生產(chǎn)能力為2800 m3h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)

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1機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：生產(chǎn)能力為 2800 m3/h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 人： 指導(dǎo)教師： 班 級(jí)： 組 號(hào)： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2目 錄目 錄 2前 言 3摘 要 4設(shè)計(jì)任務(wù)書 5第一章 工藝設(shè)計(jì) .61.1 甲醇制氫工藝流程 .61.2 物料恒算 .61.3 熱量恒算 .8第二章 反應(yīng)器設(shè)計(jì) .112.1 工藝計(jì)算 .112.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .142.3 結(jié)構(gòu)校核 17第三章 管道設(shè)計(jì) .253.1 管子選型 .253.2 閥門選型 .303.3 管道法蘭選型 .30第四章 機(jī)器選型 .324.1 計(jì)量泵的選擇 324.2 離心泵的選型 33第五章 反應(yīng)器控制方案設(shè)計(jì) 345.1 被控參數(shù)選擇 345.2 控制參數(shù)選擇 .345.3 過(guò)程檢測(cè)儀表的選用 .345.4 溫度控制系統(tǒng)流程圖及其控制系統(tǒng)方框圖 355.5 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 35第六章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) .366.1 甲醇制氫裝置的投資估算 366.2 總成本費(fèi)用估算與分析 376.3 盈虧平衡分析 .38參考文獻(xiàn)： 393前 言氫氣是一種重要的工業(yè)用品，它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門，由于使用要求的不同，這些部門對(duì)氫氣的純度、對(duì)所含雜質(zhì)的種類和含量也有著不同的要求。近年來(lái)隨著中國(guó)改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純氫氣的需求量正在逐漸擴(kuò)大。 烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫氣是目前世界上應(yīng)用最普遍的制氫方法，是由巴登苯胺公司發(fā)明并加以利用，英國(guó) ICI 公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這種制氫方法工作壓力為 2.0-4.0MPa，原料適用范圍為天然氣至干點(diǎn)小于 215.6℃的石腦油。近年來(lái)，由于轉(zhuǎn)化制氫爐型的不斷改進(jìn)。轉(zhuǎn)化氣提純工藝的不斷更新，烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化制氫工藝成為目前生產(chǎn)氫氣最經(jīng)濟(jì)可靠的途徑。 甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化制氫技術(shù)表現(xiàn)出很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，受到許多國(guó)家的重視。它具有以下的特點(diǎn)： 1、與大規(guī)模天然氣、輕油蒸氣轉(zhuǎn)化制氫或水煤氣制氫比較，投資省，能耗低。 2、與電解水制氫相比，單位氫氣成本較低。 3、所用原料甲醇易得，運(yùn)輸儲(chǔ)存方便。而且由于所用的原料甲醇純度高，不需要在凈化處理，反應(yīng)條件溫和，流程簡(jiǎn)單，故易于操作。 4、可以做成組裝式或可移動(dòng)式的裝置，操作方便，搬運(yùn)靈活。 4摘 要本次課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 2800 m3/h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 在設(shè)計(jì)中要經(jīng)過(guò)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，典型設(shè)備的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管道設(shè)計(jì)，單參數(shù)單回路的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，機(jī)器選型和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)的基本訓(xùn)練。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合應(yīng)用所學(xué)的多種專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)獲得一次工程設(shè)計(jì)時(shí)間的實(shí)際訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)的知識(shí)領(lǐng)域包括化工原理、過(guò)程裝備設(shè)計(jì)、過(guò)程機(jī)械、過(guò)程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用、過(guò)程裝備成套技術(shù)等課程。本課程設(shè)計(jì)是以甲醇制氫裝置為模擬設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行過(guò)程裝備成套技術(shù)的全面訓(xùn)練。 設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容和步驟： 1、 工藝計(jì)算。 2、 生產(chǎn)裝置工藝設(shè)計(jì)。 3、 設(shè)備設(shè)計(jì)分組進(jìn)行。 4、 機(jī)器選型。 5、 設(shè)備布置設(shè)計(jì)。 6、 管道布置設(shè)計(jì)。 7、 繪制管道空視圖。 8、 設(shè)計(jì)一個(gè)單參數(shù)、單回路的自動(dòng)控制方案。 