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合成氨生產工藝中的冷凍工段氨冷卻器(W_556)的設計說明書.doc

'合成氨生產工藝中的冷凍工段氨冷卻器(W_556)的設計說明書.doc'
?1 緒論本次設計是對天脊集團合成氨生產工藝中的冷凍工段氨冷卻器(W-556)的設計。天脊煤化工集團,現位于省潞城市。它的前身是化肥廠,1977年,化肥廠整體改制為天化工集團。換熱器在工業生產中, 尤其是在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業生產中,常常需要補低溫流體加熱或把高溫流體冷卻,把液體氣化或把蒸氣冷凝。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯系,因而均可以通過換熱器來實現完成??梢哉f換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備。本次設計的換熱器就是將氣氨的熱量傳遞給冷卻水以達到生產的要求。1.1 合成氨的工藝流程合成氨生產工藝過程示意圖:造氣→粗煤氣→低溫甲醇洗及冷凍系統→液氨洗系統→氨合成→氨庫造氣即原煤經處理系統產生煤與空氣中分離的氮氣在加壓氣化流中反應。氨由H和N兩種元素組成。合成氨是以H2和N2在一定條件下全盛的。H2是從煤中獲得的,而N2是從空氣中分離得到的。原煤經過篩選,粉碎等過程后,在200#工段加壓氣化系統的燃燒爐與高溫水蒸氣反應得到水煤氣,反應的一系列方和如下:燃燒層: C+O2→CO2+Q C+O2→CO+Q CO+O2→CO2+Q 氣化層: C+ H2O→CO2+H2 -Q C+ H2O→CO+ H2-Q C+ H2→CH4+Q CO+ H2O→CO2+ H2+Q粗煤氣繼續在200# 經過洗滌降溫,分離等程序最后進入300#,粗煤氣變換系統的主要成分有CO2、CO、H2、H2S、CH4等。到300#的粗煤氣洗滌變換后進入400#,在300#的變換爐發生的主要反應有:C+ H2O→CO2+ H2 +Q。進入400#變換氣冷卻系統的變換氣主要成分是CO2、H2,還有少量的CO、N2、H2S、CH4等。400#2段的主要作用是冷卻變換氣,氣體的成分基本沒有變化。CO2、H2S等有害物質和各種雜質的作用會影響合成氨的質量,還可能造成設備儀器的損壞等,因此,在合成氨之前必須將這些有害物質和雜質去除。500#低溫甲醇洗滌系統和600#液氮洗系統是用物理方法吸收,沉淀這些物質。500#主要吸收CO2 和H2S,從500#流出的凈化氣還有少量的CO、N2、CH4等。600#主要吸收CO,從1800#、5800#空氣分離得到的N2 也進入600#,并和H2混合,得到比例大約為1:3的N2和H2混合氣體。此混合氣體進入900#氨全盛系統合成,反應方程式如下: N2+3 H2→2NH3 經氨合成系統合成的氨經處理后進入氨庫。1.2 冷凍工段工藝說明冷卻工段即為氣氨的液化。氣氨的液化包括氣氨的壓縮和冷凝,氣氨在常壓常溫下冷凝溫度為—33.35℃。因此,在常壓常溫下,氣氨不能用常溫水使其冷卻成液氨。氨的冷凝溫度隨壓力的提高而升高,當壓力提高1.6MPa時,冷凝溫度為40℃,高于一般冷卻水溫度,因此可以用25~35℃的常溫水冷卻,使之液化。工藝流程:氣氨冷凝為液氨,是靠冷凍循環來完成的,冷凍循環主要由壓縮、冷卻、冷凝、節流膨脹、蒸發五個過程組成的。氣氨—冰機壓縮提壓后,進入氨冷卻器,冷卻后的氣氨進入冷凝器,由冷卻水把氣氨冷凝為液氨,由冷卻水將氣氨放出的熱量帶走,冷凝后的液氨通過節流閥由冷凝壓力降至蒸發壓力。