3)空壓機只需在出口閥上游加一個帶切斷閥的直通大氣的出口。(4)對離心式壓縮機，旁路的通過能力應至少相當于壓縮機喘振點的負荷。壓縮機的輔助系統(1)輔助系統一般包括冷卻水、潤滑油、密封油、沖洗油、放空及排凈等。為充分利用冷卻水，可按溫度要求串聯使用，冷卻水先至后冷器再至汽缸夾套。每一冷卻水回路進口均應設各自的切斷閥，并在出口采取措施：常壓回水出水口要高出回水漏斗的上沿，壓力回水裝視鏡等，以便觀察水流情況。壓力回水的冷卻水出口必須設切斷閥，以便停車檢修。同一臺設備的各出水口可合并后裝一個切斷閥。(2)壓縮機產品資料說明不隨機配帶潤滑油、密封油及沖洗油系統時，應按資料要求配置管道、閥門。對重要部位(例如軸承處的潤滑)必須有獨立的回路。(3)壓縮機各級間分離罐應設各自的排凈閥。當所有的液體排向一根總管時，應核算壓力降，確保總管處壓力低于各級的壓力，并在各段分離液體出口加止回閥。(4)絕不允許液滴進入壓縮機，這對往復式和離心式來說，會立即引起機械損壞；對螺桿式液環式壓縮機損壞不顯著但會影響密封油(液)的質量。所以，在壓縮機進口一定要設置性能良好、能力足夠的分離罐；配管設計要合理并避免將氣體中凝液帶入壓縮機。a．設置管道放凈閥，將管道中凝液、液滴排出。b．限制壓縮機進出管道處的高于壓縮機的垂直直管高度。(5)壓縮機需要置換時，可在吸入分離罐或并聯壓縮機的每臺進出口加公用物料接管，出口應排至安全位置。泵泵按結構形式可分為多種類型，本規定從對配管及閥門設置的角度分為兩大類：即葉片式(包括離心泵、軸流泵和旋渦泵)及容積式(包括往復式和回轉式)。進出口切斷閥(1)每臺泵的進出口均應設切斷閥。(2)泵入口切斷閥應與管道口徑相同。當吸入管道比泵入口大兩級時，可選用比管口大一級的閥門。此時必須驗算各種條件下的有效凈正吸入壓頭。(3)泵出口切斷閥應與管道大小相同。當輸出管徑比泵出口大兩級或兩級以上，則閥可較管徑小一級。止回閥(1)容積式泵在容積式泵(如往復式泵)入口通常有內裝的止回閥，因而不需要在管道上另設止回閥來防止流體倒流。系統專業應對所選用的泵資料進行檢查，如泵制造廠未提供內裝止回閥則應加上此閥。(2)葉片式泵液體的倒流將導致發生下述各種情況時，在泵出口管道上應設止回閥；a.液體溫度升高，比正常輸送溫度高90℃以上。b．輸出流體溫度與壓力綜合情況超過泵殼體的設計條件。c．葉輪會由于倒轉而損壞。d．工藝操作不能容許的各種變化。(3)止回閥大小應與泵出口切斷閥相同。(4)并聯的泵應在每臺泵出口分別裝止回閥。進出口連通閥(1)離心泵通常不設此閥。(2)容積式泵及旋渦泵因在啟動或單臺試車時不允許憋壓，必須在泵的進出口閥門之間設連通閥，見圖1.9(a)所示。圖1.9(a)圖1.9(a)排氣閥(1)離心泵在啟動前需注滿液體，需設排氣閥。大型的臥式離心泵在泵殼體上方設置排氣閥，一般離心泵可在泵出口止回閥和泵之間略高于泵體的位置設此閥，對較小的泵，可用止回閥和切斷閥之間的排凈閥作排氣閥，立式離心泵(包括液下泵)需按產品資料所示結構決定是否設此閥，見圖1.9(b)所示。(2)容積式泵不需設此閥。底閥圖1.9(b)圖1.9(b)低流量保護管道離心泵在流量較低的條件下操作時效率很低，甚至不能運轉，需設低流量保護管道。圖1.9(c)圖1.9(c)(2)泵有可能長期處在額定流量的40％以下操作，應設一帶有孔板式控制閥的旁路或手動閥門。(3)泵長期在低流量下操作，旁路管道應返回泵的上游吸液設備。泵的放空、排凈圖1.9(d)圖1.9(d)從管道上的排凈閥可以將泵內液體排凈時，或所輸送液體是無害(無毒、無腐蝕性、無污染)的，可不在泵體上設排凈閥，反之應按泵產品資料上所給排液孔大小配置排凈閥。暖泵及防凝旁路下列情況的泵應設暖泵及防凝旁路，見圖1.9(e)所示。(1)輸送溫度超過200℃；(2)氣溫可能低于物料的傾點或凝點；圖1.9(e)圖1.9(e)(3)可用在止回閥閥瓣上鉆孔的方式取代此旁路。高壓旁路高揚程的泵其出口切斷閥兩側壓差較大，尺寸較大的閥門閥瓣單向受壓太大不易開啟，需在閥門前后設DN20的旁路，在閥門開啟前先打開旁路使閥門兩側壓力平衡。見圖1.9(f)所示。其它圖1.9(f)圖1.9(f)(2)蒸汽往復泵的蒸汽管道在管道低點設疏水閥，在進口閥和乏汽出口外側均應設排凈閥。泵出口止回閥設置的統一規定泵出口設置止回閥的目的止回閥為一種自動開閉閥門，主要用于防止介質倒流。止回閥內設有閥盤或搖板，在介質順流時，閥盤或搖板即升起打開；在介質倒流時，閥盤或搖板即自動關閉，阻斷介質倒流。對離心式等葉片式液體輸送泵，就是利用止回閥這一特性，在泵出口設置止回閥，用于防止離心泵未啟動時物料倒流或因突然停泵造成的逆流和液擊。泵出口止回閥設置的原則以下幾種情況需設置止回閥(1)泵自身結構上不允許反轉的泵。(2)揚程≥25m的離心泵。(3)工藝上不允許介質倒流回泵吸入側的泵。以下幾種情況可不設止回閥(1)對介質含有固體顆粒、易結晶的輸送泵。(2)吸入側設有底閥的泵。(3)泵自身對反轉無限制，且揚程<25m的離心泵。