換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1500td合成氨工藝耐硫變換工段第一變換換熱器

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：1500t/d合成氨工藝耐硫變換工段第一變換換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立進(jìn)行過程設(shè)備設(shè)計(jì)、控制方案制定及和制造中技術(shù)問題處理的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求學(xué)生完成以下任務(wù)：1 了解合成氨生產(chǎn)工藝，掌握耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段的工藝流程及控制方法。2 使用國(guó)家最新壓力容器和換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。掌握最新化工容器及設(shè)計(jì)的全過程。3 查閱翻譯綜合分析各種文獻(xiàn)資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方案的可行性研究和論證。4 設(shè)計(jì)計(jì)算以手算、電算相結(jié)合，要求設(shè)計(jì)思路新穎、計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠

2、、且正確掌握計(jì)算機(jī)操作和專業(yè)軟件使用。5 采用cad繪制所設(shè)計(jì)的工程圖紙。6 畢業(yè)設(shè)計(jì)全部工作由設(shè)計(jì)者獨(dú)立完成。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)物 料溫度（進(jìn)口/出口）操作壓力(mpa)體積流量 (n/hr)粗煤氣180.4/2002.9776147240變換煤氣248.8/228.62.7941184904 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：具體內(nèi)容包括：1 合成氨生產(chǎn)工藝、耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段工藝流程及控制方法設(shè)計(jì)；2 評(píng)述所設(shè)計(jì)的換熱器在生產(chǎn)中的地位、作用及設(shè)備選型（附工藝流程圖）；3 單體設(shè)備工藝計(jì)算及初選設(shè)備輪廓尺寸（如：管徑、管長(zhǎng)、管子數(shù)、管殼程數(shù)、殼徑等）；4 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5 設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算；6

3、 編制制造、檢驗(yàn)、安裝、運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)條件；7 繪制設(shè)備總裝配圖及零件圖；8 編制設(shè)計(jì)說明書。 學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件（論文）：1 設(shè)計(jì)說明書一份。2 合成氨生產(chǎn)工藝物料流程圖、耐硫變換、轉(zhuǎn)化/變換或煤氣水分離工段工藝物料流程圖各一張(a1)、總裝配圖一張(a1)、零部件圖不少于四張（折合 a1 圖紙）3 相關(guān)題目中文文獻(xiàn)綜述一篇，譯文一篇。 主要參考文獻(xiàn)（資料）：1 天津大學(xué)化工原理教研室，化工原理上冊(cè)，天津科技出版社，1992年 2 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，鋼制管殼式換熱器（gb151-99） 3 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下冊(cè)），化學(xué)工業(yè)出版社，1987 4 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)

4、化委員會(huì)，壓力容器（gb150-2011）5 燕山石化總公司設(shè)計(jì)院化工設(shè)計(jì)院，鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)，化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，1985 6 化工部第六設(shè)計(jì)院，化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求（上、下冊(cè)），化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，2000 7 石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院，小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，石油化學(xué)工業(yè)出版社，1979 8 化學(xué)工業(yè)部設(shè)備技術(shù)中心站，全國(guó)壓容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)（共4冊(cè)）19979過程裝備成套設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社，200210過程裝備成套技術(shù)課程設(shè)計(jì)指南，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年工業(yè)出版社，200211 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制焊接壓力容器及標(biāo)準(zhǔn)釋義

5、（jb/t4735 1997）12 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器用鍛件、壓力容器用鎳銅合金（jb47264728、jb47414743-2000）13 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制管法蘭、墊片、緊固件（hg 2059220635-2009）14 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定、鋼制壓力容器焊接規(guī)程、鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能測(cè)試（jb4708、jb/t4709、jb4744-2000）15 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器法蘭（gb47004707-2000）16 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器波形膨脹節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)釋義（gb16749-1997）17 國(guó)家

