甲醇制氢反应气空冷器的设计

毕 业 设 计题目：甲醇制氢反应气冷却设备的设计学 生： 李轩 学 号： 201305050317 学 院： 机电工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 陈海峰 2017 年 6 月 8 日I甲醇制氢反应气冷却设备的设计摘 要水平鼓风式式空冷器由于应用范围最广、结构简单、操作方便维修费用低廉。其不仅可以节约用水，还可以减少污染。此外，还具有维护费用低，运行安全可靠，使用寿命长，选择厂址不受限制的优点，成为冷却设备选型的首选设备之一。在设备中，空气加速通过管束，加快散热量，实现管内反应气的冷却。主要构件包括：构架、管箱、翅片管、百叶窗、风机、附属装置等。设计的工作量主要是进行水平鼓风式空冷器的机构设计，首先确定设计的方案，主要阐述了空冷器的主要技术性能和初始参数，接着根据初始参数对空冷器进行计算与选型，并确定空冷器主要参数，进一步确定空冷器的尺寸。对其他主要部件进行选型，并对部件尺寸进行精确确定，设计各个零件的装备关系。绘制总装备图，主要部件装备图，零件图。对空冷器进行经济分析，并分析空冷器与环境之间的关系。关键词：水平鼓风式空冷器，翅片管，构架，管箱，百叶窗Design of Methanol Hydrogen Reaction gas Cooling EquipmentABSTRACTHorizontal blast type air cooler As the application of the most extensive, simple structure, easy operation and maintenance costs low. It can not only save water, but also can reduce pollution. In addition, it also has the advantages of low maintenance cost, safe and reliable operation, long service life and unrestricted selection of the site. It becomes one of the preferred equipments for cooling equipment. In the equipment, the air accelerates through the tube bundle, accelerates the heat dissipation, and realizes the cooling of the reaction gas in the tube. The main components include: frame, tube box, finned tube, blinds, fans, ancillary devices.The design work is mainly for the design of the horizontal air-cooled air cooler. First, the design scheme is determined. The main technical performance and initial parameters of the air cooler are mainly described. Then, the air cooler is calculated and selected according to the initial parameters. Determine the main parameters of the air cooler, and further determine the size of the air cooler. The other major components of the selection, and the parts size to accurately determine the design of the various parts of the equipment relationship. Drawing the total equipment map, the main components of equipment, parts