3124平方甲醇合成反应器的设计与制造

更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219本毕业论文包含完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计论文题目3124平方甲醇合成反应器的设计与制造学院名称机械工程学院班级过程装备与控制工程071班2011年5月30日摘要本设计论文主要介绍了3124平方甲醇合成反应器的主要技术参数选定反应管、管板、壳体材料及焊接材料的选用，主体结构设计，管箱筒体、壳程筒体、球形封头、管板的强度设计及校核，开孔补强计算以及设备制造过程中筒体、封头、管板的成形和设备制造、主要热处理工艺等。关键词甲醇合成反应器、结构设计、强度校核、制造工艺流程、无损检测、热处理ABSTRACTTHISTHESISHASINTRODUCEDAMETHANOLSYNTHESISREACTORSMAINTECHNICALPARAMETERSSELECTED,THEMETHANOLSYNTHESISHAS3124SQUAREMETERSHEATEXCHANGEAREAMEANWHILEITHASALSOINTRODUCEDTHESELECTIONOFREACTIONTUBES,TUBESHEET,SHELLMATERIALANDWELDINGMATERIALS、THETHEMEOFSTRUCTURALDESIGN、THEDESIGNANDCONTROLBOXSHELL,SHELLSHELL,SPHERICALHEAD,TUBEPLATEANDCHECKINGSTRENGTHOFTHEDESIGN、CALCULATIONOFOPENINGREINFORCEMENT、MANUFACTURINGPROCESSOFCYLINDER,HEAD,TUBEPLATEANDASSEMBLYSEQUENCEANDTHEMAINHEATTREATMENTPROCESSKEYWORDSMETHANOLSYNTHESISREACTOR、STRUCTURALDESIGN、STRENGTHCHECK、MANUFACTURINGPROCESS、NONDESTRUCTIVETESTING、HEATTREATMENTCRAFT目录前言1第一章主体材料选取及相关要求611反应管选材612管板的选材813壳体选材814焊接材料的选用9第二章结构设计及强度计算1121工艺参数1122设计参数的确定11221计算压力PC的确定11222计算温度的确定11223液压试验压力PT确定1223结构设计13231封头类型的选择13232管板结构的确定13233换热管的选择14234具体结构尺寸1424甲醇合成反应器的厚度计算和强度校核16241管箱筒体的计算厚度和应力校核162411设计温度下管箱筒体的计算厚度162412压力试验前管箱筒体应力校核172413设计温度下管箱筒体的应力计算18242壳程筒体的计算厚度和应力校核182421设计温度下壳程筒体的计算厚度182422压力试验前壳程筒体应力校核192423设计温度下壳程筒体的计算应力20243壳程筒体的计算厚度和应力校核202431设计温度下壳程筒体的计算厚度202432压力试验前球形封头应力校核212433设计温度下球形封头的计算应力21244管板的厚度选择与强度校核22245危险工况的组合282451校验仅有壳程压力PS作用下的危险组合工况（0），不计TP温差应力282452校验仅有壳程压力作用下的危险组合工况（0），计温差SPT应力292453校验仅有管程压力PT作用下的危险组合工况（PS0），不计温差应力312454校验仅有管程压力PT作用下的危险组合工况（PS0），计温差应力32246开孔接管与补强342461接管A与其中心线垂直的截面的单孔补强计算342462接管M1、M2与其中心线垂直的截面的单孔补强计算36第三章设备的制造要求和检验要求3831筒体的制造要求和检验要求3832封头的制造要求和检验要求3933管板的制造要求和检验要求3934设备制造与组装顺序4035管板与加强筒体的组件与筒体组焊4036管子组装及管子管板焊接4137封头组件与筒体组件组焊4238不见的成形、加工和组装要求4239甲醇合成塔的热处理工艺43310甲醇合成塔的检验44311压力试验46谢辞48参考文献49参考的设计标准50外文翻译51前言甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，化学式又称“木醇”或“木精”，是无色有酒精气味易挥发的液体，有毒，误饮510毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡，是基本有机原料之一。它被广泛应用于精细化工、塑料、医药、林产品加工等领域。它与现实中使用的液体燃料具有极为相似的燃烧性能，它既具有燃烧性能好、辛烷值高、抗爆性能好等特点，又具有生产原料非常广泛的优势,预期深加工后作为一种新型洁净燃料和加入汽油掺烧，其燃烧热的值及燃烧方程式为3CHO3222CHOL/GCOHL,7256KJ/MOLA中国甲醇产量及消费量持续快速增长，甲醇技术发展很快，主要趋势为1煤炭是我国甲醇生产最重要的原料，以煤炭为原料生产甲醇的比例在逐步上升；2生产规模大型化，可降低单位产品的投资成本；3充分回收系统的热量。