2200整体锻焊式氨合成塔设计(1)

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2200整体锻焊式氨合成塔设计

氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。氨合成塔是生产合成氨的关键设备。
本设计进行了氨合成塔的工艺设计，及其筒体和内件的选型、选材、结构设计，并提出了氨合成塔的制造、安装、维护方法。绘制了氨合成塔装配图和零件图。对其焊接应力作了专题讨论。
目 录

任务书
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
第1章 绪论 1
1.1 氨的发现与合成 1
1.2 合成氨生产的发展 1
1.3 氨的性质和用途 3
第2章 氨合成塔工艺计算 5
2.1 合成原理及典型工艺流程 5
2.1.1 合成原理 5
2.1.2 典型工艺流程 5
2.2 合成塔操作条件与说明 6
2.3 物料衡算 8
2.3.1 计算依据 8
2.3.2 物料衡算 8
2.4 能量衡算 11
2.4.1 全塔的总热量衡算 11
2.4.2 触媒筐热量衡算 12
2.4.3 热交换器热量衡算 13
2.5 工艺技术特性一览表 15
第3章 设备类型的选择及论证 16
3.1 氨合成塔的结构特点及基本要求 16
3.2 外筒结构型式的选择及论证 17
3.3 密封结构型式的选择及论证 18
3.3.1高压容器的密封机理及结构分类 18
3.3.2氨合成塔密封结构形式的选择及论证 19
3.4 触媒筐结构设计及论证 20
3.4.1 触媒筐设计的一般要求 20
3.4.2 触媒筐的分类 20
3.4.3 触媒筐的类型选择及论证 21
3.5 塔内换热器总体结构设计及论证 22
3.5.1 换热器设计的一般要求 22
3.5.2 换热器的类型选择及论证 22
第4章 主要设备材料的选择及论证 24
4.1 氨合成塔材料的选择原则 24
4.2 外筒材料的选择与论证 24
4.2.1 筒体材料的选择与论证 24
4.2.2 端部法兰材料的选择与论证 25
4.2.3 上下封头材料的选择与论证 25
4.2.5 螺母、螺栓及密封件材料的选择与论证 26
4.3 内件材料选择及论证 26
4.3.1 内件用材的基本要求 26
4.3.2 内件各零部件材料的选择及论证 27
4.3.3 内件焊接材料的选择 28
4.3.4 保温铁皮材料的选择 28
4.3.5 保温层材料的选择 28
第5章 触媒的选择及触媒筐设计 30
5.1 触媒的选择 30
5.1.1 触媒选择的基本要求 30
5.1.2 触媒的类型选择 30
5.1.3 触媒颗粒大的选择 32
5.2 触媒筐设计 32
5.2.1 触媒筐工艺指标的选择 32
5.2.2 触媒筐的直径和高度 33
5.2.3 绝热层高度 34
5.2.4 冷管的选型和配置 34
5.2.5 中心管的选择 34
5.2.6 温度计套管的设计 34
5.2.7 折流头高度 34
5.2.8 保温型式及其厚度 35
5.2.9 触媒筐筒体壁厚的计算 35
第6章 电加热器设计 36
6.1 电加热器的作用及其结构 36
6.1.1 电加热器设计的一般要求 36
6.1.2 电加热器结构型式选择 36
6.2 电加热器材料的选择 37
6.2.1 电热元件材料的一般要求 37
6.2.2 电加热器材料的选择 37
6.3 电加热器功率的确定 38
6.4 电热元件的电气计算 40
6.4.1 电加热器端电压的选择 40
6.4.2 电加热器相数的选择 40
6.4.3 电加热器的温度调节方式 40
6.4.4 电热元件的计算 40
6.5 电加热器端盖设计 42
6.5.1 主螺栓及主螺母的设计 42
6.5.2 端盖设计 43
第7章 换热器设计 46
7.1 氨合成塔内换热器的设计条件 46
7.2 设计方案选择 46
7.2.1 流程安排 46
7.2.2 物性数据的确定 46
7.3 换热器工艺结构设计 48
7.3.1 初算换热面积 48
7.3.2 工艺结构尺寸 49
7.4 换热器主要结构尺寸 51
第8章 氨合成塔的强度计算 53
8.1 筒体的设计计算 53
8.1.1 设计条件 53
8.1.2 筒体厚度计算 53
8.2 底部封头的设计计算 54
8.2.1 封头型式选择 54
8.2.2 封头厚度计算 54
8.3 密封件的设计计算 55
8.3.1 双锥环结构尺寸 55
8.3.2 主螺栓的计算 56
8.4 筒体上下端部平盖设计 58
8.4.1 筒体下端部平盖设计 58
8.4.2 筒体下端部平盖设计 60
8.5 筒体端部法兰的设计计算 61
8.5.1 法兰型式及尺寸的确定 61
8.5.2 法兰强度校核 62
8.6 四通的结构设计 64
8.7 水压试验 64
8.8 热膨胀量计算 65
8.8.1 触媒筒中心管热膨胀量估算 65
8.8.2 内件总膨胀量估算 65
第9章 典型零部件的制造安装工艺 66
9.1 原料的检验 66
9.2 原材料的矫形和净化 66
9.2.1 矫形 66
9.2.2 净化 67
9.3 氨合成塔外筒的制造 67
9.3.1 简介 67
9.3.2 制造工艺 67
9.4 氨合成塔内件的制造 68
9.4.1 三套管式触媒筐的制造 68
9.4.2 列管式换热器的制造 70
9.5 氨合成塔的检验 71
9.6 氨合成塔试压 72
9.7 氨合成塔的安装 73
9.7.1 施工前的准备 73
9.7.2 氨合成塔的安装 74
9.7.3 安装安全技术 77
9.8 氨合成塔的维护和检修 79
9.8.1 氨合成塔的维护 79
9.8.2 氨合成塔的检查 80
第10章 专题讨论 82
10.1 本设计遇到的问题 82
10.2 低封头与筒体连接的过渡型式解决方案 82
10.3 法兰与筒体焊接处的应力分析 82
10.3.1 应力计算 82
10.3.2 结果分析 84
总结 86
参考文献 87
致谢 88