年产8.5万吨丙烷资源化利用项目典型设备选型计算说明书.docx

2) XX石化8.29万吨/年丙烷资源化利用项目 可行性研究报告 XX石化8.5万吨/年丙烷资源化利用项目设备选型设计说明书XX大学 TEAM <SAILOR>戴进成 林王旻 任 想 徐晨光 徐舒曼IXX石化8.5万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书目录1总述12 反应器设计22.1 反应器选型目标22.1.1固定床反应器22.1.2流化床反应器32.2丙烷脱氢制丙烯反应器42.2.1 催化剂性质42.2.2 反应器类型选择42.2.3 反应器停留时间及模拟体积确定62.2.5 丙烷脱氢外热式管式反应器（蒸汽转化炉）设计过程72.2.4 氧化脱氢绝热反应器设计过程122.2.6 厚度计算及强度校核162.3丙烯环氧化反应器392.3.1反应方程式392.3.2反应器选择392.3.3 ASPEN丙烯环氧化反应器模拟参数392.3.4 设计过程392.3.5 设计结果442.3.6 软件强度校核442.4 反应器选型结果一览表563 塔设备设计573.1塔设备选型设计依据573.2 塔设备选型583.2.1 塔设备简介583.2.2 塔型选择原则603.3 塔结构设计（以T0101为例进行设计）613.3.1 塔体结构设计623.3.2 塔体强度校核663.4 塔设备选型结果934 换热设备设计944.1 换热器选型设计依据944.2 换热器类型简介944.3 换热器选型原则964.4 换热器选型软件984.5 选型范例984.5.1 类型选择994.5.2 管壳程选择994.5.3 温度994.5.4 压力994.5.5 传热系数994.5.6 尺寸1004.5.7 EDR选型结果1004.5.8 换热器详细尺寸1004.5.9 换热器强度校核1014.6 各换热器选型结果汇总1244.7 转化段对流段换热盘管1245 气液分离器1265.1 设计依据1265.2 设计目标1265.3 气液分离器类型1265.4 设计过程1265.4.1 V0101闪蒸罐1265.4.2 V0201气液分离器1295.4.3 V0202气液分离器1325.5 分离器设计结果1346 输送装置1356.1泵1356.1.1 选型依据1356.1.2 化工装置对泵的要求1356.1.3 工业泵的特点和选用要求1356.1.4 选型原则1366.1.5 选型结果1376.2压缩机1376.2.1选型原则1376.2.2 工艺参数和选型结果1387 储罐1397.1总述1397.1.1选型依据1397.1.2 选型简述1397.1.3选型原则1397.2 储罐设计1408 其他设备1418.1分子筛脱水罐1418.1.1 选型依据1418.1.2 分子筛脱水简介1428.1.3 分子筛的选择1428.1.4 流程选择1438.1.5 再生方法选择1448.1.6 工艺参数优选1448.2 深冷分离145101总述(一)过程设备的基本要求过程设备最基本的要求是满足安全性与经济性。经济性包括经济的制造过程，经济的安装、使用与维护，以及设备的长期安全运行。在满足工艺要求的前提下，为了确保安全与经济，过程设备应满足以下基本要求。首先，结构合理，安全可靠。过程设备所有部件都必须具有足够的强度、刚度和稳定性，可靠的密封性和一定的耐久性。其次，设备必须具有先进的技术经济指标，技术经济指标是衡量过程设备优劣的重要参数。再次，运转性能好，操作简单，运转方便；最后，还要具有优良的环境性能。上述要求很难全部满足，设计选用时应针对具体问题具体分析，满足主要要求，兼顾次要要求。(二)过程设备设计的作用设备工艺设计是工程设计的基础。化工设备从工艺设计的角度可以分为两类：一类是标准设备或定型设备，是成批、成系列生产的设备，可直接从设备生产厂家购买；另一类是非标设备或非定型设备，是根据工艺要求、通过工艺计算及设备专业设计人员设计的特殊设备，可由有资质的厂家制造。(三)设计与选型的主要内容1)确定单元操作所用设备的类型。这项工作应与工艺流程设计结合进行。2)确定设备的材质。根据工艺操作条件（温度、压力、介质性质）和工艺要求确定符合要求的设备材质。3)确定设备的设计参数。设备的设计参数是由工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、设备的工艺计算多项工作得到的。对塔设备，需要确定进出口物料的流量、组成、温度、压力、塔径与塔的材质、填料类型与填料高度或塔板类型与塔板数等，对于精馏塔还要确定塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷、换热流体的种类等；对换热器，则需要知道热负荷、换热面积、冷热流体的种类及流量。