6、壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，容器支座（jb/t4712、4713、4724、4725-92）18 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，換熱器基本參數(shù)（jb/t47144720、jb4721、jb/t47224723-92）19 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，壓力容器封頭（gb/t25198-2010）20 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，2010專業(yè)班級(jí) 學(xué)生 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 摘 要本次設(shè)計(jì)在安全前提下，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為原則，從原始數(shù)據(jù)開始經(jīng)工藝計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核三步詳盡地闡述了本臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)過程。此設(shè)

7、計(jì)過程有五個(gè)部分：緒論，工藝計(jì)算，機(jī)械設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核和技術(shù)條件的編制。在緒論中主要敘述了合成氨生產(chǎn)工藝中的耐硫變換工段w-301所在的工段工藝流程、變換煤氣冷卻的工藝說明。控制方案的設(shè)計(jì)主要是通過對(duì)整體設(shè)備的綜合分析，確定設(shè)備的控制方案，達(dá)到自動(dòng)控制目的；工藝計(jì)算主要是通過對(duì)熱量負(fù)荷的計(jì)算得到換熱器的傳熱面積、初步確定換熱器的基本尺寸，為下一步提供依據(jù)；機(jī)械設(shè)計(jì)主要任務(wù)是在設(shè)計(jì)條件下，從主體到部件，進(jìn)行材料和零部件的設(shè)計(jì)入手，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度校核是在滿足工藝條件的要求下，對(duì)所設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度校核，以便生產(chǎn)可以順利的進(jìn)行。關(guān)鍵詞： 換熱器，工藝計(jì)算，機(jī)械設(shè)計(jì)abstractthe prem

8、ise of the design in a safe, economical and practical to the principle of starting from the raw data calculated by the technology, mechanical design and strength check of this three-step detail on the design of heat exchanger units. the design process has five parts: introduction, process computing,

9、 mechanical design, strength check, and the establishment of technical conditions. described in the introduction, the main production process of transformation of sulfur tolerant shift in w-301 is located in the section in process, transform sulfur tolerant shift. control program design mainly throu

10、gh a comprehensive analysis of the overall device to determine the devices control program, to achieve automatic control purposes; process mainly through the calculation of heat load on the calculated heat transfer area of heat exchanger, heat exchanger initially definedbasic dimensions provide the

11、basis for the next step; mechanical design major tasks is to design conditions, from the principal to parts, materials and components designed to start with design and reasonable structure; strength check is to meet the conditions of the request,the design of the equipment on the strength check, so

12、production can proceed smoothly.key words: heat exchanger, process calculation, mechanical design摘 要vabstractvi1緒 論11.1 合成氨的工藝流程11.2耐硫變換工段說明31.3第一變換熱交換器（w-301）設(shè)計(jì)說明32.工藝計(jì)算32.1殼程介質(zhì)物性計(jì)算42.1.1殼程介質(zhì)比熱容42.1.2殼程介質(zhì)黏度42.1.3殼程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)52.1.4殼程介質(zhì)密度52.2管程介質(zhì)物性計(jì)算52.2.1管程介質(zhì)比熱容52.2.2管程介質(zhì)黏度62.2.3管程介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)62.2.4管程介質(zhì)密度72.3

13、換熱器選型72.3.1初算換熱面積72.3.2初選換熱器類型72.4總傳熱系數(shù)82.4.1物質(zhì)流速82.4.2管程對(duì)流傳熱系數(shù)82.4.3殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)92.5壓力降校核92.5.1管程壓力降校核92.5.2殼程壓力降校核103機(jī)械設(shè)計(jì)113.1設(shè)計(jì)壓力113.2設(shè)計(jì)溫度113.3金屬壁溫的確定113.3.1管程金屬壁溫的確定：113.3.2殼程金屬壁溫的確定113.4接管設(shè)計(jì)123.4.1管程進(jìn)出口設(shè)計(jì)123.4.2殼程進(jìn)出口設(shè)計(jì)133.4.3排氣、排夜管設(shè)計(jì)133.4.4接管外伸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)143.5接管法蘭的選取143.5.1接管法蘭的接口形式及標(biāo)記153.6接管法蘭墊片選用153.7鋼

