液氨储罐设计及温控系统设计文献综述

南 华 大 学毕业设计(论文)综述报告题 目 50m3液氨储罐设计及温控系统设计 学院名称 机械工程学院 指导教师 冯 小 康 职 称 教 授 班 级 过控1102班 学 号 学生姓名 刘 洪 2015年4月23日1. 本设计研究的目的和意义 液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。 在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。 可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。 NH3分子中的孤电子对倾向于和别的分子或离子形成配位键，生成各种形式的氨合物。如Ag(NH3)2+、Cu(NH3)42+、BF3NH3等都是以NH3为配位的配合物。 液氨是一个很好的溶剂，由于分子的极性和存在氢键，液氨在许多物理性质方面同水非常相似。一些活泼的金属可以从水中置换氢和生成氢氧化物，在液氨中就不那么容易置换氢。但液氨能够溶解金属生成一种蓝色溶液。这种金属液氨溶液能够导电，并缓慢分解放出氢气，有强还原性。例如钠的液氨溶液： 金属液氨溶液显蓝色，能导电并有强还原性的原因是因为在溶液中生成“氨合电子”的缘故。例如金属钠溶解在液氨中时失去它的价电子生成正电子： 液氨加热至800850，在镍基催化剂作用下，将氨进行分解，可以得到含75%H2、25%N2的氢氮混合气体。用此法制得的气体是一种良好的保护气体，可以广泛地应用于半导体工业、冶金工业，以及需要保护气氛的其他工业和科学研究中。2. 本设计国内外研究现状 2.1 国外研究现状 液氨储存是液氨工业中非常重要的一个环节, 但对液氨接收站或调峰型液化工厂来说占有很高的投资比例,因此世界上许多国家都非常重视大型常压液氨储罐设计和制造。阿尔及利亚、文莱和印度尼西亚等液氨输出国和英国、法国、日本等输入国都建有大量大型常压液氨储罐。目前液氨在亚洲应用量最大, 占全球78%, 其中日本应用量占全球62%。储罐形式取决于容量大小、投资费用、安全因素及当地的建造条件等。目前世界上不少国家都有能力和技术建造大中型常压储罐。2.2 国内研究现状 近几年，我国液氨市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励液氨产业向高技术含量产品发展，国内企业新增投资项目逐渐增多，投资者对液氨市场的关 注越来越密切，这使得液氨市场推广策略与营销渠道开发的研究需求增大，系统的市场调研成为企业了解液氨市场的必要手段。3. 目前存在的主要问题 在储罐检验中经常发现的危险性缺陷包括:焊接造成的热裂纹、冷裂纹还有延迟裂纹;热处理措施不当造成的再热裂纹;制造过程中形成的原始埋藏面型缺陷(包括埋藏裂纹、未焊透以及未熔合);介质作用形成的应力腐蚀裂纹(包括含湿硫化氢介质的、氨介质的和氯离子作用下的应力腐蚀裂纹);氢鼓包等。4. 本设计拟解决的关键问题和研究方法本设计首先从研究液氨的特有性质入手，对液氨进行结构设计、强度校核以及温度控制系统设计。卧式储罐主要由壳体、管法兰接头、人孔接管、安全阀等组成。在结构设计，强度校核过程中，关键是合理选取储罐的设计压力、充装量的确定、考虑H2S应力腐蚀、管法兰的设计、安全阀截面积计算。在温度控制系统设计过程中，由于整个液氨卧式储罐盛装的是易燃、易爆介质, 对于安全放火要求很高, 因此, 使盛装液氨的容器温度压力不致升得过高, 是防止事故产生的最关键的因素.此设计正是通过由这些部件失效可能引起的突发事件等多角度考虑，预防系统发生故障、失效，提高储罐的安全性、可靠性来进行设计的。5. 文献综述 氨气是我国危化品事故发生率较多的危化品之一，氨又称液氨，它是有毒可燃气体，氨的用途较为广泛，可制作铵盐、硝酸铵和尿素，还可用做冷藏库的制冷剂等等，无色、有刺激性恶臭气味，液态呈强碱性，与空气形成爆炸性混合气体，遇明火、高温可引起燃烧爆炸。氨气具强腐蚀性，对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，氨气中毒后喉咙、口腔感觉明显刺激，氨气吸入人体，容易通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难等，严重者可发生肺水肿。空气中氨气浓度达500700mg/m3时，可能出现“闪电式”死亡，吸入氨气过多，导致血液中氨浓度过高，将引起心脏停搏和呼吸停止，危及生命。