map. Analyze the air cooler economically and analyze the relationship between the air cooler and the environment.Key words:Horizontal Blower Air Cooler，Finned tube，Architecture，Tube box，Blinds目录摘要 IABSTRACT II1 绪论 11.1 甲醇制氢工艺与流程 11.2 空冷器的发展现状 11.2.1 国内空冷器的现状 11.2.2 国外空冷器的现状 31.3 空冷器的分类与选型 41.3.1 水平式 41.3.2 直立式 51.3.3 斜置式 51.3.4 水平式空冷器两种类型的对比 52 空气冷却技术的概况 82.1 空冷器的经济分析 82.1.1 空气冷却方式和水冷方式的比较 82.1.2 空冷器设备与环境的关系 92.1.3 节水效果 92.2 空气冷却技术的应用 103 设备规格参数的确定和设计 113.1 接管以及法兰的选取 163.2 翅片管的选用 163.2.1 翅化比 193.3 翅片管与管板的连接 203.3.1 强度胀接 203.3.2 强度焊接 213.3.3 胀焊并用 213.4 管束定距结构的设计选择 223.4.1 圆形定位盒 223.4.2 六角形定位盒 233.4.3 组合定位槽 243.4.4 波形定位板 25I3.5 管箱的设计与选型 263.5.1 丝堵式管箱 263.5.2 可卸盖板式管箱 273.5.3 可卸帽盖式管箱 273.5.4 集合管式管箱 283.5.5 缎造型法兰管箱 283.6 风机的设计与选型 283.6.1 对风机的基本要求 283.6.2 风机的控制及配置 293.7 百叶窗的设计 293.7.1 框架 293.7.2 窗叶(或称叶片) 303.7.3 操纵机构 303.7.4 机械执行机构 304 空冷器操作维护检修规程 314.1 空冷器的操作 314.1.1 空冷器管束操作时应注意的事项： 314.1.2 空气冷却器风机操作应注意的事项： 314.2 空冷器的维护保养 314.2.1 空冷器空冷风机系统的维护保养及使用注意事项 314.2.2 空冷器管束的维护注意事项 324.3 空冷器的检修 324.3.1 空冷器检修包括哪些主要内容： 324.3.2 空冷器管束泄漏的处理方法 334.3.3 风机系统检修 33总结与展望 35总结 35展望 35致 谢 37参考文献 38陕西科技大学毕业设计说明书 01 绪论氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用，在国外氢气还被越来越广泛的作为清洁能源所使用。氢气的制取现在也是工业上的一个重要研究课题。现在主要的氢气制取方法有：1、电解水制氢；2、天然气重整制氢；3、煤、焦炭气化制氢；4、甲醇制氢，等方法。甲醇制氢以其优点多而被工业上大量用来制取氢气。在甲醇制氢的过程中需要将反应气冷却，而反应气冷却设备的设计在这里就显得尤为重要。1.1 甲醇制氢工艺与流程甲醇制氢的工艺流程大致经过下步骤：甲醇与水按配比进入原料液储罐，通过计量进入换热器(E0101)预热，然后在汽化塔 (T0101)汽化，在经过换热器 (E0102)过热到反应温度进入转化器，转化反应生成 H2、CO2 的以及未反应的甲醇和水蒸气等首先经过空冷器(E0103)冷却，然后经水冷器 (E0104)冷凝分离水和甲醇，这部分水和甲醇进入原料液储罐，水冷分离后的气体进入吸收塔，经碳酸丙烯脂吸收分离 CO2，吸收饱和的吸收液进入解析塔降压解析后循环使用，最后进入 PSA 装置进一步脱除分离残余的CO2、 CO 及其它杂质，得到一定纯度要求的氢气。图 1-1 中 E0103 为这次课题研究的重点对象，以下的研究主要以空冷器为主。1.2 空冷器的发展现状1.2.1 国内空冷器的现状我国是世界上是水资源短缺的国家之一，水资源在地理位置上分布不均。目前我国城市水资源情况为：65%缺水，12%严重缺水，煤炭基地有多半集中在缺水地区，所以在“富煤缺水”的华北、东北、西北发展电力工业，采用直接空冷技术建设节水型电厂是非常有效的节水途径。我国电厂空冷技术起步并不算晚，于上个世纪 60 年代开始火电空冷技术装备的选点和研制并进行现场试验。