3-設(shè)備設(shè)計及選型說明書

廣州石化黃埔分廠年產(chǎn)8萬噸MMA項目設(shè)備設(shè)計及選型說明書2018年“東華科技-陜鼓杯”第十二屆全國大學(xué)生化工設(shè)計大賽廣東石化黃埔分廠年產(chǎn)8萬噸MMA項目設(shè)備設(shè)計及選型說明書江南大學(xué)H I Ge 團隊成員：趙克凡、章正強、熊賢娟、劉芷汀、徐麗麗指導(dǎo)老師：倪邦慶、鈕騰飛、葛新、劉冰、杜立永第一章總述11.1過程設(shè)備的選型目的和基本要求11.2過程設(shè)備類別11.3過程設(shè)備設(shè)計主要內(nèi)容與選型原則11.3.1過程設(shè)備設(shè)計主要內(nèi)容11.3.2過程設(shè)備設(shè)計選型原則21.4設(shè)計標準與依據(jù)21.5全廠設(shè)備概況3第二章反應(yīng)器設(shè)計32.1反應(yīng)器設(shè)計目標32.2反應(yīng)器類型32.3 生產(chǎn)MAL反應(yīng)器42.3.1反應(yīng)方程式42.3.2動力學(xué)方程42.3.3催化劑42.3.4反應(yīng)器類型的選擇42.3.5設(shè)計過程52.3.6 反應(yīng)器附件設(shè)計122.3.7 殼程換熱152.3.8 設(shè)計結(jié)果152.3.9反應(yīng)器工藝條件圖172.3.10MAL反應(yīng)器機械強度校核172.4 MMA反應(yīng)器272.4.1 反應(yīng)器內(nèi)原料組成272.4.2 反應(yīng)器設(shè)計條件282.4.3 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計282.4.4 MMA反應(yīng)器機械強度校核30第三章塔設(shè)備設(shè)計393.1設(shè)計要求393.2塔的類型393.2.1 填料塔和板式塔的比較393.2.2 塔設(shè)備選型原則403.2.3 板式塔的具體選擇403.2.4 填料塔的具體選擇413.2.5 本廠實際情況的選擇423.3T0301精餾塔的設(shè)計423.3.1 T0301塔的流量和組成423.3.2 T0301水力學(xué)核算433.3.3 T0301塔高設(shè)計623.3.4 T0301接管設(shè)計633.3.5 T0301工藝條件圖653.3.6 T0301機械強度校核65第四章?lián)Q熱器設(shè)計794.1 換熱器選型依據(jù)794.2換熱器類型簡介794.3換熱器選型原則804.3.1 基本要求804.3.2 介質(zhì)流程814.3.3 終端溫差814.3.4 流速選擇814.3.5 壓力降824.3.6傳熱膜系數(shù)824.3.7物流污垢熱阻系數(shù)824.3.8 換熱管834.4換熱器型號表示方法844.5換熱器選型示例（以E0101為例）854.5.1 選型軟件854.5.2 流股確定854.5.3 設(shè)計溫度854.5.3 設(shè)計壓力854.5.4 傳熱系數(shù)864.5.5 流體空間選擇864.5.6 EDR設(shè)計校核換熱器864.5.7 E0101工藝條件圖944.5.8 E0101校核結(jié)果94第五章泵1295.1選型依據(jù)1295.2選型示例1295.3選型結(jié)果130第六章壓縮機1316.1 概述1316.2 選用要求1316.3 選型示例反應(yīng)精餾塔頂出氣壓縮機C01011316.4 選型結(jié)果131第七章儲罐1327.1儲罐選型原則1327.2選型示例1327.2.1 C4儲罐1327.2.2 萃取精餾塔塔頂回流罐1327.3選型結(jié)果132第八章氣液分離器1338.1設(shè)計目標1338.2氣液分離器類型1338.3設(shè)計示例1338.3.1物流參數(shù)1338.3.2類型選擇1338.3.3 尺寸設(shè)計：1338.3.4 氣速計算1348.3.5 入口接管1348.3.6出口接管1358.3.7 高度計算1358.3.8 壁厚計算1358.4選型結(jié)果136第九章液液分相器1379.1概述1379.2設(shè)計步驟1379.2.1分散相和連續(xù)相的確定1379.2.2確定分散相的沉降速度1379.2.3計算分相器直徑和長度1389.2.4核算分散相在分散帶的停留時間1389.3設(shè)計實例1389.3.1設(shè)計目標1389.3.2設(shè)計過程1399.3.3液液分相器一覽表139第一章總述1.1過程設(shè)備的選型目的和基本要求過程設(shè)備的第一個基本要求是能滿足工藝要求，對于工藝上所要求的溫度、壓力、液位、流量等都需要過程設(shè)備來實現(xiàn)。在滿足工藝要求的同時，同時要滿足安全性與經(jīng)濟性，為了確保安全與經(jīng)濟，過程設(shè)備應(yīng)滿足以下基本要求。首先，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠。過程設(shè)備所有部件都必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，設(shè)備必須具有先進的技術(shù)經(jīng)濟指標，要考慮盡量降低設(shè)備的生產(chǎn)費用和操作費用。1.2過程設(shè)備類別化工設(shè)備從總體上分為兩類，一類稱定型設(shè)備或標準設(shè)備，這是由一些加工廠成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，通俗地說，就是可以買到的現(xiàn)成的設(shè)備，如泵、反應(yīng)釜、換熱器、大型儲罐等；另一類稱非定型設(shè)備或非標準設(shè)備，是指規(guī)格和材料都是不定型的、需要專門設(shè)計的特殊設(shè)備，如反應(yīng)器、塔器等。