3124平方甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造（全套CAD圖+說明書+開題報(bào)告+翻譯）

3124平方甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與制造（全套CAD圖+說明書+開題報(bào)告+翻譯）,平方,甲醇,合成,反應(yīng)器,設(shè)計(jì),制造,全套,cad,說明書,仿單,開題,報(bào)告,講演,呈文,翻譯 購買后包含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396甲醇合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)論文主要介紹了3124平方甲醇合成反應(yīng)器的主要技術(shù)參數(shù)選定反應(yīng)管、管板、殼體材料及焊接材料的選用，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管箱筒體、殼程筒體、球形封頭、管板的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核，開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以及設(shè)備制造過程中筒體、封頭、管板的成形和設(shè)備制造、主要熱處理工藝等。關(guān)鍵詞：甲醇合成反應(yīng)器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)度校核;制造工藝流程;Abstract: This thesis has introduced a methanol synthesis reactors main technical parameters selected, The methanol synthesis has 3124 square meters heat-exchange area. Meanwhile it has also introduced the selection of reaction tubes, tube sheet, shell material and welding materials 、the theme of structural design、the design and control box shell, shell-shell, spherical head, tube plate and checking strength of the design、 calculation of opening reinforcement、manufacturing process of cylinder, head, tube plate and assembly sequence and the main heat treatment process.Keywords: methanol synthesis reactor; Structural design ;strength check; Manufacturing Process;目錄前言1第一章 主體材料選取及相關(guān)要求41.1反應(yīng)管選材41.2管板的選材61.3殼體選材61.4焊接材料的選用7第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算92.1工藝參數(shù)92.2設(shè)計(jì)參數(shù)的確定9 2.2.1計(jì)算壓力Pc的確定92.2.2計(jì)算溫度的確定92.2.3液壓試驗(yàn)壓力PT確定102.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)112.3.1封頭類型的選擇112.3.2管板結(jié)構(gòu)的確定112.3.3換熱管的選擇122.3.4具體結(jié)構(gòu)尺寸122.4甲醇合成反應(yīng)器的厚度計(jì)算和強(qiáng)度校核14 2.4.1管箱筒體的計(jì)算厚度和應(yīng)力校核142.4.1.1設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的計(jì)算厚度142.4.1.2壓力試驗(yàn)前管箱筒體應(yīng)力校核152.4.1.3 設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的應(yīng)力計(jì)算162.4.2殼程筒體的計(jì)算厚度和應(yīng)力校核162.4.2.1設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算厚度162.4.2.2壓力試驗(yàn)前殼程筒體應(yīng)力校核172.4.2.3 設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算應(yīng)力182.4.3殼程筒體的計(jì)算厚度和應(yīng)力校核182.4.3.1設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算厚度182.4.3.2壓力試驗(yàn)前球形封頭應(yīng)力校核192.4.3.3 設(shè)計(jì)溫度下球形封頭的計(jì)算應(yīng)力192.4.4管板的厚度選擇與強(qiáng)度校核202.4.5危險(xiǎn)工況的組合262.4.6開孔接管與補(bǔ)強(qiáng)332.4.6.1接管a與其中心線垂直的截面的單孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算332.4.6.2接管m1、m2與其中心線垂直的截面的單孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算34第三章 