1966 年在哈尔滨工业大学试验电站的 50 kW 机组上首次进行了直接空冷系统的试验。1967 年在山西侯马电厂的 1.5 MW 机组上又进行了工业性直接空冷系统的试验。进入 80 年代后，庆阳石化总厂自备电站 3 MW 机组上投运了直接空冷系统。20 世纪 90 年代始，为解决我国北方地区干旱缺水以及保护水资源问题，甲醇制氢反应气冷却设备的设计 1图 1-1 甲醇制氢工艺流程图陕西科技大学毕业设计说明书 2而我国自己设计、制造和安装的国内首台空冷机组（单机容量 6 MW），于 2001 年 9月在山西交城义望铁合金厂自备电厂建成投产。2003 年，我国首台大容量空冷机组 唐云冈热电有限责任公司 1、2 号机组顺利建成投产。唐云冈热电 1、2 号机组填补了我国大型直接空冷机组的空白，标志着我国发电厂空冷技术已经跟上了世界的脚步，为我国大型直接空冷机组的发展取得了宝贵经验。2005 年 4 月和 5 月我国首台600MW 直接空冷机组在大同第二发电厂投产发电。近几年我国直接空冷机组得到突飞猛进的发展，大批大容量机组相继投产运行，相关设备和技术也逐渐成熟。通过国家“十一五”863 计划的支持，国内三大汽轮机制造商已经形成了具有自己特色的超超临界百万千瓦湿冷汽轮机技术，600MW 超临界机组空冷技术也比较成熟，两者均具有了成功的运行经验。截至 2005 年底，直接空冷机组装机容量达 5.8GW，全部空冷装机容量为 7.6GW。在 2008 年就有 20 余个空冷项目投产。灵武一期 2600MW 亚临界直接空冷机组，成为西北地区首座 600MW 级空冷电站。同时灵武发电公司二期工程两台 1000MW 超超临界空冷机组可行性研究报告也通过中国国际工程咨询公司组织的审查，计划于 2008 年开工建设，2011 年全部建成投产。建成后将成为世界上首座百万超超临界空冷机组。同时国家规划到 2010 年将在华北、西北、东北的“三北”地区，建设单机容量 600MW 级燃煤直接空冷机组群与直接空冷装置群，计有 34 台，装机容量为 20.4GW。这批大型燃煤直接空冷机组投入后，将会进一步改善我国大机组的比重与空冷机组的占有率。预计全国空冷机组总装机容量约有 40GW，届时我国将是全球的“空冷王国” 1。1.2.2 国外空冷器的现状直接空冷技术已经有 60 多年的发展历史，早在上世纪 20 世纪 30 年代就已出现，后来受到世界大战的影响从而发展的很缓慢，直至 80 年代直接空冷技术才在大型电厂中得到推广和应用并日趋完善。直接空冷机组几个典型的电站有：1938 年，第一台凝汽式汽轮机的直接空冷凝汽器安装于德国的一个工业电站；1958 年，第一座装有直接空冷凝汽器的 236MW 公用电站在意大利投入运行，到现在已可靠运行 50 余年；1968 年西班牙 160MW 燃煤空冷电站投入运行；1978 年美国怀俄明州 Wodok 电站365MW 直接空冷机组投入运行；1987 年南非 Matimba 电站 6665 MW 直接空冷机组开始运行。1938 年德国电气公司在鲁尔矿头建了世界上第一台直接空冷发电机组，容量仅 1.5MW，由此开始了直接空冷机组的发展。但在发电中直接空冷器实际应用很少，其主要原因是那时直接空冷设备投资相对较高，当时欧洲有充足的冷却水源，环保要求不高，许多电厂甚至可应用直接冷却系统，直接将废热排入江河湖海中。空冷系统配套的汽轮机也因其排汽压力高，消耗大而被冷落。六七十年代，随着工业的迅速发展和人类生活水平的不断提高，以及自然水源紧缺，环境污染日益严重，直接空冷技术在欧洲许多地区逐步应用于火力发电厂的冷却系统。以后由于世界不少地区的电力甲醇制氢反应气冷却设备的设计 3工业发展受到水源不足的制约，故直接空冷技术在欧洲以外的地区也得到迅速发展，单机容量也逐步增大。进入 80 年代，直接空冷技术有了突飞猛进的发展，尤其是南非，有着丰富的煤炭资源，但是水资源十分紧张，于是开始研究和建设空冷电站。曾为世界上单机容量最大的南非 Matimba 电站（6665MW）的投入运行，标志着直接空冷技术在大容量单机、大型火力发电厂中的应用进入新阶段。紧接着南非的 Majuba 电站3657MW 直接空冷机组相继投产。其他国家的直接空冷机组也相继投产，如英国的科比电厂一台 350MW，美国林登电厂 850 MW 和伊朗的吉兰热电厂 1170 MW 机组，而且 GEA 正在德国建设单机容量为 800MW 的直接空冷机组 1。1.3 空冷器的分类与选型按照不同的分类