14、制管法蘭緊固件163.8接管與筒體的連接163.8.1筒體與封頭的連接163.8.2接管與同的連接173.9管箱接構(gòu)設(shè)計(jì)173.9.1封頭設(shè)計(jì)選型183.9.1.1封頭材料選擇183.9.1.2封頭尺寸193.9.2管箱法蘭的選取193.9.2.1管箱法蘭材料選取193.9.2.2法蘭尺寸203.9.3管箱墊片203.9.4螺柱與螺母的選擇213.10管板設(shè)計(jì)213.10.1管板的結(jié)構(gòu)形式急尺寸213.10.2管板上的布管設(shè)計(jì)223.10.3換熱管規(guī)格尺寸及換熱管孔尺寸233.10.4拉桿孔的設(shè)計(jì)233.11筒體設(shè)計(jì)243.11.1筒體材料的選擇243.11.2筒體壁厚的計(jì)算243.12換熱管

15、設(shè)計(jì)253.13拉桿與定距管設(shè)計(jì)263.14折流板設(shè)計(jì)273.15防沖擋板的設(shè)計(jì)283.15.1防沖擋板的位置確定283.15.2防沖擋板的材料283.16保溫層設(shè)計(jì)283.17支座設(shè)計(jì)293.17.1支座的選型與材料選擇293.17.2支座承受載荷計(jì)算293.17.3支座結(jié)構(gòu)尺寸303.17.4支座的安裝尺寸313.18壓力試驗(yàn)314強(qiáng)度校核325.技術(shù)條件的編制525.1 技術(shù)條件的說明525.1.1 鋼材535.1.2 焊接535.1.3 熱處理535.1.4 無損探傷535.1.5 換熱管的尺寸偏差535.2 設(shè)備的技術(shù)條件545.2.1裝配圖的計(jì)術(shù)條件545.2.2 折流板技術(shù)條件5

16、45.2.3 管板技術(shù)要求545.2.4 鞍座技術(shù)要求54參考文獻(xiàn)55結(jié)束語56ix1緒 論本次設(shè)計(jì)是針對(duì)天脊集團(tuán)合成氨生產(chǎn)工藝中的粗煤氣變換系統(tǒng)中的第一變換熱交換器（w-301）的設(shè)計(jì)。天脊煤化工有限公司現(xiàn)在位于山西省潞城市。它的前身是山西化肥廠，1997年，山西化肥廠整體改制為天脊煤化工有限公司。經(jīng)過十多年的發(fā)展，天脊集團(tuán)的總資產(chǎn)已達(dá)35億，年銷售收入近15億元，公司擁有年產(chǎn)合成氨60萬噸、硝酸81萬噸、硝酸磷肥90萬噸（或硝酸磷肥100萬噸）、工業(yè)用多孔硝酸銨20萬噸、尿素45萬噸、硝酸銨鈣20萬噸、水泥28萬噸、塑料編織袋及塑料編織品4500萬余條的生產(chǎn)規(guī)模。換熱器又稱熱交換器，是冷、

17、熱流體間進(jìn)行換熱的設(shè)備。它廣泛地應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力、食品、制藥、冶金等工業(yè)部門。為適應(yīng)不同的工作條件和物料特性，換熱器種類繁多、結(jié)構(gòu)各異、用材多樣，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行選擇。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和能量傳遞有著密切聯(lián)系，因而均可通過換熱器來完成。換熱設(shè)備性能的好壞直接關(guān)系到能源利用率的高低，環(huán)保質(zhì)量的好壞。1.1 合成氨的工藝流程合成氨的反應(yīng)式為，合成氨工藝流程圖如下：圖1 合成氨工藝流程圖對(duì)原料氣的制取有許多種方法，它可以由分別制得的氫氣和氮?dú)饣旌隙?也

