【文章內容簡介】 設計 ................................................................. 35 各接管尺寸設計 ............................................................. 35 接管的外伸長度 .................................................. 35 殼程接管位置 ...................................................... 35 管程接管位置 ...................................................... 36 防沖擋板 ........................................................................ 37 . 1 管程 ..................................................................... 37 殼程 ...................................................................... 37 折流板與支持板 ............................................................ 38 材料 ..................................................................... 38 折流板設計 ......................................................... 38 折流板和支持板管孔 ......................................... 39 折流板布置 ......................................................... 39 折流板重量計算 ................................................. 40 管箱設計 ........................................................................ 41 管箱結構形式 ..................................................... 42 管箱長度 ............................................................. 43 吊耳與頂絲 .................................................................... 43 左管箱質量 ......................................................... 43 右管箱質量 ......................................................... 43 吊耳 ..................................................................... 44 支座設計 ........................................................................ 44 支座所承受的載荷 ............................................. 44 支座尺寸 ............................................................. 45 支座材料 ............................................................. 46 支座安裝尺寸 ..................................................... 46 4. 焊縫設計 ................................................................................................. 47 5 強度校核 .................................................................................................. 50 6技術條件編制 ........................................................................................... 77 技術條件說明 ................................................................. 77 鋼材 ....................................................................... 77 冷熱加工成型 ....................................................... 77 焊接條件 ............................................................... 78 熱處理 ................................................................... 78 無損探傷 ............................................................... 78 裝配圖的技術條件 ......................................................... 78 零件圖的技術條件 ......................................................... 78 管箱部件圖的技術條件編制 ............................... 78 管板零件圖技術條件 ........................................... 79 折流板技術條件 ................................................... 79 結束語 ......................................................................................................... 