【導讀】設計、控制方案制定及和制造中技術問題處理的能力。畢業(yè)設計環(huán)節(jié)要求學生完。1了解合成氨生產工藝，掌握低溫甲醇洗工段的工藝流程及控制方法。2使用國家最新壓力容器和換熱器設計標準、規(guī)范進行設計。及設計的全過程。正確掌握計算機操作和專業(yè)軟件使用。5采用CAD繪制所設計的工程圖紙。6畢業(yè)設計全部工作由設計者獨立完成。換熱管數量：658規(guī)格：Φ19³2³2評述所設計的換熱器在生產中的地位、作用及設備選型；7繪制設備總裝配圖及零件圖；8編制設計說明書。5燕山石化總公司設計院化工設計院，《鋼制列管式固定管板換熱器結構設計手冊》，程、鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能測試》。本說明書在編寫過程中力求簡潔明了，對來源和實踐中的結構和方案。度校核和技術條件的編制。氨的方框圖和帶控制點的工藝流程圖。工藝計算設計主要針對設備的輪廓尺寸筒體計算，通過對熱量負荷的計算得到換熱器的傳熱面積，排列換熱管管數和管程，殼程數目。

　　

【正文】 ( 2 1 4 3t ????????? 合吸 對熱流體： 由 放吸 ? hkgTC QW P )( ??????? 吸冷煤氣 . 換熱器出選型 計算兩流體的平均溫度： 20 因采用逆流方式可以節(jié)省換熱面積，所以采用逆流換熱。 :T CC ??? :t CC ??? Ct ??? 101 Ct ??? 262 ????tt ,故 Ctt ttt m ?????? ????? 7 4 1026ln 1026ln121239。 7 1 4 227 ??? 兩流體的最初溫差 冷流體溫升P 2837 ??? 冷流體的溫升熱流體的溫降R 根據計算到的 P、 R值查 ? ?235,1 ，根據φ 時，換熱器的經濟效益不合理的原理確定幾殼程。 查得 ? =，選用單殼程合適， 則 Ctt mm ????????? ? 由 ? ?229,1 ，對氣體 氣體 k 值，先估算取)(1 6 92 0 0 03 6 00470)(470 22 hCmJCmwK ????????? 則 23 mtK QS m ?? ????? 1）工藝結構 ①根據工藝條件，選用Φ 19179。 2mm 管子為換熱管，管長為 3500mm。 ②管字數的確定：由 ?????? LdSn ? 估 取 根658?n 。 若 用 單 管 程 、 單 殼 程 ， 管 程 流 速 ： smnd qu i vi 22 ????? ??? ? 21 根據《化工原理課程設計 87頁》，其流速較低。所以選用雙管程， smui ? ③換熱管的排列方式：采用正三角形排列。 ④管心距 mmdP ???? ? ⑤隔板中心到離其最近一排管中心距離： mmPz t ???? ，則各管程相鄰管 的管心距為 38mm。 ⑥殼體直徑 由《化工原理課程設計 92 頁》，殼體公稱直徑公式：?nPD ? 取管板利用率η =。則 mmD 7 5 ???? 圓整到殼體直徑為 D=800mm 2）折流板間距 h 由 ? ?287,1 對兩相鄰擋板 h 為外殼 D 的（ ~1）倍。標準中采用固定管板式 的間距有150、 300、 600mm 三種。 取 h==320mm 與標準 300mm 相近，則可采用 h=300mm 3）折流板數 BN 1013 0 03 5 0 01 ????? 折流板間距 換熱管長BN 換熱管初選型尺寸： 公稱直徑 公稱壓力 管長 管程數 殼程數 管子尺寸 管字數 排列方式 800mm 3500mm Ⅱ Ⅰ Φ 19179。 2mm 658 Δ 22 . 核算壓力降 查 ? ?56,9 允許壓降選取 操作壓力 P/MPa ~0 ~ 1~ 3~1 8~3 允許壓降 ? ?P? 10P 2P ~ ~ 因此，對管程操作壓力為 ，允許壓降 ? ?P? =。 對殼程操作壓力為 ，允許壓降 ? ?P? =。 