氨合成塔用什么材料

长春理工大学本科毕业设计

摘 要

氨合成塔被称为合成氨厂的心脏，它是整个合成氨厂生产过程中的主要关键设备之一。

本次氨合成塔设计的内容包括工艺流程的设计、内件结构、材料、外壳结构的选择、工艺计算、强度计算、消防及其它辅助设备的设计、主要零部件的制造工艺、安装、检查与维修。是以提高其工作能力、生产效率为目的而设计的操作方案。本题目涉及的知识面很广，包括工程制图、材料力学、机械原理、机械设计、化工原理、过程机械制造、过程流体机械、过程设备设计、GB12337-1998及GB150-1998等。

关键字: 氨合成塔 工艺计算 强度计算 辅助设备设计

I

长春理工大学本科毕业设计

Abstract

Synthetic ammonia tower known as the heart of synthetic ammonia plant, which is the synthetic ammonia plant production process one of the key equipment.

This is the design of synthetic ammonia tower, the design includes pro

四川理工学院毕业设计（论文）

Φ800层板包扎式氨合成塔设计

（波纹板式换热器）

学 生：

学 号：09011010130 专 业：过程装备与控制工程 班 级：2009.1 指导教师：周 敏

四川理工学院机械工程学院

二O一三年六月

四 川 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： φ800层板包扎式氨合成塔设计（波纹板式换热器） 学院：机械工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级：2009级1班 学号： 09011010130 学生： 指导教师： 周 敏 接受任务时间 2013年3月1日 系主任 （签名） 院长 （签名）

1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求

1设计（论文）的要求 ○

完成：装配图1张（0号），零件图2张（CAD与手工制图各1张），设计说明书1份

2设计（论文）的原始数据 ○

给定：φ800， 8万吨/年，年工作日310天，内件：换热器用波

尿素合成塔爆炸分析

摘要

据不完全统计，在尿素运行装置中仅尿素合成塔爆炸事故在世界范围內至今已发生四起：美国路易斯安南州Aradian公司尿素合成塔、1995“10.7”河北迁安化肥厂Ø1.4米多层承压筒体尿素合成塔、2004“7.30”緬甸Ø1.3米单层承压筒体尿素合成塔、2005“3.21”山東平阴化肥厂Ø1.4米多层承压筒体尿素合成塔。由于尿素生产工艺的未知因素对尿塔設計、制造、使用、維护、捡修过程中产生的问题目前还不能完全解决，特别是通过调查发现国内为数不少的氮肥企业对设备本质安全的重视程度比较肤浅，在安全生产的先进技术装备、资金投入和科学管理等方面离防患于未然还相差甚远，所以解决企业管理者认识上的误区。加强尿素合成塔的安全生产管理很有必要。

关键词：尿素合成塔；爆炸

1事故性质决定研究方向

1.1事故性质分类

爆炸可以分为以下几种：

（1）化学爆炸［1］：是易燃易爆物质本身发生化学反应，产生大量的气体和高热而瞬间形成的爆炸现象；且多为可燃气体或液体蒸气与空气（氧气）形成爆炸混合物，遇着火源而发生的爆炸现象。

（2）物理爆炸［1］：是气体或液体压力，超过设备、容器的极限压力强度，内部有介质急剧冲击而引起的爆炸现象。

（3）

南华大学机械工程学院毕业

1绪论

现今氨合成工艺在我国氮肥厂得到广泛的应用。展望国内氨合成塔内件可以说种类繁多，绝大多数的氨厂合成操作压力为31.36MPa。合成塔内件为传统的冷管型内件。其中三套管、单根并流、双套管式内件占大多数。此外，另有一批冷管改进型内件：比如ⅢJ型、YD型、NC型、轴径向、副产蒸汽式等。塔内换热器大部分为列管式，还有少数为螺旋式、波纹板式。小型氨厂大部分采用υ600、υ800直径塔。日产合成氨达80t、100t、150t不等。中型氨厂大多采用υ1000、υ1200直径塔。高压筒体高度为13.5～16m。日产氨200t 、250t、 290t不等。传统型内件氨净值大部分为9%～12%之间，改进型内件在12%～16%之间。合成塔阻力降0.6～1.2MPa。配置的余热回收装作吨氨副产蒸汽为600～800kg/t NH3,压力为1.3～2.5MPa。