設(shè)備的制造要求和檢驗(yàn)要求363.1筒體的制造要求和檢驗(yàn)要求363.2封頭的制造要求和檢驗(yàn)要求373.3管板的制造要求和檢驗(yàn)要求373.4設(shè)備制造與組裝順序：383.5管板與加強(qiáng)筒體的組件與筒體組焊383.6管子組裝及管子管板焊接393.7封頭組件與筒體組件組焊403.8不見的成形、加工和組裝要求403.9甲醇合成塔的熱處理工藝413.10甲醇合成塔的檢驗(yàn)423.11壓力試驗(yàn)44外文翻譯46參考文獻(xiàn)59參考的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)60謝辭61第 65 頁 共 74 頁前言 甲醇是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的飽和一元醇，化學(xué)式 又稱“木醇”或“木精”，是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體，有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡，是基本有機(jī)原料之一。它被廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、塑料、醫(yī)藥、林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。它與現(xiàn)實(shí)中使用的液體燃料具有極為相似的燃燒性能，它既具有燃燒性能好、辛烷值高、抗爆性能好等特點(diǎn)，又具有生產(chǎn)原料非常廣泛的優(yōu)勢(shì),預(yù)期深加工后作為一種新型潔凈燃料和加入汽油摻燒，其燃燒熱的值及燃燒方程式為： 中國甲醇產(chǎn)量及消費(fèi)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，甲醇技術(shù)發(fā)展很快，主要趨勢(shì)為： 1. 煤炭是我國甲醇生產(chǎn)最重要的原料，以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇的比 例在逐步上升；2. 生產(chǎn)規(guī)模大型化，可降低單位產(chǎn)品的投資成本；3. 充分回收系統(tǒng)的熱量。實(shí)現(xiàn)了熱能的綜合利用；4. 采用新型副產(chǎn)中壓蒸汽的合成塔，降低能耗；5. 采用節(jié)能技術(shù)，如氫回收技術(shù)、預(yù)轉(zhuǎn)化、工藝?yán)淠猴柡图夹g(shù)等降低甲醇的消耗。甲醇反應(yīng)器是甲醇生產(chǎn)的重要設(shè)備，歷經(jīng)多年發(fā)展，其設(shè)計(jì)制造技術(shù)日臻成熟且趨于大型化。國內(nèi)甲醇合成反應(yīng)器歷經(jīng)引進(jìn)、模仿、改進(jìn)到自主研發(fā)取得了較大成就，同時(shí)在反應(yīng)器內(nèi)件改進(jìn)與研制方面也得到了較快發(fā)展，產(chǎn)生了一批有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的科研單位。在琳瑯滿目的設(shè)備面前，如何選擇一種合適的反應(yīng)器成為甲醇裝置投資建設(shè)必須面對(duì)解決的首要問題。國外主要反應(yīng)器1.主流反應(yīng)器(1)ICI冷激型反應(yīng)器ICI冷激型甲醇合成塔是針對(duì)51-1型銅基催化劑的時(shí)空產(chǎn)率低、催化劑用量大、床層控溫困難，催化劑易失活等缺陷而開發(fā)的一種絕熱型軸向流動(dòng)的低壓合成反應(yīng)器，由塔體、噴頭、菱形分布器等組成。合成氣預(yù)熱到230-250，進(jìn)入反應(yīng)器，段間用菱形分布器將冷激氣噴入床層中間降溫。根據(jù)規(guī)模大小，一般有3-6個(gè)床層，典型的是4個(gè)，上面3個(gè)為分開的軸向流床，最下面1個(gè)為軸-徑向流床。在5MPa、230-270條件下合成甲醇。ICI低壓反應(yīng)器與高壓反應(yīng)器 與高壓反應(yīng)器相比，該類反應(yīng)器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔內(nèi)未設(shè)置電加熱器或換熱器，催化劑利用效率較高。由于采用菱形分布器，保證了反應(yīng)氣體和冷激氣體的均勻混合；適于大型化甲醇裝置，易于安裝維修；高活性、高選擇性催化劑選擇余地大，國內(nèi)外生產(chǎn)的催化劑如美國的UCI C79-2、G106催化劑、ICI生產(chǎn)的ICI51-1、51-2、51-3催化劑、西南化工研究院開發(fā)的C302和蘭化院生產(chǎn)的NC系列催化劑等均能應(yīng)用。缺點(diǎn)是：床層溫度隨其高度的變化而不同，不同高度的催化劑活性不同，整體活性不能有效發(fā)揮，也容易因溫度控制不好，導(dǎo)致催化劑局部過熱而影響催化劑的使用壽命；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)松散，出口的甲醇濃度低，導(dǎo)致大部分原料氣不能參與合成反應(yīng)，必須保持10倍左右的循環(huán)氣量，壓縮能耗高(約占總能耗的24%)，同時(shí)相同產(chǎn)能的反應(yīng)器體積比魯奇反應(yīng)器大，其一次性投資也較魯奇的多；能源利用不合理，不能回收反應(yīng)熱，產(chǎn)品綜合能耗較高；催化劑時(shí)空產(chǎn)率不高，用量大。迄今為止，有50多套裝置采用該反應(yīng)器，其中最大的是1999年在智利投產(chǎn)的2850t/d甲醇裝置。四川維尼綸廠在上世紀(jì)70年代初引進(jìn)該反應(yīng)器，經(jīng)過10多年的運(yùn)行，始終難以達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。1997年技術(shù)改造時(shí)，將該反應(yīng)器改為MRF-Z反應(yīng)器。(2)魯奇管殼型甲醇合成塔該反應(yīng)器也是一種軸向流動(dòng)的低壓反應(yīng)器，采用管殼式結(jié)構(gòu)。