80 參考文獻 ..................................................................................................... 81 致 謝 .......................................................................................................... 82 變換工段的說明 在合成氨工藝生產過程中，變換工藝是一個重要的凈化工序，通過變換工序，不盡能制取氫氣為合成氨提供原料，而且還減少了 CO 對氨合成催化劑的毒害。這張工 藝物料流程圖就是天脊集團合成氨裝置增產節(jié)能改造項目，針對粗煤氣中的 CO 含量 高、水碳比低的特點，對 CO 變換工藝進行設計與優(yōu)化。天脊煤化工集團有限責任公司是我過于 20 世紀 80 年代初從國外成套引進技術和 設備而興建的，以煤為原料生產生產硝酸磷復合肥的大型煤化工基地。其年產 30 萬 噸合成氨裝置采用 MARKⅠV 型魯奇加壓氣化爐氣化制成的粗煤氣，在一氧化碳變換 工序中經過兩段鈷鉬系耐硫催化劑床層進一步提高 H2 含量， 冷卻后的變換氣進入低溫 甲醇洗工序除去變換氣中的 COH2S，除去 COH2S 的合成氣再進入液氮洗工序，脫 除 CO 的同時將 N2 和 H2 配比成適當的比例經過合成氣壓縮機提壓后送入托普索 100 型 合成塔進行氨合成。 一氧化碳和水蒸氣在催化劑作用下反應生成二氧化碳和氫氣。其反應方程式： CO+ H2O=CO2+H2+410894kJ/kmol 稱做水煤氣變換反應，簡稱變換反應。 變換反應為放熱等分子可逆反應。因此降低反應溫度和增加蒸汽用量都可降低變換氣中 CO 的平衡濃度，若溫度高，蒸汽量少，將不利于變換反應甚至還可能發(fā)生逆 變換反應過程。在要求變換氣中 CO 濃度一定的條件下，降低反應溫度是降低蒸汽用 量的必要手段。在不能降低溫度條件下，片面追求降低 CO 濃度，將會造成極大的蒸汽浪費。 從 300工段出來的粗煤氣的主要成分是 CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2，O2 及碳化物等。除 NH2 外，其他物質的存在都對合成氨的催化劑有毒害作用，和影響合成氨的質量，還可能造成設備儀器的損害等，需要進行脫除，只至百分之幾的數量級為止。 本次節(jié)能改造時先把來自 200的粗煤氣用液氮洗滌，在深度冷凍（100℃）下用液氮吸收少量 CO ，而且還能脫除甲烷和大部分氬，這樣可以獲得只含有惰性氣體 100cm3/m3 以下的氫氮混合氣體。粗煤氣經過煤氣水分離器分離氣體，再經過變換熱交 換器利用高溫變換煤氣與進入換熱器的相對低溫的粗煤氣進行換熱，以達到加熱粗煤 氣同時冷卻變換煤氣的目的，節(jié)省了資源的利用。 2 工藝設計 確定設計方案 選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況： 熱流體進口溫度 ℃，出口溫度 ℃。 冷流體進口溫度 ℃，出口溫度 325℃。 管殼式換熱器的應用范圍很廣，適應性很強，其允許壓力可以從高真空到 ，溫度可以從100176。C 以下到 1100176。C 高溫。此外，它還具有容量大、結構 簡單、造價低廉、清洗方便等優(yōu)點，因此它在換熱器中是最主要的型式 ,所以本次設 計選用管殼式換熱器。 管程安排由設計任務書確定，管程走粗煤氣，殼程走變換煤氣。 確物性數據 定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可去流體進出、口溫度的平均值。故殼程變換煤氣的定性溫度為 T? ? ? 379℃ 2 200 ? 325 ? ℃ 2 3 1 管程流體的定性溫度為 T? 已知變換煤氣在 379℃下的有關物性數據如下： ? ? ? m ；c1 =℃ ? ? / (m ?℃)。 u1 ? ?10?5 Pa ? s 1 已 知 粗 煤 氣 在 ℃ 下 的 有 關 物 性 數 據 如 下 ： ?2 ? ? m3 ： ? / (kg ?℃) 。 ?2 ? / (m ?℃)。 ?2 ? ?10?5 Pa ? s 。 估算傳熱面積 、 熱流量（忽略熱損失） QT ? qm,?T ? ? ? ? ? ? ? ? kW? 12  粗煤氣用量（忽略熱損失） QT ?103 qm,c ? ? ? 228564kg / h cp ,c ?t ?103 ? （325200） 平均傳熱溫差 先按照純逆流計算，得 ( ? 200) ? ( ? 325) ?tm ? ? ℃ ? 200 ln ? 325 初算傳熱面積 先假設 K ? 550W / (m2 ?℃)，則估算的傳熱面積為： S 估= QT ?103 ? ? 538(m2 ) K ?tm 550 ? 工藝結構尺寸 管徑和管內流速 選用 ? 25mm ? 的 20 號鋼管。 管程數和傳熱管數 可依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數 A 538 N s= ? ? 1142 π l ? ? 6 取換熱管根數為 1200 根. 按單管程計算，所需的傳熱管長度為 L= S估 538 ? ? (m) ? do N s ? ?1200 按單管程設計，取傳熱管長 l ? 6m 。 平均傳熱溫差校正及殼程數 平均傳熱溫差校正系數計算如下： P= t2 ? t1 325 ? 200 ? ? T1 ? t1 ? 200 T1 ? T2 ? ? ? t2 ? t1 325 ? 200 R= 按單殼程，單管程結構，查圖 ?3, 90? 表 44 得 13 ??t ? 平均傳熱溫差校正系數大于 ，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 傳熱管排列和分程方法采用正三角形排列。換熱器正三角形排列可使流體走短路的機會少，增大管外流體湍流程度，從而增大對流傳熱系數，節(jié)省傳熱面積，所以換熱器的排列方式采用正 三角形排列。 正三角形排列 換熱管中心距宜不小于 倍的換熱管外徑，由 ?5, 22? 表 12 查得換熱管外徑 ? 25mm 對應的換熱管中心距 S ? 32mm 。 殼體直徑 采用多管程結構，殼體直徑可由 ?3,92? 式 415 估算。取管板利用率 ? ? ，則 殼體直徑為 D ? Pt (n ? 1) ? 2 b c ? 32 ? ( ? 1) ? 2 ? 30 ? ( mm） 其中按卷制殼體的進級檔，可取 D ? 1400mm 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體直徑的 25%，則切去的圓缺高度 為 h ? ? 1400 ? 350(mm ) 取折流板板間距 B ? D( ? B ? D)