4)确定定型设备（即标准设备）的型号或牌号以及数量。对已有标准图纸的设备，确定标准图的图号和型号。对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、手孔、卸料口、液面计接口等）。5)编制工艺设备一览表。在初步设计阶段，根据设备工艺设计的结果，编制工艺设备一览表，可按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制。初步设计阶段的工艺设备一览表作为设计说明书的组成部分提供给有关部门进行设计审查。2 反应器设计2.1 反应器选型目标反应器是工程设计中典型的非标设备，是整个项目的核心内容，故准确设计反应器尺寸等在工程设计中起着重要的作用，本次设计主要参考化工工艺设计手册、压力容器手册、过程设备设计与选型基础、化工原理等相关资料，对反应器进行了筒体壁厚、封头壁厚、管板厚度、法兰复核、内构件设计、管口设计以及强度校核，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。 反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：1) 反应器有良好的传热能力；2) 反应器内温度分布均匀；3) 反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；4) 反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；5) 反应器材料满足反应物腐蚀要求；6) 保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；降低反应过程中副反应发生的水平。反应器是工程设计中典型的非标设备，是整个项目的核心内容，故准确设计反应器尺寸等在工程设计中起着重要的作用，本次设计主要参考化工工艺设计手册、压力容器手册、过程设备设计与选型基础、化工原理等相关资料，对反应器进行了筒体壁厚、封头壁厚、管板厚度、法兰复核、内构件设计、管口设计以及强度校核，并且列出了反应器的设计压力、设计温度、设备直径及计算长度。 反应器为工艺流程中反应进行的场所，主要需要满足：7) 反应器有良好的传热能力；8) 反应器内温度分布均匀；9) 反应器有足够的壁厚，能承受反应压力；10) 反应器结构满足反应发生的要求，保证反应充分；11) 反应器材料满足反应物腐蚀要求；12) 保证原料有较高的转化率，反应有理想的收率；13) 降低反应过程中副反应发生的水平。2.1.1固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，是一种装填有固体催化剂用以实现多相反应的反应器。固体催化剂通常呈颗粒状，粒径 215 mm，堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。目前我国的固定床反应器技术比较成熟，主要用于气固相催化反应，反应器包括氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等设备。 固定床反应器有如下优点：1) 可以严格控制停留时间，温度分布可以适当调节，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。2) 反应速率较快，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。3) 催化剂机械损耗小。4) 结构简单。5) 但另一方面，固定床反应器：6) 传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。7) 操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。固定床反应器有3种基本形式。 （1）轴向绝热式。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。 （2）径向绝热式。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动形式，床层与外界不发生热交换。与轴向绝热式反应器相比，径向绝热式反应器中流体流动的距离较短，流道截面积较大，流体的压力降较小，但结构较复杂。 轴向绝热式固定床反应器和径向绝热式固定床反应器都属绝热反应器，适用于反应热效应不大，或反应系统能够承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。 （3）列管式固定床反应器。