实现了热能的综合利用；4采用新型副产中压蒸汽的合成塔，降低能耗；5采用节能技术，如氢回收技术、预转化、工艺冷凝液饱和技术等降低甲醇的消耗。甲醇反应器是甲醇生产的重要设备，历经多年发展，其设计制造技术日臻成熟且趋于大型化。国内甲醇合成反应器历经引进、模仿、改进到自主研发取得了较大成就，同时在反应器内件改进与研制方面也得到了较快发展，产生了一批有较强研发实力的科研单位。在琳琅满目的设备面前，如何选择一种合适的反应器成为甲醇装置投资建设必须面对解决的首要问题。国外主要反应器1主流反应器1ICI冷激型反应器ICI冷激型甲醇合成塔是针对511型铜基催化剂的时空产率低、催化剂用量大、床层控温困难，催化剂易失活等缺陷而开发的一种绝热型轴向流动的低压合成反应器，由塔体、喷头、菱形分布器等组成。合成气预热到230250，进入反应器，段间用菱形分布器将冷激气喷入床层中间降温。根据规模大小，一般有36个床层，典型的是4个，上面3个为分开的轴向流床，最下面1个为轴径向流床。在5MPA、230270条件下合成甲醇。ICI低压反应器与高压反应器与高压反应器相比，该类反应器的特点是结构简单，塔内未设置电加热器或换热器，催化剂利用效率较高。由于采用菱形分布器，保证了反应气体和冷激气体的均匀混合；适于大型化甲醇装置，易于安装维修；高活性、高选择性催化剂选择余地大，国内外生产的催化剂如美国的UCIC792、G106催化剂、ICI生产的ICI511、512、513催化剂、西南化工研究院开发的C302和兰化院生产的NC系列催化剂等均能应用。缺点是床层温度随其高度的变化而不同，不同高度的催化剂活性不同，整体活性不能有效发挥，也容易因温度控制不好，导致催化剂局部过热而影响催化剂的使用寿命；反应器结构松散，出口的甲醇浓度低，导致大部分原料气不能参与合成反应，必须保持10倍左右的循环气量，压缩能耗高约占总能耗的24，同时相同产能的反应器体积比鲁奇反应器大，其一次性投资也较鲁奇的多；能源利用不合理，不能回收反应热，产品综合能耗较高；催化剂时空产率不高，用量大。迄今为止，有50多套装置采用该反应器，其中最大的是1999年在智利投产的2850T/D甲醇装置。四川维尼纶厂在上世纪70年代初引进该反应器，经过10多年的运行，始终难以达到设计生产能力。1997年技术改造时，将该反应器改为MRFZ反应器。2鲁奇管壳型甲醇合成塔该反应器也是一种轴向流动的低压反应器，采用管壳式结构。操作条件是527MPA、230255，列管内装催化剂，管外为沸腾水。反应热被沸水移走。两种气体分别呈轴向流动，合成塔壳程的锅炉水是自然循环的，通过控制沸腾水的蒸汽压力，可以保持恒定的反应温度。该塔使用高含量铜催化剂时，可得到较高的单程转化率，其最大生产能力为1500T/D。根据国内应用的情况来看，大部分催化剂均可使用，对生产影响不大。与ICI反应器相比，该反应器的优点是热量利用合理，每吨甲醇副产4MPA蒸汽14T，副产的蒸汽可用于驱动离心式压缩机，也可用于天然气蒸汽转化，装置正常运行时不需外供蒸汽；合成反应几乎是在等温条件下进行，副反应少，粗甲醇杂质少，用双塔精馏即可达到国家标准；催化剂床层温度易控制，床层的温差较小，操作平稳；出口甲醇浓度较高甲醇含量约7，总循环气量比ICI几乎少一半；相同产能下，催化剂用量较少。缺点是壳体和管板、反应管之间用焊接结构，为消除热应力，对塔体的制造、材料的要求均比较高，结构复杂，制造难度大，维护成本高；列管占用了反应器大量的空间，催化剂的装填量仅占反应器的30；由于管内外传热温差较小，所需传热面积大，比冷面达125M2/M3；因用副产蒸汽从催化剂床层移热，受蒸汽压力限制，在催化剂寿命后期难以提高反应温度；限于列管长度，扩大生产时，只能增加列管数量，扩大反应器的尺寸，生产操作弹性小。一般认为该反应器不适用于大型甲醇装置，鲁奇经过改进，将合成压力提高到710MPA，第一套2000T/D的甲醇装置在马来西亚建成，2003年以来采用该反应器建成的甲醇装置多达21套，产能在10002500T/D。即将在伊朗建成的5000T/D甲醇装置则采用两套反应器串联，该反应器可适用于石油和天然气原料。山东齐鲁第二化肥厂及河南安阳甲醇厂原料为煤、四川维尼纶厂、陕西榆林及河南濮阳三化的天然气甲醇装置均采用该类反应器。国内已能设计，产能可达30万T/A，应用效果也不错。3日本东洋公司MRF反应器MRFMULTISTAGEINDIRECTCOOLINGTYPERADIALFOLW反应器是日本东洋公司与三井化学公司联合开发的一种多段、间接冷却的径向反应器，由壳体、催化剂床层、催化剂筐、列管及集气盒组成。反应器内装有一直径较小的内胆，以改变物料流向，在其中心轴向安装一个带外壳的集束管，用于收集反应后的气体，外壳开有直径小于催化剂颗粒的小孔，收集的反应气沿径向从外壳上的小孔流入，管束内通过反应后的高温气体。反应器内还有冷却管束和催化剂托架，沿轴心均匀布置。冷却管束为双层同心管，沸水从内管导入内外管间的环隙，吸收反应热后生成高压蒸汽驱动蒸汽透平。催化剂填装在冷却管束外面，垂直地安装在催化剂床层，与水平径向流动的合成气垂直。锅炉给水从炉底通入冷却管，产生的蒸汽汇集在蒸汽室内。冷却管的排列是MRF反应器的专利。