全国大学生过程装备实践与创新大赛章程

 

过程装备与控制工程专业是以过程工业为研究和服务对象，培养能够从事化工、制药、炼油、轻化、能源、环保和食品等部门工程设计、技术开发、生产技术、及工程科学研究等方面的高级复合型人才，培养熟悉国情、专业知识丰富、具有创新精神和国际意识、能参与国际竞争的专业人才是21世纪我国过程装备与控制工程专业所必须承担的历史责任，为了鼓励该专业的学生了解并积极投身于我国过程装备的研究，华东理工大学联合中国压力容器学会、中国化工学会化工机械专业委员及化学工业出版社共同举办“全国大学生过程装备实践与创新大赛”，本次活动旨在培养大学生的工程实践能力、创新精神及团队合作精神。

一、报名参赛范围

以全国高校过程装备与控制工程专业的本科生、研究生为主要对象，也欢迎其它专业的本科生及研究生报名参加。

二、 参赛参考题目

1 大型原油储罐

随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备计划的实施，我国对进口原油的需求量不断增大，为适应市场及国际形势的不断变化，建设大型原油储库具有重要的经济意义和战略意义。油罐大型化具有占地面积小、节省钢材、节省配件和罐区管网、节省投资、便于操作管理等特点，纵观近40年来的国际形势，油罐的大型化是发展的必然趋势。

自1975年以来，我国已经建造了80余座10万立方米浮顶油罐，由我国自己设计建造的最大的单台储油量为12.5万立方米的浮顶油罐已于2003年在茂名石化公司北山岭油库建成，中石化集团公司正着手建造国内单台储油量最大的15万立方米油罐。目前世界上最大的原油储罐为20万立方米原油储罐，如果我国要设计此种大型原油储罐，你能否给出较合理的设计？

提示：参赛队伍可以以此题目为背景，从多方面进行研究或创新设计，如可严格按照美国《API 650》规范或日本《JISB 8501》规范进行结构参数设计，再考虑到经济性以及其它等因素综合考虑对20万立方米原油储罐进行优化设计；当然也可以调研国外储罐结构尺寸，采用三维制图给出储罐及附件的三维造型；也可根据储罐大致尺寸用flash表现出液位上升的动态效果；也可采用ANSYS软件或其它有限元软件对储罐进行有限元应力分析，给出储罐各处的应力水平，从而得出有益的结论。

2 航空母舰飞机弹射装置

航空母舰是集各种高新技术和众多先进武器装备于一身的海上“巨无霸”。自它问世并投入实战以来，在各历史时期的战争和海上行动中扮演着十分重要的角色，向来被视为一个国家国防实力的象征，同时也是建立远洋海军的标杆。

目前我国还没有航空母舰，如果要建造航空母舰，则设计制造航空母舰飞机弹设装置是必须要解决的技术课题，早期的飞机弹射装置采用弹簧弹射，后来发明了蒸汽弹射装置，该装置将蒸汽放于储气筒及压力管道内，通过阀门来释放蒸汽压力，使气体产生加速度，将飞机快速推至起飞速度。如果我国要设计航空母舰弹射装置，你能给出设计方案吗?

提示：本题目并没有给出具体的参数如跑道距离，飞机重量、起飞速度等，需要参赛者查询及调研，从而确定蒸汽汽包及管线的设计参数、管线的布置等；参赛者也可选择从其它角度来进行创新设计，只要与此主题相关即可。

3 汽车用压缩天然气(CNG)缠绕钢瓶

20世纪50年代和60年代，在意大利和前苏联开始大量使用CNG作为汽车燃料，由于经济方面和减少污染两个原因，CNG汽车在世界上得到迅速发展。1982年，用铝作内胆、玻璃纤维环向缠绕的CNG瓶开始服役，1985年，用钢作内胆、玻璃纤维环向缠绕的CNG瓶出现。在我国，1998年市场上开始供应复合材料气瓶，安装在北京一千多辆公交车顶部，使用的是航天复合材料技术，目前，综合性能较好的铝内胆碳纤维全缠绕CNG瓶已在我国有少量问世。

应该说，CNG缠绕瓶也属压力容器的范畴，是过程装备与控制工程专业研究的范畴，但CNG缠绕瓶不同于一般的压力容器，其设计、制造都有其独特性，目前我国除了GB17258车用钢瓶标准外，还没有对应于NGV2的车用缠绕气瓶国家标准，我国在很多方面还没有掌握其设计及制造的核心技术。基于以上背景，希望参赛队伍能在车用CNG缠绕瓶的结构强度、设计方法、制造方法、使用管理、失效分析等方面展开研究，为我国工业发展做出贡献。

