【正文】 稱為自支撐式塔。對(duì)于外壓容器，在外壓的作用下，容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用，不可能發(fā)生開裂，且外壓臨界失穩(wěn)壓力主要與容器的 幾何尺寸、制造精度有關(guān)，跟缺陷無關(guān)，一般不用外壓試驗(yàn)來校核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“泄漏”檢查以確定容器是否存在穿透性缺陷。 封頭的厚度 . . 根據(jù) iD =1200 ㎜ ,由 JB/T473595 得橢圓形封頭主要參數(shù) : iD =1200 ㎜ ih =300 ㎜ h=25 ㎜ 對(duì)于橢圓形封頭，此時(shí) K=1，厚度計(jì)算式為 : ? ? i2 CPD P? ??? ? （ 28） 上式中 ? 筒體的計(jì)算厚度，㎜ PC – 筒體的計(jì)算壓力， MPa iD 圓柱筒體的內(nèi)經(jīng)，㎜，已知 iD =1200 ㎜ ??t? 16MnR 材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， MPa ? 焊接接頭系數(shù) 1 . 0 4 1 2 0 0 4 . 3 32 1 6 3 0 . 8 5 0 . 5 1 . 0 4 mm? ???? ? ? ? 封頭鋼板的負(fù)偏差與腐蝕余量與筒體相同 因此，計(jì)算厚度 2 4 .3 3 + 2 = 6 .3 3 m md C??? ? ? 名義厚度 1ndC????=+= ㎜ 圓整后 n? =12 ㎜ 有效厚度 12enCC??? ? ? == ㎜。 （ 26） 有效厚度 12enCC??? ? ? == ㎜。 設(shè)計(jì)厚度 2 4 .5 2 + 2 = 6 .5 2 m md C??? ? ? 。 根據(jù) GB1502021，表 41, 40℃時(shí) 16MnR 材料的許用應(yīng)力值 ??t? =163 MPa。 T=TW=40℃ 焊接接頭系數(shù) . . 采用雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全熔透對(duì)接接頭，無論檢測(cè)比例為局部檢測(cè)，取 ? =。 因此， CLP P P?? =+=。 . . 第二章 筒體及封頭設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的確定 液柱靜壓力 對(duì)于液柱靜壓力的計(jì)算，通過查閱課本《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》 114 頁(yè)可知：通常狀況下，計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力加上液柱靜壓力，當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于 5%的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可以忽略液柱靜壓力的影響。目前合成氨在與國(guó)際接軌后，今后發(fā)展重點(diǎn)是調(diào)整原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步改善經(jīng)濟(jì)性。 由于石油價(jià)格的飛漲和深加工技術(shù)的進(jìn)步，以 “ 天然氣、輕油、重油、煤 ” 作為合成氨原料結(jié)構(gòu)、并以天然氣為主體的格局有了很大的變化，絕大多數(shù)目前已經(jīng)停車或進(jìn)行以結(jié)構(gòu)調(diào)整為核心內(nèi)容的技術(shù)改造。我國(guó)自行設(shè)計(jì)和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸氮肥的大型化肥廠。 1949 年全國(guó)氮肥產(chǎn)量?jī)H 萬(wàn)噸，而 1982 年達(dá)到 萬(wàn)噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。典型的生產(chǎn)碳酸氫氨小型氮肥廠以無煙煤為原料，先制取半水煤氣，后經(jīng)脫除硫化氫后，進(jìn)入加壓變換反應(yīng)系統(tǒng)，得到的氮?dú)錃夂投?化碳混合氣體進(jìn)入碳化塔，在碳化塔內(nèi)二氧化碳與濃度為 17%左右的氨水反應(yīng)，生成碳酸氫氨結(jié)晶經(jīng)離心機(jī)分離，即得到碳酸氫氨產(chǎn)品。在碳化塔內(nèi)進(jìn)行著二氧化碳的吸收、碳化反應(yīng)、碳酸氫銨結(jié)晶等過程，塔內(nèi)同時(shí)存在著氣體、液體、固體。碳化塔是合成氨廠的心臟，直接影 響各項(xiàng)性能指標(biāo)的完成、消耗的高低、質(zhì)量的優(yōu)劣、生產(chǎn)能力的大小、甚至是投資的高低。氨合成反. . 應(yīng)在較高壓力和催化劑存在的條件下進(jìn)行，由于反應(yīng)后氣體中氨含量不高，故采用未反應(yīng)氫氮?dú)庋h(huán)的流程。 （ 3）氨合成 將純凈的氫、氮混合氣壓縮到高壓，在催化劑的作用下合成氨。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合 成氣。經(jīng)過近百年的發(fā)展，合成氨技術(shù)趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但都是由三個(gè)基本部分組成，即原料氣制備過程、凈化過程以及氨合成過程。