由多根反应管并联构成，适用于热效应较大的反应。此外尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。例如： 当反应热效应大或需分段控制温度时，可将多个绝热式固定床反应器串联成多级绝热式 固定床反应器，在反应器之间设置换热器或补充物料以调节温度，以便在接近最佳温度条件下操作。 2.1.2流化床反应器流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态时进行气固相或液固相反应过程的反应器。 流态化技术之所以得到如此广泛的应用，是因为流化床反应器有以下突出优点 ： （1）可以实现固体物料的连续输入和输出，这对于催化剂迅速失活而需随时再生的过程来说正是能否实现大规模连续生产的关键。此外，单纯作为颗粒的输送手段，在各行业中也得到广泛应用； （2）流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于放热反应 ； （3）由于颗粒细，可以消除内扩散阻力，能充分发挥催化剂的效能。但流化床反应器也有一些缺点。（1）气流状况不均，不少气体以气泡状态经过床层，气固两相接触不够有效，在要求达到高转化率时这种状况更为不利。（2）颗粒运动基本上是全混式，因此停留时间不一。在以颗粒为加工对象时，可影响产品质量的均一性，且转化率不高。另外粒子的全混也造成气体的部分返混，影响反应速率和造成副反应的增加。（3）颗粒的磨损和带出造成催化剂的损失，并要有旋风分离器等颗粒回收系统。因此，是否选用流化态的方式，确定怎样的操作条件，都应当是在考虑了上述这些优缺点，并结合反应的动力学特性加以斟酌后才能正确决定的。2.2丙烷脱氢制丙烯反应器2.2.1 催化剂性质STAR催化剂以铂为促进剂，在高温、蒸汽和氧气中稳定，选择性高，再生方便。既可用于丙烷蒸汽脱氢，也可用于丙烷氧化脱氢，使用寿命可达5年以上。项目参数值催化剂型号Pt- Sn-Ca-Al2O3空隙率0.4堆积密度260kg/cum真密度560kg/cum2.2.2 反应器类型选择丙烷脱氢工艺分为两段：第一段丙烷无氧脱氢，选用类似制氢工业一段转化炉的管式固定床反应器； 第二段氧化脱氢，是以二段转化炉为基础设计的绝热固定床反应器。(一) 管式固定床反应器蒸汽转化炉催化剂装填在竖直的炉管内，烃类原料气和一定比例的水蒸汽混合后从反应器顶部进入，流经催化剂床层后自底部引出。反应器的顶部装有燃烧喷嘴，燃料气在燃烧后提供丙烷脱氢反应所需的热量；反应器的四壁装有耐火砖以隔绝高温介质。该种工艺的反应条件比较温和，催化剂的生焦量比较少，在操作一段时间后反应器需要切换到再生状态，除去催化剂的结焦。采用两台反应器并列，各自独立操作、依次再生，每台操作周期为7h反应，1h再生。管式固定床结构如下图所示：图 1 丙烷脱氢管式固定床反应器辐射段为箱型设计。炉内布置多排转化管。上部由可变弹簧吊架悬挂，保证转化管可自由伸缩，下部直接焊接在带有耐火衬里的下集气管上，即所谓的下支撑上吊挂结构。工艺气通过分气管与猪尾管进入转化管，分气管及猪尾管视作一个整体，采用恒力弹簧吊架悬挂支撑。炉顶设置多排强制无焰烧嘴，对转化管进行加热。每排烧嘴对应一条烟气通道。对流段以水平方式设置，分组预制成模块，现场组合而成。内部按被加热介质温度的高低不同，依次设置多组换热盘管，利用辐射段来的高温烟气对后续工序各种介质进行加热，以达到热量回收的目的。过渡段起连接辐射段和对流段并补偿两端膨胀的作用。辐射段燃烧后的高温气流从烟道排出，通过过渡段进入对流段。为保证后排各组盘管的操作温度，在过渡段设有多台平衡烧嘴，用于必要时的热量补充。该转化炉具有如下特点。（1）出口集气管设计为炉外“冷底式”结构，采用内部保温隔热结构，在中等温度下操作，免维护运行，可靠性高。（2）HP40Nb材质转化管具有更好的耐高温性能，其蠕变强度是传统HK40 合金的1.83 倍，炉管壁厚也较传统厚壁管大为降低，内外壁温差更低。(二) 氧化脱氢绝热固定床反应器二段转化炉采用类似合成氨工业二段转化炉的绝热固定床反应器。其主要作用是将前段反应器出口气体与HPPO工艺中副产的富氧气流混合，通过燃烧部分氢气，以自热形式提供热量促进丙烷进一步脱氢。氧化脱氢反应器结构如下图所示:图 2 丙烷氧化脱氢反应器2.2.3 反应器停留时间及模拟体积确定依据化学反应工程工业反应器大小的确定方法：（1） 确定生产能力G（吨/年）新鲜原料气流量： 8.5×104 t/year ，丙烷纯度183%.（2） 确定反应停留时间或一个反应周期的时间t（小时）根据张海娟，李江红等丙烷催化脱氢反应宏观动力学模型，可得Pt-Sn催化剂上丙烷脱氢动力学方程为：由流程模拟可得：对于转化炉，停留时间为84.57s左右，此时反应程度较大且反应物浓度趋于稳定。