提示：目前我国市场上用的9升气瓶较多，设计可参照美国ANSI/AGA NGV2-1992标准；如对强度研究可采用有限元来对缠绕钢瓶进行弹性应力分析、极限载荷研究等，有条件还可进行贴应变片或进行爆破试验研究；目前CNG缠绕瓶的制造技术也很需要研究，如内胆收口装置的研制、纤维缠绕机的研制等。

4 核动力装置

能源是我国社会发展的重要物质基础，现代化的实现在很大程度上取决于能源的供应和有效利用，能源已成为国民经济发展的制约因素，而依靠科技进步，加速核能的开发和合理使用，成了当务之急。我国目前已有秦山核电站、岭澳核电站、大亚湾核电站及田湾核电站，今后还要建造更多的核电站，核电站也将在过程工业占据更重要的地位。

核电站核岛内的设备如核压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、压力管道、阀门几乎全都是过程装备与控制工程专业研究的范围。但是目前很多学过程装备的人还不太了解核电，希望参赛队伍能够针对核电运转原理给出相关的Flash，对于核压力容器内的反应控制制作出flash，为更多的人了解核电创造条件。另外，核电站中有很多难题也在等待人们攻关，参赛队伍也可查阅相关资料后确定课题研究。

5 容器及管道爬壁机器人

在压力容器及压力管道中，常要进行无损检测及探伤，对于一些较高的容器，直接由人工操作很不方便，如果能够发明一种爬壁机器人，能够携带探头在容器及管道外壁爬行，则能给人们带来很大方便，实现无损检测的自动化。

提示：对于初期开发，该机器人并不要求很大，只要能够实现在金属器壁外运动就可以了，可以仅从设计上考虑，如果大赛评审委员会认为可行的话，将会投入资金进行实物制造。

6 圆筒容器开口雌雄样板放样软件

在过程设备中，经常遇到要在圆筒容器开口，焊接管道的情况，这样就需要在容器壁上进行划线切割，以及在管道上划线切割，先进的方式是采用数控机械手完成上述操作，但是数控机械手价格昂贵，一般的制造企业买不起，传统的做法是由有经验的工人师傅进行手工放样，得到雌雄样板，利用雌雄样板在容器及管道上划线，再进行切割，这种做法效率较低，划线精度低，曲线不光滑。

目前计算机使用已经十分普遍，价格也比较便宜，如果采用计算机软件实现上述放样过程，则用户只需要输入容器及管道直径，则计算机就自动放样，在打印机上将雌雄样板打印出来，这样效率就十分高，曲线也会很光滑。你能够实现么？

7 先进清洗技术

在过程装备中，常会遇到一些比较难的清洗工作，如烟气管道内积灰的清洗、大型原油储罐内淤渣的清洗，采用普通的方法很难以清洗，目前很多先进的清洗方法如超声波清洗、PIG清洗、干冰清洗、气动方法等，请针对过程工业中的实际清洗难题，选择较合适的清洗方法，给出清洗方案，并设计出清洗装置。

8 支座强度分析校核

本题目是来自企业的实际课题，在考虑容器水压试验及正常工况时校核容器吊耳的强度，需采用有限元对吊耳强度进行应力分析，并采用分析设计标准进行强度校核，检验吊耳是否安全？

详细的图纸在附件图1、2中。

9 家用制冷或加热设备的研究

本题目是来自家庭的课题，现代家庭为了取暖或制冷等需用大量的制冷或加热设备。本课题要求做出即要节约能源，又是美观的设备，可以通过三维造型直观表达自己设计的设备。另外，对于家电设备的相关研究也可，如采用数值模拟方法研究空调房间内温度场及流场的情况。

10 其它典型压力容器、过程装备的三维造型设计

进行典型压力容器、过程装备的三维造型设计。

11 特种压力容器、特种设备的计算机辅助设计

进行特种压力容器、化工设备计算机辅助设计。

 

三、 自拟题目：

自拟题目以过程工业中实际课题、技术难题或生活、生产中有关设备为研究对象，只要是与设计、制造、检验、控制、安装、使用、维护等有关的题目都可以，形式不限，鼓励学生自主创新，有些题目可以与实际情况有出入，只要反映创新思想即可。

 

四、 成果提交要求

各组在规定时间内提交设计说明书或研究论文；

凡成果中涉及到图纸、三维造型图、动画等可由参赛组自由选择设计软件，但最好通用性强一些，以便在其他计算机上也能打开。

 

五、 评比标准：

对于工程实际型题目，对这类题目考核评价时将严格按照相关标准、准则及实际情况进行评价；

对于创新型题目，要体现出参赛者的创新思维，设备设计外形应美观。

 

 

                                                    

                               全国大学生过程装备实践与创新大赛组委会

                                             2006.2