18、可以同時(shí)制得氫,氮混合氣。煤和天然氣等原料可制成含氫和氮的粗原料氣。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。比如對(duì)h2的制取有煤氣化法，烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法，重油部分氧化法。本次采用煤氣化法制取h2。而對(duì)n2來說一般是采用空氣分離法制得，本次在5800#和1800#工段經(jīng)過空氣分離制得n2。h2的制取過程為：原煤煤處理系統(tǒng)（100#）加壓氣化系統(tǒng)（200#）粗煤氣變換系統(tǒng)（300#）煤氣冷卻系統(tǒng)（400#）低溫甲醇洗及冷凍系統(tǒng)（500#/550#）。在這些過程中發(fā)生的主要反應(yīng)式是： 從300

19、#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h2、n2外，其它物質(zhì)的存在對(duì)合成氨的催化劑均有毒害，會(huì)影響合成氨的質(zhì)量，還可能造成設(shè)備儀器的損壞等，需要進(jìn)行脫除，直至百分之幾的數(shù)量級(jí)為止。工段400#的主要作用是將氣體冷卻，氣體的成分基本沒有變化。脫硫的方法很多，目前主要分為干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫有活性炭法，有機(jī)硫加氫法和氧化鋅法。濕法脫硫就是對(duì)含有大量h2s的氣體采用溶液吸收法脫硫?？梢苑譃榛瘜W(xué)吸收法和物理吸收法?；瘜W(xué)吸收法又有碳酸鈉，氨水，醇胺溶液吸收，物理吸收法有用冷甲醇吸收硫化氫。本次采用的就是物理吸收法中的用冷甲醇吸收硫化氫。粗原料

20、氣經(jīng)co變換以后，變換氣中除h2外，還有co2、co和ch4等組分，其中以co2含量最多。co2既是氨合成催化劑的毒物，又是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥的重要原料。因此變換氣中co2的脫除必須兼顧這兩方面的要求。一般采用溶液吸收法脫除co2。根據(jù)吸收劑性能的不同，可分為兩大類。一類是物理吸收法，利用co2能溶于水或有機(jī)溶劑的特性。如低溫甲醇洗法(rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(selexol)，碳酸丙烯酯法。本次就是采用低溫甲醇洗滌法（rectisol）。一類是化學(xué)吸收法，是利用碳酸鉀，有機(jī)胺和氨水等堿性溶劑為吸收劑，利用co2具有酸性而進(jìn)行反應(yīng)將其吸收。如熱鉀堿法，低熱耗本菲爾法，活化md

21、ea法，mea法等。去除雜質(zhì)的主要工段是在500#和550#，即低溫甲醇洗及冷凍系統(tǒng)。從500#和550#出來的氣體除h2外還有殘余的ch4，n2，co等雜物。 經(jīng)co變換和co2脫除后的原料氣中尚含有少量殘余的co和co2。為了防止對(duì)氨合成催化劑的毒害，規(guī)定co和co2總含量不得大于10cm3/m3(體積分?jǐn)?shù))。因此，原料氣在進(jìn)入合成工序前，必須進(jìn)行原料氣的最終凈化，即精制過程。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，最終凈化方法分為深冷分離法和甲烷化法。深冷分離法主要是液氮洗法，是在深度冷凍(10000管程物質(zhì)的普朗特常數(shù)：pr管=cp管管管=1.15則管程的對(duì)流傳熱系數(shù)：管=0.023管dire管0.8pr管0.4=1615.85w/(m2s)2.4.3殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)殼程物質(zhì)的雷諾數(shù);re殼=do殼殼殼=2.4210510000殼程物質(zhì)的普朗特常數(shù)：pr殼=cp殼殼殼=1.26則殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)：殼=0.023殼d殼re殼0.8pr殼0.4=1562.80w/(m2s)由2附錄20表管內(nèi)外側(cè)污垢熱阻均?。簉s管=rs殼=1.719710-4w/(m2s)換熱器的總傳熱系數(shù)：k=11殼+rs殼+rs管dodi+bdodm+do管di=536.7因?yàn)?5%k-kk=21.74%2