氨气发生泄漏时，由液相变为气相，液氨会迅速气化，体积迅速扩大，没有及时气化的液氨以液滴的形式雾化在蒸气中；在泄漏初期，由于液氨的部分蒸发，使得氨蒸气的云团密度高于空气密度，氨气随风飘移，易形成大面积染毒区和燃烧爆炸区。氨有毒、有刺激性和恶臭味的气体，容易挥发，氨泄漏至大气中，扩散到一定的范围，易造成急性中毒和灼伤，每立方米空气中最高允许浓度为30mg/m3，当空气中氨的含量达到0.5-0.6%，30分钟内即可造成人员中毒；氨气侵入人体的主要途径是皮肤、感觉气管、呼吸道和消化道等部位。轻度中毒症状为：眼口有干辣感、流泪、流鼻涕、咳嗽、声音嘶哑、吞烟食物困难、头昏疼痛，检查时可见眼膜充血水肿，肺部可听到少数干罗音；重度中毒症状为：在高浓度氨气作用下，头、面部等外露部位皮肤或造成重二度化学灼伤，还可出现昏迷、精神错乱、痉挛，也可造成心肌炎或心力衰竭，少数因反射性声门痉挛或呼吸停止呈触电式死亡。氨既是有毒气体，又是一种可燃气体，氨的自燃点为651，燃烧值为2.37-2.51J/m3，临界温度为132.5，临界压力为11.4Mpa，氨在空气中的含量达11-14%时，遇明火即可燃烧，其火焰呈黄绿色，有油类存在时，更增加燃烧危险；当空气中氨的含量达15.7%-27.4%时，遇火源就会引起爆炸，最易引燃浓度17%，产生最大爆炸压力0.58Mpa；液氨容器受热会膨胀，压力会升高，能使钢瓶或储罐爆炸。氨都是通过加压或冷却，由气态变为液态储存在容器内的，由于液氨储存的方式不同、容器内的压力不同、发生泄漏的部位、裂口大小等各不相同，采取堵漏、输转等措施时，技术要求高，处置难度大。整个液氨卧式储罐盛装的是易燃、易爆介质, 对于安全放火要求很高, 因此, 使盛装液化石油气的容器温度压力不致升得过高, 是防止事故产生的最关键的因素。夏季地表因太阳直射温度很高, 需要给储罐设置降温装置, 然而人工操作进行喷淋劳动强度大, 需要进行频繁的巡视,造成诸多不便, 基于此, 设计一种自动控制系统,当储罐内介质温度达到设定值时进行喷淋操作以降温。本设计中, 设计压力为2.16MPa, 设计温度为-20-50, 储液为易燃易爆液氨 , 故设计储罐为3类压力容器. 对于整个控制过程中被控变量的选择是本控制系统的关键所在, 温度、压力、液位三者都可以作为被控变量. 考虑储罐的充装系数为0. 85( 随温度不同而改变) , 故随着温度上升, 液体膨胀有足够的空间, 所以不考虑液体膨胀所产生的压力. 考虑到储罐内的工作压力因介质的温度的变化而变化, 所以可对温度进行直接控制, 而对压力进行间接控制.同温度下, 液氨的饱和蒸汽压如表2所示表2液氨10 50时饱和蒸汽(绝)温度1020304050饱和蒸汽压kPa614.89857.061166.501154.202032.50可见随着温度上升, 储罐内压力随之上升. 故可对储罐温度进行直接控制, 而间接控制其压力.本次设计中设计温度为50, 故只要控制储罐温度最高不超过50, 储罐就可安全使用.考虑到一些现实的不确定因素, 如设备的老化或失灵, 本套控制系统采用自动喷淋和自动报警两套方案以确保安全.以储罐作为被控对象，本次设计采用两套独立的控制系统, 将自动喷淋和自动报警分开. 当温度达到48时, 系统自动喷淋; 当温度达到50 时,报警装置发出报警. 此时若自动喷淋装置失效, 则报警同时也将接通水泵, 进行喷淋, 从而保证对温度的有效控制.控制原理是: 由温度测量仪器检测储罐内温度, 如高于48 则调节器发出动作, 启动水泵进行喷淋降温. 控制系统见图1控制系统方框图16. 参考文献 1国家技术监督局发布, GB150-2011钢制压力容器,中国标准出版社；2 全国化工设备设计技术中心站 ,标准零部件, 中国标准出版社；3 马都编 ,燃气压力容器, 中国建筑工业出版社 , 1986年3月；4 煤气设计手册编写组编, 煤气设计手册（上册）, 中国建筑工业出 版社，1983年8月；5 郑津洋、陈志平编著,特殊压力容器化学工业出版社,1996年12月；6 郑津洋、董其伍、桑芝富主编 , 过程设备设计, 化学工业出版社 2003 年6月；7 全国化工设备设计技术中心站化工管路手册M北京化学工业出版社，1986年； 8 董大勤 袁凤隐编 , 压力容器与化工设备使用手册上册, 化学工业出版社；9化工设备标准手册（第三卷）化工设备标准系列；10 刘湘秋 编常用压力容器手册11 马连湘 刘光启 王文中 编化工设备算图手册10侯庆华.液化石油