1前言
本次毕业设计主要是直径为2800mm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。 1.1课题设计内容、设计参数
1.1.1设计内容
1.塔板直径、厚度计算；
2.塔内件及有关附件计算；
3.筒体选材及壁厚计算；
4.上下封头型式、材料的确定以及厚度的计算与校核；
5.顶部和底部空间计算；
6.裙座设计及校核；
7.塔总高的计算；
8.载荷分析及强度校核。
1.1.2操作参数
工作压力(Mpa）： 1.2MPa
操作温度（℃）： 530℃
物料名称： 半水煤气、变换气
腐蚀余量（mm） 4
塔径（mm）： 2800
塔高（m）： 14
基本风压（Mpa）： 350
地震烈度 7
1.2课题来源及变换炉的应用及结构
变换炉是合成氨厂一氧化碳变换工段的可核心设备，它的结构能否满足工艺要求与计算设备、可靠性直接影响到产量、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
图1.1 变换炉的整体结构
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，相应的中文工艺有所不同，一般来说，工业生产中采用的中变炉结构型式随合成按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。 多段高温、中温变换炉的结构
多段高温、中温变炉通常指两段或三段绝热反应段，两段式高温、中温变炉壳体是用钢板制成的圆筒，内部以钢板隔成上、下两段。上段装两层催化剂，下段装一层催化剂。催化剂靠支架支承，支架上铺上箅子板、钢丝网及耐火球，然后装填催化剂，上部在装一层耐火球，在催化床层内设有热电偶。炉体内壁砌有耐热混凝土衬里，以降低炉壁温度和减少热损失。炉体上配置有人孔和卸催化剂口。
多段高温、中温变炉工艺
多段高温、中温变炉适用于以煤或重油为原料的合成氨生产装置。以煤为原料制取的半水煤气中含一氧化碳25﹪-34﹪，重油气化制得的水煤气中含一氧化碳44﹪-49﹪,经中温变化炉使一氧化碳降至3﹪。为了有利于反应平衡应尽可能在低的出口温度下操作。因此通常使用二至三段绝热催化剂层，并采用中间换热式、喷水冷激式和蒸汽过热式进行降温，中间换热式是采取预热入口半水煤气的方法，降低变换气温度。喷水冷激式是向反应气内喷入冷激水，既降低反应气温度，有增加水蒸气含量，有利于变换气反应进行，冷激水通常为变换系统的冷凝液。蒸汽过热式是利用导入的饱和蒸汽来冷却反应气体，并使蒸汽过热。以上三种降温方式可以混合使用。 多段高温、中温变流程一般包括：（1）多段变换炉及其段间冷却设备；（2）回收变换炉出口变换气的先热以预热入口半水煤气的热交换器；（3）回收过量反应蒸汽潜热的热水饱和塔及其附属的水加热器；（4）加热脱碳溶液的再沸腾器。
一段中变炉结构石材雕刻刀
与多段高温、中温变炉相比，一段高温、中温变换炉的结构简单。炉内没有分段隔板，仅有支承催化剂层的箅子板和铁丝网。铁丝网上铺一层氧化铝球，用来支承催化剂，避免漏
出。为减少气流和压力波动所造成的冲击以及保证气体均匀分布，在催化床层顶部再铺上一层氧化铝球，通常装填一层或二层催化剂。
轴径向变换炉平面音响
轴径向变换炉内部没有进口分布器和出口分布器，分布器为壳侧不满小孔的钢制圆筒体，催化剂填充在进口分布器和出口分布器筒体之间。轴径向变化炉的主要特点如下:
气体轴径向通过催化床层，催化剂利用率高，床层压降小。在轴径向催化床中，气体通过催化剂的径向满级大大增加，90﹪的气体径向穿过床层，这样床层中的催化剂得到充分利用；10﹪的气体沿轴向向下通过床层，与传统的轴向床层相比，压降小得多。（2）使高温、中温催化剂免受转化气随二段热回收时夹带来的水滴侵蚀。（3）可采用粒度更小，活性更高的催化剂。轴径向变换炉也适合于改造现有的高温、中温和低温变换炉，并适合采用中变串低变工艺，应用于以天然或石脑油为原料的合成氨装置中。
列管式等温变换炉
列管式等温变换炉有ICI公司设计，并应用于LIC合成氨新工艺中。列管式等温变换炉为一列管式换热催化反应设备，将诶够型式反应器内，管内装ICI新型催化剂，管间为锅炉给水或工期冷凝液和汽化的蒸汽，能有效控制炉温，设备可用锅炉钢板制造、管壳间温差不大，图0.1所示为应用列管式等温变换炉的工艺流程。出口变换气CO含量为0.4﹪-0.5﹪，经变换炉锅炉给水加热器
１－饱和塔；2-列管式等温变换炉；3-锅炉给水加热器大功率同轴固定衰减器
图0.1列管式等温变换炉工艺流程图
和脱碳溶液再沸器后去脱碳装置。CO变换反应热由列管式等温变换炉壳侧的热水移走，使热水加热和汽化产生蒸汽，供饱和原料天然气，以满足蒸汽转化用大部分蒸汽工艺.
2变换炉载荷分析及强度校核
2.1筒体和封头厚度计算
根据工作压力来确定计算压力
通常设计压力可取为最高工作压力的1.05-1.10倍
所以计算压力 =（1.05-1.10）×1.2=（1.26-1.32）Mpa
取计算压力 =1.3Mpa
低压容器的圆筒厚度计算式为：
查【1】表16MnR的许用应力
在设计温度为350℃时，16MnR的许用应力为=125，
查【1】表捕蝇器4-3 钢制压力容器的焊接接头系数值，
在制造中采用双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头，故焊接接头系数值取1.0。将、 值代入上式得==15.35mm
圆筒设计厚度
式中
为腐蚀裕量，mm。
为钢材负偏差，使用中钢板厚度超过5mm时（如20R、16MnR和16MnDR等）可取=0，故=4+0=4超宽带天线mm
圆筒设计厚度=15.35+4=19.35mm
圆整并根据【2】附表4-1
取圆筒名义厚度为=20mm,则圆筒有效厚度=-=20-4=16mm
图1.2 圆筒的结构
铝合金穿线盒
封头厚度计算公式为：
=14.60 mm
封头设计厚度=+=14.60+4=18.60mm
封头名义厚度与圆筒一样，取为20mm
封头有效厚度=-=20-4=16mm
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