DN1800氨合成塔外壳利用整体多层包扎技术进行制造分析

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φ600、φ800直径塔。

日产合成氨达80t、100t、150t不等。

中型氨厂大多采用φ1000、φ1200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应床分割为若干个小的催化剂反应床，床层之间采取冷激换热的方式将反应热一直，以便将反应能继续进行下去。

冷激式内件是多层绝热、层间换热式内件中最简单的一种。

它与层间水冷式内件几乎同时应用与多种合成氨厂。

它具有结构简单，运行可靠的特点。

此种内件根据合成系统工作压力、催化剂活性温度、催化剂温区范围、反应热回收方式等因素以及要达到的氨净值来确定催化剂床的数量。

多层换热式内件具有三大特点：（1）多层绝热，层间换热。

用未反应的气体作为冷源，一方面将反应后的热气体热量移走；另一方面自身温度提高达到第一绝热床时的零米温度。

（2）催化剂筐采用径向型（3）宽温区催化剂对于整台合成塔，需设计和制造外壳，所设计的外壳具有一下特点：（1）球形封头结构成熟，使用材料较省，若采用锻件，则将增加一倍以上的重量。

（2）多层包扎筒体国内制造经验丰富。

思考题参考答案第1章压力容器导言思考题1.1我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。

压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。

设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。

介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。

压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。

因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。

例如，Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。

而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。

又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题1.2筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。

支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。

安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。

思考题1.3《压力容器安全技术监察规程》依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也越高。

1800整体锻焊式氨合成塔设计氨合成塔是化工厂中的重要设备，用于合成氨气。

本文将讨论1800整体锻焊式氨合成塔的设计。

1.设计目标氨合成塔的主要目标是实现高效率的氨气合成，并且能够满足生产要求。

设计目标包括：-高产氨量：确保氨合成塔可以产生大量的氨气。

-高氨气纯度：确保合成的氨气纯度达到要求。

-高效能：确保氨合成塔的能源利用率高。

-安全可靠：确保氨合成塔在运行时的安全可靠性。

2.设计要点在设计1800整体锻焊式氨合成塔时，需要考虑以下几个要点：-塔的尺寸与形状：合成塔的尺寸和形状应该能够满足产量要求，并且具备良好的气流流动性。

-塔壁材料选择：由于氨合成反应有较高的温度和压力，塔壁材料需要耐高温、耐腐蚀，并且具备良好的焊接性能。

常用的材料包括碳钢、不锈钢等。

-强化传热设计：氨合成反应需要大量的热量，塔内需要进行传热操作。

通过设计合适的传热设备，如管束或换热器，在保证传热效果的同时，也能减少能量损失。

-催化剂选择：氨合成反应需要催化剂，常见的催化剂有铁、铁铝合金等。

催化剂的选择要考虑其催化活性、稳定性和抗中毒性等因素。

-操作控制：氨合成塔需要进行自动化控制，以确保操作的稳定性和可靠性。

设计合适的控制系统，包括温度、压力和进料流量等参数的监测和控制。

3.安全设计安全是氨合成塔设计的重要考虑因素之一、在设计过程中需要考虑以下安全因素：-压力容器设计：氨合成塔作为一个高压容器，需要符合相关标准和规范，确保其安全可靠性。

-防爆措施：在氨合成塔内部设置合适的爆破片和压力安全装置，以防止过压。

-泄漏监测和报警：设置相应的泄漏监测装置，及时发现和报警，确保操作人员的安全。

-废气处理：在氨合成塔的设计中，需要考虑气体排放的处理问题，以减少对环境的影响。

4.经济性考虑在设计过程中，还需要考虑氨合成塔的经济性问题。

包括设备的购买成本、运行成本和维护成本等。

通过合适的设计和设备选择，可以降低成本并提高经济效益。

综上所述，1800整体锻焊式氨合成塔的设计应该考虑高产量、高氨气纯度、高效能、安全可靠等方面的要求。

页眉内容
国内最大产能的氨合成塔吊装就位
沧州正元廉洁
2014年1月3日18时58分，伴随着夜幕的降临，沧州正元60万吨合成氨、80万吨尿素项目核心设备总重达678吨的氨合成塔——DN3000，内径3米，长34米的外筒及长28.9米的内件吊装成功。

氨合成塔的吊装是60-80项目施工中的重中之重。

为此，项目部人员、监理、施工方都给予了高度重视，经过多次开会研究、讨论，确定科学吊装方案，确保吊装的安全实施，在吊装过程中密切关注每一个吊装细节，在吊装塔内件的全过程中，河北阳煤正元化工集团有限公司副董事长刘金成进行了现场监督与指导，为氨合成塔的成功吊装奠定了坚实的组织基础。

本台氨合成塔主要是由中化六建负责吊装，共分两部分，首先为塔体（氨合成塔外筒）的吊装，其次为塔芯（氨合成塔内件）的吊装。

此次采用1250吨履带式吊车作为主吊，650吨履带式吊车配合溜尾的递送法进行吊装，2013年12月29日塔体起吊高度45米，最终顺利落在塔座基础上，2014年1月3日塔芯起吊高度高达68米，成功套入塔筒内侧。