其外型为圆筒状，有上下两个端盖，下端盖可以拆卸，便于将中心集气管抽出，以方便催化剂装填和内部设施检修。该反应器于1988年最初应用在特立尼达多巴哥的1200T/D甲醇装置的改造上。该装置采用ICI冷激反应器。TEC为验证该反应器，在该装置合成工序改造时，安装了一个260T/D的小型MRF反应器并于1990年6月投运，完全达到预期目标。据TEC称，该装置易于从现在的25002800T/D放大到5000T/D，国内有四川维尼纶厂的两套甲醇装置及四川泸州天然气化工厂的40万T/A甲醇装置采用该反应器。国内装置采用ICI517/8催化剂，目前还没有针对MRF反应器开发新的催化剂，从运行的情况来看，产能未受影响，基本能达到设计能力，但杂质含量较偏高，且有甲胺和石蜡生成。冷却管是MRF反应器的核心部件，表2是MRF反应器与普通反应器对比。该反应器的优点是气体径向流动，流道短，空速小，因此压降小，约为轴向反应器的1/10；合成气垂直流经冷却列管，床层与冷管之间的传热效率较高；单程转化率较高，循环气量较小；由于降低了压降和循环气量，循环系统的能耗从冷激反应器1116MJ/T降到576MJ/T。其缺点是催化剂床层的温度难控制，沿径向位于冷却管远端的催化剂容易出现局部过热而产生石蜡、氨、甲胺等，使粗甲醇的杂质含量增高。2其他反应器1托普索TOPSOE管壳式反应器该反应器是一种径向复合式反应器，一组3个。在反应器之间移去反应热。由于使用了高活性、小粒度催化剂，床层压降为0203MPA，反应器直径和壁厚均比其他反应器小，反应器的空速和甲醇出口浓度得到提高，造价较低。1997年在挪威投产的2400T/D甲醇装置采用该反应器。其特点是利用平衡曲线限制绝热升温，控制各段出口温度，增大循环比，使各段出口温度控制在催化剂耐热温度以内；允许使用小颗粒催化剂。其缺点是循环气量大，能耗和循环回路的设备费用增加；床层内气体呈轴向流动，压降较大；由于气体分布不均匀，反应气体的线速度与接触时间不断变化，造成床层各部分催化剂的利用程度不同，催化剂性能得不到充分发挥；因采用多个反应器，设计、制造复杂。国内还未有使用该反应器的报道。第一章主体材料选取及相关要求甲醇合成反应是甲醇合成气（、CO、）在催化剂的作用下，反应2H2CO生成甲醇，其主要反应如下CO2233CO2本甲醇合成反应器是立式管壳式固定管板换热器。管板顶部装有绝热催化剂层，管内装催化剂，管外充满带走反应热的中压沸腾水蒸气。本甲醇合成反应器是近年来国内外使用比较多的先进塔型。其主要性能特点是该塔反应时触媒层温差小，合成反应几乎在等温条件下进行，反应器能有效地除去热量，采用低循环气流并限制最高反应温度，使反应在等温的条件下进行，单程转化率高，杂质生成少，循环压缩功能消耗低，而且合成反应中产生的热副产物中压蒸汽，便于废热综合利用。甲醇合成反应器为三类压力容器，根据甲醇合成反应器的工艺原理及特点，甲醇合成反应器塔的筒体、封头板料用中厚板，管程及壳程圆筒材料可选取低合金高强度钢13MNNIMONBR；，反应管材料可选取ANDVIKSAF2205双相不锈钢管，管板材料可选取20MNMO级锻件、封头材料可选用15CRMOR板材。11反应管选材换热管材质采用SANDVIKSAF2205双相不锈钢管，其制造、检验及验收应按ASTM的A789M的规定。制造前应按下列指标按批复验化学成分和力学性能。1化学成分（）表11SAF2205换热管化学成份CSIMAXMNMAXPMAXSMAXCRNIMON标准成分0031020002002210230456525350080202常温机械性能（保证值）表12SAF2205换热管常温机械性能MPAB620MPAS450MPA525布氏硬度MAX2903线膨胀系数（保证值）表13SAF2205换热管常线膨胀系数温差201002020020300A106MM/MM1301351404弹性模量（保证值）表14SAF2205换热管弹性模量温差20100200300弹性模量MPA1991051931051861051791055高温强度（保证值）表15SAF2205换热管高温强度温差100200300B3853543345617578558对于反应管材料的其他要求1反应管必须采用整根钢管，不允许拼接；2反应管应每一批做一根钢管的扩口试验；3反应管金相组织应具有铁素体奥氏体两相组织，其中铁素体含量范围4055，组织中不允许有相出现；4反应管的尺寸允许偏差外径偏差10。12管板的选材管板所用20MNMO锻件除严格按JB47262000级锻件要求。对于管板材料的其他要求管板加工后全表面及焊接坡口，经磁粉检测，符合JB/T47302005级；进行300下的高温拉伸试验且高温屈服强度应符合JB/47262000A1要求。13壳体选材管程及壳程壳体所选用的13MNNIMONBR、15CRMOR板材须满足GB7132008及第1，2号修改单的要求。对于壳体材料的其他要求1板材逐张超声波检测满足JB/T473032005级要求；213MNNIMONBR钢板测定其线膨胀系数，线膨胀系数要求见表16表表1613MNNIMONBR钢板线性膨胀系数温差线膨胀系数A106MM/MM20100115320200122520300129014焊接材料的选用甲醇反应器制造埋弧自动焊时，选用H08MN2MOASJ101焊丝、焊剂，带极堆焊时选用ER309L、ER308L、10SW焊条、焊丝、焊带和焊剂；管子管板焊接时，选用ER00CR22NIMO3N焊丝。