对于绝热固定床反应器，取转化率无明显增加处的停留时间，为71.56 s。（3） 反应产物在反应液中的含量w（%）由流程模拟得，转化炉反应转化率为37%，丙烯选择性为89%，则反应产物在反应液中的含量为32.8%绝热反应器转化率为49%，丙烯选择性为89%，则反应产物在反应液中的含量为43.6%（4） 反应液的密度约为3.2 kg/m3 （5） 分离纯化的收率y约为96%.（6） 年生产时间对于连续反应为8000h，考虑到反应器操作周期为8h，其中7h反应，1h再生。则该反应的年生产时间为8000×78=7000h.（7） 反应器体积（转化炉）VR=Gt7000wy=8.5×104×84.57/36007000×3.2×10-3×0.328×0.96=283.11m3（绝热反应器）VR=Gt7000wy=8.5×104×71.56/36007000×3.2×10-3×0.436×0.96=180.21m32.2.5 丙烷脱氢外热式管式反应器（蒸汽转化炉）设计过程反应器设计：原料气与水蒸汽混合，在预热器里再加热至600，然后进入进气总管，再经20根进气支管，从炉顶经上猪尾管进入炉内的10排共960根转化管中。在转化管中混合原料气自上而下流过转化管，在催化剂的作用下，丙烷发生脱氢反应转化为丙烯。同一排的48根转化管下端通过转化炉管的尾管直接连接到一根热壁集气管，转化工艺气汇集到热壁集气管并引至冷壁集气管，。出口温度为560，压力为0.5Mpa.反应器外观呈方箱型结构，设有辐射室和对流室，两室并排连成一体，之间有过渡段。辐射室交错排列转化管和顶部烧嘴。对流室内设置有锅炉、蒸汽过热器、天然气与蒸汽混合物预热器、锅炉给水预热器等。图 3 顶烧式转化炉示意图 图 4 管式反应器辐射段进气总管尺寸设计：查阅文献化工流体常用经济流速，可知气体的经济流速一般为1020m/s，本设计取15m/s，入口气体体积流量为62653 l/min. S进气总管=V入口体积流量v=62.653/6015=0.07m2S进气总管=r2则r=0.15m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为300 mm。进气支管尺寸设计： 经过20根进气支管。同上，取气体流速为15m/s，每根管入口气体体积流量为62653/20=3132.65 l/min.S入口管=V入口体积流量v=3.13265/6020=0.00261m2S集气管=r2则r=0.028m根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为60 mm。内管设计：保持停留时间与ASPEN模拟结果一致，=84.57 s催化剂实际可用体积：V催化剂实际可用体积=62.65360×84.57×68.73260=23.34 m3实际可用体积除以催化剂矫正因子及可填充体积占比即为催化剂床层体积。设计过程中，取催化剂矫正因子为0.85，可填充催化剂体积占比为0.6。从而反应段床层体积：V反应段体积=V反应段催化剂矫正空隙=45.77m3内管直径:选用的Pt-Sn-Al2O3催化剂粒径为5mm，为消除床层空隙率的不均引起的流速不一，反应管径至少要在粒径的八倍以上；结合HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取内管直径d管径为80mm。内管总数参考GB151-1999，选取内管长度L为10 m则N管数=V反应段体积L×4d管径2=45.7710×4×0.042=910考虑流体死区等因素，要留有余量，取管数为960； 内部排管及管间距参考中国石化集团XX石油化工工程公司LPEC转化炉出口关系专利技术，共10排，每排96根内管，每排内管连接1根水平热壁集气管（即每根热壁集气管连接96根炉管）。为保证管间在胀管时有足够的强度，取管心距为内管外径的1.3倍，为104mm。入口猪尾管尺寸设计：取气体流速为15m/s，每根管入口气体体积流量为62653/1800=65.3 l/min. S入口管=V入口体积流量v=0.0653/6015=3.867×10-5m2S集气管=r2则r=0.0036 m.结合HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取入口管直径d管径为8 mm。喷嘴设计：选用XX兴罡石化喷嘴燃烧器。喷嘴图 5 喷嘴燃烧室结构图及喷嘴分布炉膛的操作压力为5bar，炉膛的顶部布置11排共154个烧嘴，如图4所示。取喷嘴间距为470 mm。出口管路系统： 采用中国石化建设公司（SEI）开发的直插式全冷壁集气管系。XX石化8.5万吨/年丙烷资源化利用项目 典型设备选型计算说明书图 6 出口管系及炉底结构示意图145其内部衬有耐火隔热材料。