管子法兰阀门泵选型 反应器控制 经济分析.docx

1、管子法兰阀门泵选型 反应器控制 经济分析5管道设计5.1管子选型1.材料综合考虑设计温度、压力以及腐蚀性（包括氢腐蚀），本装置主管道选择20 g 无缝钢管，理由如下： 腐蚀性本生产装置原料甲醇、导热油对材料无特殊腐蚀性；产品氢气对产品可能产生氢腐蚀，但研究表明碳钢在220以下氢腐蚀反应速度极慢，而且氢分压不超过1.4MPa时，不管温度有多高，都不会发生严重的氢腐蚀。本装置中临氢部分最高工作温度为300，虽然超过220，但转化气中氢气的分压远低于1.4MPa。所以20g无缝钢管符合抗腐蚀要求。温度20g无缝钢管的最高工作温度可达475，温度符合要求。经济性20g无缝钢管属于碳钢管，投资成本和运行

2、维护均较低。注：二氧化碳用于食品，其管道选用不锈钢。2.管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计导热油管道的规格和保温结构的确定流量91872Kg/h0.033m3/s 流速范围0.52.0m/s 取为2.0m/s 则 Di145.0mm 壁厚t0.29mm Sch.x=1000=1000=3查表应选用Sch.5系列得管子故选择RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道规格为1594.5无缝钢管流速校正 u=1.998m/s 保温层计算:管道外表面温度T0=320,环境年平均温度Ta=20,年平均风速为2m/s,采用岩棉管壳保温,保温结构单位造价为750元/m3,贷款计息年数为5

3、年,复利率为10%,热价为10元/106kJ.设保温层外表面温度为30,岩棉在使用温度下的导热系数为0.0609W/(m.K),表面放热系数为 12 W/(m2.K)保温工程投资偿还年分摊率S=0.264计算经济保温层经济厚度 =0.316查表得保温层厚度=107mm. 计算保温后的散热量=131.244W/m计算保温后表面温度 =29.4计算出来的表面温度29.4略低于最初计算导热系数是假设的表面温度30,故=107mm的保温层可以满足工程要求.甲醇原料管道的规格流量844.566Kg/h0.000314m3/s 一般吸水管中流速u1 =1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s 则 Di19

4、.99mm /14.90mm故选择PL0101管道规格为252无缝钢管选择PL0102管道规格为202无缝钢管流速校正 u1=0.91m/s,合适 u2=1.56m/s脱盐水原料管道的规格流量712.603Kg/h0.00021m3/s 计算过程同上选择DNW0101管道规格为222无缝钢管选择DNW0102管道规格为182无缝钢管流速校正 u1=0.83m/s u2=1.36m/s甲醇水混合后原料管道的规格流量1557.169Kg/h0.00053m3/s 计算过程同上选择PL0103管道规格为322无缝钢管选择PL0104 、PL0105管道规格为252无缝钢管流速校正 u1=0.86m/

5、s u2=1.53m/s吸收液碳酸丙烯酯管道的规格流量4200Kg/h0.0012m3/s 计算过程同上选择PL0106管道规格为1594.5无缝钢管选择PL0107 、PL0108管道规格为1334无缝钢管流速校正 u1=0.962m/s u2=1.39m/s冷却水管道的规格流量82578Kg/h0.023m3/s 计算过程同上选择CWS0101管道规格为1594.5无缝钢管选择CWS0102 、CWR0101管道规格为1334无缝钢管流速校正 u1=1.3m/s u2=1.87m/sPG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合气管道的规格流量1646.15Kg/h0.038m

6、3/s 计算过程同上200:壁厚t0.656mm300:壁厚t0.8mm选择PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道规格为894.5无缝钢管流速校正 u1=7.56m/s 其它管道规格尺寸选择 PG0105管道规格为734 PG0106管道规格为894.5 PG0107管道规格为894.5 PL0109管道规格为324类似以上管道规格的计算过程,将本工艺所有主要管道工艺参数结果汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度流量状态流速公称直径材料1PG0106-80M1B氢气1.650165.18气相8.28020g2PG0101-80M1B甲醇54.5% 水45.5%

