《整体锻焊式氨合成塔设备类型的选择及论证》由会员分享，可在线阅读，更多相关《整体锻焊式氨合成塔设备类型的选择及论证（9页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、整体锻焊式氨合成塔设备类型的选择及论证1.1 氨合成塔的结构特点及基本要求氨合成塔是合成氨厂的心脏，作用是使氢氮混合气在塔内催 化剂层中合成为氨。由于氨合成反应在高温高压下进行，因此合 成塔不仅应有较高的机械强度，而且应有在高温下抗蠕变和松弛 的能力。同时在高温高压下，氢、氮对碳钢有明显的腐蚀作用。在合成塔操作介质中，氢、氮、氨是主要成份，氨也会分解 为原子氢和氮。高温高压下氢活性很高，对钢材有剧烈的腐蚀作 用，称为“氢蚀” 。氢对钢材的腐蚀有两种形式：一是和钢材表面 碳化合引起表面脱碳， 使其机械性能恶化， 这种现象称为 “氢脆”； 二是渗透到钢材内部和碳化合生成甲烷，甲烷积聚于金属晶格边
2、界的边孔中，在钢材内部造成裂纹，这种现象“氢腐蚀” 。无论是 分子状态或原子状态的氢，与碳都能起反应。高温高压下， 氮与钢材中的铁及其它合金元素也能化合生成 硬而脆的氮化物， 使钢材失去塑性和韧性而变脆， 这称为“氮脆”。为了适应氨合成的反应条件，合理解决存在的矛盾，氨合成塔第 3 章 设备类型的选择及论证通常由内件与外筒两部分组成，内件置于外筒之中。进入合成塔 的气体（温度较低）先经过内件与外筒之间的环隙，内件的外面 设有保温层，以减少向外筒散热。因而，外筒主要承受高压（操 作压力与大气压力之差） ，但不承受高温，可用普通合金钢或优质 低碳钢制成。内件在500C左右高温下操作， 但只承受环隙
3、气流与 内件气流的压差，一般仅为12MPa，即内件只承受高温不承受高 压，从而可降低对内件材料和强度的要求。内件一般用合金钢制 作，塔径较小的内件也可用纯铁制作。内件使用寿命比外筒短得 多。内件由触媒筐、换热器和电加热器等三个主要部分构成，大 型氨合成塔的内件一般不设电加热器，而由塔外加热炉供热还原 触媒。外筒主要包括筒体、上下端部法兰、封头、电加热器端盖、 接管及密封件等等。在氨合成塔设计过程中，一般应考虑下列问题：1 容积利用率高。充分利用高压容器空间，多装触媒，使单 位容积的生产能力尽可能的大。2触媒生产强度大。合成塔的结构型式应能保证触媒层在最适宜的操作条件下工作，充分发挥触媒的活性。
4、3塔的阻力小 4氨净值高，减少分离氨及循环机的负荷。合成塔在最适宜条件下操作时氨净值高，出口氨含量高，可以在较高的温度下分离氮，因此可以在很大程度上节省冷却设备。同时氨净值高，也降低了系统的循环气量，相应地降低了能量消耗定额。5气体分布均匀，处理气量大。在具有高的单塔生产能力的同时，也使整个系统在正常负荷下操作。6热能综合利用好。不是消极地在合成塔后冷却器中除去反应热，而是积极地利用反应热，补充氨生产和氨加工系统所需要 的能源，以降低总的能源消耗。7操作方便，调节灵活，并尽量减少同平面温差或同圆柱面 温差，充分发挥触媒的活性。8使用寿命长。一般要求氨合成塔外简使用寿命2030 年，内件使用寿命
5、 6l0 年。9结构简单，运行安全可靠。10制造、运输、安装、维护、检修方便。11金属材料用量少，备料方便。第 3 章 设备类型的选择及论证对于1000毫米以下的氨合成塔，应进一步提高氨生产能力， 降低阻力，多产氨，并能副产0.81.3MPa蒸汽。对于必 0600毫米03200毫米以上的氨合成塔， 应着重考虑设备长期运转的可靠 性、阻力损失小、气体分布均匀，以及制造、运输、安装的条件1 .2外筒结构型式的选择及论证氨合成塔选用圆柱形容器，圆柱形容器是最常见的一种压力 容器结构形式，具有结构简单、易于制造，便于在内部装设附件 等优点，被广泛用作反应器、换热器、分离器和中小容积储存容 器。圆筒形容
6、器的容积主要由圆柱形筒体提供。圆筒可分为单层式和组合式两大类：1 单层式筒体。筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构 成，也就是器壁只有一层(为防止内部介质腐蚀，衬上的防腐层 不包括在内) 。其优点是结构简单。单层式筒体分为：a) 单层卷焊式：它采用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，经焊接纵焊缝成为筒节，然后与封头或端部法兰组装焊接成容器。b) 整体锻造式：这种筒体是高压容器中最早使用的筒体型式，制造时筒体与法兰 可整锻为一体或用螺纹连接，整个筒身没有焊缝。c) 整体锻焊式：它是在整体锻造式的基础上发展起来的，分段锻造筒体，然后焊接拼合成整体的锻焊式筒体。d) 半片筒节冲压拼焊式：它是先将钢板加热后
