太原科技大学毕业设计（论文）
3.1.1设计压力 .......................................................... 18 3.1.2设计温度 .......................................................... 18 3.1.3计算压力 .......................................................... 18 3.2 筒体壁厚 ............................................................ 18 3.2.1筒体选材 .......................................................... 18 3.2.2筒体壁厚的计算 .................................................... 18 3.2.3筒体的强度校核 .................................................... 19 3.3 管箱设计 ............................................................ 20 3.3.1管箱选材 .......................................................... 20 3.3.2 管箱筒体厚度计算 ................................................. 20 3.3.3筒体的强度校核 .................................................... 21 3.4管箱法兰 ............................................................. 21 3.4.1材料选择 .......................................................... 21 3.4.2法兰型式及尺寸 .................................................... 21 3.5管箱法兰垫片 ......................................................... 22 3.6管箱法兰紧固件 ....................................................... 23 3.6.1螺柱 .............................................................. 23 3.6.2螺母 .............................................................. 23 3.6.3弹簧垫圈 .......................................................... 24 3.7封头的设计 ........................................................... 24 3.7.1封头的壁厚计算 .................................................... 24 3.7.2封头尺寸 .......................................................... 25 3.8拉杆设计 ............................................................. 25 3.8.1拉杆结构形式 ...................................................... 25 3.8.2拉杆选材 .......................................................... 26 3.8.3拉杆参数 .......................................................... 26 3.8.4拉杆的布置 ........................................................ 26 3.9管板设计 ............................................................. 26 3.9.1材料选择 .......................................................... 26 3.9.2管板结构 .......................................................... 26
III
太原科技大学毕业设计（论文）
3.9.3中心距的求取 ...................................................... 27 3.9.4布管限定圆 ........................................................ 27 3.9.5拉杆孔的设计 ...................................................... 27 3.9.6实际布管 .......................................................... 27 3.10换热管设计 .......................................................... 27 3.11接管设计 ............................................................ 28 3.11.1管程接管设计 ..................................................... 28 3.11.2壳程接管设计 ..................................................... 28 3.11.3排气管和排液管的设计 ............................................. 29 3.12接管外伸长度 ........................................................ 29 3.12.1各接管尺寸设计 ................................................... 29 3.12.2管程接管位置的确定 ............................................... 29 3.12.3壳程接管位置的确定 ............................................... 30 3.13防冲挡板 ............................................................ 30 3.14折流板 .............................................................. 31 3.14.1材料 ............................................................. 31 3.14.2折流板的设计 ..................................................... 31 3.15吊耳 ................................................................ 32 3.16焊接结构设计 ........................................................ 33 3.16.1焊接结构 ......................................................... 33 3.16.2焊接材料的选择 ................................................... 33 3.17设备总质量估算 ...................................................... 34 3.18支座选型 ............................................................ 34 3.19鞍座位置确定 ........................................................ 35 4 强度校核 .........................................................37 参考文献 ............................................................42 致谢 ...............................................................43 附录 ...............................................................44
IV
太原科技大学毕业设计（论文）
1 工艺流程
1.1
合成氨的工艺流程
合成氨生产工艺过程示意图：
图1.1 合成氨工艺流程
造气→粗煤气→低温甲醇洗及冷冻系统→液氨洗系统→氨合成→氨库 造气即原煤经处理系统产生煤与空气中分离的氮气在加压气化流中反应。
氨由H和N两种元素组成。合成氨是以H2和N2在一定条件下全盛的。H2是从煤中获得的，而N2是从空气中分离得到的。
原煤经过筛选，粉碎等过程后，在200#工段加压气化系统的燃烧炉内与高温水蒸气反应得到水煤气，反应的一系列方和如下：
燃烧层： C+O2→CO2+Q C+O2→CO+Q CO+O2→CO2+Q 气化层：
C+ H2O→CO2+H2 －Q C+ H2O→CO+ H2－Q
1
太原科技大学毕业设计（论文）
C+ H2→CH4+Q CO+ H2O→CO2+ H2+Q
粗煤气继续在200# 经过洗涤降温，分离等程序最后进入300#，粗煤气变换系统的主要成分有CO2、CO、H2、H2S、CH4等。到300#的粗煤气洗涤变换后进入400#，在300#的变换炉内发生的主要反应有：C+ H2O→CO2+ H2 +Q。进入400#变换气冷却系统的变换气主要成分是CO2、H2，还有少量的CO、N2、H2S、CH4等。400#2段的主要作用是冷却变换气，气体的成分基本没有变化。
CO2、H2S等有害物质和各种杂质的作用会影响合成氨的质量，还可能造成设备仪器的损坏等，因此，在合成氨之前必须将这些有害物质和杂质去除。500低温甲醇洗涤系统和600#液氮洗系统是用物理方法吸收，沉淀这些物质。500#主要吸收CO2 和H2S，从500#流出的净化气还有少量的CO、N2、CH4等。600#主要吸收CO，从1800#、5800#空气分离得到的N2 也进入600#，并和H2混合，得到比例大约为1：3的N2和H2混合气体。此混合气体进入900#氨全盛系统合成，反应方程式如下：
#
N2+3 H2→2NH3
经氨合成系统合成的氨经处理后进入氨库。
1.2 低温甲醇洗工段工艺流程
冷却工段即为气氨的液化。气氨的液化包括气氨的压缩和冷凝，气氨在常压常温下冷凝温度为—33.35℃。因此，在常压常温下，气氨不能用常温水使其冷却成液氨。氨的冷凝温度随压力的提高而升高，当压力提高1.6MPa时，冷凝温度为40℃，高于一般冷却水温度，因此可以用25～35℃的常温水冷却，使之液化。
工艺流程：气氨冷凝为液氨，是靠冷冻循环来完成的，冷冻循环主要由压缩、冷却、冷凝、节流膨胀、蒸发五个过程组成的。气氨—冰机压缩提压后，进入氨冷却器，冷却后的气氨进入冷凝器，由冷却水把气氨冷凝为液氨，由冷却水将气氨放出的热量带走，冷凝后的液氨通过节流阀由冷凝压力降至蒸发压力。节流膨胀后的氨在氨冷器中蒸发吸收被冷却水的热量，此时液氨又变为气氨送入冰机进口，如此构成一个循环，这个循环周而复始的进行，被冷却物质的温度便于降低达到工艺要求。
1.3 换热器(w-501)的设计说明
第一换热器的主要作用是实现两种不同温度、不同压力之间的热量交换，从而满足工艺要求。
2
太原科技大学毕业设计（论文）
控制方案的确定
1.4 工艺过程及控制参数的选取
1．被控变量的选择：本过程主要是冷却变换气，使变换气出口温度达到一定值来达到下道工段的要求。因而选择其出口温度为被控变量。
2．操纵变量：变换气进口流量。被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后 时间越小越好。
3．干扰因素：（1）变换气进口温度,压力及流量的变化； （2）变换气进口温度,压力及流量的变化； （3）周围环境的影响。 最终确定参数如下：
被控变量：变换气出口温度。 给定值：变换气出口给定温度。
测量值：由检测元件测得的变换气的实际出口温度值。 被控对象：变换气出口管。 操纵变量：变换气进口流量。
1.5 控制方案的设计
采用单回路控制系统。
温度给定值 ys偏差eTC控制信号 u调节阀操纵变量 m干扰 f y气体出口管 ymTT热交换器温度简单控制方框图图1.2热交换器温度简单控制方框图
3