南华大学机械工程学院毕业
铁催化剂，氨合成反应在此进行。从催化剂筐出来的热气体温度通常在460℃以上，进入氨合成塔的冷气流体温度根据流程不同，有的为20~30℃，有的可达140℃以上。为了使进入氨合成塔的气体能加热到反应温度，同时又能冷却反应后的气体，在塔内还设有换热器。换热器有列管式，螺旋板式和波纹板式，其中列管式采用最多。氨合成催化剂在开车之前必须还原，还原需要提供一定的热量，为此中小型氨合成塔内部装有电加热器，大型氨合成塔则采用塔外设置开工加热炉的办法来解决。在给定的铁催化剂和压力下，氨合成温度不同，反应速度也不同。对于一定的氨含量，氨合成反应速度最大时的温度称为最佳温度，此最佳温度随着氨含量增大而降低，由于氨合成为放热反应，催热机床层的温度将随着反应进行而不断升高。为使氨合成反应能在接近最佳温度下进行，需要采取措施一走多余的热量，工业上按传热方式区分催化剂筐的类型。 内部换热式 又称连续换热式。特点是在催化剂床层中设置冷却管，通过冷却管进行床层内冷热气流的间接换热，以达到调节床层温度的目的。冷却管形式有单管、双套管和三套管之分，根据催化剂床层和冷却管内气体流动的异同，又有逆流式和并流式冷却管之分。以并流双套管式氨合成塔为例，气体从塔顶部进入，在环隙中沿塔壁而下，经换热器壳程后到分器盒，分散到各双套管的内冷却管，到管顶折至外冷却管，气体倍于热岛铁催化剂的活性温度（通常为400℃），再流经设有电加热器的中心管。从上而下通过催化剂床层，氮气和氢气在此反应后，出催化剂筐，通过换热器管程降低温度，出合成塔。为控制催化剂温度不致过高，有少量气体从冷气旁路管进入塔内，不经换热器壳程，而直接与已预热的气体混合。
间断换热式 主要特征是反应和换热间断进行。催化剂床层分为若干段，在段间通入的未预热的氮氢混合气体用以直接冷却，称为多层直接冷激式氨合成塔。
按床层内气体流动方向不同，分为沿中心轴方向流动的轴向氨合成塔和沿半径方向流动的径向氨合成塔。它们结构简单，易损部件少，内件比较稳妥，多被大型氨厂采用。
下面简单介绍两种内件：
全冷激式内件 全冷激式内件是一种在中小型氨厂推广使用的新型内件，它
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与传统内件（内冷式内件）有本质区别，将圆催化剂中的冷管取消，将一个大的催化剂反应床分割为若干个小的催化剂反应床，床层之间采取冷激换热的方式将反应热一直，以便将反应能继续进行下去。冷激式内件是多层绝热、层间换热式内件中最简单的一种。它与层间水冷式内件几乎同时应用与大、中型合成氨厂。它具有结构简单，运行可靠的特点。此种内件根据合成系统工作压力、催化剂活性温度、催化剂温区范围、反应热回收方式等因素以及要达到的氨净值来确定催化剂床的数量。
多层换热式内件 多层换热式内件具有三大特点：
（1） 多层绝热，层间换热。用未反应的气体作为冷源，一方面将反应后的热气体热量移走；另一方面自身温度提高达到第一绝热床时的零米温度。
（2） 催化剂筐采用径向型 （3） 宽温区催化剂
对于整台合成塔，需设计和制造外壳，所设计的外壳具有一下特点： （1） 球形封头 结构成熟，使用材料较省，若采用锻件，则将增加一倍以
上的重量。
（2） 多层包扎筒体 国内制造经验丰富。成熟可靠，材料也易于解决，设
备安全性高。
（3） 顶部大开口大平盖 便于内件安装和维修，便于催化剂装填和卸除，
大盖的安装起吊比较方便，顶部的管口易于布置。
（4） 顶部筒体密封采用双锥垫结构 密封使用成熟，密封可靠。 本设计详细介绍了多层直接冷激式氨合成塔的内件、工艺流程、生产操作数据、设计主要控制指标、关键设备尺寸及制造工艺。
而本次课题主要研究氨合成塔的结构确定、材料的选定、主要尺寸的选定、强度计算和校核、主要零部件制造工艺以及多层冷激式氨合成塔的特点。
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2 DN1600多层直接冷激式氨合成塔结构设计
2.1 主要设计参数：
根据氨合成塔生产工艺的需要，采用并流双套管式氨合成塔，其主要设计参数：
设计压力 / MPa 31.4 设计温度 / ℃ 筒体280，底部380 工作介质 N2、H2、CH4、NH3、Ar 设备内径 / mm υ1600 设备容积 / m3 20
密封形式 双锥（设备大开口） 容器类别 三类
主要材质 12Cr2-Mo1R、12Cr2-MoL
2.2 主要设计尺寸的确定:
根据设计任务书要求设计压力取31.4MPa。因该热壁塔冷激气采用反应气，塔壁最高工作温度达280℃，底部为合成气出口，根据合成氨工艺，合成气最高温度达380℃，筒体、底部锻件设计温度分别取280℃和380℃。考虑氨合成塔使用寿命，腐蚀裕度应取2mm。
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氨合成塔外壳顶部采用圆形平盖，与端部法兰之间用24个M140×4的大螺
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栓紧固，并采用双锥密封结构。顶盖外径为υ2080mm，厚度为δ380mm。螺栓中
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