1）管程壓降 查 ? ?284,1 對管程總阻力的計算公式： psti NNFPPP ???????? )( 21 。 ①Δ 1P 、Δ 2P — 分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降 ② tF — 結垢校正系數，無因次，對Φ 19179。 2mm 的管子取 ?tF ③ SN — 串聯(lián)的殼程數 1?SN ④ PN — 管程數， 2?PN 的求取1P? 2 21 udlP ?? ???? 管程的流通截面積： 222 0 5 8 26584 mNndA Pii ?????? ?? 管程流速： smhmA wu ii 5 46 5 6 68 6 ?????? ? 5 ?? ?????? ?? ?iii ud 查 ? ?52,1 ，當 Re 4000 時，為完全湍流區(qū)。 摩擦系數λ，由 ? ?45,1 ，對金屬管、無縫鋼管絕對粗糙度ε可取 ~ ， 可取 ?? mm，則相對粗糙度 ??d? ，再由 ? ?51,1 對 ?i 23 ?d? 查表的λ = PaudlP 221 ????????? ?? 2p? 的求?。? 23 22 uP ???? ? 則 PauP 2 9 72 222 ???????? ? 則 M P aPaNNFPPP psti ))( 21 ??????????????? （ 滿足要求，合適。 2）殼程壓降 由 ? ?290,1 采用埃索法計算殼程壓降 OP? SSo NFPPP ????????? )( 21 1P?? 、 2P?? — 分別為流體橫過管束、折流板缺口的壓降。 SF — 殼程壓強降的結垢校正系數，無因次，對氣 體取 SF = 1P?? 求取： 2)1( 21 uNnfFP Boo ????????? ① F — 管子排列方法對壓強降的校正系數，對正三角形排列， F= ② 0f — 殼程流體的摩擦系數，當 oRe 500 時， ??? oeRf ③ on — 橫過管束中心線的管字數，對正三角形排列， 5 ???? nn o 取 on =28 ④ BN — 折流板數 殼程流通截面積 oA )()( mdnDhA ooo ????????? smsmAwu ooo 7 80 40 8 1 2 14 3 ?????? ? 24 6 98 7 5 ?? ?????? ?oooo ud ? ? 4 1 1 6 9 8 ????? ?of 則 PauNnfFPBoo )110()1(221 ???????????????? ? 2P?? 的求?。? 2)( 22 oB uDhNP ??????? PauD hNP oB )800 )( 222 ????????????? （? 則殼程壓降 : M P aPaNFPPP SSo )( 21 ??????????????? ）（ 遠小于 ，滿足要求，合適。 ①管程對流傳熱系數 i? 由 ? ?250,1 對流傳熱系數 ： niii d ???? ?? 管程流體被冷卻， n= 2 5 44 5 0 6 6 ????????? niii d?? ②殼程對流傳熱系數 o? 對于流體在管間距流動，且 ?o 25 所以， o )()( wueded ??? ??? ???????? 1 2 5 )1 0 7 1 ()( 31533131 ??????? ?? ?Pr CP )(W?? 對氣體可取 . mddtedoo 0 1 7 2 ) 3(4)42 3(4 2222 ??????????? 流體流過管間最大截面積 A 20 5 ) ()1( mtdDhA o ????????? smhmAwu o 12143 ?????? ? 殼 ) 72 (01 72 10 71 5o ???? ????? ?? ③污垢熱阻 SR 由 ? ?354,1 查表，得 wcmRRoi SS )(24 ????? ? 總傳熱系數由 ? ?227,1 可求得其總傳熱系數α oSmoioSiioo oi RddbddRddK ??? 11 ????????? 