焊材质量应符合AWSA54、AWSA59、JB47472002，压力容器用钢焊条订货技术条件等标准的相应规定。各种材料选用的焊接材料见表17表17焊接材料选用表材料种类或接头部位药皮电弧焊焊条埋弧焊焊丝（带）焊剂氩弧焊焊丝备注13MNNIMONBR钢板对接焊J607RHH08MN2MOASJ101/筒体13MNNIMONBR15CRMORJ507RHH10MN2J431/封头与筒体13MNNIMONBR20MNMOJ507RH/筒体与接管20MNMO堆焊过渡层E309L面层E308L过渡层ER309L面层ER308L焊剂10SW/管板堆焊15CRMORR307E5515B2封头拼接15CRMOR15CRMOR307E5515B2封头与接管SAF2205/ER00CR22N管子20MNMOIMO3N管板第二章结构设计及强度计算21工艺参数壳程管程工作压力MPA3960工作温度240255物料名称沸腾水N2H2CH4CH2OHCOCO2腐蚀余量MM23换热面积31242M22设计参数的确定221计算压力PC的确定根据HG205801998表41设计压力选取表要求，设备无安全泄放装置的内压容器，其计算压力PC取1011倍工作压力PW,故甲醇合成反应器的计算压力PC为壳程1139MPA429MPA，取43MPA，液柱静压力P10MPA；故壳程设计压力PPC43MPA管程1160MPA66MPA，液柱静压力P10MPA，故管程设计压力PPC66MPA222设计温度的确定根据HG205801998表51设计温度选取表要求，当工作温度T15,介质最高（低）工作温度不确定时，其设计温度TC为介质工作温度T加1530，故取壳程设计温度为260（24020260），管程设计温度为280（25525280）223液压试验压力PT的确定根据GB1501998中式33PT125P/计算液压试验压力。T对于壳程材料为13MNNIMONBR；PT试验压力MPA；P设计压力MPA；容器元件材料在试验温度下的许用应力MP；容器元件材料在设计温度下的许用应力MPA；T查GB1501998表41钢板许用应力，利用内插法可以求得13MNNIMONBR使用状态为正火加回火，在设计温度下的材料许用应力为190MPAT又已知试验温度下13MNNIMONBR的许用应力190MPA，故液压试验压力PT125P/12543190/1905375MPA，取T54MPA。对于管程材料有15CRMOR、20MNMO锻件；在液压试验压力PT125P/式中TPT试验压力MPA；P设计压力MPA；容器元件材料在试验温度下的许用应力MPA；容器元件材料在设计温度下的许用应力MPA；T查GB1501998表41钢板许用应力，利用内插法可以求得15CRMOR使用状态为正火加回火，在设计温度下的材料许用应力2111314280513MP05TTTTTA又已知在试验温度下15CRMOR的许用应力150MPA,故液试验压力PT125P/12566150/13691MPAT查GB1501998表45可知20MNMO锻件在设计温度下的材料许用应力177MPAT又已知20MNMO锻件在试验温度下的材料许用应力177MPA故液压试验压力PT125P/12566177/177825MPAT根据GB1501998第3811条注2规定容器各元件（圆筒、封头、法兰及紧固件等）所用材料不同时，应取各元件材料的/比值中最小值。T故设备管城的液压管程的液压试验压力PT825MPA由于壳设计温度为260，考虑到13MNNIMONBR是可焊的细晶粒结构钢，热强性能高，抗裂纹扩展敏感性好，故壳程筒体采用13MNNIMONBR,管程球形封头采用15CRMOR,管板采用20MNMO锻件，过渡层堆ER309L面层堆ER308L,换热管采用SAF2205,管箱筒体采用13MNNIMONBR。设备的A、B类焊缝均进行100射线检测，故焊缝系数取10。23结构设计231封头类型的选择由于球形封头受力状态好，且根据GB1501998中球形封头厚度计算公式4CITPD而筒体厚度计算公式2CITP球形封头厚度可以减薄到大约筒体的一半。且考虑本设备结构尺寸，从经济性出发，选用球形封头；232管板结构的确定由于固定管板结构简、紧凑，能够承受较高的压力，制造成本低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换，但是由于其排管数比浮头式、U形管式要多，故本设备采用管板与壳程圆筒和管箱圆筒形成整体结构的固定管板式结构。233换热管的选择由于本甲醇合成反应器要求的换热面积为3124M2,换热管选用常见型号（LD）6M0038M。有结构设计可得换热管的有效长度（两管板内侧的间距）L5820MM。