1.3過程設(shè)備設(shè)計主要內(nèi)容與選型原則1.3.1過程設(shè)備設(shè)計主要內(nèi)容（1）確定單元操作所用設(shè)備的類型。這項工作應(yīng)與工藝流程設(shè)計結(jié)合進行。（2）確定設(shè)備的材質(zhì)。根據(jù)工藝操作條件（溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)）和工藝要求確定符合要求的設(shè)備材質(zhì)。（3）確定設(shè)備的設(shè)計參數(shù)。設(shè)備的設(shè)計參數(shù)是由工藝流程設(shè)計、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝計算多項工作得到的。對塔設(shè)備，需要確定進出口物料的流量、組成、溫度、壓力、塔徑與塔的材質(zhì)、填料類型與填料高度或塔板類型與塔板數(shù)等，對于精餾塔還要確定塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷、換熱流體的種類等；對換熱器，則需要知道熱負荷、換熱面積、冷熱流體的種類及流量。(4) 確定定型設(shè)備(即標準設(shè)備)的型號或牌號以及數(shù)量。定型設(shè)備是一些加工廠成批、成系列生產(chǎn)的設(shè)備，即那些可以直接向生產(chǎn)廠家訂貨或購買的現(xiàn)成設(shè)備。對已有標準圖紙的設(shè)備，確定標準圖的圖號和型號。隨著中國化工設(shè)備標準化的推進，有些本來用于非標設(shè)備的化工裝置，已逐步走向系列化、定型化。這些設(shè)備包括換熱器系列、容器系列、搪玻璃設(shè)備系列以及圓泡罩、F1型浮閥和浮閥塔塔盤系列等，它們已經(jīng)有了國家標準。(5) 設(shè)計非標設(shè)備?；ぴO(shè)備專業(yè)設(shè)計人員提出設(shè)計條件和設(shè)備草圖，明確設(shè)備的型式、材質(zhì)、基本設(shè)計參數(shù)、管口、維修安裝要求、支承要求及其他要求(如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面計接口等)。(6)編制工藝設(shè)備一覽表在初步設(shè)計階段，根據(jù)設(shè)備工藝設(shè)計的結(jié)果，編制工藝設(shè)備一覽表，可按非定型工藝設(shè)備和定型工藝設(shè)備兩類編制。初步設(shè)計階段的工藝設(shè)備一覽表作為設(shè)計說明書的組成部分提供給有關(guān)部門進行設(shè)計審查。1.3.2過程設(shè)備設(shè)計選型原則1.合理性即設(shè)備必須滿足工藝需求，與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝條件及工藝控制水平相適應(yīng)，在設(shè)備的許可范圍內(nèi)，能夠最大限度地保證工藝的合理和優(yōu)化并運轉(zhuǎn)可靠。2.可靠性和先進性工藝設(shè)備的型式、牌號多種多樣，實現(xiàn)某一化工單元過程，可能有多種設(shè)備，要求設(shè)備運行可靠。在可靠的基礎(chǔ)上考慮先進性，便于連續(xù)化和自動化生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化率、收率、效率要盡可能達到高的先進水平，在運轉(zhuǎn)的過程中，波動范圍小，保證運行質(zhì)量可靠，操作上方便易行，有一定的彈性，維修容易，備件易于加工等。3.安全性設(shè)備的選型和工藝設(shè)計要求安全可靠、操作穩(wěn)定、無事故隱患，對工藝和建筑、地基、廠房等無苛刻要求，工人在操作時勞動強度小，盡量避免高溫高壓高空作業(yè)，盡量不用有毒有害的設(shè)備附件、附材，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和無污染。4.經(jīng)濟性設(shè)備的選擇力求做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理。1.4設(shè)計標準與依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定 HG/T 20643-2012鋼制化工容器強度計算規(guī)定 HG/T20582-2011鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定 HG/T20582-2011石油化工塔型設(shè)備設(shè)計規(guī)范 SH/T3030-2009固定式壓力容器 GB 150-2011設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則 GB 8175-2008壓力容器封頭 GB/T 25198-2010石油化工塔器設(shè)計規(guī)范 SHT 3098-2011鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定 HG/T 20853-2011工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)范 HG/T 20570-1995塔頂?shù)踔?HG/T 21639-2005常壓人孔 HG 21515-2014HG_T20570-95 工藝系統(tǒng)工程設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)范（塔的溫度和壓力確定）石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范SHT3007-2007鋼制球形儲罐型式與基本參數(shù) GB/T17261-2011鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲罐系列 HG 21502.2-921.5全廠設(shè)備概況經(jīng)過工藝選擇、組合、模擬以及優(yōu)化，最終設(shè)計的工藝流程包括反應(yīng)器4個，塔設(shè)備11個，泵64臺，換熱器30臺，各類儲罐24個，氣液分離器5個、壓縮機3臺，鼓風(fēng)機2臺，共計設(shè)備143臺。