2万吨合成氨变换系统第二热交换器毕业设计前言

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。本次设计主要以合成氨变换工段第二热交换器为研究对象，在查阅国内外众多文献的基础上，对换热器的用途和结构进行研究，从而对换热器进行完整的设计。本文主要以湿混合煤气和湿变换气为介质，按实际设计步骤依次进行工艺计算、结构设计和强度校核，并画出CAD结构图。工艺设计主要是通过介质的物性参数以及它们所处的工作状态进行热负荷和换热面积的计算，在完成任务的基础暂定换热器的一些尺寸。结构设计主要是进行换热管、筒体、封头、管板、法兰、接管、支座的选型与设计，其思路是在设计条件的规范下，从材料的选择和结构设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备所用结构。关键词 换热器 工艺计算 结构设计 合成氨毕 业 设 计 外 文 摘 要Title The Design of the Second Heat Exchanger in 20,000 Tons of Synthetic Ammonia Factory Alternates System AbstractThe heat exchanger is the process of heat to the cold fluid, chemical production process of heat exchange and transmission of essential equipment. The design is mainly to the second heat exchanger of the ammonia conversion section as the research object, based on access to many domestic and foreign literatures, study the purpose and structure of the heat exchanger, complete the design of heat exchanger. This paper mainly in the wet mixed gas and wet shift gas as the dielectric, according to the actual design steps of process calculation, structure design an strength check, and draw the heat exchanger CAD structure. Process design is mainly through the medium of the physical parameter and working condition to calculate the thermal load and heat-exchange area， in task is the basis of some of the heat exchanger size. Structure design is the main heat exchange tube, barrel, sealing head, tube plate, flange, takeover, type selection and design of the bearings. the idea is under design conditions and based on the choice of materials and structure of the design, with reasonable strength calculation and checking to get equipment used structure.Key Words Heat exchanger process design structure design ammonia 本 科 毕 业 设 计 1 引言1.1 合成氨工业合成氨主要用于制造氮肥和复合肥的制造工业中，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12。合成氨是利用氢气和氮气在一定条件下反应生成氨气的过程，将纯净的氢、氮混合气压缩到高压，在催化剂的作用下合成氨。它的的原料气为空气、水蒸气、天然气、含碳或氮氢化合物的燃料，其中氮气来源于空气，氢气来源于水蒸汽。合成氨生产的主要过程包括：原料气的制备、原料气的变换、净化、原料气的压缩及合成五个工段，相对应的实际生产过程通常分为如下几个工段：发电车间、造气车间、压缩车间、合成车间，有的还包括尿素车间。氨的合成是提供液氨产品的工序，是整个合成氨生产过程的核心部分。本设计主要是对合成氨变换工段的换热器的设计，是合成氨工业中的一个重要环节。1.2 工艺流程简述由压缩二段来的半水煤气进入饱和塔底部，经加热到135到混合器中，与蒸汽过热器中出来的蒸汽混合至151至第一热交换器的管程，经过加热至第二热交换器的管程进行换热，若温度没有达到371，则进入电感应炉适当加热。随后到达第一段变换炉发生化学反应，放出的变换气通到第二热交换器的壳程加热半水煤气，变换气由底部流出送回第二段变换炉，再次经过放热反应，释放的变换气送到蒸汽过热器壳程加热，再流回第三段变换炉。半水煤气从变换炉出来叫变换气，流入第一热交换器的壳程加热半水煤气，由底部流出至第一水加热器的壳程，由底部流出至热水塔，上升至顶部流出至第三水加热器的壳程，从第三水加热器的底部流出至冷却塔。半水煤气的温度一直升高，湿混合煤气由变换炉出来一直走换热器的壳程加热管程流体，自身温度降低。整个过程实现了一个热量的循环利用。1.3 换热器的选型目前常见的换热器有管壳式换热器，板式换热器和板翅式换热器。板式换热器传热系数高、占地面积小、重量轻、污垢系数低、组装灵活、维修保养方便，但其传热和阻力特性受工质的普朗特数、运动粘度、导热系数和密度的影响；板翅式换热器以其传热效率高、结构紧凑结而被广泛应用于过程工业中，研究表明在多种应用中使用多流板翅式热交换器比传统的双流热交换器更具成本效益，尤其是在低温工厂中1，但其工作压力有限制且不宜用于有污垢和介质易赌的场合；管壳式换热器是目前应用最广的一类优点是传热面积较大、传热效果好、且结构简单、操作弹性大,其单位体积所具有的传热面积(40150m2Pm3)大且传热效果好2，目前合成氨变换工段的热交换器多为管壳式换热器,因此本次设计采用管壳式换热器。管壳式换热器的主要类型有：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管换热器，其特点如下。1)固定管板式换热器：管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作；当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。2）浮头式换热器：浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，由于管束的热膨胀不受壳体的约束, 而且可拆卸抽出管束,检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便；但其结构复杂、设备笨重、造价较高； 3）U型管换热器：每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出