操作條件是：5.2-7MPa、230-255，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水。反應(yīng)熱被沸水移走。兩種氣體分別呈軸向流動(dòng)，合成塔殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，通過控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度。該塔使用高含量銅催化劑時(shí)，可得到較高的單程轉(zhuǎn)化率，其最大生產(chǎn)能力為1500t/d。根據(jù)國內(nèi)應(yīng)用的情況來看，大部分催化劑均可使用，對(duì)生產(chǎn)影響不大。與ICI反應(yīng)器相比，該反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：熱量利用合理，每噸甲醇副產(chǎn)4MPa蒸汽1.4t，副產(chǎn)的蒸汽可用于驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)，也可用于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化，裝置正常運(yùn)行時(shí)不需外供蒸汽；合成反應(yīng)幾乎是在等溫條件下進(jìn)行，副反應(yīng)少，粗甲醇雜質(zhì)少，用雙塔精餾即可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；催化劑床層溫度易控制，床層的溫差較小，操作平穩(wěn)；出口甲醇濃度較高(甲醇含量約7%)，總循環(huán)氣量比ICI幾乎少一半；相同產(chǎn)能下，催化劑用量較少。缺點(diǎn)是：殼體和管板、反應(yīng)管之間用焊接結(jié)構(gòu)，為消除熱應(yīng)力，對(duì)塔體的制造、材料的要求均比較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，維護(hù)成本高；列管占用了反應(yīng)器大量的空間，催化劑的裝填量?jī)H占反應(yīng)器的30%；由于管內(nèi)外傳熱溫差較小，所需傳熱面積大，比冷面達(dá)125m2/m3；因用副產(chǎn)蒸汽從催化劑床層移熱，受蒸汽壓力限制，在催化劑壽命后期難以提高反應(yīng)溫度；限于列管長(zhǎng)度，擴(kuò)大生產(chǎn)時(shí)，只能增加列管數(shù)量，擴(kuò)大反應(yīng)器的尺寸，生產(chǎn)操作彈性小。一般認(rèn)為該反應(yīng)器不適用于大型甲醇裝置，魯奇經(jīng)過改進(jìn)，將合成壓力提高到7-10MPa，第一套2000t/d的甲醇裝置在馬來西亞建成，2003年以來采用該反應(yīng)器建成的甲醇裝置多達(dá)21套，產(chǎn)能在1000-2500t/d。即將在伊朗建成的5000t/d甲醇裝置則采用兩套反應(yīng)器串聯(lián)，該反應(yīng)器可適用于石油和天然氣原料。山東齊魯?shù)诙蕪S及河南安陽甲醇廠(原料為煤)、四川維尼綸廠、陜西榆林及河南濮陽三化的天然氣甲醇裝置均采用該類反應(yīng)器。國內(nèi)已能設(shè)計(jì)，產(chǎn)能可達(dá)30萬t/a，應(yīng)用效果也不錯(cuò)。(3)日本東洋公司MRF反應(yīng)器MRF(Multi-stage-indirect-cooling Type Radial Folw)反應(yīng)器是日本東洋公司與三井化學(xué)公司聯(lián)合開發(fā)的一種多段、間接冷卻的徑向反應(yīng)器，由殼體、催化劑床層、催化劑筐、列管及集氣盒組成。反應(yīng)器內(nèi)裝有一直徑較小的內(nèi)膽，以改變物料流向，在其中心軸向安裝一個(gè)帶外殼的集束管，用于收集反應(yīng)后的氣體，外殼開有直徑小于催化劑顆粒的小孔，收集的反應(yīng)氣沿徑向從外殼上的小孔流入，管束內(nèi)通過反應(yīng)后的高溫氣體。反應(yīng)器內(nèi)還有冷卻管束和催化劑托架，沿軸心均勻布置。冷卻管束為雙層同心管，沸水從內(nèi)管導(dǎo)入內(nèi)外管間的環(huán)隙，吸收反應(yīng)熱后生成高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽透平。催化劑填裝在冷卻管束外面，垂直地安裝在催化劑床層，與水平徑向流動(dòng)的合成氣垂直。鍋爐給水從爐底通入冷卻管，產(chǎn)生的蒸汽匯集在蒸汽室內(nèi)。冷卻管的排列是MRF反應(yīng)器的專利。其外型為圓筒狀，有上下兩個(gè)端蓋，下端蓋可以拆卸，便于將中心集氣管抽出，以方便催化劑裝填和內(nèi)部設(shè)施檢修。該反應(yīng)器于1988年最初應(yīng)用在特立尼達(dá)-多巴哥的1200t/d甲醇裝置的改造上。該裝置采用ICI冷激反應(yīng)器。TEC為驗(yàn)證該反應(yīng)器，在該裝置合成工序改造時(shí)，安裝了一個(gè)260t/d的小型MRF反應(yīng)器并于1990年6月投運(yùn)，完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。據(jù)TEC稱，該裝置易于從現(xiàn)在的2500-2800 t/d放大到5000 t/d，國內(nèi)有四川維尼綸廠的兩套甲醇裝置及四川瀘州天然氣化工廠的40萬t/a甲醇裝置采用該反應(yīng)器。國內(nèi)裝置采用ICI51-7/8催化劑，目前還沒有針對(duì)MRF反應(yīng)器開發(fā)新的催化劑，從運(yùn)行的情況來看，產(chǎn)能未受影響，基本能達(dá)到設(shè)計(jì)能力，但雜質(zhì)含量較偏高，且有甲胺和石蠟生成。冷卻管是MRF反應(yīng)器的核心部件，表2是MRF反應(yīng)器與普通反應(yīng)器對(duì)比。