除塔設(shè)備、反應(yīng)器及氣液分離罐等為自主設(shè)計非標設(shè)備外，其余設(shè)備均為標準設(shè)備。對于非標設(shè)備，均詳細書寫了設(shè)計說明書，對于標準設(shè)備，均做了設(shè)備選型，并整理了設(shè)備一覽表。全廠重型機器多，如反應(yīng)器，吸收塔等設(shè)備安裝時多采用現(xiàn)場組焊的方式。第二章反應(yīng)器設(shè)計2.1反應(yīng)器設(shè)計目標反應(yīng)器是工程設(shè)計中典型的非標設(shè)備，是整個項目的核心內(nèi)容，故準確設(shè)計反應(yīng)器尺寸等在工程設(shè)計中起著重要的作用。應(yīng)器為工藝流程中反應(yīng)進行的場所，主要需要滿足：l 反應(yīng)器有良好的傳熱能力；l 反應(yīng)器內(nèi)溫度分布均勻；l 反應(yīng)器有足夠的壁厚，能承受反應(yīng)壓力；l 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)滿足反應(yīng)發(fā)生的要求，保證反應(yīng)充分；l 保證原料有較高的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)有理想的收率；l 降低反應(yīng)過程中副反應(yīng)發(fā)生的水平；l 反應(yīng)器材料滿足反應(yīng)物腐蝕要求；本次設(shè)計主要對反應(yīng)器進行了筒體壁厚、封頭壁厚、法蘭復(fù)核、內(nèi)構(gòu)件設(shè)計、管口設(shè)計以及強度校核，并且列出了反應(yīng)器的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、設(shè)備直徑及計算長度。2.2反應(yīng)器類型常用的反應(yīng)器有固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，是一種裝填有固體催化劑用以實現(xiàn)多相反應(yīng)的反應(yīng)器。固體催化劑通常呈顆粒狀，粒徑 215 mm，堆積成一定高度（或厚度）的床層，床層靜止不動，流體通過床層進行反應(yīng)。流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)時進行氣固相或液固相反應(yīng)過程的反應(yīng)器?，F(xiàn)將二者性能比較列在下表：表2-1 反應(yīng)器對比型式適用的反應(yīng)優(yōu)缺點固定床氣-固（催化或非催化）相返混小，高轉(zhuǎn)化率時催化劑用量少，催化劑不易磨損；傳熱控溫不易，催化劑裝卸麻煩流化床氣-固（催化或非催化）相；特別是催化劑失活很快的反應(yīng)傳熱好，溫度均勻，易控制，催化劑有效系數(shù)大；粒子輸送容易，但磨耗大；床內(nèi)返混大，對高轉(zhuǎn)化率不利，操作條件限制較大2.3 生產(chǎn)MAL反應(yīng)器2.3.1反應(yīng)方程式主反應(yīng)方程式副反應(yīng)2.3.2動力學(xué)方程T-溫度，kCIB-濃度，mol/l2.3.3催化劑本反應(yīng)異丁烯選擇性氧化制MAL的催化劑采用Mo12Bi1.6Co8.0Fe1.0Ce0.4Cs0.4的復(fù)合氧化物體系,每克催化劑表面積達到10.9m2，孔體積為0.121m3。且催化劑可通過壓制粘合技術(shù)制成不同顆粒形狀不同大小的晶粒。本反應(yīng)催化劑，堆密度為385kg/m3，孔隙率為0.5。2.3.4反應(yīng)器類型的選擇固定床中催化劑顆粒固定不動，返混少，反應(yīng)物的平均濃度高，反應(yīng)速率較快，除此之外，固定床層內(nèi)的流體流動接近平推流，有利于實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化率與選擇性；可用較少量的催化劑和較小的反應(yīng)器容積獲得較大的生產(chǎn)能力；結(jié)構(gòu)簡單、催化劑機械磨損小，適合于貴金屬催化劑；反應(yīng)器的操作方便、操作彈性較大?；诒狙趸磻?yīng)過程中熱效應(yīng)，氧化反應(yīng)選擇列管式固定床反應(yīng)器進行模擬計算，管內(nèi)裝填固體顆粒催化劑，管外走換熱介質(zhì)。2.3.5設(shè)計過程2.3.5.1 反應(yīng)器內(nèi)原料組成表2-2 反應(yīng)器內(nèi)原料組成反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口溫度269.6966380壓力bar2.52.5氣相分率11摩爾流量kmol/h1539.5871539.587質(zhì)量流量kg/h47444.8647444.86體積流量m3/h27795.1233472.58摩爾分率C4H80.07179325.1034E-06O20.19485750.1230693N20.73303420.7330342CO200CO00MAL00.0717881H2O00.07178812.3.5.2反應(yīng)條件（1）設(shè)進料溫度為270，反應(yīng)溫度為380，反應(yīng)壓力為0.25Mpa。（2）反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器。