(4)泵轉動部分設具有飛輪效應部件，如加大大聯軸器、有飛輪部件等。泵出口止回閥的選用止回閥的分類止回閥按其結構形式和安裝方式分類如下：止回閥升降式直通式旋啟式單瓣式雙瓣式多瓣式壓緊式此外，還有—些不適用于泵出口安裝的止回閥，如底閥、彈簧式，Y型等止回閥。止回閥的特性(1)升降式止回閥：其結構與截止閥相似，閥體和閥瓣與截止閥相同。閥瓣上部和閥蓋下部加工有導向套簡，閥瓣導向簡可在閥盞導向簡內自由升降，當介質順流時，閥瓣靠介質推力開啟，當介質停流時，閥瓣靠自垂降落在閥座上，起阻止介質逆流作用。直通式升降止回閥介質進出口通道方向與閥座通道方向垂直；立式升降式止回閥，其介質進出口通道方向與閥座通道方向相同，其流動阻力較直通式小。(2)旋啟式止回閥旋啟式止回閥的閥瓣呈圓盤狀，繞閥座通道的轉軸作旋轉運動，因閥內通道成流線形，流動阻力比升降式止回閥小，適用于低流速和流動不常變化的大口徑場合，但不宜用于脈動流，其密封性能不及升降式。旋啟式止回閥分單瓣式、雙瓣式和多半式三種，這三種形式主要按閥門口徑來分，目的是為了防止介質停止流動或倒流時，減弱水力沖擊。(3)壓緊式止回閥這種閥門是做為鍋爐給水和蒸汽切斷用閥，它具有升降式止回閥和截止閥或角閥的綜合機能。泵出口止回閥的選型一般地，對于泵出口止回閥的選擇，應遵循以下原則；對泵出口管路口徑較小的管路，即DN<50mn時，應選用升降式止回閥。對泵出口管路口徑DN>509n的管路，應選用旋啟式止回閥。防止水力沖擊對止回閥密封面損壞措施止回閥的設置，起到了防止物料倒流，避免泵葉輪遭受液擊的作用。但就止回閥本身而言，設置不當，會造成水擊所產生的閥瓣對閥座的突然撞擊，損及止回閥密封面。因此，應采取以幾點保護措施。1、對于泵出口設置DN>80曲的旋啟式止回閥，應采用水平安裝方式，以減弱閥瓣回座及產生的撞擊。2、對于泵出口止回閥口徑DN≥150的管路，應在止回閥前后設置旁路，防止閥前壓力上升過高，對止回閥密封面造成的損害。3、對泵排出管路起點和終點壓力較高管路，不允許設置旁路的，可采取以下措施。(1)設置安全閥以代替旁路閥。其作用與旁路閥相似。它設置在止回閥出口附近，當水擊使壓力升高時，可將一部分水放出以防止壓力繼續增高造成的損害。(2)設置空氣或惰性氣體緩沖罐。將其設置在止回閥出口附近，當水擊產生時，通過緩沖罐中帶壓氣體被壓縮，以緩和水擊產生的壓力升高。泵出口止回閥的安裝(1)直通式升降式止回閥應安裝在水平管道上；立式升降式止回閥必須安裝在垂直管道上，介質為自下而上流動。(2)旋啟式止回閥一般安裝在水平管道上：對于口徑DN~80mm的止回閥，也可安裝在垂直或向上傾斜的管道上。(3)由于止回閥容易損壞，因此，應靠近泵出口安裝止回閥，在止回閥上部設切斷閥(一般用閘閥或球閥)，以便于檢修。(4)為便于止回閥拆卸前泄壓，對于止回閥本身不帶放凈閥的，應在止回閥與切斷閥之間加裝泄壓用放凈閥。

調節閥旁路設置的統一規定設置旁路的目的和作用調節閥在工藝流程操作中起著非常重要的作用，直接影響工藝參數的調節控制，為了不因調節閥失靈而造成停車或發生安全事故，影響正常生產，因此在條件允許的情況下，調節閥均設旁路。旁路設置位置見示意流程圖：當調節閥檢修停用時，由旁路作調節流量之用。但有下列情況的調節閥，可不設旁路：為減少危險性介質泄漏的地方，如氫氣、酚或氫氟酸管線等。調節閥發生故障或檢修時，不致影響安全和操作的情況。在漿液狀介質的管道內很難引入沖洗液，或在流體不是連續流動的管道內可能會產生沉積物的情況。DN≥80帶手輪的調節閥。驅動備用泵的汽輪機蒸汽管線上的調節閥。旁路閥型式的選用和直徑的確定旁路閥型式的選用鑒于旁路閥有調節流量的作用，故一般選用截止閥，當旁路閥DN>200mm，時可選用閘閥。旁路閥與切斷閥直徑的確定旁路閥直徑的大小，一般都與工藝管道直徑相同；當工藝管道直徑較大，調節閥口徑又小于工藝管道直徑很多時，為了節約投資及手動操作時調節方便，旁路閥的閥徑可以適當選小些，如果工藝流程無特殊要求者，其具體規格可按下表選用；主管DN切斷閥/旁路閥調節閥DN1520254050801001502002503001515/1520/2025/2540/402020/2025/2540/4050/502525/2540/4050/5050/503240/4050/5050/504040/4050/5050/5080/805050/5050/5080/80100/1006580/80100/80100/1008080/80100/80100/100150/150100100/100150/100150/150200/200125150/150200/150200/200150150/150200/150200/200250/300200200/200250/200250/250250250/250300/250300300/300調節閥、切斷閥、旁路閥配制的一般要求調節閥、切斷閥、旁路閥的配制，應視工藝要求、配管位置及各閥門的外形尺寸有關，因此配制有多種方式，除了考慮旁路閥的操作，特別要注意避免應力過多的集中在調節閥的閥體上，這樣有利于調節閥的拆卸檢修和延長調節閥的使用壽命。為此要做到以下兩個方面：為避免調節閥鼓膜受熱及便于就地取下膜頭，膜頭與旁路管外壁凈距應不小于300mm。為避免旁路閥泄漏介質落在調節閥上和便于就地拆卸膜頭，安裝時調節閥與旁路閥應錯開布置。