出口尾管一端固定，一段自由的柔性内导管。内导管与过渡管中间有隔热耐火材料。工艺气体通过内导管进入集气管的内衬套。内导管和集气管的内衬套不承受压力，只承受工艺气体的高温。相互之间采用承插结构，以补偿工艺气体高温引起的热膨胀。内衬套与集气管外壳之间有隔热耐火草料。集气管的外壳和过渡管只承受工艺气体的压力和转化管部分重量。由于内部衬有耐火衬里，外壁温度只有200左右，因此外壳可以用碳钢制造。冷壁集气管设计：内衬套出口气体体积流量为62653 l/min. S输气管=V出口体积流量v=62.653/6015=0.07m2S输气管=r2则r=0.15m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为300mm。冷壁集气管外径：D=600 mm.烟气通道：炉膛的底部设有烟气通道，烟气由此通道进入对流段。烟气流量为62653 l/min. S烟气通道=V烟气流量v=62.653/6015=0.07m2S烟气通道=r2则r=0.15m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为300mm。反应器辐射段尺寸设计：反应器长度：a=0.90×1800=984m，圆整后取a=10.0m；对于方箱，宽度：b=10.0m反应器外箱体高13.0m，长10.0m，宽10.0m材质选择：炉管采用奥氏体耐热钢铸造材料，如HP40Nb，相当于HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管中的ZG40Ni35Cr25Nb。热壁集气管同上。为了降低造价，壳体通常使用碳钢材料，如Q345R(16MnR)，冷壁集气管及冷壁输气管同上。转化炉辐射室为方形炉膛，为辐射传热的主要场所。为了抵御高温介质的侵蚀，反应器的壳体一般被陶瓷纤维材料以及耐火砖所覆盖。耐火砖的主要成份是SiO2和AlO3. 受到内部耐火砖及隔热材料的保护，反应器的壳体温度可以控制在一定范围内，因此也被称为冷壁反应器。故选取辐射室炉墙外层为10mm Q345R碳钢板，向内依次为75mm隔热板（Insulating Block 800）、50mm隔热板（nsulatingBlock 1100）、178mm耐火砖(Insulating Firebrick Class 23)。冷壁集气管及冷壁输气管内壁内含有内衬耐火材料及高合金衬套。为保证其安全性，反应壳体温度在任何情况下均不允许超过碳钢材料的许用使用温度上限，在工程中常控制在370以下。在部分接管或内件与壳体的连接部位，温度会超过370，此时可选用铬钼钢，如1.25Cr-0.5Mo。采用CR-Mo钢的部件在焊接后需要进行消除应力热处理，然后再与壳体组焊。出于结构设计的需要，反应器内部仍有部分与介质直接接触的金属材料，操作温度会超过铬钼钢的使用温度上限，比如热电偶的保护套管，耐火材料的紧固件、进口及出口管的衬筒等。这些金属需要有较好的耐高温、抗氧化和耐腐蚀性能，需要拥有较好的蠕变极限强度，在高温下可以持续作业，工程中常采用25Cr-20Ni 奥氏体不锈钢，相当于国标GB 24511 中的S31008。转化炉过渡段设计：转化炉底有11条烟道,在每条烟道出口处设11只平衡烧嘴，即在过渡段设有11只平衡烧嘴作为烟气入对流段温度的调节手段。每个平衡烧嘴都配有一个异向燃烧器和一个火焰监测器，万一火焰熄灭，监测器就在控制室发出警报信号，起到指示和必要时热量补充的作用。转化炉对流段：见“换热设备设计”小节。2.2.4 氧化脱氢绝热反应器设计过程氧气体积流量：1211.23 l/min上段工艺气体积流量：73931 l/min反应器为立式圆筒形容器，其内顶部装有工艺气折流罩及分布器，氧气入口管连有氧气分布器。预热后的氧气经气体分布器进入反应器顶部；而一段转化气从底部进入，经中心管上升，由工艺气分布器进入顶部，工艺气与氧气充分混合后进入催化剂层，其中氢气与氧气相混合发生氧化反应，提供丙烷进一步脱氢所需的热量。 图 7 二段反应器结构示意图中心管：工艺气体体积流量为73931 l/min. S中心管=V入口工艺气体积流量v=73.931/6015=0.082m2S中心管=r2则r=0.16m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为350mm。氧气入口管：分为两管，每管气体体积流量为1211.23 l/minS中心管=V入口工艺气体积流量v=12.112/6015=0.013m2S中心管=r2则r=0.065m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为140mm。氧气分布器：如下图所示，空气分布器有两个入口，上一环，下三环，上环起到连通器作用，上环和下环间由六个竖支管连接。