9、 對(duì)該裝置進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 10、 整理設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 5設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：生產(chǎn)能力為 2800 m3/h 甲醇制氫生產(chǎn)裝置。 二、設(shè)計(jì)參數(shù)：生產(chǎn)能為 2800 m3/h 。三、計(jì)算內(nèi)容： 1、工藝計(jì)算：物料衡算和能量衡算。 2、機(jī)器選型計(jì)算。 3、設(shè)備布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 4、管道布置設(shè)計(jì)計(jì)算。 四、圖紙清單： 1、物料流程圖 2、工藝流程圖 3、換熱器總裝圖4、換熱器零件圖 5、管道布置圖 6、管道空視圖(PL0102-20L1B) 6第一章 工藝設(shè)計(jì)1.1 甲醇制氫工藝流程甲醇制氫的物料流程如圖 1-1。流程包括以下步驟：甲醇與水按配比 1：1.5進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過(guò)計(jì)算泵進(jìn)入換熱器（E0101 ）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101 ）汽化，在經(jīng)過(guò)換熱器(E0102) 過(guò)熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器 (R0101)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成 H2、CO 2 的以及未反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱(E0101)冷卻，然后經(jīng)水冷器(E0103) 冷凝分離水和甲醇，這部分水和甲醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯脂吸收分離 CO2，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入 PSA 裝置進(jìn)一步脫除分離殘余的 CO2、CO 及其它雜質(zhì)，得到一定純度要求的氫氣。圖 1-1 甲醇制氫物料流程圖1.2 物料恒算(1) 依據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式：CH3OH→CO↑+2H2↑ （1-1）CO+H2O→CO 2↑+ H2↑ （1-2）CH3OH 分解為 CO 轉(zhuǎn)化率 99%，反應(yīng)溫度 280℃，反應(yīng)壓力 1.5MPa，醇水投料比 1:1.5(mol)。7(2) 投料計(jì)算量代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)，式(1-1)和式(1-2) 變?yōu)椋篊H3OH→0.99CO↑+1.98H2↑+0.01 CH3OH （1-3）CO+0.99H2O→0.99CO2↑+ 1.99H +0.01CO （1-24）合并式(1-3)、式(1-4)得到：CH3OH+0.9801 H2O→0.9801 CO2↑+2.9601 H2↑+0.01CH3OH+0.0099 CO↑氫氣產(chǎn)量為： 2800 m3/h=125 kmol/h 甲醇投料量為： 125/2.9601×32=1351.312 kg/h 水投料量為： 1351.312/32×1.5×18=1140.168 kg/h (3) 原料液儲(chǔ)槽 (V0101)進(jìn)：甲醇 1351.312 kg/h，水 1140.168 kg/h出：甲醇 1351.312 kg/h，水 1140.168 kg/h(4) 換熱器 (E0101)，汽化塔(T0101) ，過(guò)熱器(E0103)，沒有物流變化。(5) 轉(zhuǎn)化器 (R0101)進(jìn)：甲醇 1351.312 kg/h，水 1140.168 kg/h，總計(jì) 2491.48 kg/h。出：生成 CO2 1351.312/32×0.9801×44=1821.079 kg/h H2 1351.312/32×2.9601×2=250 kg/h CO 1351.312/32×0.0099×28=11.706 kg/h 剩余甲醇 1351.312/32×0.01×32=13.513 kg/h 剩余水 1140.168- 1351.312/32×0.9801×18=395.181kg/h總計(jì) 2491.48 kg/h 6、吸收塔和解析塔吸收塔的總壓為 1．5MPa，其中 CO2 的分壓為 0.38 MPa，操作溫度為常溫(25℃)。此時(shí)，每 m3 吸收液可溶解 CO211.77m3。此數(shù)據(jù)可以在一般化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。 解吸塔操作壓力為 0.1MPa，CO 2 溶解度為 2.32，則此時(shí)吸收塔的吸收能力為：11.77-2.32=9.45。80.4MPa 壓力下 ρco 2=pM/RT=0.4 44/[0.0082 (273.15+25)]=7.20kg/m3?CO2 體積量 VCO2=1821.48/7.20 =252.98 m3/h據(jù)此，所需吸收液量為 252.98/9.45 =26.77 m3/h 考慮吸收塔效率以及操作彈性需要，取吸收量為 26.77×3=80.31m3/h可知系統(tǒng)壓力降至 0.1MPa 時(shí)，析出 CO2 量為 252.98m3/h = 1821.48 kg/h 混合氣體中的其他組分如氫氣，CO 以及微量甲醇等也可以按上述過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，在此，忽略這些組分在吸收液內(nèi)的吸收。7、PSA 系統(tǒng)略。8、各節(jié)點(diǎn)的物料量綜合上面的工藝物料衡算結(jié)果，給出物料流程圖及各節(jié)點(diǎn)的物料量，見圖1-1。1.3 熱量恒算（1）汽化塔頂溫確定在已知汽相組成和總壓的條件下，可以根據(jù)汽液平衡關(guān)系確定汽化塔的操作溫度，甲醇和水的蒸氣壓數(shù)據(jù)可以從一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中得到：表 1-3列出了甲醇的蒸氣壓數(shù)據(jù)，水的物性數(shù)據(jù)在很多手冊(cè)中都可以得到，這里從略。在本工藝過(guò)程中，要使甲醇水完全汽化，則其汽相分率必然是甲醇 40%，水 60%(mol)且已知操作壓力為 1.5Mpa，設(shè)溫度為 T，根據(jù)汽液平衡關(guān)系有0.4p 甲醇 +0.6p 水 =1.5MPa初設(shè) T=170℃ p 甲醇 =2.19MPa； p 水 =0.824 MPaP 總 =1.3704??補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。