【正文】 公式為： (27)——錐體半頂角，℃；錐體半頂角為30℃，其計算內(nèi)徑為3200mm。整體鍛件補強一般用于有嚴(yán)格要求的重要設(shè)備。所以有： (mm)取球封壁厚t=60mm。 激冷室筒體的設(shè)計 激冷室腐蝕比較嚴(yán)重，所以采用復(fù)合鋼板，筒體過渡層堆焊厚度為3mm，復(fù)層堆焊厚度為3mm,總堆焊厚度為6mm，激冷室筒體的內(nèi)徑為3188mm,激冷室筒體壁厚的計算和燃燒室一樣，考慮堆焊層總厚度，所以筒體的厚度取為（75+6）mm?！鎯?nèi)壁壁溫高于外壁壁溫時，校核外壁的疊加應(yīng)力：當(dāng)加熱的情況，兩種應(yīng)力的疊加，外壁應(yīng)力惡化，此時應(yīng)校核外壁的疊加應(yīng)力，即： (22)其中， (MPa) (23)溫差應(yīng)力的工程近似計算: (24)其中，其值接近1，令，則m值見下表，由此溫差應(yīng)力的近似計算方法為： (25)表21 材料的m值材料高碳鋼低碳鋼低合金鋼CrCo鋼，Mo鋼，CrNi鋼m鉻鉬鋼為低合金鋼，所以m=。2）內(nèi)壓與溫差同時作用時的強度校核 氣化爐殼體外壁設(shè)有壁溫檢測系統(tǒng)，當(dāng)反應(yīng)室內(nèi)的溫度通過伸入到耐火材料內(nèi)的熱電偶來測量，當(dāng)反應(yīng)室溫度外壁溫度達到345℃～380℃時高溫報警，所以，取殼體的內(nèi)壁溫度為290℃。SA387Gr11CL2的機械性能為：常溫 =310MPa =515MPat=455℃ =230MPa =373MPa 已知燃燒室筒體的直徑為3200mm,；雙面對接焊縫100%無損探傷，=1。因為氣化爐的內(nèi)件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以本次結(jié)構(gòu)設(shè)計以主要部件作為研究對象，分別有：上球形封頭，燃燒室筒體，激冷室筒體和下錐體封頭以及其他比較重要的部件。本次研究的氣化爐技術(shù)參數(shù)為：,操作壓力為4MPa，上球形封頭的鍛件材料為SA387Gr11CL2，直徑為3200mm；燃燒室的筒體鍛件為SA387Gr11CL2，直徑為3200mm,操作溫度為1400℃左右，設(shè)計溫度455℃；激冷室筒體采用軋制復(fù)合鋼板SA387Gr11CL2+316L，堆焊總厚度為6mm,直徑3188mm,操作溫度約260℃，設(shè)計溫度為455℃。3） 焊接技術(shù) 設(shè)備的大型化也使得設(shè)備壁厚增大，目前的解決方法是采用雙絲進行雙行窄間隙焊接。如今國內(nèi)大型設(shè)備制造廠家采用TOFD超聲檢測方法代替射線檢測，對焊縫進行探傷。因此，很多的大型設(shè)備，其水壓試驗選擇在設(shè)備安裝現(xiàn)場。 制造與檢驗 1）現(xiàn)場熱處理和水壓試驗 由于現(xiàn)場條件的限制，所以在現(xiàn)場熱處理的情況比在制造廠內(nèi)的效果要差，所以現(xiàn)在很多工廠在現(xiàn)場搭建積木式爐，對設(shè)備進行整體熱處理。 裝備問題 設(shè)備大型化帶來的再一個問題就是為滿足制造過程中各方面的要求而配備的加工裝配問題。主要存在的問題有： 運輸問題 由于現(xiàn)在設(shè)備的大型化，直接面對的便是設(shè)備高參數(shù)、大直徑、重噸位。每個企業(yè)都在追求最佳經(jīng)濟效益，設(shè)備裝置持續(xù)走大型化發(fā)展路線。 主要材料的力學(xué)性能表11 316L不銹鋼和SA182力學(xué)性能材料N/%屈服強度/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%316L22052045SA18223550021表12 316L化學(xué)成分化學(xué)成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%N%316L≦≦1≦2≦≦～～16～3≦表13 SA182化學(xué)成分化學(xué)成分C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Mo%SA182～～～≦≦～≦～表14 SA387Gr11CL2化學(xué)成分C%Si%Mn%P%Gr%Mo%Ni%%～%%～%%～%%～%%~%%～%%～%表15 SA387Gr11CL2力學(xué)性能鋼板厚度/mm抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率A/%溫度/℃沖擊吸收能量KV2/J180176。 激冷室殼體選材 為了避免異種鋼焊接，降低氣化爐的造價，氣化爐激冷室殼體的基材也采用SA387Gr11CL2。但由于Gr、Mo元素提高了鋼的淬透性，使焊接性能變差，易產(chǎn)生冷裂紋和再熱裂紋。同時該材料還有良好的抗氫腐蝕能力。 奧氏體不銹鋼具有良好的抗腐蝕能力，但是成本太高，而且在溫度升高到設(shè)計溫度時，奧氏體不銹鋼的強度明顯下降。 