求得 )(2o cmwK ??? 與前面假設的 )(4702 cmwK ???比較 : ??KK o 由 ? ?291,1 ，查得若 KKo 的值在 ~ 之間，則初選換熱器合適 26 方案的確定 本次設計時針對 熱粗煤氣 /合成氣換熱器 ，是通過 合成氣吸收粗煤氣熱量在進入合成塔以合理利用能源 。因此， 通過氣體流量來控制溫度 。 在整個回路中 被控對象： 冷煤氣 操縱變量： 冷煤氣 的進出口流量 被控變量： 冷煤氣 出口溫度 干擾因素：換熱器 內的操作壓力； 合成氣 進出口流量 合成氣 進出口溫度 冷煤氣 的進出口溫度 控制指標 合成氣 的進出口溫度，理論上應當為 28℃ ，控制其偏差在177。 5℃， 合成氣 的理論進 口流量應為 。 控制方框圖： （圖 2 控 27 制方框圖） 控制方案示意圖 ： （圖 3 控制方案示意圖） 正負作用的選定 TC 的作用：當調節(jié)閥開大時， 冷煤氣 的出口溫度上升，而執(zhí) 行器為正作用。同向取異，故 TC取為副作用。 驗證： t↑→ TT↑→ TC↓→閥開小→ 合成氣 進口流量↓→ t↓ 儀表的選取 檢測變送器 冷煤氣 的出口溫度理論值為 28℃，查 [20,47],應當選擇熱電阻式的測量元件。檢測元件采用熱電阻 Cu50,Cu50測量范圍 50～ 150℃。測量變送器采用 DBWM 型熱電阻溫度變送器。該變送器可用于各種不同型號熱電阻配套使用。它將被測溫度線性的轉換成統(tǒng)一的標準信號，輸出供給指標。記錄儀，模擬電動調節(jié)器，可編程數字調節(jié)器，分數控制系統(tǒng)及過程控制機使 用。 電源： 24 VDC 輸出： 1～ 5 VDC 或 4～ 20m ADC 28 溫度控制器 采用 DDC Ⅲ型調節(jié)儀 輸出： 1～ 5 VDC（ 4～ 20m ADC） 輸入： 1～ 5 VDC（ 4～ 20m ADC） 電氣轉換器 型號為 EPC 1110ASOG/I 輸出： 20～ 100KPa 輸入： 4～ 20mADC 帶組合式空氣過濾減壓閥及壓力表 。本安型儀表。 執(zhí)行器 選用氨用的氣功執(zhí)行器。直通單座型。 量程范圍： 20～ 100KPa 刻度： 0～ 100 輸入信號 輸出： 20～ 100 KPa 電（氣）源： 140 KPa 精度等級： 1級 其它參數： P 0～ 500； I 0～ 50 min； D 0～ 50 min 重量： 5 kg 調節(jié)規(guī)律 比例調節(jié) P：能較為迅速的克服干擾的影響，使系 統(tǒng)穩(wěn)定下來，但會產生余 差。 積分調節(jié) I：能消除余差，但會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分時間越小，積分作用越 強。 微分調節(jié) D：微分調節(jié)的輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差是否存在 無關。且微分調節(jié)不能單獨使用。微分時間越大，微分作用越 29 強。微分調節(jié)能抑制振蕩的作用，提高穩(wěn)定性，有預見性。 由 [21,34]，對工藝要求無余差的，則選用比例積分微分（ PID）調節(jié)規(guī)律，如溫度成分， PH 等參數的控制。故對溫度本次選用 PID 調節(jié)規(guī) 律。 參數的整定：比例度δ，積分時間 Ti,微分時間 Td。由 [21,35],對溫度系統(tǒng)，其對象容量滯后較大，被控變量受干擾作用后變換遲緩，一般選用較小的比例度，較大的積分時間，同時要加入微分作用，微分時間是積分時間的四分之一。 壓力容器類別判定 由于殼程的操作壓力為 P1=，管程的操作壓力為 P2=。根據最大操作壓力判斷 壓力容器類別。因 P210MPa,所以根據 ， ? ?45,20 ，此換熱器屬于中壓換熱器；又由于介質易燃易爆，所以根據 ? ?43,20 查得屬于第一類介質，查壓力容