图 8 二段转化炉空气分布器结构示意图竖直支管：219mm×3mm，高1000mm.氧气分布器的目的在于使氧气在催化剂表面均匀分布，并与一段转化气迅速均匀混合，穿过催化剂床层并反应。工艺空气进入分布器后，由外环分两路高速流过1/4环，汇合后又分两路，转弯180°后进入内筒，通过分布在内筒上的喷嘴喷出。喷嘴喷射的气流速度设计在30m/s以上。空气分布器除入口处固定作用外，另有两条拉筋焊接固定在二段炉内壳体上。分布器上部为圆环，分布器下部每环为正八八形环状结构，由两个同心圆环状耐高温的合金钢管组成，在内外套管问有支撑点和焊接点固定，在外环管的下环面上焊有3排与内环管相通的146个小喷气管嘴。下部内管：153mm×1.5mm下部外管：219mm×3mm上部环管：219mm×3mm下部内八边形环对角线长1000mm，中八边形环对角线长2000mm，外八边形环对角线长3000mm；上部环管对角线长2000mm.材质：均为Incoloy800H耐热合金。喷嘴：在八角形环状管上焊有两排17.1mm和内环管相通的128个小喷嘴。尺寸为17.1mm，嘴长为40mm。 图 9 空气分布器内部结构顶部工艺气折流罩及气体分布器：图 10 气体折流罩及分布器依据文献大型固定床反应器气体预分布器的结构参数对气流分布的影响及固定床反应器内气体预分布器研究，原料气由离心式风机送入管道，经换热器、调节阀、流量计、温度计后，由绝热固定床反应器下部中心管上升，经过工艺气折流罩进入气体预分布器，经气体预分布器进入反应器上部。由于气体预分布器挡板的作用，气体通过分布器开口进入反应器内，消除气体的初始动能，使气体在整个截面上的分布得到明显的改善。合适的气体预分布器能得到良好的气体分布效果。折流罩： D1=3000mm，h1=200mm气体预分布器： D2=3000mm表 2.2 工艺气体分布板参数层次孔径×孔数（mm）开孔率（%）板厚（mm）126×48+19×50.4372219×93+24×40.4572筒体直径：考虑到中心管及氧气分布器，取D=1000mm；筒体高度：内筒体：4m外筒体：7m催化剂床层高度：保持停留时间与ASPEN模拟结果一致，=48.0s，催化剂质量为14000kg.在进料条件为体积流量75142 l/min，560600，5 bar下，催化剂实际可用体积：V催化剂实际可用体积=140001200=12m3实际可用体积除以催化剂矫正因子及可填充体积占比即为催化剂床层体积。设计过程中，取催化剂矫正因子为0.85，可填充催化剂体积占比为0.6。从而反应段床层体积：V反应段体积=V反应段催化剂矫正空隙=24m3则催化剂床层高度为：1.6m气体出口管：气体体积流量为154582/2=77291 l/min. S中心管=V入口工艺气体积流量v=77.291/6015=0.0859m2S中心管=r2则r=0.165m.根据HG 20553、SH 3405/GB 17395系列尺寸，选取管道公称直径为350mm。反应器材质选择：筒体为炉墙板十耐火衬里。炉墙板采用16MnR钢板，耐火衬里主要结构为:保温层十耐热衬里(迎火面)。保温层通常使用不同温度指标下的绝热块(The Block insulation)和低耐火度的陶瓷纤维毡组成。反应器压降计算：压降计算公式：p=fLu02ds3(1-)f摩擦系数； 流体密度，0.195 kg/m3；ds比表面积当量直径，5mm ；L轴向半长度，1.5m ；床层空隙率，0.4 ；u0空床气速，0.5m/s ；气体粘度，9*10-6Pa·s ；而f=150ReM+1.75，ReM=dsu0/(1-)；计算可得压降为P=178Pa=1.78×10-3bar，而反应压力为5bar，故床层压力降较小。2.2.6 厚度计算及强度校核丙烷蒸汽脱氢反应器（蒸汽转化炉）厚度计算及强度校核受压内管壁厚计算：内管钢材选用HP40Nb（ZG40Ni35Cr25Nb），设计温度为600，设计压力为5bar。焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。假设壁厚为4-16mm，在30下许用应力为170MPa，=pDi2t-p=0.5×802×265×1-0.5=0.08mmd=+C2=0.08+2=2.08mmn=+C1+C2+=0.08+0.3+2+=3mm由钢材标准规定，钢板的最小厚度为6mm，故取名义厚度为6mm。根据HG/T 2601-2011 高温承压用离心铸造合金炉管液压试验：PT=1.25pt=1.25×0.5×245265=0.5778MpaT=PT(Di+e)2e=0.5778×（80+3.7）2×3.7=6.536MPa<0.9s=396.9MPa故壁厚设计满足要求，即内管壁厚为6mm。