下面简单介绍两种内件：

全冷激式内件 全冷激式内件是一种在中小型氨厂推广使用的新型内件，它与传统内件（内冷式内件）有本质区别，将圆催化剂中的冷管取消，将一个大的催化剂反

主要零部件的制造 ㈠筒体的制造

如前所述，筒体是整个尿素合成塔的主要部分。筒体由许多筒节组焊成，就拿φ2.8m×36m尿素合成塔（多层包扎式）为例，筒体共分11节，其中10节长2980mm，1个筒节1800mm，总长度31600mm。每一个筒节都是由外层层板、盲层和衬里内筒组成，它们的制造工艺过程简要叙述如下：

1）内筒

内筒的制造工艺过程是：

⑴原料检验（包括腐蚀试验和机械性能试验）→⑵按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量→⑶标志移植。将材料牌号、炉批号、板号或其本厂代号，用不含氯离子或金属养料的记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料的板面上→⑷剪切下料→⑸在卷板机上卷圆，当两头弯曲圆度达到要求后取下。注意：卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。避免衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。→⑹在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口→⑺纵向焊缝坡口表面着色探伤。不得有裂纹或夹层现象。→⑻重新放在卷板机上进一步卷圆，使纵缝合拢→⑼在卷板机上将纵缝点焊固定。应采用评定合格的焊条，注意不能将焊渣掉到上辊表面。→⑽从卷板机上取下，由于筒 体直径较大，厚度（一般6~8mm）较薄，刚度不足，容易变形，因

第三章 合成氨生产技术

知识目标 ? 了解氨的性质、用途、贮存和合成氨技术的发展，原料气制备的主要设备； ? 理解制气、净化和氨合成的基本原理及工艺参数条件分析方法，各种催化剂的组成和使用条件； ? 掌握不同原料的制气方法、特点和条件，原料气净化方法、特点和要求，氨合成工艺控制条件、及工艺流程图的阅读分析和合成塔的结构特点。 能力目标 ? 能分析、判断和选择合成氨制气、净化、合成的工艺条件； ? 能阅读和绘制合成氨生产工艺流程图以及设备简图； ? 能进行合成氨生产过程中有关物料、热量衡算及原材料消耗、生产能力等工艺计算能力。 第一节 概述

氨是化学工业中产量最大的产品之一，是化肥工业和其他化工产品的主要原料。现约有80%的氨用于制造化学肥料，除氨本身可用作化肥外，可以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸铵、磷酸铵等。可以生产硝酸、纯碱，含氮无机盐等。氨还被广泛用于有机化工、制药工业、化纤和塑料工业以及国防工业中。因此，氨在国民经济中占有重要地位。目前氨是由氮气和氢气在高温、高压和催化剂作用下直接合成而

合成氨试题（9月份）

1. 氨在常温下为无色气体，具有刺激性气味，能灼伤皮肤、眼睛，刺激呼吸道黏膜。

2. 液氨密度0.1013MPa，-33.4℃，0.6818kg/L，挥发性很强，汽化热较大。 3. 氨极易溶于水，溶解产生大量的热。氨的溶解度呈弱碱性，易挥发。 4. 合成氨是放热体积缩小的可逆反应，其反应热不仅与温度有关还与压力和组成有关。

5. 合成氨反应过程中，H2S会引起铁系催化剂永久性中毒。 6. 合成塔的外筒主要承受高压。 7. 氨的分子量是17.

8. NH3的生成化学方程式N2＋3H2=2NH3 9. 标准状况下，NH3的自然点是630℃. 10. 升温对吸热化学反应有利。

11. 氨可以和Hg形成爆炸性混合物. 12. 压缩机升压时先升速，后升压。

13. 甲烷，NH3是导电性差的物质，它们在设备或管道内高速流动或发生泄漏外喷时产生静电荷积累，放电产生火花，发生爆炸。 14. 在常温.常压下一个体积水能溶解600体积NH3.