該反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：氣體徑向流動(dòng)，流道短，空速小，因此壓降小，約為軸向反應(yīng)器的1/10；合成氣垂直流經(jīng)冷卻列管，床層與冷管之間的傳熱效率較高；單程轉(zhuǎn)化率較高，循環(huán)氣量較??；由于降低了壓降和循環(huán)氣量，循環(huán)系統(tǒng)的能耗從冷激反應(yīng)器111.6MJ/t降到57.6MJ/t。其缺點(diǎn)是：催化劑床層的溫度難控制，沿徑向位于冷卻管遠(yuǎn)端的催化劑容易出現(xiàn)局部過熱而產(chǎn)生石蠟、氨、甲胺等，使粗甲醇的雜質(zhì)含量增高。2.其他反應(yīng)器(1)托普索(Topsoe)管殼式反應(yīng)器該反應(yīng)器是一種徑向復(fù)合式反應(yīng)器，一組3個(gè)。在反應(yīng)器之間移去反應(yīng)熱。由于使用了高活性、小粒度催化劑，床層壓降為0.2-0.3MPa，反應(yīng)器直徑和壁厚均比其他反應(yīng)器小，反應(yīng)器的空速和甲醇出口濃度得到提高，造價(jià)較低。1997年在挪威投產(chǎn)的2400t/d甲醇裝置采用該反應(yīng)器。其特點(diǎn)是：利用平衡曲線限制絕熱升溫，控制各段出口溫度，增大循環(huán)比，使各段出口溫度控制在催化劑耐熱溫度以內(nèi)；允許使用小顆粒催化劑。其缺點(diǎn)是：循環(huán)氣量大，能耗和循環(huán)回路的設(shè)備費(fèi)用增加；床層內(nèi)氣體呈軸向流動(dòng)，壓降較大；由于氣體分布不均勻，反應(yīng)氣體的線速度與接觸時(shí)間不斷變化，造成床層各部分催化劑的利用程度不同，催化劑性能得不到充分發(fā)揮；因采用多個(gè)反應(yīng)器，設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜。國內(nèi)還未有使用該反應(yīng)器的報(bào)道。第一章 主體材料選取及相關(guān)要求甲醇合成反應(yīng)是甲醇合成氣（、CO、）在催化劑的作用下，反應(yīng)生成甲醇，其主要反應(yīng)如下：CO+2+3+ 本甲醇合成反應(yīng)器是立式管殼式固定管板換熱器。管板頂部裝有絕熱催化劑層，管內(nèi)裝催化劑，管外充滿帶走反應(yīng)熱的中壓沸騰水蒸氣。本甲醇合成反應(yīng)器是近年來國內(nèi)外使用比較多的先進(jìn)塔型。其主要性能特點(diǎn)是：該塔反應(yīng)時(shí)觸媒層溫差小，合成反應(yīng)幾乎在等溫條件下進(jìn)行，反應(yīng)器能有效地除去熱量，采用低循環(huán)氣流并限制最高反應(yīng)溫度，使反應(yīng)在等溫的條件下進(jìn)行，單程轉(zhuǎn)化率高，雜質(zhì)生成少，循環(huán)壓縮功能消耗低，而且合成反應(yīng)中產(chǎn)生的熱副產(chǎn)物中壓蒸汽，便于廢熱綜合利用。甲醇合成反應(yīng)器為三類壓力容器，根據(jù)甲醇合成反應(yīng)器的工藝原理及特點(diǎn)，甲醇合成反應(yīng)器塔的筒體、封頭板料用中厚板，管程及殼程圓筒材料可選取低合金高強(qiáng)度鋼13MnNiMoNbR；，反應(yīng)管材料可選取ANDVIK SAF2205雙相不銹鋼管，管板材料可選取20MnMo級(jí)鍛件、封頭材料可選用15CrMoR板材。1.1反應(yīng)管選材換熱管材質(zhì)采用SANDVIK SAF2205雙相不銹鋼管，其制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收應(yīng)按ASTM的A-789M的規(guī)定。制造前應(yīng)按下列指標(biāo)按批復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分和力學(xué)性能。(1) 化學(xué)成分（%）表1.1 SAF2205換熱管化學(xué)成份CSimaxMnmaxPmaxSmaxCrNiMoN標(biāo)準(zhǔn)成分0.031.02.00.020.0221.023.04.56.52.53.50.080.20(2) 常溫機(jī)械性能（保證值）表1.2 SAF2205換熱管常溫機(jī)械性能 MPa620 MPa450 MPa25布氏硬度 max290(3) 線膨脹系數(shù)（保證值）表1.3 SAF2205換熱管常線膨脹系數(shù)溫差201002020020300a10-6mm/mm.13.013.514.0(4) 彈性模量（保證值）表1.4 SAF2205換熱管彈性模量溫差20100200300彈性模量 MPa1.991051.931051.861051.79105(5) 高溫強(qiáng)度（保證值）表1.5 SAF2205換熱管高溫強(qiáng)度溫差100200300385354334617578558對(duì)于反應(yīng)管材料的其他要求: (1) 反應(yīng)管必須采用整根鋼管，不允許拼接；(2) 反應(yīng)管應(yīng)每一批做一根鋼管的擴(kuò)口試驗(yàn)；(3) 反應(yīng)管金相組織：應(yīng)具有鐵素體奧氏體兩相組織，其中鐵素體含 量范圍：40%55%，組織中不允許有相出現(xiàn)；(4) 反應(yīng)管的尺寸允許偏差：外徑偏差10%。1.2管板的選材管板所用20MnMo鍛件除嚴(yán)格按JB4726-2000級(jí)鍛件要求。對(duì)于管板材料的其他要求:管板加工后全表面及焊接坡口，經(jīng)磁粉檢測(cè)，符合JB/T4730-2005級(jí)；進(jìn)行300下的高溫拉伸試驗(yàn)且高溫屈服強(qiáng)度應(yīng)符合JB/4726-2000A1要求。1.3殼體選材管程及殼程殼體所選用的13MnNiMoNbR、15CrMoR板材須滿足GB713-2008及第1，2號(hào)修改單的要求。