（3）管間采用飽和低壓水強制外循環(huán)換熱，熔鹽進口溫度280，飽和低壓水對管壁傳熱系數(shù)2，根據(jù)本工藝實際換熱介質(zhì)，2取0.441J/(m2sK)。（4）催化劑床層空隙率B為0.50。（5）反應(yīng)進口流量V0=27795.12m3/h。（6）在380，0.2Mpa下反應(yīng)混合物有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：熱導(dǎo)率= 0.0426504J/msK粘度=2.6657210-5pas密度 = 1.417425kg/m3比熱容Cp=37917.87J/(Kmolk)2.3.5.3催化劑列管式固定床液相丙烯環(huán)氧化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)：反應(yīng)器反應(yīng)管382mm，管長7m，轉(zhuǎn)化率約99.99%。工藝操作參數(shù)：操作壓力0.2MPa，床層進口溫度540K，催化劑床層堆密度770kg/m3。（1）裝填催化劑的量原料體積流率為27795.12m3/hr，空速1800kg/（kg.hr)，由此得催化劑裝填體積15.44m3催化劑顆粒密度770kg/m3，粒度4mm，空隙率為0.5，堆積密度385kg/m3，由此計算得催化劑裝填質(zhì)量為5944.4kg。（2）催化劑床層截面積原料體積流率為27795.12m3/hr，u為空床操作氣速，取1.5m/s；列管截面積S=V/u=34579.79/（3x3600）=5.15（3）催化劑床層高度床層高度：H=V/S=15.44/35.15=3.0mV催化劑床層體積m3H催化劑床層高度m(4)反應(yīng)器管數(shù)給定管子442mm，故管內(nèi)徑dt為40mm，即為0.04m；管長為3.1m，管心距50mm。因此n=S/(0.25xxdt2XL)=1322反應(yīng)器管數(shù)為1322根，呈正三角形排列。2.3.5.4 反應(yīng)器殼體內(nèi)徑反應(yīng)器管數(shù)為1322根，每個反應(yīng)器采用錯列正三角形排列。采用焊接法，則管心距為：t=1.25xd0=1.25x34=50mm圖2-1 反應(yīng)器內(nèi)管子排列方式橫過管束中心線的管數(shù)為：nc=1.1xn0.5=40殼體內(nèi)徑為：D=tx(nc-1)+2e其中e為管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般情況下取e=(11.5)d0本工藝取e=1.25d0=1.25x40=50mm則殼體內(nèi)徑為：D=50x(40-1)+2x50=2050mm所以殼體內(nèi)徑為D=2.1m。2.3.5.5折流板的設(shè)計本工藝采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：h=0.25xD=0.25x2.1=525mm所以取h=525mm取折流板間的距離B=0.3xD=0.3x2.1=630mm折流板的數(shù)目為：NB=L/B-1=3100/630-1=3.92取4折流板厚度為：10mm2.3.5.6反應(yīng)器總傳熱系數(shù)求取總括給熱系數(shù)h0和傳熱介質(zhì)的給熱系數(shù)總括給熱系數(shù)h0相對于空管傳熱過程中的管內(nèi)壁的給熱系數(shù)，是床層內(nèi)對流、傳熱和輻射三種傳熱的綜合，其數(shù)值比相同空管流速下的管內(nèi)壁給熱系數(shù)大得多，關(guān)聯(lián)h0值的經(jīng)驗公式有許多，其中比較簡單的是Leva公式：當(dāng)床層被加熱時（吸熱反應(yīng)）：（4-1）當(dāng)床層被冷卻時（放熱反應(yīng)）:（4-2）式中，反應(yīng)管內(nèi)徑，mG質(zhì)量通量，kg/(m2s)氣體粘度，kg/(ms)氣體導(dǎo)熱系數(shù)，kJ/(msK)顆粒直徑，m異丁烯氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，用式（4-2）計算總括給熱系數(shù)h0。查水蒸汽的給熱系數(shù)外為2000。以管內(nèi)床層某截面上平均溫度與同一截面上管外傳熱介質(zhì)溫度之差定義的總傳熱系數(shù)K可用下式計算：（4-3）反應(yīng)器單管體積：=(44-4)10-3m=0.034mV1=0.7850.0423.1=0.00389m3反應(yīng)器單管橫截面積：A1=0.7850.042=1.25610-3m2反應(yīng)器單管摩爾流量：=進料時混合液體的平均分子量=30.82進料總質(zhì)量通量：由式（8-2）=；氣體平均導(dǎo)熱系數(shù)：= 0.0426504J/msK J/m2sKK=0.440J/m2sK2.3.5.7 反應(yīng)器的層床壓降（1）流速u=1.5m/s（2）層床壓力降計算修正的雷諾數(shù):其中：層床高度；摩擦系數(shù)，流體密度；流體粘度；催化劑顆粒的當(dāng)量直徑；層床空隙率。帶入數(shù)據(jù)計算得： Re=0.0041.51.4174252.6657210-511-0.5=638.07f=150638.07+1.75=1.99所以層床壓降為：P=1.993.11.521.4174251-0.50.0040.53=19674.21Pa在壓降小于20%范圍內(nèi),滿足設(shè)計要求2.3.5.8 反應(yīng)器筒體壁厚的設(shè)計(1）設(shè)計參數(shù)的確定設(shè)計壓力的相關(guān)確定設(shè)計壓力P：此處?。涸O(shè)計溫度的相關(guān)確定Q345R的使用條件為-20-475，故可以選用經(jīng)濟耐用的 Q345R。