万吨合成氨第二热交换器设计研究报告.doc

目 录 1 引言 1.1 课题目的 2 1.2 工艺流程简述 2 1.3 换热器的选型 3 2 第二热交换器的工艺计算 3 2.1 设计条件 5 2.2 确定湿变换气的物性参数 5 2.3 确定湿混合气的物性参数 7 2.4 估算传热面积 14 2.5 工艺结构尺寸的确定 14 2.6 传热系数的计算 15 2.7 换热器的核算 16 3 第二热交换器的结构设计和强度计算 16 3.1 结构设计 21 3.2 换热器筒体及封头壁厚的计算38 结 论 36 致 谢 37 参 考 文 献 38 2 第二热交换器工艺计算 2.1 设计条件 2.1.1 工艺条件 表2.1 设计条件 操 作 介 质 管程（湿混合煤气） 壳程（湿变换气） 操 作 温 度 ℃ 295/371 486/405 操作压力(表)MPa 0.7943 0.78 重量流量（kg/s） 4.429 4.437 2.1.2 物料组成 表2.2（a） 湿混合气的物料组成 组分 H2 CO CO2 N2 CH4+Ar O2 H2O % 21.855 13.183 8.519 10.793 0.4243+0.2042 0.200 44.822 表2.2(b) 湿变换气的物料组成 组分 H2 CO CO2 N2 CH4+Ar O2 H2O % 30.244 3.963 17.783 10.813 0.4254+0.2046 36.067 2.2 确定湿变换气的物性参数 2.2.1 定性温度 湿变换气定性温度 2.2.2 热容 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O Cp(KJ/Kg.℃) 14.6309 1.1197 1.1384 1.1040 3.6968 0.5215 2.1322 由《小氮肥工艺设计手册》附录查的混合气体的热容计算公式为，计算得变换气的热容 2.2.3 黏度 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 0.9100 3.2628 3.2337 3.3445 2.2126 8.5342 2.633 由《小氮肥工艺设计手册》附录查的混合气体的黏度计算公式为， 2.2.4 导热系数 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar H2O 0.3160 0.0525 0.0508 0.0514 0.1146 0.0349 10.0608 由《小氮肥工艺设计手册》附录查的混合气体的导热系数计算公式为，由计算得 2.2.5 密度 在定性温度下密度的计算： 2.3 确定湿混合煤气的物性参数 2.3.1 定性温度湿混合煤气定性温度 2.3.2 热容 组分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar O2 H2O Cp(KJ/Kg.℃) 14.5552 1.0912 1.0849 1.0186 3.3026 0.5221 1.007 2.104 计算得 2.3.3 黏度表2.7 湿混合煤气的黏度 组分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar O2 H2O 1.006 2.91755 2.8260 2.9821 1.9609 3.9338 3.5073 2.1607 2.3.4 导热系数组分 H2 CO CO2 N2 CH4 Ar O2 H2O 0.287 0.0458 0.0422 0.0453 0.0903 0.0309 0.0482 0.0480 2.3.5 密度 2.4 估算传热面积 2.4.1 确定换热器的平均传热温差 两流体成逆流状态，参照《小氮肥工艺设计手册》第十二章，换热设备进行计算 进行温差修正 查图12-1-1的温差修正系数=0.91 即换热器的平均传热温差 2.4.2 换热器热负荷Q的计算 已知 则： 取 2.4.3 初算传热面积 参照《小氮肥工艺设计手册》，初选传热系数 传热面积 取10%~20%的面积裕度，传热面积在61.66~67.27m2，则取传热面积 2.5 工艺结构尺寸的确定 2.5.1 管径和管内流速 选定的换热管，即，管间距 取管内流速 2.5.2 管根数及传热管管长 传热管根数 管程流体的体积流量 根 换热管的管长 查GB151取换热管的标准管长 2.5.3 壳体内 壳体内径 =0.032（23.41-1）+30.02 =703.27mm 由GB151 选取标准内径700mm 长径比，因此无需分程 2.5.4 折流板，即切去缺口高度为 折流板间距 折流板数块 2.5.5 拉杆时，拉杆直径，拉杆根数为4根 2.5.6 实际管内流速 画布管图得实际管根数根 实际管内流速 2.5.7 接管的计算 参照《化工设备设计》-化