節流膨脹后的氨在氨冷器中蒸發吸收被冷卻水的熱量,此時液氨又變為氣氨送入冰機進口,如此構成一個循環,這個循環周而復始的進行,被冷卻物質的溫度便于降低達到工藝要求。1.3 氨冷卻器(W-556)的設計說明W-556的主要作用是通過來自南塔的冷卻水冷卻經氨分離器后被壓縮機壓縮后的氣氨,從而滿足工藝要求。2 控制方案的確定2.1 工藝過程及控制參數的選取1.被控變量的選擇:本過程主要是冷卻氣氨,使氣氨出口溫度達到一定值來達到下道工段的要求。因而選擇其出口溫度為被控變量。2.操縱變量:冷卻水進口流量。被控對象控制通道的放大系數較大,時間常數較小,純滯后 時間越小越好。3.干擾因素:(1)氣氨進口溫度,壓力及流量的變化; (2)冷卻水進口溫度,壓力及流量的變化; (3)周圍環境的影響。最終確定參數如下:被控變量:氣氨出口溫度。給定值:氣氨出口給定溫度。測量值:由檢測元件測得的氣氨的實際出口溫度值。被控對象:氣氨出口管。操縱變量:冷卻水進口流量。2.2 控制方案的設計采用單回路控制系統。圖2-1氨冷卻器溫度簡單控制方框圖圖2-2氨冷卻器溫度控制方案流程圖2.3 確定自動化裝置2.3.1 各儀表的作用方式對于系統而言,當發生故障時,應保證氣氨出口溫度不要太高,即在考慮安全及節能方面,應選用氣開閥。各儀表的作用方式為:1.氣開閥:正作用“+”;2.變送器:正作用“+”;3.當閥關小時,氣氨出口溫度升高,“-” “-”=“+”,取反,故調節器為反作用“-”。驗證: 閥開大 2.3.2 檢測元件選型溫度測量儀的選?。哼x擇智能溫度測量儀產品型號:XMT8018C1。產品相關技術指標: 輸出方式: 0-5V控制信號輸出;報警方式: 上限報警;控制對象: 溫度控制;測量精度: 0.2℃;儀表量程: -50-150℃;開孔尺寸: 152(寬)mm*76(高)mm;儀表外形尺寸(寬*高*深): 160(寬)mm*80(高)mm;工作電源: DC24V;控制方式:PID控制。 儀表簡介: 本儀表由單片機控制,具有熱電阻、熱電偶、電壓、電流等多種信號自由輸入,六種輸出方式只須插上相應模塊即可,正反控制任意設置;提供了六種報警方式;手動自動切換,主控方式除常規兩位式外,在傳統PID控制算法基礎上,結合模糊控制理論創建了新的人工智能調節PID控制算法,在各種不同的系統上,經儀表自整定的參數大多數能得到滿意的控制效果,具有無超調,抗擾動性強等特點。 此外儀表還具有良好的人機界面,儀表能根據設置自動屏蔽不相應的參數項,使用戶更覺簡潔易接受。 技術規格: 輸入規格: 熱電阻CU50; 線性電壓:0-5V;線性電流(需外接分流電阻):4-20mA;測量圍:   CU50(-50~+150℃);響應時間:≤0.5秒(設置數字濾波參數FILT=0時); 調節方式:模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進控制算法,控制精度可達±0.2℃。由余市溫控儀表廠提供。2.3.3 變送器選型氣氨出口溫度給定值為45℃,氣氨進口溫度為124℃,因此選擇Cu50熱電阻溫度變送器。其型號為SBWZ-2160,S表示DDZ-S系列電動單元組合儀表,B表示變送單元,W表示溫度,Z表示熱電阻,2表示輸出與對應溫度呈線性,1表示熱電阻為Cu50,6表示一體化安裝,0表示普通型。此型號變送器的最大量程規定為-50℃~150℃。輸入為Cu50,在量程圍輸出4~20mA直流信號可與熱電阻的溫度計的輸出電阻信號呈線性。產品相關技術指標:基本誤差:0.1;傳送方式:二線制;工作電源電壓最低12V,最高35V,穩。省略部分。5.2.5 支座技術條件(1)支座上的焊接采用手工電弧焊,均為角接接頭;(2)焊條牌號見圖;(3)焊后焊縫金屬表面不得有裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷;(4)墊板應與容器貼合,局部最大間隙不超過1 mm;(5)支座所有組焊件周邊粗糙度為Ra50μm;(6)支座組焊完畢后,各部件應平整,不得翹曲。