壳体厚度计算：壳体钢材选用16MnR，设计温度30，设计压力为5bar。焊接方式为双面焊对接接头，100%无损探伤，焊接系数为1。假设壁厚为4-16mm，在20-25下许用应力为170MPapc=p+gh=0.5+7000×10×2.6×10-6=0.782 MPa=pcDi2t-pc=0.782×30002×170×1-0.782=6.9mmd=+C2=2+6.9=8.9mmn=+C1+C2+=6.9+0.3+2+=10mm由钢材标准规定，16MnR钢板的最小厚度为10mm，故取名义厚度为10mm。液压试验：PT=1.25pt=1.25×0.12×170170=0.15MpaT=PT(Di+e)2e=0.15（3000+6.7）2×6.7=60.886MPa<0.9s=310.5MPa故壁厚设计满足要求，即壳体壁厚为10mm。软件强度校核 ：高压设备计算计算单位XXX集团航空动力控制系统研究所主 要 设 计 条 件设计压力 p0.500MPa设计温度30.000壳体内径 Di10000.000 mm单 层 圆 筒 计 算筒体材料Q345R筒体名义厚度18.000mm结论: 合格。多 层 圆 筒 计 算内筒材料内筒名义厚度mm层板或绕带材料材料层板或绕带每层厚度mm层板或绕带层数层板或绕带总厚度mm结论: 上 封 头 计 算上封头型式: 球形封头球形封头材料13MnNiMoR球形封头名义厚度30.000mm主螺栓材料主螺栓个数和规格其他材料其他尺寸详见元件计算书结论: 校核合格。下 封 头 计 算下封头型式: 球形封头球形封头材料13MnNiMoR球形封头名义厚度30.000mm主螺栓材料主螺栓个数和规格其他材料其他尺寸详见元件计算书结论: 校核合格。开 孔 补 强 计 算计算管口总数5 校核合格管口数5 校核不合格管口数0 内压圆筒校核计算单位XXX集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件筒体简图计算压力 pc 0.50MPa设计温度 t 30.00° C内径 Di 10000.00mm材料 Q345R ( 板材 )试验温度许用应力 s 185.00MPa设计温度许用应力 st 185.00MPa试验温度下屈服点 ss 325.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 13.53mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 15.70mm名义厚度 dn = 18.00mm重量 17787.79Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值pT = 1.25p = 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT£ 0.90 ss = 292.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 31.90 MPa校核条件 sT£ sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 pw= = 0.57999MPa设计温度下计算应力 st = = 1549MPastf 185.00MPa校核条件stf st结论 合格 上封头(球形)计算结果计算单位 XXX集团航空动力控制系统研究所计算所依据的标准GB 150.3-2011 计算条件球壳简图计算压力 pc 0.50MPa设计温度 t 30.00° C内径 Di 10000.00mm材料 13MnNiMoR (板材)试验温度许用应力 s 211.00MPa设计温度许用应力 st 211.00MPa试验温度下屈服点 ss 390.00MPa钢板负偏差 C1 0.30mm腐蚀裕量 C2 1.00mm焊接接头系数 f 1.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值 pT = 1.25p= 0.1000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力stsT£ 0.90 ss = 351.00MPa试验压力下封头的应力sT = = 8.74MPa校核条件sT£ sT校核结果合格厚度及重量计算计算厚度 d = = 5.93mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 28.70mm名义厚度 dn = 30.00mm重量 37213.71 Kg压力及应力计算最大允许工作压力 pw= = 2.41535MPa设计温度