由换热面积的计算公式可得N4513根234具体结构尺寸FNDL不锈钢堆焊16M3M3图21甲醇合成反应器结构简图24甲醇合成反应器的厚度计算和强度校核首先，将甲醇合成反应器设计技术参数罗列入表21表21设计技术参数壳程管程容器类别三类设计压力MPA4366工作压力MPA3960设计温度260280工作温度240255物料名称沸腾水合成气（中度危害）主要受压元件材壳程圆筒13MNNIMONBR球形封头15CRMOR换热管SAF2205管板13MNNIMONBR壳程圆筒13MNNIMONBR焊缝系数11液压试验压力MPA54825换热面积2M3124241管箱筒体的厚度计算和强度校核2411设计温度下管箱筒体的厚度计算由于本甲醇合成反应器的换热面积为3124M2，换热管选取的类型为6M0038M（LD），暂取两换热管中心距S445MM,换热管按照正三角形排列，经计算，当N4513时，DI圆整可取3400MM即DI3400MM。P设计压力（MPA）按设计参数取管程P66MPAPC计算压力（MPA）管程PC66MPAPT液压实验压力（MPA）管程PT825MPAP设计温度下圆筒或封头的最大允许工作压力（MPA）PW圆筒或封头的最大允许工作压力（MPA）D圆筒或封头的设计厚度MM圆筒的计算厚度MME圆筒的有效厚度MMN圆筒的名义厚度MM常温下圆筒计算应力（MPA）设计温度下许用应力（MPA）T焊接接头系数取10。根据GB1501998，当计算压力PC04，设计温度下管箱筒体的计算T厚度可由GB1501998式（51）求得。2TPCDI由于计算压力PC0404135154MPA，T故设计温度下管箱筒体的计算厚度5455MMC厚度附加量（MM）管程CC1C2033MMC1钢材厚度负偏差（MM）按GB66541996标准管箱筒体C10MMC2腐蚀裕量（MM）按设计参数取管程C23MM筒体的设计厚度DC2545535755MM筒体的名义厚度NDC1575505755MM，向上圆整至钢材标准规格的厚度60MM。筒体的有效厚度EN（C1C2）60（03）57MM。2412压力试验前管箱筒体应力校核根据GB1501998中式（37）校核压力试验前管箱筒体2TIEPD634091CITP的应力25018MPA0913903512TIEPD029SMPA所以筒体液压试验前的应力校核合格；2413设计温度下管箱筒体的应力计算根据GB1501998中式（52）ETPCDI计算应力18195MPA1901190MPAETPCDI6340572T所以筒体的计算应力校核合格根据GB1501998中式（54），2TEWIPD设计温度下圆筒的最大允许工作压MPATEI16334057963MPA因为一般情况下要求工作压力0时，取与两者中的较大值；1G1EIG当M0时，3M/K1EG1EG24系数当M0时，按K和M查GB1501999管壳式换热器I图31（A）实线；当M/I91，故CRCRLCR7162MPA/12TSCRLIC/12TSCRLI77设计温度时，换热管材料的屈服点221MPATSTS78设计温度时，管板材料的许用应力177MPATRTR79设计温度时，换热管材料的许用应力1386MPATT80系数M1/K4063FK81管板布管区周边剪切应力，PMPA3PAIPDP82管板布管区周边剪切应力系数83壳程圆筒的装配环向焊缝系数1084系数85系数查GB1501999图26，0000239986系数查GB1501999图26，00005816245危险工况的组合2451校验仅有壳程压力PS作用下的危险组合工况（PT），不计温差应力根据上面的已知条件，可计算得1换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差，00TTS2当量压力组合，PCPS43MPA3有效压力组合，PAPS2131MPASTE4边界效应压力组合，PBPS003062MPAC5边界效应压力组合系数，0003294MBAP6管板边缘力矩系数，0003294B7管板边缘剪切系数，013388管板总弯矩系数，M06235系数，仅用于M0时，GLE3M/K007035系数，当M0时，按K和M查GB1501999图31（A）实线得，GLI005214QG1MKF12PTPT系数，当M0时，GLE取GLI与两者中的比较大值，GL0070359管板径向引力系数，000259610管板布管区周边处的径向应力系数，0006491R23M14KQG11管板布管区周边剪切应力系数，00369112管板径向应力，9006MPA0时，GLE3M/K006521系数，当M0时，按K和M查GB1501999图31（A）实线得，GLI005系数，当M0时，GLE取GLI与两者中的比较大值，GL0065219管板径向引力系数，000232210管板布管区周边处的径向应力系数，0005806R23M14KQG11管板布管区周边剪切应力系数，00356112管板径向应力，1147MPA0时，GLE3M/K006934系数，当M0时，按K和M查GB1501999图31（A）实线得，GLI005系数，当M0时，GLE取GLI与两者中的比较大值，GL0069349管板径向引力系数，000254112R214QG10管板布管区周边处的径向应力系数，0006352R23M14KQG11管板布管区周边剪切应力系数，00366512管板径向应力，1782MPA0时，GLE3M/K007342系数，当M0时，按K和M查GB1501999图31（A）实线得，GLI005系数，当M0时，GLE取GLI与两者中的比较大值，GL0073429管板径向引力系数，000277110管板布管区周边处的径向应力系数，0006926R23M14KQG11管板布管区周边剪切应力系数，00377312管板径向应力，1535MPA开孔所需补强面积A,所以单孔补强满足要E求，不需另加补强。