1500t_d合成氨工艺粗煤气变换工段第三变换热交换器设计毕业设计太原理工大学毕业设计（论文）任务书第1页第2页第3页第4页1500t/d合成氨工艺粗煤气变换工段第三变换热交换器设计摘要本次设计在安全前提下，以经济实用为原则，从原始数据开始经工艺计算、机械设计和强度校核三步详尽地阐述了本台换热器的设计过程。
此设计过程有五个部分：绪论，工艺计算，机械设计，强度校核和技术条件的编制。
在绪论中主要叙述了合成氨生产生产中的变换工段在本次这个天脊集团合成氨装置增产节能改造项目中的作用及简单介绍。
控制方案的设计主要是通过对整体设备的综合分析，确定设备的控制方案，达到自动控制目的；工艺计算主要是通过对热量负荷的计算得到换热器的传热面积、初步确定换热器的基本尺寸，为下一步提供依据；机械设计主要任务是在设计条件下，从主体到部件，进行材料和零部件的设计入手，设计合理的结构；强度校核是在满足工艺条件的要求下，对所设计的设备进行强度校核，以便生产可以顺利的进行。
关键词：换热器，工艺计算，机械设计A Design of 1500t / d of crude ammonia process gas shiftconversion section third heat exchangerAbstractThe premise of the design in a safe, economical and practical principle to begin the process calculated from the raw data by the mechanical design and strength check-step detailed exposition of this station heat exchanger design process.This design process has five parts: the preparation of the introduction, process calculations, mechanical design, strength check and technical conditions.Described in the introduction the main role in the production of ammonia production in the second section of this transformation Tianji Group ammonia unitincrease in energy-saving projects and brief. Control scheme designed primarily through a comprehensive analysis of the whole device to determine device control solutions, to achieve automatic control purposes; process calculation is mainly through the calculation of the heat load to get the heat exchanger heat transfer area of the heat exchanger initially identified the basic dimensions provide the basis for the next step; mechanical design of the main tasks is under design conditions, from the body to the parts, and materials and components designed to start, well-designed structures; strength check is to meet the requirements under process conditions, equipment designed for the strength check, in order to produce a smooth conduct. Key words: Heat Exchanger;Process calculation;Mechanical Design目录1.绪论 (14)1.1变换工段的说明 (14)2 工艺设计 (16)2.1 确定设计方案 (16)2.1.2 管程安排 (16)2.2 确物性数据 (16)2.3 估算传热面积 (16)2.3.1 热流量（忽略热损失） (16)2.3.2 粗煤气用量（忽略热损失） (17)2.3.3 平均传热温差 (17)2.4 工艺结构尺寸 (17)2.4.1 管径和管内流速 (17)2.4.2 管程数和传热管数 (17)2.4.3 平均传热温差校正及壳程数 (17)2.4.4 传热管排列和分程方法 (18)2.4.5 壳体直径 (18)2.4.6 折流板 (18)2.5 换热器核算 (19)2.5.1 传热面积校核 (19)2.5.2 换热器内内压降核算 (21)3 .