15. 应用化学平衡移动原理可知，降低温度.提高压力有利于氨的形成。 16. 影响平衡氨含量的主要因素有.：压力.温度.氢氮比.惰性气体含量。

17. 氨合成反应是可逆

合成氨工业

基本无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。从氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务;第一次世界大战结束后,转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展，对氨的需要量日益增长。50年代后氨的原料构成发生重大变化，近30年来合成氨工业发展很快。

世界合成氨工业概况 ①生产能力和产量。合成氨是化学工业中产量很大的化工产品。1982年，世界合成氨的生产能力为125Mt氨,但因原料供应、市场需求的变化，合成氨的产量远比生产能力要低。近年，合成氨产量以苏联、中国、美国、印度等十国最高，占世界总产量的一半以上(表1[ 世界合成氨主要生产国产量(kt)])。②消费和用途。合成氨主要消费部门为化肥工业，用于其他领域的（主要是高分子化工、火炸药工业等）非化肥用氨，统称为工业用氨。目前,合成氨年总消费量(以N计)约为78.2Mt，其中工业用氨量约为10Mt，约占总氨消费量的12％。③原料。合成氨主要原料有天然气、石脑油、重质油和煤等。1981年，世界以天然气制氨的比例约占71％,苏联为92.2％、美国为96％、荷兰为100％；中国仍以煤、焦炭

毕业论文（设计）

2012 届

题目合成氨合成工段工艺

专业

学生

学号

小组成员

指导教师

完成日期2012-04-10

毕业论文（设计）任务书班级日期2012-04-10

1、论文（设计）题目：合成氨合成工段工艺

2、论文（设计）要求：

（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。

（3）主题明确，思路清晰。

（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域的成果及其最新进展。（5）格式规，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。

（6）所有学生必须在月日之前交论文初稿。

3、论文（设计）日期：任务下达日期2011年12月10日

完成日期2012 年4 月10日

4、指导教师签字：

毕业论文（设计）成绩评定

报告

毕业论文答辩及综合成绩

合成氨合成工段工艺

摘要：在氨是最为重要的基础化工产品之一，其产量居各种化工产品的首位; 同时也是能源消耗的大户，世界上大约有10 %的能源用于生产合成氨。氨主要用于农业,合成氨是氮肥工业的基础，氨本身是重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大多是先合成氨、再加工成尿素或各种铵盐肥料，这部分约占70 %的比例，称之为“化肥氨”；同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，这

合成 第一章 工艺原理

氨的合成是氨厂最后一道工序，任务是在适当的温度、压力和有催化剂存在的条件下，将经过精制的氢氮混和气直接合成为氨。然后将所生成的气体氨从未合成为氨的混和气体中冷凝分离出来，得到产品液氨，分离氨后的氢氮气体循环使用。

一、 氨合成反应的特点

31H2?N2?NH3?Q 22氨合成的化学反应式如下：

这一化学反应具有如下几个特点：

（1） 是可逆反应。即在氢气和氮气反应生成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。 （2） 是放热反应。在生成氨的同时放出热量，反应热与温度、压力有关。 （3） 是体积缩小的反应。

（4） 反应需要有催化剂才能较快的进行。

二、 氨合成反应的化学平衡

1、 平衡常数 氨合成反应的平衡常数Kp可表示为： Kp=

p(NH3)

P1.5(H2)?p0.5(N2)式中p(NH3)、p(H2)、p(N2)-----为平衡状态下氨、氢、氮的分压。

由于按合成反应是可逆、放热、体积缩小的反应，根据平衡移动定律可知，降低温度，提高压力，平衡向生成氨的方向移动，因此平衡常数增大。

2、平衡氨含量 反应达到平衡时按在混和气体中的百分含量，称为平衡氨含量，或称为氨的平衡产率。平衡氨含量是给