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摘 要

本课题围绕某合成氨尿素项目中第一变换炉的设计。通过对变换反应原理和主要工艺参数介绍，确定了第一变换炉的主体结构。依据用户要求，确定设备主体材料选用进口钢板SA387 Gr.l1 C12，并堆焊S32168不锈钢。考虑到变换炉因处于高温、临氢的苛刻环境下，因此需要合理选取设备材料和结构型式，并严格按照国内外的标准规范进行设计计算，并提出制造检验要求，以保证设备的制造安全和运行安全。本课题严格按照相关标准规范要求，根据工艺设计要求完成变换炉的结构设计，并对其主要受压元件进行了设计计算与强度校核，然后对该设备的选材与后期的制造检验要求进行了详细介绍。

关键词：变换炉设计 结构设计 强度校核

Converting furnace design

Abstract

The issue of synthetic ammonia urea project around a first shift converter design. Through the shift reaction principle and introduces the main process parameters, determine the main structure of the first shift converter. Based on user requirements, the main materials used to determine the equipment imported steel SA387 Gr.l1 C12, and welding S32168 stainless steel. Taking into account the change in the furnace due to high temperature, presence of hydrogen in harsh environments, requiring reasonable selection of equipment, materials and structure type, and in strict accordance with domestic and international standards of design calculations, and proposed manufacturing inspection requirements to ensure that produce safety equipment and safe operation. The issue in strict accordance with the requirements of the relevant standards, according to the process required to complete the conversion furnace design structural design, and its main pressure components designed and calculated and the strength check, and inspection requirements for the selection and manufacture of equipment was late detail.

Key Words: Converting furnace design; Structural Design; Strength Check

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

第二章 设计内容 2

2.1变换反应原理 2

2.2设备结构 2

2.3 设计过程 5

2.3.1设计参数 5

2.3.2材料选择 6

2.3.3 筒体和封头厚度计算 7

第三章 设备制造、检验要求 9

3.1 变换炉的制造 9

3.1.1材料的技术要求 9

3.1.2板材的下料 9

3.1.3.封头的制造 9

3.1.4筒体的制造 10

3.1.5整体焊接 10

3.1.6探伤 10

3.1.7热处理 10

3.1.8压力试验 11

3.2产品的检验 11

3.2.1焊缝外观检查 11

3.2.2硬度检查 11

3.2.3.无损检测 11

3.2.4耐压试验 11

第四章 总结与展望 12

参考文献 13

致 谢 15

第一章 绪论

变换炉是合成氨工艺一氧化碳变换工段的核心设备^[1]，它的结构能否满足工艺要求，设备计算可靠性直接影响到合成氨的产量、能耗、转化率、触媒用量和投资费用等。在合成氨生产中，一氧化碳有高温变换、中温变换和低温变换之分，对于低温变换，由于在这一过程中一氧化碳转化量少，催化床层温升小，仅需一段绝热催化剂反应即能满足工艺生产要求，因而低温变换炉的结构型式单一，而对于高温、中温变换，由于一氧化碳转化量多，催化床层温升大，相应的工艺有所不同。一般来说，工业生产中采用的中变炉结构型式随合成氨生产原料的不同而有差异，近十几年，在传统的固定床反应器基础上，又出现了轴径变换炉和列管式等温变换炉等新的结构型式。

目前，生产合成氨、尿素比较成熟的工艺是以粉煤为原料，加压气化生产粗煤气，煤气经耐硫变换及后续多个工艺流程来实现的^[10]。其中，变换炉是变换工段的重要设备之一，属于固定床反应器，其作用是将气化工段生成的水煤气在催化剂的作用下进行变换反应，以得到合成氨所需的原料气氢气。

同时变换炉也被广泛应用于石油化工行业，以前由于受材料限制及制造工艺的不成熟，没有很好的耐高温材料，所以以前的中温变换炉多数采用16CrMoR内衬隔热混凝土的这种冷壁结构。这种结构虽然材料的性能要求降低了，但是也存在很多缺点。由于设备结构复杂，制造难度大且设备检修维修困难，经常出现由于内衬密封不严密，造成隔热效果不好，致使鼓泡现象出现，从而使设备受到破坏,影响生产，甚至危及到生命安全。现在15CrMoR材料日臻成熟，长期在高温下使用具有良好的机械性能及抗腐蚀性能，但是由于15CrMoR材料的特殊性,如果在设备制造过程中不注意生产制造工艺，则容易出现质量缺陷^[1]。

本次毕业设计主要是直径为3800mm的变换炉的设计，变换炉是合成氨工厂生产一氧化碳工段的一个核心的必备的设备，而变换炉的结构随着现代技术的发展和现代氨生产量需求一直在不断的发展中，为此在此设计的变换炉主要是更加高效更加安全更加经济的生产一氧化碳。

第二章 变换炉设计内容

2.1变换反应原理

变换炉中发生的一氧化碳与水蒸气变换反应方程式为：

(2-1)

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