對(duì)于殼體材料的其他要求：(1) 板材逐張超聲波檢測(cè)滿足JB/T4730.3-2005級(jí)要求；(2) 13MnNiMoNbR鋼板測(cè)定其線膨脹系數(shù)，線膨脹系數(shù)要求見表1.6表表1.6 13MnNiMoNbR鋼板線性膨脹系數(shù)溫差線膨脹系數(shù) a10-6mm/mm. 2010011.532020012.252030012.901.4焊接材料的選用甲醇反應(yīng)器制造埋弧自動(dòng)焊時(shí)，選用H08Mn2MoA+SJ101焊絲、焊劑，帶極堆焊時(shí)選用ER309L、ER308L、10SW焊條、焊絲、焊帶和焊劑；管子管板焊接時(shí)，選用ER00Cr22NiMo3N焊絲。焊材質(zhì)量應(yīng)符合AWS A5.4、AWS A5.9、JB4747-2002，壓力容器用鋼焊條訂貨技術(shù)條件等標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)規(guī)定。各種材料選用的焊接材料見表1.7：表1.7焊接材料選用表材料種類或接頭部位藥皮電弧焊焊條埋弧焊焊絲（帶）+焊劑氬弧焊焊絲備注13MnNiMoNbR鋼板對(duì)接焊J607RHH08Mn2MoA+SJ101/筒體13MnNiMoNbR+15CrMoRJ507RHH10Mn2+J431/封頭與筒體13MnNiMoNbR+20MnMoJ507RH/筒體與接管20MnMo+堆焊過渡層：E309L面層：E308L過渡層：ER309L面層：ER308L焊劑：10SW/管板堆焊15CrMoRR307E5515-B2封頭拼接15CrMoR+15CrMoR307E5515-B2封頭與接管SAF2205+20MnMo/ER00Cr22NiMo3N管子管板第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算2.1工藝參數(shù) 殼程 管程工作壓力MPa 3.9 6.0工作溫度 240 255物料名稱 沸騰水 N2 H2 CH4 CH2OH CO CO2腐蝕余量mm 2 3換熱面積 31242.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2.2.1計(jì)算壓力Pc的確定根據(jù)HG20580-1998表4-1設(shè)計(jì)壓力選取表要求，設(shè)備無安全泄放裝置的內(nèi)壓容器，其計(jì)算壓力Pc取1.01.1倍工作壓力Pw,故甲醇合成反應(yīng)器的計(jì)算壓力Pc為：殼程：1.13.9MPa=4.29MPa，取4.3MPa，液柱靜壓力：P1=0 MPa；故殼程設(shè)計(jì)壓力P=Pc=4.3 MPa.管程:1.16.0 MPa=6.6 MPa，液柱靜壓力：P1=0MPa， 故管程設(shè)計(jì)壓力P=Pc=6.6 MPa2.2.2設(shè)計(jì)溫度的確定根據(jù)HG20580-1998表5-1設(shè)計(jì)溫度選取表要求，當(dāng)工作溫度T15,介質(zhì)最高（低）工作溫度不確定時(shí)，其設(shè)計(jì)溫度Tc為介質(zhì)工作溫度T加1530，故取殼程設(shè)計(jì)溫度為260（240+20=260），管程設(shè)計(jì)溫度為280（255+25=280）2.2. 3液壓試驗(yàn)壓力PT的確定根據(jù)GB150-1998中式3-3 PT=1.25P/ 計(jì)算液壓試驗(yàn)壓力。對(duì)于殼程：材料為13MnNiMoNbR ；PT試驗(yàn)壓力 MPa； P設(shè)計(jì)壓力 MPa；容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力 MP；容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 MPa；查GB150-1998表4-1鋼板許用應(yīng)力，利用內(nèi)插法可以求得13MnNiMoNbR使用狀態(tài)為正火加回火，在設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力為：=190 MPa又已知試驗(yàn)溫度下13MnNiMoNbR的許用應(yīng)力=190 MPa，故液壓試驗(yàn)壓力PT=1.25P/=1.254.3190/190=5.375 MPa，取5.4 MPa。對(duì)于管程：材料有15CrMoR、20MnMo鍛件；在液壓試驗(yàn)壓力PT=1.25P/式中：PT試驗(yàn)壓力 MPa； P設(shè)計(jì)壓力 MPa； 容器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力 MPa； 容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 MPa；查GB150-1998表4-1鋼板許用應(yīng)力，利用內(nèi)插法可以求得15CrMoR使用狀態(tài)為正火加回火，在設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力：又已知在試驗(yàn)溫度下15CrMoR的許用應(yīng)力=150 MPa,故液試驗(yàn)壓力：PT=1.25P/=1.256.6150/136=9.1 MPa;查GB150-1998表4-5可知：20MnMo鍛件在設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力=177 MPa;又已知20MnMo鍛件在試驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力=177 MPa;故液壓試驗(yàn)壓力：PT=1.25P/=1.256.6177/177=8.25 MPa;根據(jù)GB150-1998第3.8.1.1條注2規(guī)定：容器各元件（圓筒、封頭、法蘭及緊固件等）所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料的/比值中最小值。