7、殼程接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（按照 GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法）18進(jìn)出口接管：??= ????????2[??]??Φ-????= 0.6×9002×134×0.85-0.6=2.377????????= ??????2[??]??Φ-????= 0.6×2002×134×0.85-0.6=0.528????d=200+2×1.3=202.6mm??????=9.5??????????=?????????1???2=9.5-1.3=8.2????=0.94??=????+2????????(1-????)=202.6×2.377+2×2.377×8.2×(1-0.94)=483.919????2mm ??=2??=2×202.6=405.2mm??+2????+2??????=202.6+2×8+2×9.5=237.6得 mm??=405.2mm 接管實(shí)際外伸高度 =250mm?1=????????= 202.6×9.5=43.871得 mm?1=43.871mm 接管實(shí)際內(nèi)伸高度 =0mm?2=????????= 202.6×9.5=43.871得 ?2=0??1 =(??-??)(???????)?2??????(???????)(1-????)=(405.2?202.6)(6.7-2.377)?2×8.2×(6.7-2.377)(1-0.94)=871.586????2??2=2?1(???????????)????+2?2(?????????2)??2=2×43.871×(8.2?0.528)×0.94=674.097????2??3=36????2????=??1+??2+??3=1581.682??補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。5、排液、排氣口接管補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算根據(jù) GB150 第 8.3 節(jié)的規(guī)定，本開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)。6、換熱管（GB151-1999）管子材料：Q345R 根據(jù)上節(jié)中計(jì)算的管子內(nèi)徑選用尺寸：φ25×2 管長(zhǎng)：6000 根數(shù)：530實(shí)排根數(shù)：536（外加 6 根拉桿） 排列形式：正三角形 中心距：32 管束中心排管數(shù)：26 長(zhǎng)徑比：6.67 7、折流板（GB151-1999）材料：Q345R 形式：?jiǎn)喂? 外直徑：894 管孔直徑：25.7缺口弦高：300 間距： 600 板數(shù)：9 厚度：8198、拉桿（GB151-1999 ）直徑：16 螺紋規(guī)格：M16 根數(shù)：69、耳座（JB/T4725）形式：A 型高度：200 底板：L1：160 b1：105 δ1：10 s1:50筋板：L2:125 b2:125 δ2：6 墊板： L3：250 b3:200 δ3：8 e:30地角螺栓規(guī)格：M24 螺栓孔直徑：3011、管板材料：Q345R 換熱管管孔直徑：25.7 拉桿管孔直徑：16 厚度：50 外徑：10602.3 結(jié)構(gòu)校核20殼程圓筒計(jì)算 計(jì)算單位南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 0.60 MPa設(shè)計(jì)溫度 t 320.00 ? C內(nèi)徑 Di 900.00 mm材料 16MnR(熱軋 ) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ???170.00 MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ??? t140.00 MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ? s345.00 MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm腐蝕裕量 C2 1.00 mm焊接接頭系數(shù) ? 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度? = = 1.93PDcit2[]??? mm有效厚度 ? e =? n - C1- C2= 7.00 mm名義厚度 ? n = 8.00 mm重量 1056.36 Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.7500 (或由用戶輸入)[]?t MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 ??? T? ? ? T? 0.90 ? s = 310.50 MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 ? T = = 48.59 pDie.()???2MPa校核條件 ? T? ??? T校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力[Pw]= = 2.160972???eti[]()D? MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力? t = = 38.87cie()?2 MPa??? t? 140.00 MPa校核條件 ??? t? ≥? t結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度8.00mm，合格21開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系接 管: A1， φ219×9.5 計(jì) 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法 ， 單 孔設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc 0.6 MPa設(shè)計(jì)溫度 320 ℃殼體型式 圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù) φ 1殼體內(nèi)直徑 Di 900 mm殼體開孔處名義厚度 δ n 8 mm殼體厚度負(fù)偏差 C1 0 mm殼體腐蝕裕量 C2 1 mm殼體材料許用應(yīng)力[ σ ]t 140 MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度 43.87 mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0 mm 接管材料 16Mn(熱軋 )接管焊接接頭系數(shù) 1 名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1.3 