这次吊装的成功，标志着由河北正元化工设计有限公司设计、石家庄正元塔器设备有限公司自主研发制造的目前国内最大产能的氨合成塔完全就位。

文字：廉洁摄像：合成塔外件-魏晋元；合成塔内件-廉洁
页脚内容1。

合成氨工艺1、【单选题】合成系统氢气含量增加会使合成塔压力（）。

（B）A、升高B、降低C、无影响2、【单选题】保护听力而言对听力不会损失一般认为每天8小时长期工作在（分贝以下）。

（C）A、100B、90C、803、【单选题】透平真空系统建立前（）。

（C）A、高位油槽油充好B、油系统建立C、真空系统安全阀水封投运4、【单选题】催化剂是用来改变（）。

（C）A、反应平衡B、反应温度C、反应速度5、【单选题】个体防护用品只能作为一种辅助性措施,不能被视为控制危害的()手段。

(A)A、主要B、可靠C、有效6、【单选题】应急结束必须明确()。

事故现场得以控制,环境符合有关标准,导致次生、衍生事故隐患消除后,经事故现场应急指挥机构批准后,现场应急结束。

(C)A、演练情况B、演练问题C、应急终止的条件7、【单选题】疑似职业病病人在诊断、医学观察期间的费用，由()承担。

(A)A、用人单位B、当地政府C、患者本人8、【单选题】在可燃性环境中使用金属检尺、测温和采样设备时，应该用不产生火花的材料制成通常都采用()工具。

(A)A、铜质B、塑料C、铁质9、【单选题】下列关于特殊化学品火灾扑救说法不正确的是()。

(B)A、扑救爆炸物品火灾时，水流应采用吊射B、扌卜救压缩气体或液化气体类火灾时，应立即扑灭火焰C、扑救爆炸物品堆垛火灾时，切忌用沙土盖压10、【单选题】既具有换热功能，又具有分离功能的设备是()。

(B)A、氨分B、冷交C、水冷器11、【单选题】以下不会造成冰机排气温度偏高的是()。

(B)A、排气阀片破裂B、气氨压力偏低C、安全阀漏气12、【单选题】离心泵抽空后正确的处理方法是()。

(A)A、停泵，重新灌泵排气启动B、保持泵运行，提高泵入口压力C、保持泵运行，开大入口阀13、【单选题】下列对氮气叙述不正确的是()。

(B)A、比空气略轻B、易溶于水C、无色无味14、【单选题】冷交、氨分液位过高不会造成以下哪种现象()。

一整体结构分析1、尿素合成塔筒体由碳素钢外层和不锈钢内层组成。

其组合形式可以是多种多样的，主要有以下几种类型：①单层外壳，松衬不锈钢衬里层；②单层外壳，爆炸衬里不锈钢层；③热套多层壳体，热套内层不锈钢或松衬不锈钢衬里层；④多层包扎焊接壳体，松衬不锈钢衬里层；⑤以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接碳钢多层层板；但经过比较，目前用的最多的，最可靠的结构形式是以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接碳钢多层层板。

以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体的优点是：①制造工艺简单②衬里层与外壳碳钢层得贴紧度高③在操作压力下不锈钢内筒由多层包扎产生的压应力与内压引起的拉应力相互抵消，使内筒应力大大降低，甚至为压应力，降低了应力腐蚀的可能性。

④内筒的不锈钢衬里纵焊缝可以在塔外制作，并进行RT检测和内外侧PT 检测，有缺陷时返修方便且彻底，可充分保证主焊缝的质量为了保证不锈钢衬里层外壁在焊接外层碳钢时免受污染和产生低碳马氏体，位于不锈钢和层板之间设置一层过渡层（通常叫盲板）。

图（2）盲板层得纵焊缝不全焊透，只间断焊，且根部有一窄垫板，使焊缝可与内筒隔离。

焊道表面不高于盲板外圆，以便作为将来的检漏通道。

在盲板层得内壁也开出纵横交错的沟槽，作为检漏通道。

2、上、下封头结构尿素合成塔上下封头可以采用整体锻件加工而成，也可采用厚板冲压成形。

从节约材料和改善受力状况考虑，采用半球形封头。

由于要与介质接触的材料要为耐腐蚀材料，因此，球形封头采用复合层球形封头。

内层为316L不锈钢，外层为16MnR。

3、筒体材料筒体内层为316L不锈钢，外层为16MnR。

由于尿素介质对普通碳钢的年腐蚀率高达2000mm，所以在尿素生产装置中与尿素介质接触的设备不允许采用碳钢的。

采用在尿素合成反应器中加入氧气的方法，可以使不锈钢得到连续钝化，因此，尿素合成塔内部可以采用比较廉价的奥氏体CrNiMo不锈钢。

316L不锈钢为低碳316，可以减少碳化铬晶间析出，减轻晶间腐蚀。

DN1800氨合成塔外壳利用整体多层包扎技术进行制造分析摘要:在原有的热套式高压容器制造工艺中,深厚环焊缝焊接困难、检测困难,需经多次热处理,制造周期长、成本高等缺点逐渐显露出来。