2462接管M1、M2与其中心线垂直的截面的单孔补强计算接管内径接管内径为500MM，假定接管的名义厚度62MM；NT接管材料为20MNMONB锻件，在260设计温度下的许用应力207TMPA因为计算压力042071828MPA04TCP故接管的计算厚度5248MM21432CITTD507接管的有效厚度62（02）60MM1ETNTC开孔直径D500250022504MM2所以，最大有效补强范围最大有效宽度BMAX2D,D2MAX2504,5042422621008MMNT2最大有效外伸或内伸长度H1768MMNTD50462强度削弱系数17,1,19TRFMINI壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积（1008504）（403891）12ENTERABDF262（403891）（11）5473；2M接管实际外伸1768，则有效外伸1768MM1H接管实际内伸0，则有效内伸MM；20接管有效厚度减去计算厚度之外的多余金属面积C2221ETRTETHFHA21768（605248）120（602）19357；M接管与筒体焊角高定位8MM，所以补强区的焊缝金属面积为；2364AM可作为补强的截面积5473193576419969；123EA开孔所需补强面积50438912389160（11）ETRDF1961064；2M因为可作为补强的截面积开孔所需补强面积A,所以单孔补强满足要求，EA不需另加补强。第三章设备的制造要求和检验要求31筒体的制造要求和检验要求1筒节按划线下料，下料尺寸应准确，以保证筒节卷制焊接后内径偏差和不圆度最小，以达到对筒节组要求的偏差。2焊接坡口进行机加工，除进行形状和尺寸检查外，对坡口邻近区域和坡口表面进行磁粉或渗透检测。不得有裂纹、分层、夹杂及其他影响焊接质量的缺陷。3在滚圆是应保证做到筒体两边与滾板机轧滚平行，用不大于400MM弧长的样板检查筒体的棱角度、圆度、错边、错口，保证焊接接头的棱角度5MM，焊接接头的错边量3MM，壳体最大最小直径差（包括管箱壳体）2MM，使滚圆的筒体为理想的几何状态。4焊接结构为全焊透结构，焊接前焊接工艺按JB/T47082000评定合格，焊接采用埋弧自动焊，电焊焊条为J607RH,焊丝为H08MN2MOA，焊剂为SJ101,预热温度及层间温度200，焊后立即进行消氢处理。焊接前的焊接过程中，检验人员和焊接工程师用测温仪在现场进行监督。根据不同的厚度带相应的产品焊接试板，试板在筒体纵焊缝的延长线上与纵缝一起焊接，焊接完毕与筒体一道进行消氢处理，消氢工作结束后，再进行校圆和无损检测。为防止棱角度、圆度在焊接时的变化，严格按焊接工艺规定在焊接规范和焊接顺序进行施焊，焊接工程师在施焊现场进行指导。5筒体纵缝的无损检测焊接接头按JB/T47302005进行100RT100UT检测，分为级、级合格；热处理后进行100RT100UT检测。分别为、级合格；水压试验后进行100MT检测，级合格。6筒体制造的工艺路线筒体备料化学成份、力学性能复验打砂划线（根据封头尺寸）标志移植下料（带试板）刨边并加工坡口坡口表面PT检查滚圆焊接纵缝，预热温度200带焊接试板消氢处理校圆纵缝MT探伤射线探伤、超声波探伤加工环缝坡口坡口MT探伤筒体与筒体组对焊接环焊缝，预热温度200消氢处理MT、RT、UT探伤划出人孔开孔位置线加工人孔焊缝坡口坡口MT探伤组对人孔筒节焊接人孔筒节与壳体焊缝，预热温度200MT探伤所有焊缝内表面打磨与母材平齐待组装。7人孔筒节与封头角焊缝焊接时，采用专用工装，防止封头焊接变形。32封头的制造要求和检验要求球形封头利用2200吨水压机采用专门设计制作的冲压模具分片压制球片和顶圆后拼接成型，顶圆尺寸约SR750，球片数量为7片。封头平板拼接时采用埋弧自动焊，点焊用焊条为R307，焊丝为E5515B2，预热温度及层间温度150，焊后立即进行消氢处理，并100UT中间检测，冲压后进行100RT和100UT检查，合格后机加工环焊缝坡口。封头成型后采用机加工方法开接管孔、焊接管等，焊接接头按JB/T47302005进行100MT检验级合格，再对封头组件进行炉内整体消除应力热处理，热处理温度为600650。33管板的制造要求和检验要求管板备料化学成份、力学性能复验超程伯探伤复验粗车内、外圆和待堆焊表面上下管板叠合在一起，待堆焊304L的表面朝外，周边焊牢待堆焊表面100MT预热200（置于带极堆焊变位机上）带极堆焊第一层（ER309L）着色探伤测厚整体消除应力热处理（600650）堆焊第二层（ER308L）着色探伤、超声波探伤测厚根据变形情况，在决定是否局部补充堆焊切除外周焊缝校平车划线采用数控机床钻孔加工管子焊接坡口车管板坡口坡口着色检查检验。上下管板管程表面采用极堆焊，堆焊加工后的总厚度7MM，堆焊的过渡层厚度不少于3MM经超声检测，合格后作憨厚消除应力的热处理。管板堆焊前的基层表面，过渡层堆焊表面，面层堆焊表面应分别按JB/T47302005进行100渗透探伤，合格等级为级。