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm接管厚度負(fù)偏差 C1t 1.188 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力[ σ ]t 131.4 MPa 補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ] t MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算殼體計(jì)算厚度 δ 1.933 mm 接管計(jì)算厚度 δ t 0.458 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.939開孔直徑 d 205 mm 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 410 mm接管有效外伸長(zhǎng)度 h1 43.87 mm 接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2 0 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A 397.8 mm2 殼體多余金屬面積 A1 1034 mm2接管多余金屬面積 A2 539.8 mm2 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 36 mm2A1+A2+A3=1610 mm2 ，大于 A，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2結(jié)論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。22開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系接 管: A2， φ89×10 計(jì) 算 方 法 : GB150-1998 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法 ， 單 孔設(shè) 計(jì) 條 件 簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc 1.6 MPa設(shè)計(jì)溫度 280 ℃殼體型式 圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù) φ 0.85殼體內(nèi)直徑 Di 900 mm殼體開孔處名義厚度 δ n 8 mm殼體厚度負(fù)偏差 C1 mm殼體腐蝕裕量 C2 1 mm殼體材料許用應(yīng)力[ σ ]t MPa接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度 26.76 mm接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度 0 mm 接管材料 16Mn(熱軋 )接管焊接接頭系數(shù) 1 名稱及類型 管材接管腐蝕裕量 1 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 mm凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 mm接管厚度負(fù)偏差 C1t mm 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差 C1r mm接管材料許用應(yīng)力[ σ ]t MPa 補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力[σ] t MPa開 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算殼體計(jì)算厚度 δ mm 接管計(jì)算厚度 δ t mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr開孔直徑 d mm 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B mm接管有效外伸長(zhǎng)度 h1 mm 接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h2 mm開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A mm2 殼體多余金屬面積 A1 mm2接管多余金屬面積 A2 mm2 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 mm2A1+A2+A3= mm2 補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4 mm2 A-(A1+A2+A3) mm2結(jié)論: 根據(jù) GB150 第 8.3 節(jié)的規(guī)定，本開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)。23前端管箱筒體計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa設(shè)計(jì)溫度 t 280.00 ? C內(nèi)徑 Di 900.00 mm材料 16Mn(熱軋) ( 管材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ???163.00 MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ??? t139.80 MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ? s 320.00 MPa鋼板負(fù)偏差 C1 1.25 mm腐蝕裕量 C2 1.00 mm焊接接頭系數(shù) ? 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度? = = 5.18PDcit2[]??? mm有效厚度 ? e =? n - C1- C2= 7.75 mm名義厚度 ? n = 10.00 mm重量 38.15 Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25P = 2.0000 (或由用戶輸入)[]?t MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 ??? T? ? ? T? 0.90 ? s = 288.00 MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力? T = = 117.13 pDie.