常開、常閉切斷閥設置的統一規定編制說明閥門是管系的重要組成部分，用于啟閉、節流和保證管系及設備安全運行等。在化工生產操作中，根據工藝要求，閥門或用于切斷或用于調節流量。有的在切斷時必須關得很嚴，一點也不許泄漏。有的則只能在停車或檢修、及在特殊情況下才能關閉。參考有關資料及已完成設計中的體會，現對閥門在工藝操作中的常開、常閉情況做如下規定。規定常開閥(1)安全閥：對于單獨排入大氣的安全閥，應在它的入口處裝一個鉛封、保持經常開啟的切斷閥。對于排入密封系統或用集合管排入大氣的安全閥，則應在它的入口和出口各裝一個鉛封、保持經常開啟的切斷閥。如圖1。圖1(2)在化工生產中，蒸汽管道與工藝管系的聯接，在聯接處要設止回閥或雙閥，以防止工藝物料倒入蒸汽管；在雙閥問設檢查閥。正常運轉時切斷閥的常開、常閉見如圖2。圖2圖2

(3)泵的管線a、泵的保護管線上閥門(暖泵線、小流量線、防凝線)。常開切斷閥示意圖見圖3。圖3b、熱備用自啟動泵的進、出口切斷閥為常開。c、補液泵的進、出口切斷閥為常開(當補液泵為常開，溶液流量有儀表自動調節)。(4)儀表自動調節閥、流量計、減壓閥等前后切斷閥為常開。(5)壓力表和壓力容器之間，應裝設切斷閥。切斷閥為常開。(6)壓縮可燃易爆的氫氣、石油氣、天然氣的壓縮機，在開停工時要用惰性氣體或氮氣置換，因此應有氮氣或惰性氣體置換管線，置換氣管線入口的切斷閥和排空管出口的切斷閥在正常操作時為常閉，而且應是不允許有任何泄漏。示意圖見圖4。圖4圖4(7)消防水系統：為了使消防水管內的壓力維持在5．6X10PaG范圍內，可用工廠生產水或工廠循環水對消防水系統進行加壓。由生產用水或循環水干管引出一個接往消防水管的支管，并在支管上設切斷閥和止回閥。切斷閥為常開，以維持消防水管內的壓力。(8)換熱譬如與壓力容器相連，換熱管線上的切斷閥只有在維修時才關閉。如泵出口閥門關閉時的壓力有可能超過換熱器設計壓力的110％，管線上設有安全閥時，管線上的切斷閥必須鉛封，保持在開啟狀態。(9)火炬系統：當火炬系統中安全閥出口的排放管必須低于火炬總管時，排放管應在靠近安全閥出口處設排液閥。人工操作的排液閥必須設在便于操作的地面或平臺上。如“盲腸”位于妨礙通過梯子和平臺去操作排液閥的地點，則應設置兩個閥。一個靠近“盲腸”處，這個閥是常開的，另一個閥裝在排液漏斗處，是一個操作閥。(10)取樣閥的設置，一般為雙閥或三閥。緊靠工藝主管或設備的切斷閥，在正常情況下為常開，只有在取樣系統出現故障時才作為切斷用。(11)為了增加儀表壓縮空氣系統的可靠性，現代工廠設計中常對雜用壓縮空氣和儀表壓縮空氣一樣進行干燥處理，但分配系統是分開的。這樣儀表壓縮空氣系統發生故障時，可以用雜用壓縮空氣替代儀表壓縮空氣。分配管系中切斷閥的常開、常閉見圖5。圖5圖5常閉閥(1)排放閥，管路最高點應設放氣閥；最低點應設排凈閥；在停車后可能積聚液體的部位也應設排凈閥；泵出口管垂直向上時，在止回閥上方設放凈閥；設備底部放凈閥……。所有的放氣(空)閥，一般只有在開、停車及特殊情況下需排放時才開啟。(2)旁路閥：旁路閥是在自動調節閥停用時，手動操作以進行流量調節用的。一般設置在自動調節回路，減壓閥閥組等。在自動調節閥正常運行時，旁路閥應關閉。(3)加熱爐滅火蒸汽管線上滅火蒸汽閥僅在緊急事故時才開。正常時關閉。(4)對液化石油氣、芳烴等管道的吹掃，吹掃接管采用雙閥，只在開停工需吹掃時才打開，為常閉閥。所以在化工廠各個操作系統中，切斷閥常開和常閉在生產操作時很重要，它直接影響到安全生產，工人的人身安全。在系統中，閥門的常開和常閉常常是共存的，所以只能對系統中的小單元里面規定哪些是常開的，而有些卻必須常閉，因而在“1、常開”中有常閉的出現，在“1、常開”中出現的常閉閥，在“2、常閉”閥中就不再規定。在閥門的常開和常閉中，鎖和鉛封是經常用到的。對平時不需啟閉，只在開停車或事故處理時才使用的閥門，為了避免誤操作，平時要用鎖鎖住或加鉛封封住。一般按計劃控制的開、停車用閥門，要用鎖鎖住；而事故處理時使用的閥則應采用鉛封封住，以免因找鑰匙而耽誤事故處理的時機。化工操作單元復雜、多變。以上的各條規定是不能把所有的情況都給予羅列，難免有遺漏。我們在工藝流程中切斷閥的常開和常閉要綜合考慮系統的要求和操作中可能遇到的情況。圖中符號說明：N.0常開N.C常閉C.S.O鉛封開RO限流孔板