e）對環(huán)境污染小。 c）與干粉進料相比，簡化了干粉煤給料及加壓煤倉加料的過程，體現(xiàn)出了安全并容易控制的特點，取消了氣化前對原料的干燥，節(jié)約能源。 水煤漿氣化特點 a）氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，氣化強度高，設(shè)備體積小，布置緊湊、生產(chǎn)能力大。氣化爐殼體外壁設(shè)有壁溫監(jiān)測系統(tǒng)，反應(yīng)室內(nèi)的溫度通過伸入到耐火材料內(nèi)的熱電偶來測量，當(dāng)反應(yīng)室外壁某區(qū)域溫度達到345～370℃時高溫報警。粗合成氣中的炭黑在激冷室中大部分被清除，由渣水出口進入破渣機。水煤漿經(jīng)原料加壓泵加壓后與高壓氧通過氣化爐頂部的氣化燒嘴進入氣化爐，在燃燒室（氣化反應(yīng)室），約1400℃條件下水煤漿與氧發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成CO、H、CO、HO和少量CH、HS、COS及微量的NH、HCOOH等氣體。 （3）氣化溫度向高溫發(fā)展 氣化溫度高，煤中有機物質(zhì)分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對煤種適應(yīng)廣。 煤氣化爐的發(fā)展趨勢 （1）氣化壓力向高壓發(fā)展 提高氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率和氣化爐能力，實現(xiàn)氣化裝置41大型化和能量高效回收利用，降低合成氣的壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成。Shell氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率雖然比較高，但投資也高，設(shè)備造價較高，配合的干燥、磨煤、高壓氮氣及回爐激冷用合成氣加壓所需的功耗較大。所以氣流床技術(shù)在我國也運用的較為普遍，其代表爐型為德士古氣化爐和殼牌干粉煤氣化兩種氣化爐。 氣化爐的選型 按照氣化爐內(nèi)料流形式，氣化技術(shù)大致分為固定床、流化床和氣流床三大類典型的固定床氣化爐有間歇式固定床氣化爐、加壓魯奇固定床氣化爐；流化床有灰熔聚流化床氣化爐、恩德爐等，氣流床有德士古氣流床、Shell粉煤氣化爐等。針對我國的國情，可以充分利用煤炭這一能源。在國內(nèi)運用最為廣泛的為GE水煤漿和Shell煤粉氣化工藝。國外煤氣化技術(shù)早在20世紀(jì)50年代已實現(xiàn)工業(yè)化，20世紀(jì)70年代因石油天然氣供應(yīng)緊張使得煤氣化新工藝研究和開發(fā)得到快速發(fā)展，并成功地開發(fā)出對煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、氣化效率高、污染少的新一代煤氣化爐。國家在“十五”規(guī)劃中明確指出，“必須下大力氣調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，從各個方面采取措施節(jié)約石油消耗，大力發(fā)展?jié)崈裘簹饣夹g(shù)”。氣化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造工藝畢業(yè)論文1 緒論 課題研究的背景及理論意義我國石油和化學(xué)工業(yè)在快速發(fā)展的同時，正面臨著資源、能源和環(huán)境等多重壓力。由于我國石油和天然氣短缺，煤炭相對豐富的資源特征，加之國際油價的持續(xù)高位運行狀態(tài)，煤炭在我國的能源和化工的未來發(fā)展中所處的地位會變得越來越重要。由于煤化工的氣頭，即氣化方式是煤產(chǎn)品的根源，因此煤氣化爐就成為煤化工產(chǎn)品的龍頭。其中具有代表性的有荷蘭的殼牌（Shell）爐、美國的德士古（Texaco）爐和德國的魯奇（Lurgi）爐等。利用煤碳在氣化爐中發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，制取合成氣，為合成氨、制取甲醇提供原料氣。采用德士古氣化爐設(shè)備，有著較高的轉(zhuǎn)化率和可靠性，而且對環(huán)境無污染，環(huán)保性能好。氣流床技術(shù)由于煤種適應(yīng)性強，效率高，合成氣中有效成分高，運行可靠且環(huán)保性能良好。 德士古氣化爐的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)件很少；理論上可以用任何煤種；其有較長的運行實踐經(jīng)驗，操作危險性小，可用率達80%～85%；氣化爐的運行費用較低。所以本次設(shè)計以德士古氣化爐作為研究對象。 （2）氣化爐的能力向大型化發(fā)展 大型化便與實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化操作，降低能耗和操作費用。 