堆焊层及其结合面应按JB/T47302005进行100超声波探伤，合格等级为级。34设备制造与组装顺序球形封头组件制造壳体筒节制造、加强段筒节制造、管板加工并堆焊管板与加强段短节组对焊接管板与加强段的组件与壳体筒节组对焊接组装换热管管子管板焊接组对壳体与球形封头。管板与加强筒体的组焊管板与筒体的连接结构为全焊透结构，容易出现管板与筒体焊后管板的不平度产生变化，影响管板的管孔圆度和管孔轴线与管板平面的垂直度，导致穿管时管外壁与管孔摩擦拉上管子外表面，影响产品质量因此，在组对管板与加强筒体时，应仔细检查管板与加强筒体的外部尺寸，用专用胎具将筒体撑圆，焊接防变形工装与管板谅解固定后放入筒体定位处，调整管板与筒体的间隙，调整挂板与筒体的同心度，保证管板与筒体的同心，电焊固定，焊接时预热（温度200），对称进行焊接，注意观察管板与加强筒体的变形程度及时进行控制，逐层进行着色探伤，焊接完后进行着色和超声波探伤，消除应力热处理后拆除工装。35管板与加强筒体的组件与筒体组焊上下管板与加强段组焊合格后，线将下部加强段与管板的组件与课程筒体组对，控制组对错边量和直线度在图样及GB150要求范围内，点固焊缝采用手工电弧焊焊接，采用J607RH焊条，点焊部位点焊前预热至200以上，组对后采用埋弧自动焊焊接环缝，焊丝H08MN2MOA，焊SJ101，施焊应连续进行，层间温度控制在200250，焊后立即进行消氢处理，然后进行100RT20UT检测。壳体主要焊接件（筒体、封头）组对时应保证相邻两筒节和筒节与封头表面平齐，以使焊接完成后纵向的错边量小于05MM，环向的错边量小于3MM。组对换热器内件，将已组焊合格的管板加强筒体壳程筒体组件与下管板加强筒体及壳体筒体组件按上述要求组对，焊接环焊缝，内口采用药皮电弧焊，采用J607RH焊条，外口采用埋弧自动焊，焊接工艺同上，消氢处理后天对该环缝进行100RT100UT检测，JB4730级和级合格。划筒体接管孔位置线，在检验确定无误后进行预开孔，接管空的焊接坡口全部采用机加工成形，在机加工焊接坡口确实有难度的地方，用机床进行粗加工，最后用角向磨光机按图纸修磨出合格的坡口，坡口表面进行磁粉检测，合格后进行接管及吊耳点半组对焊接，控制组对精度，焊前预热，焊后立即进行消氢处理。打磨所有焊缝内表面与母材平齐，对筒体与管板组件进行炉内整体热处理，温度600650。热处理后对所有对接接头进行100UT检测，JB4730级合格。36管子组装及管子管板焊接壳体组焊完成后，采用立式组对管子与管板，功效快，支撑板与管板的同心度好，管子表面不容易受损伤。复查隔板、定位管、焊接螺栓等内部零件组装情况，检验合格后穿换热管。管子与管板的堆焊焊接，由持有该特种焊接技能合格证的优秀焊工担任。焊接式通过严格控制焊接规范使焊缝冷却速度适当，确保焊缝素体含量在规定的范围内，管子、管板焊接采用自动选装氩弧焊机焊接，采用ER00CR22NI5MO3N焊丝，焊接前焊接工艺按GB151附录B评定合格，换热管采用贴胀定位。管子与管板采用自动氩弧焊焊二道，第一层焊完后进行空气气密性检漏试验，合格后再焊第二层，焊满后进行外观检查，不得有管端烧缺等缺陷，合格后进行焊缝表卖弄着色探伤。管子、管板热处理后采用液压胀管机进行胀管，胀管前进行胀接试验后确定胀接压力，检查胀拉接强度，贴胀拉脱强度应大于1MPA。根据图纸要求对管子管板按胀接工艺进行贴胀，检验合格后按HG205841998附录B进行氨渗漏试验合格。37封头组件与筒体组件组焊将已组焊合格的封头组件分别与筒体组对，控制组对间隙和组对错边量，按评定合格的焊接工艺进行焊接，内口采用药皮电弧焊，外口采用埋弧自动焊，焊前预热200，焊后立即进行消氢处理。热处理后对焊缝进行100RT100UT检测。组对H接管，按焊接工艺焊接，打底焊采用氩弧焊，其余焊道采用药皮电弧焊。焊后对焊缝进行局部热处理。38不见的成形、加工和组装要求表31不见的成形、加工和组装要求检验内容焊接接头的对口错边量3MM焊接接头的棱角E5MM壳体最大最小直径差（包括管箱壳体）热处理后7MM设备壳体直线度热处理后8MM管板堆焊层厚度过渡层3MM，耐腐蚀层4MM管板堆焊后平面度010MM管板管孔直径384002管板管孔垂直度010MM39甲醇合成塔的热处理工艺对于壳体（筒体、封头、接管）及管板见的焊接接头，应按规范要求进行焊前预热、焊后消除引力热处理。热处理方案甲醇合成塔哟五大部件组成上封头部件；下封头部件；上加强段管板部件；壳程筒体部件；下加强段管板部件。所有部件的崔杰接头经射线检测及超声波检测复验合格后，应单独进行炉内整体热处理。热处理时，严格按照处理工艺规定和GB1501998、HG2058498中的规定进行，并用在有效校核期内的热电偶，测量仪表进行监控、记录。炉内整体热处理及局部热处理时，热电偶的数量应足够，且直接与工件连接，热电偶测的的温度与其对应的时间自动记录，以准确控制热处理温度。在加热和冷却过程中，不同位置之间的温度差不得超过80，恒温时，不同点温度差不得超过30。试板应与其所代表的零部件一起进行热处理，并放在紧靠相关焊缝处，尽量放在容器内测。设备热处理由以下几部分组成球形封头组件整体热处理管板过渡层堆焊后热处理；加强筒体与管板组件整体热处理；壳体组件整体热处理；封头与筒体环焊缝局部热处理。