調節閥氣開氣閉選用統一規定概述在化工生產中，為了保證產品的質量和數量，應使工藝過程在一定條件(如：溫度、壓力、流量等)的控制下進行。因此，我們必須對生產過程進行適當的調節，以使各種參數每時每刻都保持在工藝所要求的規定數值上。對工藝過程的調節，有手動(或叫“人工”)調節和自動調節(或叫“自動控制”)兩種。所謂“自動調節”，就是一種被稱為“自動調節器”的裝置，來代替人去完成上述調節工作。這時，溫度時(熱電偶)或流量計測量得到的信號，除送到二次儀表進行顯示外，同時還送入調節器。在調節器內，測量結果自動地和工藝所要求的給定值進行比較，調節器再根據側量值和給定值的差(叫偏差信號)發出控制信號(如氣信號或電信號)，并送到調節閥上，使閥門作相應的變化(開大或關小)，以完成上述調節工作。氣開氣關的定義(即自控專業用語與空氣氣源的關系)。對氣開氣關的定義，工藝專業和自控專業是一致的。氣開就是接通氣源開，氣關就是接通氣源關。如圖1及圖2。圖2圖1圖2圖1在(a)圖中當信號壓力增加時，閥桿帶著閥芯下移，是關小閥門開度的，就叫氣關式薄膜調節閥。如果把閥芯的位置倒裝，如圖(b)所示，則信號壓力增壓，閥桿帶著閥芯下移時，就開大閥門開度；這時叫氣開式薄膜調節閥。化工生產中的安全聯鎖保護系統安全保護系統一般為氣動自保系統。氣動自保系統的啟動，即自動發出氣潭中斷信號(與氣原故障同)。在化工生產過程中，聯鎖裝置是自動監視并實現自動操作的一種重要措施。當某墊工藝參數或運動狀態發生異常情況時，以燈光和音響引起操作人員的注意或使生產過程自動處于安全狀態，這是確保產品質量及設備和人身安全所必須的。安全聯鎖系統的執行一般分兩步，第一步是聲光報警，如能及時處理，則異常情況消除。當某些工藝參數或動動狀態發生異常而又沒能及時處理，如進一步惡化，將可能造成更大的事故。這時就要執行第二步：自動啟動安全保護系統。除了工藝參數或運動狀態超出正常范圍啟動安全保護系統外，突發性的意外事故發生時也應啟動安全保護系統。調節閥氣開、氣關的選擇氣動調節閥有氣開(有信號壓力時閥開)和氣關(有信號壓力時閥關)兩種。調節閥的氣開和氣關主要根據工藝裝置的安全要求決定。一般原則是在調節閥氣源中斷時，應切斷進入裝置和設備的原料、熱源，停止向裝置外輸出產品的情況下，采用氣開調節閥。對于塔和容器的液位抽出調節閥也應選用氣開調節閥。塔和容器壓力的調節閥如裝在馳放端，則應選用氣關調節閥，塔的回流調節閥應選用氣關調節閥。以上僅是一般原則，在設計時還應根據裝置全部情況予以考慮，以使所有的調節閥在裝置氣源中斷時動作即保證安全又協調。對于一些特殊情況也可以考慮在氣源中斷時使調節閥保持原位。例如在高壓作業中，不希望使高壓介質突然的切斷或全部放空，在這種情況下調節閥應保持原位。下面舉幾個實例：1、反應器一再生器差壓控制反應器與再生器的差壓是反應一再生系統內催化劑的正常流化和安全生產的重要參數。在正常情況下，應使再生器壓力等于或稍低于反應器壓力。如果再生器壓力高于反應器壓力，就有可能使空氣進入反應器而發生爆炸。因此；除了裝在再生器頂部很靈敏的雙滑閥來控制兩器的壓差外，還應裝一套自動保護系統。如圖1：再生器頂部調節閥應選氣關式的。事故時，調節閥氣源中斷，再生器頂部放空閥自動打開。2、可燃氣體壓縮機超壓緊急放火炬自保系統。圖1當壓縮機入口氣體壓力超過安全范圍，或發生突發性事故，氣源中斷，放火炬系統的控制閥自動打開。此閥門必須造氣關式的。圖13、聚合釜的自動調節有不少聚合釜反應是需要在一定溫度下進行的，如果進料溫度太低，那么在開車時需要外溫加熱，而在正常進行時，遇到溫度偏低時需要加熱，溫度偏離時需要冷卻。為此，可能有必要同時聯接拎熱兩種載熱體。見圖2：圖2這時，加熱介質管線上的調節閥為氣開式的，冷卻介質管線上的調節閥為氣關式的。事故時，熱介質切斷，冷介質打開。圖24、關于鍋爐供水調節閥氣開、氣閉型的選用。關于供水調節閥氣開、氣閉型的選用問題，一般講還是從安全角度考慮的。如果高壓蒸汽是供給蒸汽透平壓縮機等重要負荷，那么為保護這些設備以選擇氣開閥為宜。如果蒸汽負荷作為加熱及工藝物料用，為在氣源發生故障的情況下保護鍋爐以采用氣關式為宜。

雙閥設置的規定雙閥的作用在石油、化工生產中，所處理的工藝介質為易燃易爆有毒的生產裝置，高壓生產裝置，某些間歇生產裝置，在一定的生產條件下設置雙閥，以確保生產能夠安全、連續、穩定的運行。雙閥的設置處理烴類、有毒氣體及有害化學藥劑的設備，其操作壓力或溫度超過表1—1，所列數值時，與該設備連接的管線應用雙閥。表1—1應用雙閥的溫度、壓力條件介質名稱溫度℃壓力MPa(G)重烴類(燈油、潤滑油、瀝青)2042.11蒸汽壓低于1.05X105PaG閃點低于37，8℃的烴類(粗汽油)1771.93蒸汽壓高于1.05X105PaG，低于4.57X106PaG的烴類(丁烷，輕質粗汽油等)1491.76雷特蒸汽壓高于4.57X105PaG的烴類(丙烷等)1211.76氫氣、液化石油氣－任何可燃氣體1212.46有毒氣體及有害化學藥劑(酸、堿等)－0.352在裝置運行中需要切斷清掃或檢修的設備要設雙閥。直徑大于250mm的鋼閥及直徑大于150mm的合金鋼由于價格較高，應作特殊考慮。