參考文獻[1] 王毅,早校主編,《過程裝備控制技術及應用》,化學工業,2007.7,[2] 叔經,葉文邦等編,《換熱器》, 化工設備設計全書編制委員會,化學工業[3] 天津大學化工原理教研室,《化工原理》上冊,天津科技,1992年[4] 維道,志敏等合編,《工程熱力學》,高等教育,2001,[5] 氮肥工業設計手冊理化數據分冊[6] 國家技術監督局,《鋼制管殼式換熱器》(GB151-99),1999年[7] 《過程裝備成套技術課程設計指南》,化學工業,2002年工業,2002[8] 《過程裝備成套設計》,化學工業,2002[9] 國家壓力容器標準化委員會,《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》(HG 20592~20635-97)[10] 燕山石化總公司化工,《鋼制列管式固定管板換熱器結構設計手冊》,化工部設備設計技術中心站,1985[11] 鍋爐和壓力容器用鋼板[12] 國家壓力容器標準化委員會,《補強圈、鋼制壓力容器用封頭》(JB/T4736、4746-2002)[13] 國家壓力容器標準化委員會,《壓力容器法蘭》(GB4700~4707-2000)[14] 國家壓力容器標準化委員會,《容器支座》(JB/T4712、4713、4724、4725-92)[15] 勝強,馬麟主編,《工程制圖學及計算機繪圖》,國防工業,2005.8,[16] 國家醫藥管理局醫藥,《化工工藝設計手冊》(上、下冊),化學工業,1987[17] 國家壓力容器標準化委員會,《壓力容器波形膨脹節及標準釋義》(GB16749-1997)[18] 王菲編著,《化工壓力容器設計》,化學工業 ,2005.4 , [19] 國家機械工業局,國家石油和化學工業局發布,JB 4708—2000,JB 4709—2000,JB 4744—2000 《鋼制壓力容器焊接工藝評定 鋼制壓力容器焊接規程 鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能檢測》,2000[20] 國家壓力容器標準化委員會,《鋼制壓力容器》(GB150-2000),學苑2000[21]《壓力容器安全技術監察規程》結 論通過本次持續幾個月來對整個換熱設備的設計和控制方案設計的實戰,可使我充分認識到作為設計工作者的辛苦。本次設計采用常規設計,通過對工藝流程地了解,計算相應的工藝參數,進行控制方案地選擇,以保證生產過程的安全穩定運行。開始畢業設計以來,我本著認真的決心,踏踏實實做好每一步。有問題即時向老師請教。適時上網查詢資料,去圖書館借閱多種與設計相關資料。通過這些書籍,我學到了很多。當然在設計中遇到了很多以前未接觸到的問題,讓人挺廢神的,不過經過查資料或向老師請教,基本上得到了滿意的結果。本次設計較為成功,但仍然可能存在著不足,我會在以后的實踐中逐漸完善。 致 幾個月的畢業設計以來,在興芳老師的細心指導下,我圓滿完成了。老師淵博的學識、敏銳的思維、而嚴謹的作風使學生受益非淺,并終生難忘。每次遇到問題去找老師,老師都一遍一遍的耐心講解。當然也離不開其他老師的無私幫助,比如段老師,老師,晁老師等??傊?,感所有系里的老師在畢業設計工作中給予我的幫助!感我的學友和朋友對我的關心和幫助! 袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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