由于該反應(yīng)操作在溫度為380，壓強在2.5bar下進行操作，取焊接接頭系數(shù)（雙面焊對接接頭，100無損探傷），則查化工設(shè)備設(shè)計手冊可知Q345R材料在400時的許用應(yīng)力；腐蝕裕量。筒體的壁厚計算厚度dh =2.31mm設(shè)計厚度=2.31+2=4.31mm已知鋼板腐蝕裕量；負偏差，則：名義厚度筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度15.00m，故取15mm(2）筒體封頭設(shè)計反應(yīng)器的封頭選用標準橢圓型封頭，內(nèi)徑與筒體相同，封頭采用不銹鋼材料制造。標準橢圓形封頭是中低壓容器中經(jīng)常采用的封頭形式,其最新的標準為JB/T 4746-2002.該標準規(guī)定以內(nèi)徑為公稱直徑的標準橢圓形封頭(代號EHA)的直邊高度只與公稱直徑有關(guān)DN2000mm時,直邊高度為25mm；DN2000mm時,直邊高度為40mm。由于所設(shè)計的筒體公稱直徑DN=2100mm=2100mm，所以直邊高度為40mm，又根據(jù)EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積及容積查得：DN=2100mm時，總深度H=565mm，內(nèi)表面積A=5.0443，容積V=1.35082.3.5.9 容器的壓力試驗所謂壓力試驗，就是用液體或氣體作為工作介質(zhì)，在容器內(nèi)施加比它的設(shè)計壓力還要高的試驗壓力，以檢查容器在試驗壓力下是否有滲漏、明顯的塑性變形以及其他缺陷。壓力試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種，一般采用液壓試驗，而且普遍采用水為液壓試驗介質(zhì)，故本次設(shè)計采用水壓試驗。根據(jù)GB150-2011標準的規(guī)定，液壓試驗時式中，容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，；容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，。所以而圓筒的應(yīng)力。式中試驗壓力下圓筒的應(yīng)力，；圓筒內(nèi)直徑，mm；圓筒的有效厚度，mm；圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，；圓筒的焊接接頭系數(shù)。液壓試驗的強度校核該材料的屈服極限，則：所以水壓強度足夠,厚度校核合格。.反應(yīng)器高度列管長度：由工藝計算中可知，床層高度L=3.1m。筒體頂部空間：根據(jù)壓力容器手冊， Ha=1m；筒體底部空間：根據(jù)壓力容器手冊， Hb=1m；則筒體長度為：L=5.2m。由以上可得：反應(yīng)器高度 H=L+Ha+Hb+2H=3.1+1.0+1.0+2*(0.565+0.04)=6.31m2.3.6 反應(yīng)器附件設(shè)計（1）裙座選用圓筒形裙式支座，材質(zhì)為Q345R，裙座與塔體的連接采用對接式焊接，裙座筒體外徑為2100mm，厚度為15mm，高度為3米，地腳螺栓的結(jié)構(gòu)選擇外螺栓作結(jié)構(gòu)形式，螺栓規(guī)格為M806，個數(shù)為36個。因為反應(yīng)器筒體大、高，需要在裙座內(nèi)部設(shè)置梯子。裙座上開設(shè)1個人孔方便檢查，選擇公稱直徑為450mm的人孔（根據(jù)HG 21515-95）。為減少腐蝕以及在運行中可能有氣體溢出，需要在裙座上部設(shè)置排氣管，根據(jù)反應(yīng)器直徑，設(shè)置排氣管規(guī)格1004，數(shù)量四個，排氣管中心距裙座頂端距離H1=335mm、H2=500mm。設(shè)置保溫圈以免引起不均勻熱膨脹。一般筒體的保溫延伸到與塔釜封頭的連接焊縫4倍保溫層厚度的距離為止。考慮到裙座的防火問題，在裙座內(nèi)外側(cè)均敷設(shè)防火層，防火材料為石棉水泥層（容積密度約為1900kg/m3），厚度為50mm。（2）筒體法蘭的設(shè)計根據(jù)筒體內(nèi)操作壓力、溫度和筒體直徑，查壓力容器法蘭分類和規(guī)格表和壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件（JB/T4700-2000），選帶襯環(huán)的甲型平焊法蘭，法蘭材料為16MnR。查標準非金屬軟墊片（JB/T4704-2000）、纏繞墊片（JB/T4705-2000）、金屬包墊片（JB/T4706-2000）及壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件（JB/T4700-2000）。查標準JB/T4701-2000甲型平焊法蘭，公稱壓力PN=0.25MPa，公稱直徑DN=2000mm，則法蘭標記為：法蘭C-RF2000-0.25JB/T4701-2100。查標準壓力容器用非金屬軟墊片（JB/T4704-2000），選用墊片為平形的耐油橡膠石棉板，標記為：墊片2000-0.25JB/T4704-2000。（3）接口管的設(shè)計反應(yīng)器進料管，進料的總體積流量為27795.12選進入反應(yīng)器之前總管道運輸速度為27m/s,接口管的直徑為：采用無縫鋼管，鋼管外徑為630mm，厚度為8mm的壓力管口。反應(yīng)器出料管根據(jù)aspen流程模擬結(jié)果得到反應(yīng)器出口的總體積流量為41803.66m3/hr。同樣取出料管內(nèi)流速為20m/s，則出料管內(nèi)徑：圓整后選取外徑720mm，厚度為15mm的壓力管口。（4）氣體分布板設(shè)計（1）.氣體分布板的形式工業(yè)應(yīng)用的氣體分布板形式很多，主要有直流式、側(cè)流式、填充式、短管式，以及無分布板的漩流式。此反應(yīng)器選用側(cè)縫式錐帽分布板。