()???2 MPa校核條件 ? T? ??? T校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.387112???eti[]()D? MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 ? t = = 93.70cie?2 MPa??? t? 139.80 MPa校核條件 ??? t? ≥? t結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度8.00mm，合格24前端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa設(shè)計(jì)溫度 t 280.00 ? C內(nèi)徑 Di 900.00 mm曲面高度 hi 225.00 mm材料 # (鍛材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ???170.00 MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ??? t148.80 MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm腐蝕裕量 C2 1.00 mm焊接接頭系數(shù) ? 1.00厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000162?????????????Dhi計(jì)算厚度 ? = = 4.85Pcitc205[].??? mm有效厚度 ? e =? n - C1- C2= 7.00 mm最小厚度 ? min = 1.35 mm名義厚度 ? n = 8.00 mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 58.94 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力[Pw]= = 2.30570205[].???teiKD? MPa結(jié)論 合格注: 帶#號(hào)的材料數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)者給定的。25后端管箱筒體計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件 筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa設(shè)計(jì)溫度 t 280.00 ? C內(nèi)徑 Di 900.00 mm材料 16MnR(正火 ) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ???170.00 MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ??? t148.80 MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ? s 345.00 MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm腐蝕裕量 C2 1.00 mm焊接接頭系數(shù) ? 1.00厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度? = = 4.86PDcit2[]??? mm有效厚度 ? e =? n - C1- C2= 9.00 mm名義厚度 ? n = 10.00 mm重量 38.15 Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值 PT = 1.25P = 2.0000 (或由用戶輸入)[]?t MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 ??? T? ? ? T? 0.90 ? s = 310.50 MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力? T = = 101.00 pDie.()???2 MPa校核條件 ? T? ??? T校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 [Pw]= = 2.946532???eti[]()D? MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 ? t = = 80.80cie?2 MPa??? t? 148.80 MPa校核條件 ??? t? ≥? t結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于 GB151 中規(guī)定的最小厚度8.00mm，合格26后端管箱封頭計(jì)算 計(jì)算單位 南京工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程系計(jì)算條件 橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.60 MPa設(shè)計(jì)溫度 t 280.00 ? C內(nèi)徑 Di 900.00 mm曲面高度 hi 225.00 mm材料 16Mn (鍛材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 ???150.00 MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ??? t121.20 MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00 mm腐蝕裕量 C2 1.00 mm焊接接頭系數(shù) ? 1.00厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000162?????????????Dhi計(jì)算厚度 ? = = 5.96Pcitc205[].??? mm有效厚度 ? e =? n - C1- C2= 7.00 mm最小厚度 ? min = 1.35 mm名義厚度 ? n = 8.00 mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 58.94 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力[Pw]= = 1.87803205[].???teiKD? MPa結(jié)論 合格27第三章 管道設(shè)計(jì)3.1 管子選型(1) 材料——綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、壓力以及腐蝕性（包括氫腐蝕） ，本裝置主管道選擇 20g 無(wú)縫鋼管，理由如下：①腐蝕性——本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對(duì)材料無(wú)特殊腐蝕性；產(chǎn)品氫氣對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生氫腐蝕，但研究表明碳鋼在 220℃以下氫腐蝕反應(yīng)速度極慢，而且氫分壓不超過(guò) 1.4MPa 時(shí)，不管溫度有多高，都不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氫腐蝕。