在工廠中，整個裝置或單元可以通過旁通管而停工，除預計需要經常清掃或檢修的設備外，其他設備不需安裝雙閥。當使用單閥把設備從操作中隔開時，應在閥與設備之間設一放凈閥。當使用雙閥時，在兩閥之間裝一檢查閥。(DBD，DoubleblockPlusDrain)。所有的主要泵，如進料泵、回流泵、加熱爐進料泵及塔底抽出泵等，具備上述使用條件時應安裝雙閥。對側線泵、中間冷卻泵等非主要泵，不論溫度，壓力的高低都不設雙閥。經驗證明，由于有鹽沉積、嚴重結垢、腐蝕及其它原因可能發生故障的換熱器，在符合上述條件時，可使用雙閥。調節閥的旁通，不用雙閥。只有估計有嚴重腐蝕或結垢或由于其它原因可能發生故障或需長時間用旁通閥進行手動調節時，才可用雙閥(串聯安裝)。氫氣管線上所有的切斷，包括壓力表閥門及取樣閥都應采用雙閥。液態丁烷和更輕的烴類，其取樣和放凈都要采用雙閥。液氯貯槽上所有管線應采用雙閥。在某些間斷的化工生產中，當反應進行時如果再漏進某種介質，有可能引起爆炸、著火或嚴重的質量事故，則應在該介質的管路上設置雙閥，并在兩閥間的連接管上設放空閥，如圖1—1所示。在生產中閥1均關閉，閥2打開。當上一次生產完畢，準備下一次生產進料時，關閉閥2打開閥1。在工業鍋爐(蒸發量≥1t/h，或工作壓力≥0.7MPa)的排污管上一般應設置雙閥，如圖1—2所示。鍋爐采用間斷排污時，每叫、時開關3～4次，閥門在壓力溫度的作用下啟閉頻繁，容易泄漏，而該閥泄漏嚴重時會造成鍋爐停車，因此設置雙閥以保證鍋爐能長期正常運行。在高壓管道設計中，必須設置閥門時，無論其管徑大小，一般均需設置雙閥，以防止介質泄漏；雙閥的安裝宜緊密相連，以減少管件又便于操作。如系角式閥，其手輪方向和標高應符合操作與檢修的要求。角式閥或底進側出或側進底出，應注意安裝方向。其安裝方法如圖1－3所示。但應注意，高壓系統內部的旁路閥設單閥。工藝系統管線同公用工程管道相連接需設置雙閥，并在兩閥間加一排凈閥。取樣閥開關比較頻繁，容易損壞，因此取樣管上一般裝設兩個閥。一個做為切斷閥，一個用于取樣。大直徑的管道(如原油管道)不易吹掃干凈，應加低點排液管，并加雙閥或單閥后加盲板。塔和容器的排液管，作為正常操作用時，應加雙閥。危險性物料放凈時，要設雙閥。

電化學技術在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進社會經濟的發展而不停地進行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經濟發展的歷史和現狀來看,能源問題已成為社會經濟發展中一個具有戰略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個國家國民經濟發展和人民生活水平的重要標志,能源問題對社會經濟發展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規能源和新能源兩大類.常規能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質能,核能,風能,地熱能,海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質能,風能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會發展的重要物質基礎,是國民經濟發展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲量不多.據2002年世界探明的化石能源的儲量和使用量統計,世界上煤,石油和天然氣的儲采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴峻,據2002年統計,中國煤,石油和天然氣的儲采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時間能使用化石能源.隨著我國經濟的持續高速增長,對能源的需求也持續攀升.我國一次能源消費總量從1978年的5.3億噸標準煤,上升到2002年的14.3億噸.據估計,我國在2004,2020和2050年的石油消費量達3,4.5和6億噸,其中進口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進口量相當于目前美國的石油進口量,這不但會制約我國經濟的可持續發展,而且對國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴重環境污染和氣候異常化石燃料造成嚴重環境污染和氣候異常化石燃料的使用引起的環境污染,排放的CO2會造成溫室效應,使全球氣候變暖.有關機構已向聯合國發出警告,如再不對CO2的排放采取嚴厲措施,在10年內,世界的氣候將產生不可逆轉的變化.我國的環境污染問題更是日趨嚴重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計到2025年,將位居第一.