炉内热处理的控制要求1焊件入炉或出炉时炉内温度不得超过400。焊件出炉时，炉温不得高于400，出炉后应在静止空气中继续冷却。2焊缝局部消除应力热处理的控制要求采用履带式远红外线电加热器对环缝进行局部加热，热处理宽度为横跨焊接接头或返修部位至少为容器的整个圆周（表达式中R为容器相应部5RS位的内半径，S为该部位容器的壁厚），且此区域边界处的温度不低于中心处温度的一半3热处理后，设备的承压金属上不得再施焊310甲醇合成塔的检验射线透照检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测等无损检测按照JB/T47302005的要求进行。检测方法、范围、合格等级参见表31表32检测方法、范围、合格等级参考表对象需要的检测和试验项目备注材料100MM锻件100UT级机后100MT级其它按材料标准焊接坡口机后加工100MT级焊接A、B类100RT级100UT级热处理后100RT100UT分别为级，HB225水压后100MT级一般C、D100MT级热处理后100PT级,HB250水压后100PT级反应管与管板100PT级HB180水压后100PT级筒体与管板100UT级100PT级管板与堆焊每层100PT级面层100UT级焊接试板热处理后HB225,20V冲31J其它按GB150设备管程水压试验气密性试验按图及GB150壳程水压试验B法氨渗透试验按图及GB150无损探伤检测1焊接坡口表面、待堆焊表面按JB4730进行MT检测，级合格。2对接接头无损检测所有A、B类对接接头均须在焊后和热处理后进行100的射线检测，按GB/7473022005的级合格并100超声复验，按GB/473032005的级合格，水压试验后，100MT检测，级合格。3角焊缝无损检测壳体上所有角焊缝热处理前、热处理后、水压试验后分别进行100MT检测，级合格；工程尺寸450及以上的接管与壳体角焊缝还应在热处理前、后分别进行100UT检测，级合格。4反应管与管板的链接接头，应在焊前对坡口表面、焊后对面层表面进行100的渗透检测，按GB/7473052005的级合格。5管子与管板焊缝表面及层间，100PT检测，级合格。堆焊层无损检测过渡层焊缝表面100PT检测，级合格覆层焊接完毕后，焊缝表面100PT检测，级合格，堆焊层100UT检测，级合格。其它部位无损检测锻制接管、法兰机加工表面，100MT检测，级合格。设备上临时性焊接工装、吊耳等打磨处，100MT检测，级合格。硬度检查所有A、B类焊接接头；接管、补强管及法兰的对接接头；封头和裙座筒体的焊接接头等重要的焊接接头。进行硬度检查（含焊缝、热影响区和母材三处区域），检测的硬度值不应大于225HB试板及其试验甲醇合成塔在制造过程中除应按JB47442000钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验的要求制作产品焊接试板和母材热处理试板外，还应进行0下的夏比V行缺口冲击试验。冲击功值13MNNINBRAKV34J；15CRMORAKV31J311压力试验1甲醇合成塔全部焊接完成后应进行液压试验，试验压力应按规范要求，试验用水应清洁，试验温度15，水压试验用水氯离子含量不超过25MG/L,试验部位、检验标准见表32表33试验部位、检验标准试验介质试验部位试验方法试验标准介质名称介质要求温度试验压力保压时间试验结果要求反应管与管板焊接（第一层后）空气试漏GB1501998压缩空气2004MPA05H无泄漏反应管与管板（焊接完成及贴胀后）氨渗透HG205841998附录A中的B法氨气氮气3NH2101510MPA4H无泄漏壳程水压试验GB1501998水CL25PPM15按图无泄漏无变形管程水压试验GB1501998水L25PPM15按图无泄漏无变形管程气密性试验GB1501998压缩空气20按图无泄漏2水压试验后，设备应彻底排净并吹干。3水压试验合格后对焊缝外表面按JB205842005进行MT检查，级合格。4水压试验后，壳程按HG2058498附录A中B法进行氨渗透试验，以检查管子与管板的链接接头；管程按HG2058498附录A中C法规范以压缩空气进行气密性试验。试验合格后，所有焊缝均按JB/T47302005进行100磁粉检查，级合格。晶间腐蚀试验换热管和堆焊层焊接工艺评定试件，进行晶间腐蚀倾向性试验，按GB43342009不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法，弯曲试验后，表面不得有晶间腐蚀裂纹。谢辞在此次3124平方甲醇合成反应器的设计和制造中，因设备所使用的材料比较特殊、结构比较特别，再加上设备容积大、重量大等特点，因此在设计和制造方面都有较高的要求。其次，考虑到其中反应物质的有毒性，故在设计方面更应严谨科学，无论从应力校核，还是检测方面都应更加仔细小心。本次设计根据给定的已知参数和国家相关技术标准规定，也在多次咨询段小林老师的前提下，最后终于成功地完成图纸的设计、制造工艺的编制等。希望本设计能在实践中得到应用。因为本人毕竟是初次设计，肯定有不足之处，如有问题还请及时指出。再次在此真心地向段小林老师说声感谢。参考文献1GB1501998钢制压力容器M北京中国标准出版社19982GB1501999管壳式换热器M北京中国