（2）分布板的壓降分布板的壓降可用下式表達：式中：u操作孔速，m/s；分布板的開孔率；分布板的阻力系數(shù)，一般為1.52.5，對于側(cè)縫帽分布板為2；氣體密度，。理想的氣體分布板壓降必然是同時滿足均勻布氣和具有良好穩(wěn)定性這兩個條件的最小壓降。（3）均勻布氣壓降Richardson建議分布板的阻力至少應(yīng)是氣流阻力的100倍，即：（4）穩(wěn)定性壓降A(chǔ)garwal等指出，穩(wěn)定性壓降應(yīng)不小于列管式固定床層壓降的10%，并且在任何情況下，其最小約為3500Pa。由此，分布板的最小壓降可表示為：這里，均勻布氣壓降就成為次要問題，只考慮穩(wěn)定性壓降就可以了。所以床層壓力降：式中p壓力，Pa；fm修正的摩擦系數(shù)；流體密度，kg/m3；u0空塔線速，m/s；dp催化劑顆粒直徑，m；床層空隙率；H床層高度，m； 流體的絕對黏度， Pa s ；a、b系數(shù)，采用 Ergun 提出的數(shù)值，a1.75，b150。dp=0.004m, =1.372039kg/m3, u0=3m/s, =2.6567210-5Pas=0.5熱導(dǎo)率= 0.0426504J/msK粘度=2.6657210-5pas密度 = 1.417425kg/m3比熱容Cp=37917.87J/(Kmolk)所以:，取板厚:取板厚15mm孔數(shù)和孔徑的確定Di=2100mm,取孔徑d=10mm，則孔數(shù)為：在分布板中心部分按等邊三角形排列，這樣，每一圈是正六邊形，最外23圈為同心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適當(dāng)補加一些孔。設(shè)孔間距為s，有公式則：，取錐帽外徑40mm，實際排孔數(shù)1110個，此時，滿足要求。2.3.7 殼程換熱為了降低入口流體的橫向流速，消除流體誘發(fā)的管子振動，采用外導(dǎo)流式的進出口結(jié)構(gòu)。2.3.8 設(shè)計結(jié)果表2-3 反應(yīng)器設(shè)計結(jié)果反應(yīng)器類型固定床列管式反應(yīng)器設(shè)計壓力（Mpa）0.25設(shè)計溫度（）380催化劑Mo12Bi1.6Co8.0Fe1.0Ce0.4Cs0.4內(nèi)徑（mm）2100筒體材質(zhì)Q345R筒體壁厚（mm）15催化劑填充高度（m)3.1反應(yīng)管長長度（m）3.1尺寸（mmmm）442材料Q345R個數(shù)（根）1322排列正三角形封頭封頭類型標準橢圓形封頭材質(zhì)Q345R壁厚（mm）15總高度（mm）565裙座裙座類型圓筒形裙式支座裙座內(nèi)徑（mm）2100裙座壁厚（mm）15裙座高度（m）3人孔直徑（mm）450個數(shù)22.3.9反應(yīng)器工藝條件圖圖2-1 反應(yīng)器工藝條件圖反應(yīng)器裝配圖見CAD文件夾中2.3.10MAL反應(yīng)器機械強度校核表2-4 SW6-2011校核計算結(jié)果說明書固定管板換熱器設(shè)計計算計算單位壓力容器專用計算軟件設(shè)計計算條件殼程管程設(shè)計壓力0.275MPa設(shè)計壓力0.275MPa設(shè)計溫度400設(shè)計溫度400殼程圓筒內(nèi)徑Di2100 mm管箱圓筒內(nèi)徑Di2100mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R簡圖計算內(nèi)容殼程圓筒校核計算前端管箱圓筒校核計算前端管箱封頭(平蓋)校核計算后端管箱圓筒校核計算后端管箱封頭(平蓋)校核計算開孔補強設(shè)計計算前端管箱筒體計算計算單位壓力容器專用計算軟件計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力pc 0.28MPa設(shè)計溫度 t 400.00 C內(nèi)徑Di 2100.00mm材料 Q345R ( 板材)試驗溫度許用應(yīng)力s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力st 125.00MPa試驗溫度下屈服點ReL 345.00MPa負偏差C1 0.30mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù)f 1.00厚度及重量計算計算厚度d = = 2.31mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名義厚度dn = 15.00mm重量 2425.33Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 0.5500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sTsT 0.90 ReL = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 45.75MPa校核條件sTsT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力pw= = 1.50282MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力st = = 22.87MPastf 125.00MPa校核條件stfst結(jié)論 合格前端管箱封頭計算計算單位壓力容器專用計算軟件計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力pc 0.28MPa設(shè)計溫度 t 400.00 C內(nèi)徑Di 2100.00mm曲面深度hi 525.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力st 125.