德士古氣化爐介紹 德士古爐型氣化爐的技術(shù)特點 GE水煤漿氣化爐是一種以水煤漿為原料、氧氣為氣化劑的加壓氣化技術(shù)。從氣化反應(yīng)室出來的粗合成氣，直接向下通過下降管進入氣化爐的激冷室完成合成氣的激冷洗滌，出激冷室的合成溫度260℃左右。氣化室的溫度大約在1400℃，耐火材料設(shè)計溫度可達1540℃左右。因合成氣中含有少量的HS氣體，為防止?jié)馠S腐蝕，氣化爐外壁溫度不低于225℃，以避免內(nèi)壁結(jié)露造成露點腐蝕。 b）水煤漿氣化工藝要求原料水煤漿要有良好的穩(wěn)定性、流動性，較低的灰熔點及泵易輸送等。 d）連續(xù)性生產(chǎn)。 氣化爐容器外殼的選材 反應(yīng)室殼體選材 考慮反應(yīng)室外殼的操作、設(shè)計條件，殼體材料在設(shè)計溫度下，強度不應(yīng)有顯著的下降，同時還應(yīng)有良好的抗腐蝕性能。按ASME SEC Ⅱ(鍋爐和壓力容器規(guī)程),最經(jīng)濟適用的容器鋼板為SA387Gr11CL2耐熱鋼，因為Gr、Mo元素的存在，提高了鋼在高于350℃溫度下工作的高溫強度和持久強度，這種鋼通常稱為耐熱性低合金鋼。在所有的鉻鉬鋼里，SA387Gr11CL2板材的韌性、強度、焊接性能都比較好，所以作為反應(yīng)室的殼體材料使用。為保證焊接焊接質(zhì)量，預(yù)熱、后熱和焊后消除應(yīng)力熱處理等措施必不可少。同時為了避免HS、SO等酸性氣體以及渣水的腐蝕，在基層上應(yīng)堆焊耐腐蝕的奧氏體不銹鋼（316L），并且采用含鎳較高的材料作為過渡層堆焊（319L），所以最終采用軋制復(fù)合鋼板SA387Gr11CL2+316L。彎曲試驗彎曲直徑（b≧35mm）6～100520～680≧310≧1920≧34d=3a100～150510～670≧300≧1920≧34d=3a 氣化爐的制造問題現(xiàn)在隨著國家技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)煤化工和石油化工企業(yè)得到了大力地發(fā)展。設(shè)備裝置的大型化給中國化工機械制造行業(yè)帶來機遇的同時，也改變了大型壓力容器制造方式。有些設(shè)備重量甚至超過兩千噸，唯一的選擇就是分段、分部件運輸現(xiàn)場組裝。如鍛造、成型、機加、焊接、無損檢測、熱處理等裝備。對于大型設(shè)備，在現(xiàn)場進行水壓試驗也是裝備的一個難點，因為大型設(shè)備一般都選擇現(xiàn)場合攏，這樣就無法再制造廠內(nèi)實現(xiàn)水壓試驗，而且有些設(shè)備注水后總重上千噸，對支撐點也會有很大的作用力。 2）質(zhì)量檢驗 因運輸條件的限制，大型設(shè)備制造過程中的很多工作往往會遺留到現(xiàn)場進行，對焊接質(zhì)量等的檢查也提出了更高的要求。TOFD技術(shù)是利用超聲波衍射的時差反應(yīng)來對焊縫進行掃描，從而對焊縫中的缺陷進行定位。2 德士古氣化爐主要部件的設(shè)計 氣化爐結(jié)構(gòu)特點與技術(shù)特性氣化爐由噴嘴、球形封頭、燃燒室、激冷室、Y形鍛件、下錐體、大法蘭等組成。工作介質(zhì)高溫煤氣、煤氣、熔渣、黑水等，屬Ⅲ類壓力容器。 主要部件的設(shè)計計算 燃燒室筒體壁厚的計算與校核1） 高壓容器的筒體壁厚計算公式為： (21)——筒體的壁厚，mm；P——設(shè)計壓力，MPa；——燃燒室筒體的內(nèi)徑，mm；——焊接接頭系數(shù)；——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。取以下數(shù)值較小者：MPa MPaMPa MPa取MPa.于是 (mm)圓整后取筒體厚度為75mm，則筒體的直徑比為。因合成氣中含有少量HS氣體，為防止?jié)馠S腐蝕，氣化爐外壁溫度不應(yīng)低于225℃，以避免內(nèi)壁結(jié)露造成露點腐蝕，所以取殼體的外壁溫度為240℃。(MPa) (MPa)所以計算所得的壁厚滿足強度要求。 上球形封頭的設(shè)計球形封頭壁厚計算方法： (26) 已知球形封頭的壁厚為3200mm，雙面對接焊縫100%無損探傷，=1；MPa。 球形封頭的中心開孔采用整體鍛件補強，其補強結(jié)構(gòu)如圖21所示，它的優(yōu)點是補強金屬集中于開孔應(yīng)力最大的部位，應(yīng)力集中系數(shù)最小，且與殼體采用對接焊縫，使焊縫及熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力點的位置，故抗疲勞性能好。比如：高強度（MPa）鋼和鉻鉬鋼制造的容器等。 (mm)圓整后取其厚度為85mm。 高壓設(shè)備的密封原理與中壓和低壓設(shè)備的密封原理基本相似，防止流體在密封口處泄露的基本途徑是在密封面處增加流體流動的阻力。此次研究的是與燃燒器相連的凸緣法蘭的密封裝置——八角墊，其結(jié)構(gòu)如圖22所示。密封墊圈材料可用純鐵、低碳鋼、Cr5Mo、0Cr13等。 所以：