为了适应市场需求,在经过深入调查研究后,进行φ1800氨合成塔外壳设计与制造时采用化工行业标准HG3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》制造工艺。

该工艺的特点是:①各层层板的纵环焊缝相互错开,避免了大厚度的焊接、探伤和热处理;②材料利用率高,选材面广;③机械化程度高,层板夹紧装置操作灵活,夹紧力可控;④制造周期短,成本低。

关键词:整体多层包扎;技术进行;DN1800随着石油、化工、能源等加工业的工艺向着高温、高压和大型化的方向发展,原有的热套式高压容器制造工艺中,深度环焊缝焊接困难、检测困难,需经多次热处理,制造周期长、成本高等缺点逐渐显露出来。

为了适应市场需求,在经过深入调查研究,在进行φ1800氨合成塔外壳制造时采用化工行业标准HG3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》制造工艺。

该工艺的特点是:①各层层板的纵环焊缝相互错开,避免了大厚度的焊接、探伤和热处理;②材料利用率高,选材面广;③机械化程度高,层板夹紧装置操作灵活,夹紧力可控;④制造周期短,成本低。

1设备制造、试验和验收所符合的标准规范①压力容器安全技术监察规程;②GB150-1998《钢制压力容器》;③HG3129-1998《整体多层残夹紧式高压容器》;④GB6654-96《压力容器用钢板》;⑤JB4726-2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》;⑥JB/T4730-2005《承压设备无损检测》;⑦JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》;⑧JB/T4711-2003《压力容器涂敷与运输包装》。

2设备主要制造参数工作压力:≤31.4 MPa工作温度:筒体<200℃底部四通<400℃设计压力:31.4 MPa设计温度:筒体<200℃底部四通<400℃物料名称:H2、N2、CH4、Ar、NH3焊缝系数:内筒/层板1.0全容积:45.9 m3腐蚀裕度:3 mm设备内径:φ1800+1.0+0筒体厚度:32+12×14=200 mm3设备总体结构制造说明该设备按工艺提供的设计参数和条件图进行结构制造。

氨合成塔结构设计优化邸锦红摘要：从筒体、封头、端盖密封形式等方面详细论述了氨合成塔的结构设计特点；着重介绍了无深环焊缝多层包扎筒体的结构特点。

关键词：氨合成塔；多层包扎；设计结构；优化引言氨合成塔是合成氨系统的关键设备。

其使用条件要求高，既要承受高温和氢腐蚀，还要承受介质阻力降产生的压差，因此结构复杂。

加之近几年较大直径氨合成系统的开发研究，对氨合成塔的强度设计提出了更高的要求。

本文旨在通过Υ1400氨合成塔的设计，对主要零部件的强度设计进行了一些探讨。

1主要设计参数2材料氨合成塔的操作介质为氢、氮、甲烷、氩气等，为了满足抗氢腐蚀与高温力学性能的要求，多层包扎壳体的内筒、筒体端部、平台以及过渡件均选用1.25Cr-0.5Mo材料。

下部球形封头以及气体出口管件处，由于温度较高（该处设计温度480℃左右），因此这两处选用2.25Cr-1Mo材料。

随着母材回火脆性的增加，合成塔在开停车过程中发生脆性破坏的可能性也随之增加。

2.25Cr-1Mo材料的回火脆化敏感性与其化学成分和金相组织状况有关，工程中常用J系数和X系数作为回火脆化敏感性的衡量指标，回火脆化敏感性系数越大，材料的回火脆化敏感性也就越高。

在制造过程中降低和控制钢材的脆性系数是提高合成塔抗回火脆化能力的主要手段。

步冷脆化法是评定材料回火脆化敏感性的主要方法，标准中对2.25Cr-1Mo材料回火脆化性能有明确的规定。

在本合成塔的技术要求中规定：vTr54+2.5ΔvTr54≤10℃。

多层筒体除内筒外的多层层板不接触氢介质，不必考虑氢腐蚀的问题，只考虑材料具有高的强度和良好的综合性能，所以选择了较为经济合理的材料Q345R。

3平盖由于氨合成塔整体式内件的安装要求，上部端盖设计成可拆平盖结构。

平盖材料采用1.25Cr-0.5Mo-Si锻件，双锥垫采用1.25Cr-0.5Mo-Si锻件，主螺栓采用高强度调质钢40CrNiMoA。

主螺栓材料选择的适当与否直接会影响到平盖的厚度，通过在设计中与传统采用的25Cr2MoVA材料做对比设计发现，由于25Cr2MoVA在设计温度下与40CrNiMoA相比，其许用应力值低64MPa，因此所需的螺栓面积（即螺栓直径）远大于40CrNiMoA，最终的结果就是平盖螺栓中心圆直径大、力臂长，导致平盖直径及厚度比采用40CrNiMoA的大很多。