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力s 189.00MPa負偏差C1 0.30mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù)f 1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p= 0.5500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ReL = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 45.61MPa校核條件sTsT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度dh = = 2.31mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 12.70mm最小厚度dmin = 3.15mm名義厚度dnh = 15.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量584.83 Kg壓力計算最大允許工作壓力pw= 1.50735MPa結(jié)論 合格后端管箱筒體計算計算單位壓力容器專用計算軟件計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力pc 0.28MPa設(shè)計溫度 t 400.00 C內(nèi)徑Di 2100.00mm材料 Q345R ( 板材)試驗溫度許用應(yīng)力s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力st 125.00MPa試驗溫度下屈服點ReL 345.00MPa負偏差C1 0.30mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù)f 1.00厚度及重量計算計算厚度d = = 2.31mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名義厚度dn = 15.00mm重量 2425.33Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 0.5500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sTsT 0.90 ReL = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 45.75MPa校核條件sTsT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力pw= = 1.50282MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力st = = 22.87MPastf 125.00MPa校核條件stfst結(jié)論 合格后端管箱封頭計算計算單位壓力容器專用計算軟件計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力pc 0.28MPa設(shè)計溫度 t 400.00 C內(nèi)徑Di 2100.00mm曲面深度hi 525.00mm材料 Q345R (板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力st 125.00MPa試驗溫度許用應(yīng)力s 189.00MPa負偏差C1 0.30mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù)f 1.00壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p= 0.5500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力stsT 0.90 ReL = 310.50MPa試驗壓力下封頭的應(yīng)力sT = = 45.61MPa校核條件sTsT校核結(jié)果合格厚度及重量計算形狀系數(shù)K = = 1.0000計算厚度dh = = 2.31mm有效厚度deh =dnh - C1- C2= 12.70mm最小厚度dmin = 3.15mm名義厚度dnh = 15.00mm結(jié)論滿足最小厚度要求重量584.83 Kg壓力計算最大允許工作壓力pw= 1.50735MPa結(jié)論 合格殼程圓筒計算計算單位壓力容器專用計算軟件計算所依據(jù)的標準GB 150.3-2011 計算條件筒體簡圖計算壓力pc 0.88MPa設(shè)計溫度 t 400.00 C內(nèi)徑Di 2100.00mm材料 Q345R ( 板材)試驗溫度許用應(yīng)力s 189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力st 125.00MPa試驗溫度下屈服點ReL 345.00MPa負偏差C1 0.30mm腐蝕裕量C2 2.00mm焊接接頭系數(shù)f 1.00厚度及重量計算計算厚度d = = 7.38mm有效厚度de =dn - C1- C2= 12.70mm名義厚度dn = 15.00mm重量 2425.33Kg壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型 液壓試驗試驗壓力值pT = 1.25p = 0.5500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗允許通過的應(yīng)力水平sTsT 0.90 ReL = 310.50MPa試驗壓力下圓筒的應(yīng)力sT = = 