反應(yīng)過程中為解決氫氣和氮?dú)?合成轉(zhuǎn)化率低的問題，將氨產(chǎn)品從合成反應(yīng)后的氣體中分離出來，未反應(yīng)氣和新鮮氫氮?dú)饣旌现匦聟⑴c合成反應(yīng)。于 1908 年申請(qǐng)專利，即“循環(huán)法”，在此基礎(chǔ)上，他繼續(xù)研究，于 1909 年改進(jìn)了合成，氨的含量達(dá)到 6%以上。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn)。合成氨主要用于制造氮肥和復(fù)合肥料。別名氨氣 ，分子式為 NH3。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1 億噸以上，其中約有 80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。 m m— 容器第 i段的操作質(zhì)量， kg mmax— 容器的最大質(zhì)量， kg mmin— 容器的最小質(zhì)量， kg mo— 容器的操作質(zhì)量， kg mII— 計(jì)算截面 II 以上操作時(shí)和非操作質(zhì)量， kg P— 設(shè)計(jì)風(fēng)壓， MPa P— 風(fēng)載荷， N Ti— 容器第 i 振型的自振周期， s T1— 容器的基本自振周期， s Zb— 基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面系數(shù)， mm3 Zsb— 圓筒形或圓錐形裙座底部截面系數(shù)， mm3 σ b— 基礎(chǔ)環(huán)厚度， mm q— 換熱管與管板連接的拉脫力， MPa σ — 管板計(jì)算厚度， mm σ t— 換熱管管壁厚度， mm μ — 管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般μ = δ t— 換熱管軸向應(yīng)力， MPa [σ ]rt— 設(shè)計(jì)溫度下管板材料的許用應(yīng)力， MPa [σ ]tt— 設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的許用應(yīng)力， MPa . . 第一章 緒 論 合成氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用 合成氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 m MwII— 容器計(jì)算截面 II的風(fēng)彎矩， N m MmaxII— 容器計(jì)算截面 II的最大彎矩， N. . 符號(hào)說明 Di— 圓筒或球殼內(nèi)直徑， mm Do— 圓筒或球殼外直徑， mm Pc— 計(jì)算壓力， MPa C— 厚度附加量， mm C1— 厚度附偏差， mm C2— 腐蝕裕量， mm δ — 圓筒或球殼的計(jì)算厚度， mm δ e— 圓筒或球殼的有效厚度， mm δ n— 圓筒或球殼的名義厚度， mm σ t— 設(shè)計(jì)溫度下圓筒或球殼的計(jì)算應(yīng)力， MPa φ — 焊縫系數(shù)，局部無損探傷，φ = [Pw]— 圓筒或球殼的最大允許工作壓力， MPa [σ ]t— 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用壓力， MPa a— 一根換熱管管壁金屬的橫截面積 , mm2 DG— 墊片壓緊力作用 中心圓直徑， mm d— 換熱管外徑， mm l— 換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度， mm At— 管板布管區(qū)面積，三角形 At = + Ad S— 換熱管中心距 ,mm Sn— 隔板槽相鄰兩管中心距 ,mm nˊ — 隔板槽一側(cè)的排管根數(shù) n— U 形管根數(shù) Do— 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 ,mm Ps— 殼程設(shè)計(jì)壓力 , MPa Pt— 管程設(shè)計(jì)壓力 , MPa δ e— 圓筒有效厚度 , mm δ eH— 封頭有效厚度 , mm δ es— 裙座有效厚度 , mm σ s— 室溫下殼體材料的屈服點(diǎn)， MPa . . [σ ]t— 設(shè)計(jì)溫度下殼體材料的許用應(yīng)力， MPa [σ ]ts— 設(shè)計(jì)溫度下裙座材料的許用應(yīng)力， MPa At— 管板布管區(qū)面積，三角形 At = +Ad, mm2 Adt— 布管區(qū)范圍內(nèi)能被換熱管支撐的面積 , mm2 Dt— 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 , mm Pt— 布管區(qū)當(dāng)量直徑 Dt與直徑 2R 之比 ,R=Di／ 2 bf— 法蘭寬度 , mm δ f— 殼體法蘭厚度 , mm D— 管板開孔前的抗彎剛度 Ep— 管板材料的彈性模量 ,MPa ν — 管板材料泊松比 Kfˊ — 殼程圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) , MPa Efˊ — 對(duì) 于 f型連接方式，指 Efˊ = 105 MPa wˊ — 系數(shù)，按δ s/Di和δ f/Di計(jì)算 δ s— 殼程圓筒厚度， mm Es— 對(duì)于 f型，指殼程圓筒材料的彈性模量 ,Es= 105 MPa Kfˊˊ — 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) , MPa Efˊˊ — 對(duì) f型，按管板材料 , Efˊˊ = 105 MPa Eh— 對(duì) f 型，管箱圓筒材料 Eh= 105 MPa wˊˊ — 系數(shù)，按δ s/Di和δ f/Di計(jì)算 δ h— 管箱圓筒厚度， mm Kf— 板邊緣旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) Kf— 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) Kf0— 無量綱參數(shù)， f型 ε R— 管板邊緣法蘭力矩折減系數(shù) ε T— 需要的螺栓總截面積 , mm2 Am— 預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓總截面積 , mm2 Aa— 操作狀態(tài)下，需要的螺栓總截面積 , mm2 Ap— 預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷， N b— 墊片有效密封寬度， mm . . y— 墊片比壓力 m— 墊片系數(shù) [δ ]b— 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力， MPa Ap— 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積 , mm2 Wp— 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷， N LG— 螺栓中心至作用位置處的徑向距離 FD— 作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)封頭壓力載荷引起的軸向分力， N FT— 總軸向力與內(nèi)徑截 面上的流體壓力引起的軸向力之差， N F— 流體壓力引起的總軸向力， N FG— 窄面法蘭墊片壓緊力， N Ab— 實(shí)際螺栓面積應(yīng)不小于需要的螺栓面積 , mm2 LD— 螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離 LT— 螺栓中心至作用位置的徑向距離 Ab— 基礎(chǔ)環(huán)面積 Ab=（ Dab2Dib2）， mm2 Asb— 圓筒形裙座底部截面積 Asb= s , mm2 B— 系數(shù)，按 [1] 確定， MPa b— 基礎(chǔ)環(huán)外伸寬度 b=（ DobDos）， mm Cz— 結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù) Di— 容器內(nèi)直徑， mm Dib— 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)直徑， mm Dis— 裙座底部截面內(nèi)直徑， mm Dob— 基礎(chǔ)環(huán)外直徑， mm Dos— 裙座底部截面的外直徑， mm H— 容器高度， mm E— 設(shè)計(jì)溫度下 材料的彈性模量 ,MPa Hi— 容器頂部至第 i段底部截面的距離， mm hi— 容器第 i 段集中質(zhì)量距地面的高度， mm hk— 計(jì)算截面 II 以上集中質(zhì)量 mk距地面高度， mm MEII— 容器的計(jì)算截面 II 的地震彎矩， N m MEOO— 容器底部 OO截面的地震彎矩， N m . . MmaxOO— 容器底部 OO截面的最大彎矩， N m MwOO— 容器底部截面 OO的風(fēng)彎矩， N農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，除氨水外，諸如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥都是以氨為原料生產(chǎn)的。合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。 合成氨生產(chǎn)方法的介紹 德國(guó)化學(xué)家哈伯從 1902 年開始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?。這是目前工業(yè)普遍采用的直接合成法。 合成氨的主要原料可分為固體原料、液體原料和氣體原料。 （ 1）原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。 （ 2）凈化 對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括變換過程、脫硫脫碳過程以及氣體精制過程。氨的合成是提供液氨產(chǎn)品的工序，是整個(gè)合成氨生產(chǎn)過程的核心部分。 合成氨具體工藝流程圖如下： 蒸汽 煤 空氣 圖 11 合成氨工藝流程圖 碳化塔在生產(chǎn)方法中的作用 碳化塔由塔體、封頭、溶液入口、冷卻水箱、進(jìn) 氣 口、排氣口及出料口構(gòu)成 ，是合成氨廠碳化工段的主要設(shè)備。碳化塔內(nèi)除塔盤、汽液分布板、除沫裝置與其他的塔設(shè)備有相同的結(jié)構(gòu)外，還有使反應(yīng)順利進(jìn)行的冷卻裝置等結(jié)構(gòu)，是合成碳酸氫氨的反應(yīng)器，為Ⅱ類壓力容器。 含有氮?dú)狻錃夂投趸嫉淖儞Q氣進(jìn)入碳化塔后，二氧化碳與氨水反應(yīng)生成碳酸氫氨。 造氣 脫硫凈化 壓 縮 變 換 碳 化