机械结构设计 (24)3.1 设计压力 (24)3.2 设计温度 (24)3.3 管壁温度 (24)3.3.1 符号 (24)3.3.2 管程壁温 (24)3.3.3 壳程壁温 (25)3.4 筒体壁厚 (25)3.4.1 筒体选材 (25)3.4.2 筒体壁厚计算 (25)3.5 管箱厚度 (26)3.5.1 管箱选材 (26)3.5.2 筒体壁厚计算 (26)3.6 管箱法兰 (27)3.6.1 材料选择 (27)3.6.2 法兰尺寸 (27)3.6.3 法兰型式 (29)3.6.4 法兰垫片 (29)3.6.5 法兰螺柱螺母 (30)3.7 封头的设计 (30)3.7.1 封头选材 (30)3.7.2 封头壁厚计算 (30)3.7.3 封头尺寸 (31)3.8 液压实验 (32)3.9 拉杆设计 (33)3.9.1 拉杆选材 (33)3.9.2 拉杆参数 (33)3.9.3 拉杆的布置 (33)3.10 管板设计 (34)3.10.1 材料的选择 (34)3.10.2 管板结构 (34)3.10.3 管板布管 (34)3.10.4 管孔设计 (34)3.10.5 拉杆孔设计 (34)3.10.6 管板尺寸 (35)3.11 实际布管 (36)3.12 换热管设计 (36)3.13 接管设计 (37)3.13.1 管程接管设计 (37)3.13.2 壳程接管设计 (37)3.13.3 排气管与降液管设计 (38)3.13.4 各接管法兰和垫片的设计 (38)3.14 保温层的设计 (40)3.15 各接管尺寸设计 (40)3.15.1 接管的外伸长度 (40)3.15.2壳程接管位置 (40)3.15.3管程接管位置 (41)3.16 防冲挡板 (42)3.16. 1管程 (42)3.16.2 壳程 (43)3.17折流板与支持板 (43)3.17.1材料 (43)3.17.2折流板设计 (43)3.17.3折流板和支持板管孔 (44)3.17.4 折流板布置 (44)3.17.5 折流板重量计算 (45)3.18 管箱设计 (46)3.18.1 管箱结构形式 (47)3.18.2 管箱长度 (48)3.19 吊耳与顶丝 (48)3.19.1 左管箱质量 (48)3.19.2 右管箱质量 (48)3.19.3 吊耳 (49)3.20 支座设计 (49)3.20.1 支座所承受的载荷 (49)3.20.2 支座尺寸 (50)3.20.3 支座材料 (51)3.20.4 支座安装尺寸 (52)4. 焊缝设计 (52)5 强度校核 (55)6 技术条件编制 (94)6.1 技术条件说明 (94)6.1.1 钢材 (94)6.1.2 冷热加工成型 (94)6.1.3 焊接条件 (95)6.1.4 热处理 (95)6.1.5 无损探伤 (95)6.2 装配图的技术条件 (95)6.3 零件图的技术条件 (96)6.3.1 管箱部件图的技术条件编制 (96)6.3.2 管板零件图技术条件 (96)6.3.3 折流板技术条件 (96)结束语 (97)参考文献 (98)致谢 (101)1.绪论1.1变换工段的说明在合成氨工艺生产过程中，变换工艺是一个重要的净化工序，通过变换工序，不尽能制取氢气为合成氨提供原料，而且还减少了CO对氨合成催化剂的毒害。
这张工艺物料流程图就是天脊集团合成氨装置增产节能改造项目，针对粗煤气中的CO含量高、水碳比低的特点，对CO变换工艺进行设计与优化。
天脊煤化工集团有限责任公司是我过于20世纪80年代初从国外成套引进技术和设备而兴建的，以煤为原料生产生产硝酸磷复合肥的大型煤化工基地。
其年产30万吨合成氨装置采用MARK-ⅠV型鲁奇加压气化炉气化制成的粗煤气，在一氧化碳变换工序中经过两段钴钼系耐硫催化剂床层进一步提高H2含量，冷却后的变换气进入低温甲醇洗工序除去变换气中的CO2、H2S，除去CO2、H2S的合成气再进入液氮洗工序，脱除CO的同时将N2和H2配比成适当的比例经过合成气压缩机提压后送入托普索100型合成塔进行氨合成。
一氧化碳和水蒸气在催化剂作用下反应生成二氧化碳和氢气。
其反应方程式：CO+ H2O=CO2+H2+410894kJ/kmol称做水煤气变换反应，简称变换反应。
变换反应为放热等分子可逆反应。
因此降低反应温度和增加蒸汽用量都可降低变换气中CO的平衡浓度，若温度高，蒸汽量少，将不利于变换反应甚至还可能发生逆变换反应过程。
在要求变换气中CO浓度一定的条件下，降低反应温度是降低蒸汽用量的必要手段。
在不能降低温度条件下，片面追求降低CO浓度，将会造成极大的蒸汽浪费。
从300#工段出来的粗煤气的主要成分是CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2，O2及碳化物等。
除N2、H2外，其他物质的存在都对合成氨的催化剂有毒害作用，和影响合成氨的质量，还可能造成设备仪器的损害等，需要进行脱除，只至百分之几的数量级为止。
本次节能改造时先把来自200#的粗煤气用液氮洗涤，在深度冷冻（-100℃）下用液氮吸收少量CO，而且还能脱除甲烷和大部分氩，这样可以获得只含有惰性气体100cm3/m3以下的氢氮混合气体。
粗煤气经过煤气水分离器分离气体，再经过变换热交换器利用高温变换煤气与进入换热器的相对低温的粗煤气进行换热，以达到加热粗煤气同时冷却变换煤气的目的，节省了资源的利用。