45.75MPa校核條件sTsT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計算最大允許工作壓力pw= = 1.50282MPa設(shè)計溫度下計算應(yīng)力st = = 72.78MPastf 125.00MPa校核條件stfst結(jié)論 合格開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件接管: N1, 63015計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔設(shè)計條件簡圖計算壓力pc0.875MPa設(shè)計溫度400殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑Di2100mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t125MPa橢圓形封頭長短軸之比 2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角() -0 接管實際外伸長度100mm接管連接型式插入式接管接管實際內(nèi)伸長度1mm接管材料0Cr25Ni20接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t1.5mm補強圈厚度負偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力t122MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑607mm開孔長徑與短徑之比1 殼體計算厚度6.6266mm接管計算厚度t2.1594 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù)fr0.976開孔補強計算直徑d607mm補強區(qū)有效寬度B1214 mm接管有效外伸長度h195.42mm接管有效內(nèi)伸長度h21 mm開孔削弱所需的補強面積A4026mm2殼體多余金屬面積A13683 mm2接管多余金屬面積A21758mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A360 mm2A1+A2+A3= 5501mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件接管: N2, 73015計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔設(shè)計條件簡圖計算壓力pc0.875MPa設(shè)計溫度400殼體型式橢圓形封頭殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑Di2100mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t125MPa橢圓形封頭長短軸之比 2凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角() -0 接管實際外伸長度100mm接管連接型式插入式接管接管實際內(nèi)伸長度1mm接管材料0Cr25Ni20接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差C1t1.5mm補強圈厚度負偏差C1rmm接管材料許用應(yīng)力t122MPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑707mm開孔長徑與短徑之比1 殼體計算厚度6.6266mm接管計算厚度t2.5193 mm補強圈強度削弱系數(shù) frr0接管材料強度削弱系數(shù)fr0.976開孔補強計算直徑d707mm補強區(qū)有效寬度B1414 mm接管有效外伸長度h1100mm接管有效內(nèi)伸長度h21 mm開孔削弱所需的補強面積A4689mm2殼體多余金屬面積A14291 mm2接管多余金屬面積A21772mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A360 mm2A1+A2+A3= 6122mm2 ，大于A，不需另加補強。補強圈面積A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 合格開孔補強計算計算單位壓力容器專用計算軟件接管: N3, 10015計算方法: GB150.3-2011等面積補強法，單孔設(shè)計條件簡圖計算壓力pc0.875MPa設(shè)計溫度400殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型Q345R板材殼體開孔處焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑Di2100mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C10.3mm殼體腐蝕裕量C22mm殼體材料許用應(yīng)力t125MPa接管軸線與筒體表面法線的夾角() 0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角()接管實際外伸長度100mm接管連接型式插入式接管接管實際內(nèi)伸長度1mm接管材料0Cr25Ni20接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱Q345R凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑100mm補強圈厚度15mm接管厚度負偏差C1t1.5mm補強圈厚度負偏差C1r0.3mm接管材料許用應(yīng)力t122MPa補強圈許用應(yīng)力t125