7、在大型水压机 上压成圆柱形壳片，然后用 23 块壳片拼焊成为一个成筒节。2组合式筒体。筒体的器壁在厚度方向是又两层或两层以上 互不连续的材料构成。可分为多层包扎式、热套式、绕板式、整 体多层包扎式、绕带式。考虑氨合成塔是在高温、高压下工作的，根据设计任务和要 求，选择整体锻焊式筒体作为氨合成塔的外筒筒体。1.3 密封结构型式的选择及论证1.1.1 高压容器的密封机理及结构分类由于压力高，高压密封装置的重量约占容器总重的 1030%，而成本则占总成本的 1540% ，其设计是整个高压容器设计的一个重要组成部分。高压容器能否连续正常操作，很大程度上取决于 密封结构的完善程度。第 3 章 设备类型的
8、选择及论证流体在密封口泄漏有两条途径，一是“渗透泄漏” ，即通过垫 片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、 分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材料性质 有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与 不透性材料组合成型来避免“渗透泄漏” ；二是“界面泄漏” ，即 沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸 有关。压紧面就是指上、下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面 上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。 “界面泄漏”是密封失效的主要途径。防止流体泄漏的基本方法是在密封口增加流体流动的阻力， 当介质通过密封口的阻力大于密封
9、口两侧的介质压力差时，介质 就被密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压 力来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密 封口的阻力越大，越有利于密封。在选用和设计高压密封时，有下列基本要求： 1在正常操作和压力，温度波动的情况下都能保证容器的密 封性；屈芥1平垫密封结购一主臬!垮* 2-玺i平盖，56平聯片2. 结构简单、紧凑，便于制造、安装和检修，同时占用的高压空间应尽量小；3. 紧固件尺寸应简单轻巧， 以减少锻件的重量和尺寸；4. 密封元件的材料能抗介质腐蚀，并能多次重复使用高压容器密封结构可分为下列三大类: 1 .强制式密封：如平垫密封、卡扎里密封；2. 半自紧式
10、密封：如双锥密封；3. 自紧式密封：如伍德密封、“ C”形环密封、金属“ 0”形环密封、三角垫密封、八角垫密封、“B”形环密封及楔形垫自紧 密封（）等氨合成塔密封结构形式的选择及论证1. 电加热器端盖与顶盖间采用平垫密封金属平垫密封属于强制式密封，结构形式如图3-1所示。圆筒屈芥1平垫密封结购一主臬!垮* 2-玺i平盖，56平聯片200 C、内径不超过第3章设备类型的选择及论证端部与平盖之间的密封依靠主螺栓的预 紧作用，使金属平垫片产生一定的塑性 变形，填满压紧面的高低不平处，从而 达到密封目的。为了改善密封的性能，可在密封面上开12条三角形截面沟槽，槽深、槽宽 尺寸各为1mm，两沟中心相距为 5mm。这种密圭寸结构一般只适用于温度不超过1000mm的中小型高压容器上。 它的结构简单，在压力不高、直径较小时密封可靠。但其主螺栓直径过大，不适用于温度与压力波动较大的场合。2. 外筒与顶部封头间采用双锥密封F9 3-2双锥密封培构1主集毋* 2總3空肆栓* 4平盖* J；取帷环甫一软金属蛰片.7圆簡虚一琳桂.9一托耳双锥密圭寸是一种半自紧式密圭寸，结构形式如图3-2所示。在密
整体锻焊式氨合成塔设备类型的选择及论证