故設(shè)備管城的液壓管程的液壓試驗(yàn)壓力：PT=8.25 MPa;由于殼設(shè)計(jì)溫度為260，考慮到13MnNiMoNbR是可焊的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼，熱強(qiáng)性能高，抗裂紋擴(kuò)展敏感性好，故殼程筒體采用13MnNiMoNbR,管程球形封頭采用15CrMoR,管板采用20MnMo鍛件，過渡層堆ER309L面層堆ER308L,換熱管采用SAF2205,管箱筒體采用13MnNiMoNbR。設(shè)備的A、B類焊縫均進(jìn)行100%射線檢測(cè)，故焊縫系數(shù)取1.0。2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1封頭類型的選擇由于球形封頭受力狀態(tài)好，且根據(jù)GB150-1998中球形封頭厚度計(jì)算公式：而筒體厚度計(jì)算公式：球形封頭厚度可以減薄到大約筒體的一半。且考慮本設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選用球形封頭；2.3.2管板結(jié)構(gòu)的確定由于固定管板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)、緊湊，能夠承受較高的壓力，制造成本低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換，但是由于其排管數(shù)比浮頭式、U形管式要多，故本設(shè)備采用管板與殼程圓筒和管箱圓筒形成整體結(jié)構(gòu)的固定管板式結(jié)構(gòu)。2.3.3換熱管的選擇 由于本甲醇合成反應(yīng)器要求的換熱面積為3124m2,換熱管選用常見型號(hào)（ld）：6m0.038m。有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得:換熱管的有效長(zhǎng)度（兩管板內(nèi)側(cè)的間距）L=5820mm。 由換熱面積的計(jì)算公式 ： 可得：n=4513(根)2.3.4具體結(jié)構(gòu)尺寸 圖2.1 甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.4甲醇合成反應(yīng)器的厚度計(jì)算和強(qiáng)度校核首先，將甲醇合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)羅列入表2.1表2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)殼程管程容器類別三類設(shè)計(jì)壓力 MPa4.36.6工作壓力 MPa3.96.0設(shè)計(jì)溫度 260280工作溫度 240255物料名稱沸騰水合成氣（中度危害）主要受壓元件材殼程圓筒：13MnNiMoNbR球形封頭：15CrMoR換熱管：SAF2205管板：13MnNiMoNbR殼程圓筒：13MnNiMoNbR焊縫系數(shù)11液壓試驗(yàn)壓力 MPa5.48.25換熱面積 31242.4.1管箱筒體的厚度計(jì)算和強(qiáng)度校核2.4.1.1設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的厚度計(jì)算由于本甲醇合成反應(yīng)器的換熱面積為3124m2，換熱管選取的類型為：6m0.038m（ld），暫取兩換熱管中心距s=44.5mm,換熱管按照正三角形排列，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)n=4513時(shí)，Di圓整可取3400mm 即Di=3400mm。P設(shè)計(jì)壓力（MPa）按設(shè)計(jì)參數(shù)取管程： P=6.6 MPaPc計(jì)算壓力（MPa） 管程：Pc=6.6 MPaPT液壓實(shí)驗(yàn)壓力（MPa） 管程：PT=8.25 MPa P 設(shè)計(jì)溫度下圓筒或封頭的最大允許工作壓力（MPa） Pw 圓筒或封頭的最大允許工作壓力（MPa）d 圓筒或封頭的設(shè)計(jì)厚度(mm)圓筒的計(jì)算厚度(mm)e圓筒的有效厚度(mm)n圓筒的名義厚度(mm)常溫下圓筒計(jì)算應(yīng)力（MPa）設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力（MPa）焊接接頭系數(shù)：取1.0。根據(jù)GB150-1998，當(dāng)計(jì)算壓力Pc0.4，設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的計(jì)算厚度可由GB150-1998式（5-1） =求得。由于計(jì)算壓力Pc0.4=0.41351=54 MPa，故設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的計(jì)算厚度= =54.55 mmC厚度附加量（mm） 管程：C=C1+C2=0+3=3mmC1鋼材厚度負(fù)偏差（mm）按GB6654-1996標(biāo)準(zhǔn)： 管箱筒體C1=0mmC2腐蝕裕量（mm）按設(shè)計(jì)參數(shù)取管程：C2=3mm筒體的設(shè)計(jì)厚度：d=+ C2=54.55+3=57.55mm筒體的名義厚度：n=d + C1=57.55+0=57.55 mm，向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度60mm。筒體的有效厚度：e=n-（C1+C2）=60-（0+3）=57 mm。2.4.1.2壓力試驗(yàn)前管箱筒體應(yīng)力校核根據(jù)GB150-1998中式（3-7）校核壓力試驗(yàn)前管箱筒體的應(yīng)力：= =250.18MPa0.91390=351 MPa 所以筒體液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核合格；2.4.1.3 設(shè)計(jì)溫度下管箱筒體的應(yīng)力計(jì)算 根據(jù)GB150-1998中式（5-2）：計(jì)算應(yīng)力=181.95 MPa=1901=190MPa所以筒體的計(jì)算應(yīng)力校核合格;根據(jù)GB150-1998中式（5-4）：，設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓= MPa 6.3 MPa因?yàn)橐话闱闆r下要求：工作壓力設(shè)計(jì)壓力，故筒體名義厚度取=60 mm可以確保安全。