在本世紀初聯合國關于環境污染的調查中,發現在世界上十個環境污染最嚴重的城市中,七個在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟南和石家莊.4.21世紀世界能源發展趨勢世紀世界能源發展趨勢(1)節能技術將備受重視節能技術將備受重視節能就是提高能源利用率,減少能源的浪費.目前節能技術水平已是一個國家能源利用情況的綜合性指標,也是一個國家總體科學技術水平的重要標志.許多研究報告指出,依靠節能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發達國家的5-10倍,因此更應重視節能技術,我國應該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統將發生重大變革世界能源系統將發生重大變革據預測,20世紀形成的以化石燃料為主的世界能源系統將在21世紀轉換成以可再生能源為主的新的世界能源系統.在20世紀末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據世界能源委員會(WEC)和國際應用分析系統研究所的研究報告認為,在20世紀上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀下半葉,太陽能,生物質能,風能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲量較少,而煤炭儲量相對較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀上半葉受到重視.主要發展的技術是潔凈煤技術,煤液化和汽化技術.(4)新化石能源的開發將得到強化新化石能源的開發將得到強化近年來發現,在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發已經受到特別的關注.據估計,世界甲烷水合物的儲量可能超過石油,天然氣和煤炭儲量的總和.因此,甲烷水合物作為儲量巨大的未開發能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進一步得到重視核能的利用將進一步得到重視據國際原子能機構統計,在20世紀末,全世界運行的核電站有436座,總發電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個國家,近年來,由于擔心核電站運轉的安全性,核廢料對環境的影響和核技術擴散對世界安全性的影響,核能的發展在發達國家已有下降趨勢,但在亞洲地區仍有強勁的增加趨勢,我國準備在今后幾年內建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關心的技術,因為在海水中大約有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術在21世紀能得到應用,在21世紀末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發將越來越受到重視可再生能源的開發將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴重的環境污染和氣候異常,人們對新能源的開發越來越重視.其中水力能,地熱能,海洋能和風能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質能和氫能的利用將倍受關注.二.生物質能的利用1.生物質能的優點.(1)生物質來源豐富地球上每年生長的生物質總量約14001800億噸,相當于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質能也極為豐富,可作為能源開發的生物質能總量可達4.5億噸標準煤.加上生物質能可再生.因此,生物質能的高效,規模化利用可有效緩解世界能源供需矛盾.(2)生物質能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發電,技術成熟,但效率低.(b)生物轉化.包括制沼氣和水解發酵制取醇類.生物質制甲醇和乙醇技術基本成熟,但生產成本較高.生物質制沼氣技術相當成熟.2002年全國已建1300多萬個沼氣池.(c)光熱轉化.通過氣化,裂解,光催化等技術,獲得氣,液體燃料來發電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優點.(3)生物質能利用的環境污染少由于生物質利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環境吸收的,所以生物質能的利用過程不排放額外的CO2,而對環境污染少.