本裝置中臨氫部分最高工作溫度為 300℃，雖然超過(guò) 220℃，但轉(zhuǎn)化氣中氫氣的分壓遠(yuǎn)低于 1.4MPa。所以 20g 無(wú)縫鋼管符合抗腐蝕要求。②溫度——20g 無(wú)縫鋼管的最高工作溫度可達(dá) 475℃，溫度符合要求。③經(jīng)濟(jì)性——20g 無(wú)縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)均較低。注：二氧化碳用于食品，其管道選用不銹鋼。(2) 管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)①導(dǎo)熱油管道的規(guī)格和保溫結(jié)構(gòu)的確定流量 qv=1.467×105kg/h=0.0469m3/s，流速取 u=1.5m/s。????= 4????????=0.1995??壁厚：??= ??????2[??]????????= 0.6×2002×100×0.8?0.6=0.753?????????.??=1000×??[??]=1000×0.6100=6查表應(yīng)選用 Sch.10 系列得管子，故選擇RO0101、RO0102、RO0103、RO0104 管道規(guī)格為 φ219×5.9 無(wú)縫鋼管。保溫層計(jì)算：管道外表面溫度 T0=320，環(huán)境年平均溫度 Ta=20℃，年平均風(fēng)速為 2m/s，采用巖棉管殼保溫，保溫結(jié)構(gòu)單位造價(jià)為 750 元/m3，貸款計(jì)息年數(shù)為 5 年，復(fù)利率為 10%，熱價(jià)為 10 元/106kJ。設(shè)保溫層外表面溫度為 30℃，巖棉在使用溫28度下的導(dǎo)熱系數(shù)為：??=0.042+0.00018×(320+302 ?70)=0.0609??(?????)表面放熱系數(shù)為： ????=1.163(6+3??)=1.163(6+32)=12??(?????)保溫工程投資償還年分?jǐn)偮剩??=0.1×(1+0.1)5(1+0.1)5?1 =0.264計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度：??1ln??1??0=3.795×10?3????????(??0?????)?????? ?2??????=3.795×10?310×0.0609×8000×(320?20)750×0.264 ?2×0.060912 =0.316??1=445.3????查表得保溫層厚度：??=0.5(??1???0)=0.5×(445.3?219)=113.15????根據(jù) GB50264—97 的 5.2.8.1 節(jié)“絕熱總厚度 時(shí)應(yīng)分層敷設(shè)”及??≥80????GBJ126—89 的規(guī)定， “當(dāng)采用一種絕熱制品，保溫層厚度大于 100mm 時(shí)，應(yīng)分兩層或多層，逐層施工各層的厚度宜相近。 ”取保溫層為兩層，內(nèi)外層分別取60mm，總厚度為 120mm。計(jì)算保溫后的散熱量：??= ??0???????22??1ln??1??0+??22??2ln??2??1+1????= 320?200.219+2×0.242×0.0609ln219+2×60219 +0.219+2×0.242×0.0609ln219+2×120219 +112=99.29????計(jì)算保溫后表面溫度：????=??????+????=99.2912+20=28.27℃計(jì)算出來(lái)的表面溫度 28.3℃略低于最初計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)是假設(shè)的表面溫度30℃，故 δ=120mm 的保溫層可以滿足工程要求。29②甲醇原料管道的規(guī)格流量 qv= 1351.312 kg/h=0.000465m3/s，密度 ρ=807 kg/m3 一般吸水管中流速u1 =1m/s，出水管中流速 u2=2m/s，則：????= 4????????=24.3????17.2????故：選擇 PL0101 管道規(guī)格為 φ28×2 無(wú)縫鋼管；選擇 PL0102 管道規(guī)格為 φ21×2 無(wú)縫鋼管。流速校正：??1=4????????2=1.03??????2=4????????2=2.05????③脫鹽水原料管道的規(guī)格流量 qv＝1140.168Kg/h＝0.00032m 3/s，密度 ρ=997 kg/m3 計(jì)算過(guò)程同上。故：選擇 DNW0101 管道規(guī)格為 φ25×2 無(wú)縫鋼管；選擇 DNW0102 管道規(guī)格為 φ18×2 無(wú)縫鋼管。流速校正：??1=4????????2=0.92??????2=4????????2=2.08????④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量 qv＝2491.48 kg/h＝0.00075m 3/s，密度 ρ=921 kg/m3 計(jì)算過(guò)程同上。故：選擇 PL0103 管道規(guī)格為 φ34×2 無(wú)縫鋼管；選擇 PL0104 、PL0105 管道規(guī)格為 φ25×2 無(wú)縫鋼管。流速校正：??1=4????????2=1.06??????2=4????????2=2.16????30⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量 qv＝80.31m3/h＝0.02231m 3/s，計(jì)算過(guò)程同上。Di =169mm/119mm故：選擇 PL0106 管道規(guī)格為 φ180×5 無(wú)縫鋼管；選擇 PL0107 、PL0108 管道規(guī)格為 φ127×3.5 無(wú)縫鋼管。流速校正：??1=4????????2=0.98??????2=4????????2=1.97????⑥冷卻水管道的規(guī)格流量 qv＝1.272×105Kg/h＝0.0353m 3/s ，u 1=1m/s ，u 2=2m/s。????= 4????????=185????131????故：選擇 CWS0101 管道規(guī)格為 φ194×4.5 無(wú)縫鋼管；選擇 CWR0101 管道規(guī)格為 φ140×4.5 無(wú)縫鋼管。流速校正：??1=4????????2=1.0??????2=4????????2=2.0????⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104 混合氣管道的規(guī)格流量 qv＝0.0899m 3/s，u=24m/s。????= 4????????=69????200℃的壁厚：??= ??????2[??]????????= 1.6×802×123×0.8?1.6=0.67????300℃的壁厚 ：