2.4.2殼程筒體的厚度計(jì)算和強(qiáng)度校核2.4.2.1設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算厚度Di圓筒的內(nèi)徑（mm）按設(shè)計(jì)參數(shù)取：Di=3400mmP設(shè)計(jì)壓力（MPa）按設(shè)計(jì)參數(shù)取殼程： P=4.3 MPaPc計(jì)算壓力（MPa） 殼程：Pc=4.3 MPaPT液壓實(shí)驗(yàn)壓力（MPa） 殼程：PT=5.4 MPa P 設(shè)計(jì)溫度下圓筒或封頭的最大允許工作壓力（MPa） Pw 圓筒的最大允許工作壓力（MPa） d 圓筒或封頭的設(shè)計(jì)厚度(mm) 圓筒的計(jì)算厚度(mm) e圓筒的有效厚度(mm) n圓筒的名義厚度(mm) 常溫下圓筒計(jì)算應(yīng)力（MPa） 設(shè)計(jì)溫度下應(yīng)力（MPa） 焊接接頭系數(shù)：取1.0。根據(jù)GB150-1998，當(dāng)計(jì)算壓力Pc0.4，設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算厚度可由GB150-1998式（5-1）： =求得。由于計(jì)算壓力Pc0.4=0.41901=76MPa，故設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算厚度 MPaC厚度附加量（mm） 殼程：C=C1+C2=0+2=2mmC1鋼材厚度負(fù)偏差（mm）按GB6654-1996標(biāo)準(zhǔn)：殼程C1=0mm， C2腐蝕裕量（mm）按設(shè)計(jì)參數(shù)取殼程C2=2mm，筒體的設(shè)計(jì)厚度：d=+ C2=38.91+2=40.91 mm筒體的名義厚度：n=d + C1=40.91+0=40.91mm，向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度42mm。筒體的有效厚度：e=n-（C1+C2）=42-（0+2）=40 mm。2.4.2.2壓力試驗(yàn)前殼程筒體應(yīng)力校核根據(jù)GB150-1998式（3-7）校核壓力試驗(yàn)前殼程筒體的應(yīng)力：= =232.2MPa0.91390=351 MPa 所以筒體液壓試驗(yàn)前的應(yīng)力校核合格；2.4.2.3 設(shè)計(jì)溫度下殼程筒體的計(jì)算應(yīng)力 根據(jù)GB150-1998式(5-2)：= =172MPa=1901=190MPa所以筒體的計(jì)算應(yīng)力校核合格;根據(jù)GB150-1998式(5-4)：，設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力：= =4.42MPa 因?yàn)橐话闱闆r下要求：工作壓力0時(shí)，取與兩者中的較大值；當(dāng)m0時(shí)，=3m/k(24) 系數(shù)：當(dāng)m0時(shí)，按k和m查GB150-1999管殼式換熱器圖31（a）實(shí)線；當(dāng)m/i=91，故=71.62 MPa(77) 設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的屈服點(diǎn)： =221 MPa(78) 設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力： =177 MPa(79) 設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力： =138.6 MPa(80) 系數(shù)：=m1/K=40.63(81) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：，= MPa3(82) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：= (83) 殼程圓筒的裝配環(huán)向焊縫系數(shù) ： =1.0(84) 系數(shù)：(85) 系數(shù)：查GB150-1999圖26，=0.0002399(86) 系數(shù)：查GB150-1999圖26，=0.00058162.4.5危險(xiǎn)工況的組合2.4.5.1校驗(yàn)僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況（Pt），不計(jì)溫差應(yīng)力根據(jù)上面的已知條件，可計(jì)算得：(1) 換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差，=0(2) 當(dāng)量壓力組合，Pc=Ps=4.3MPa(3) 有效壓力組合，Pa=Ps+=21.31 MPa(4) 邊界效應(yīng)壓力組合，Pb=Ps=0.03062 MPa(5) 邊界效應(yīng)壓力組合系數(shù)， =0.003294(6) 管板邊緣力矩系數(shù)，=0.003294(7) 管板邊緣剪切系數(shù)，=0.1338(8) 管板總彎矩系數(shù)，m= =0.6235系數(shù)，僅用于m0時(shí)，Gle=3m/k=0.07035系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，按K和m查GB150-1999圖31（a）實(shí)線得，Gli=0.05系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，Gle取Gli與兩者中的比較大值，Gl=0.07035(9) 