生物質能的利用還能降低污染.如可利用生物質熱解汽化技術處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃氣,實現垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質能利用的問題2.生物質能利用的問題生物質能利用的缺點主要是生物質分布廣,大面積收集成本高,經濟的收集半徑在50公里以內,只適合建立小型,分散的生物質能利用系統.而小型轉換系統的效率低,不提高生物質能的利用效率就不能獲得好的經濟效益,這是生物質能至今未能實現規模化應用的關鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實現能量的高效,清潔及規模化利用是迫切需要解決的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優點太陽能的優點(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內部不停地進行熱核反應,釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時,相當于74萬噸標準煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發電等.(b)太陽能發電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術從水或生物質中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發展很快,據1997年的數據,全球太陽能發電量已達800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結合成光電發電系統,目前歐洲已有300套,年發電量為1億千瓦.這種系統不但可供應清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達25年.太陽能的熱利用發展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產值已達60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉換效率,其次是降低成本,這對我國特別重要,目前我國生產太陽能電池的能力已達幾百兆瓦,但由于價格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術,如光催化和光電催化制氫技術還沒成熟,沒有達到實用化的階段,應該抓緊這方面的研究和發展.四.氫能的利用1.氫能的優點氫能的優點(1)氫是自然界儲量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規模生產.(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發電,通過燃料電池發電等.2.對氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會.2003年在華盛頓召開15個國家和地區參加的"國際氫能經濟合作伙伴"會議.冰島計劃用40年時間將冰島建成"氫社會".布什將投資120億美元來促進氫能源的發展.過去5年,工業化國家在氫能開發領域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進入氫能時代已成為近年來的熱門話題,21世紀將是氫能世紀.布什舉著使用氫燃料的照相機我國對發展氫能經濟也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經濟合作伙伴"會議.2004和2005舉辦了兩次關于氫能經濟的中美雙邊會議.今年一月,中國科學院院士局召開了關于"石油替代能源"的研討會,主要討論石油資源可持續性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價格氫的制備,儲存和運輸中的價格問題,是影響走進氫能時代的很關鍵的問題.要降低其價格,必須形成氫的制備,儲存和運輸的網絡.(2)廉價清潔的制氫技術問題(2)廉價清潔的制氫技術問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規模的廉價清潔的制氫技術是各國科學家共同關心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術成熟,但要造成環境污染.(b)電解水制氫:技術成熟,但耗能多,價格高.一般每生產1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉化率不到32%.(c)生物質制氫:有可再生,產量大,可儲存,碳循環等優點,從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質制氫效率低.(d)生物制氫:國內外在選育高效產氫菌株工作進展不快,制氫效率低.(e)風能制氫:用風能發電來電解水產生氫,技術上沒有問題,降低成本和風能發電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎研究階段,離商業化還有較遠的距離.(3)氫的儲運問題(3)氫的儲運問題氫的儲運技術主要解決儲運的安全性和成本,現在由于儲運技術不過關,因此浪費了許多氫.許多工業過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產品氫氣,只是由于儲運技術的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標立方米以上.因此解決氫的儲運問題也是走進氫能時代的一個很關鍵的問題.目前氫的儲運還有很大問題.(a)高壓儲氫:儲氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲氫:很不方便,儲氫設備大,蒸發損失大.(c)吸附儲氫:這是目前的研究熱點,但儲氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲氫在3%,但儲放不可逆.熱門一時的納米碳管儲氫也已沒有了希望,最終的儲氫量也只有1%左右.(e)化合物儲氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現是促進氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環境污染日趨嚴重,各國對燃料電池的研究十分重視.美國《時代周刊》把燃料電池列為21世紀十大高新科技之首,燃料電池已被認為是21世紀極具應用前景的一種新型能源系統.雖然燃料電池有很誘人的優點,而且燃料電池的發展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經真正商品化,因此,燃料電池何時才能商品化是一個與氫能利用密切相關的問題.4.反對氫能的意見4.反對氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達15%.泄漏的氫會在大氣形成水霧,它會象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會產生很大的不安全性,手機等的火花就會使泄漏的氫發生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地熱和水電站產生的.(5)氫的清潔生產要用風能和太陽能.據估計,如用風能發電制氫,當風能發電量達到美國6%的用電量,風能發電機要占的面積要有半個加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質燃料方面的研究經費大于氫燃料的研究經費.美國推行"健康婚姻"的預算就有150億美元.美國用于伊拉克戰爭的經費每月390億美元.(7)氫燃料電池價格昂貴.目前內燃機成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優點.(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉換系統,可降低環境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質轉化產生的氣,液物質和氫作燃料,因此,能促進氫能的利用.(3)燃料電池的發電效率不受體系規模限制,小型燃料電池同樣能夠實現高效發電,適合于生物質分散性的特點.2.燃料電池定義燃料電池是一種不經燃燒直接以電化學反應的方式將燃料的化學能轉變成電能的裝置,只要連續供應燃料,燃料電池就能連續發電.3.原理陽極反應:H2=2H++2e陰極反應:1/2O2+2H++2e=H2O總的反應:H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動力源優點:比能量和比功率高缺點:對CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動力源優點:穩定性好,已有商品生產缺點:用貴金屬作催化劑,價格高.(3)質子交換膜燃料電池(PEMFC)質子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動力源優點:比能量和比功率高,壽命長,應用范圍廣缺點:對CO敏感,價格高,800美元/千瓦,而內燃機50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化