管板徑向引力系數(shù)， =0.002596(10) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力系數(shù)，=0.006491(11) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)， = =0.03691(12) 管板徑向應(yīng)力，=90.06 MPa1.5=265.5 MPa(13) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力，=25.53 MPa1.5=265.5 MPa(14) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力，=30.59 MPa0.5=88.5 MPa(15) 換熱管軸向應(yīng)力,=-37.77 MPa=138.6 MPa =-37.77 MPa=71.62 MPa(16) 殼程圓筒軸向應(yīng)力， =28.82 MPa=190 MPa(17) 換熱管與管板連接的拉脫力，15.90時(shí)，Gle=3m/k=0.06521系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，按K和m查GB150-1999圖31（a）實(shí)線得，Gli=0.05系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，Gle取Gli與兩者中的比較大值，Gl=0.06521(9) 管板徑向引力系數(shù)， =0.002322(10) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力系數(shù)，=0.005806(11) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)， = =0.03561(12) 管板徑向應(yīng)力，=114.7 MPa3=531 MPa(13) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力，=20.02 MPa3=531 MPa(14) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力，=42.04 MPa1.5=265.5 MPa(15) 換熱管軸向力=-62.27MPa3=415.8 MPa =-62.27 MPa=71.62 MPa(16) 殼程圓筒軸向應(yīng)力，=39.6 MPa3=570 MPa(17) 換熱管與管板焊接的拉脫力，26.220時(shí)，Gle=3m/k=0.06934系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，按K和m查GB150-1999圖31（a）實(shí)線得，Gli=0.05系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，Gle取Gli與兩者中的比較大值，Gl=0.06934(9) 管板徑向引力系數(shù)， =0.002541(10) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力系數(shù)，=0.006352(11) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)， = =0.03665(12) 管板徑向應(yīng)力， =178.2 MPa1.5=265.5 MPa(13) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力，=-46.91 MPa1.5=265.5 MPa(14) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力，=-61.4 MPa0.5=88.5 MPa(15) 換熱管軸向應(yīng)力,=-81.19MPa=138.6 MPa(16) 殼程圓筒軸向應(yīng)力，=68.18 MPa=190 MPa(17) 換熱管與管板焊接的拉脫力，34.190時(shí)，Gle=3m/k=0.07342系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，按K和m查GB150-1999圖31（a）實(shí)線得，Gli=0.05系數(shù)，當(dāng)m0時(shí)，Gle取Gli與兩者中的比較大值，Gl=0.07342(9) 管板徑向引力系數(shù)， =0.002771(10) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力系數(shù)，=0.006926(11) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)， = =0.03773(12) 管板徑向應(yīng)力，=153.5 MPa3=531 MPa(13) 管板布管區(qū)周邊處的徑向應(yīng)力， =-52.41 MPa3=531 MPa(14) 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力，=-49.96 MPa1.5=265.5 MPa(15) 換熱管軸向應(yīng)力, =56.68MPa3=415.8 MPa =56.68MPa=71.62 MPa(16) 殼程圓筒軸向應(yīng)力， =78.96 MPa3=570 MPa(17) 換熱管與管板焊接的拉脫力，23.87q=207.9 MPa 因此，管板名義厚度=90mm校核通過2.4.6開孔接管與補(bǔ)強(qiáng)表2.2管口表合成氣入口a54966合成氣出口b450下降管c2198蒸汽入口d100蒸汽出口e1-620530出水口f13620排氣口g1-225排氣口h25排凈口j25卸料口k1-2250人孔m1