7、2001646.15气相8.68020g3PG0102-80M1B-H3001646.15气相8.68020g4PG0103-80M1BH2 10% CO2 73% H2O 17%3001646.15气相8.68020g5PG0104-80M1B-H2001646.15气相8.68020g6PG0105-65M1BH212% CO288%501636.38气相5.46520g7RO0101-150L1B-H导热油0.332096940液相1.615020g8RO0102-150L1B-H导热油0.332096940液相1.615020g9RO0103-150L1B-H导热油0.33209694

8、0液相1.615020g10RO0104-150L1B-H导热油0.332096940液相1.615020g11PL0101-20L1B甲醇 常压50892.83液相1.02020g12PL0102-15L1B甲醇 常压50892.83液相1.81520g13PL0103-32L1B原料液常压501646.15液相1.03220g14PL0104-20M1B原料液1.6501646.15液相1.72020g15PL0105-20M1B原料液1.62001646.15液相1.72020g16PL0106-40L1B吸收液0.4504200液相1.04020g17PL0107-32L1B吸收液0.

9、4504200液相1.43220g18PL0108-32L1B吸收液0.4504200液相1.43220g19DNW0101-20L1B脱盐水0.350753.32液相0.92020g20DNW0102-15L1B脱盐水0.350753.32液相1.61520g21CWS0101-150L1B冷却水0.35082578液相1.5150镀锌管22CWS0102-125L1B冷却水0.35082578液相2.2125镀锌管23CWR0101-125L1B冷却水0.38082578液相2.2125镀锌管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501203.2气相11800Cr18Ni925PL

10、0109-20M1B工艺冷凝水1.650261液相0.32020g5.2泵的选型整个系统有五处需要用泵:1.原料水输送计量泵P0101 2.原料甲醇输送计量泵P0102 3.混合原料计量泵P0103 4. 吸收液用泵P0104 5. 冷却水用泵P0105（1）甲醇计量泵P0102选型已知条件：甲醇正常投料量为844.566kg/h。温度为25。密度为0.79kg/L；操作情况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇，送入原料液储罐，与水混合a.确定泵的流量及扬程工艺所需正常的体积流量为：892.83/0.791130.16L/h泵的流量Q1.051130.161186.67/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程

11、H1.18088m折合程计量泵的压力：P=gh=7909.8188/106=0.682MPab.水泵选型，选用计量泵：查表得，JD1600/0.8型计量泵的流量为1600L/h，压力0.8MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求（2）纯水计量泵P0101选型已知条件：水的正常投料量为753.32kg/h。温度为25。密度为0.997kg/L；操作情况为泵从纯水储槽中吸入水，送入原料液储罐，与甲醇混合a.确定泵的流量及扬程工艺所需正常的体积流量为：753.32/0.997755.59/h泵的流量Q1.05755.59793.37L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H1.180

12、88m折合程计量泵的压力：P=gh=9979.8188/106=0.861MPab.水泵选型，选用计量泵：查表得，JD1000/1.3型计量泵的流量为1000L/h，压力1.3MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求（3）混合原料计量泵P0103选型已知条件：原料的正常投料量为1557.169kg/h。温度为25。密度为0.860kg/L；操作情况为泵从原料液储槽V0101中吸入原料，送入预热器E0101a.确定泵的流量及扬程 工艺所需正常的体积流量为：1557.169/0.8601914.13L/h泵的流量Q1.051914.132009.83L/h工艺估算所需扬程80m,

13、泵的扬程H1.18088m折合程计量泵的压力：P=gh=8609.8188/106=0.742MPab.水泵选型，选用计量泵：查表得，JD2500/0.8型计量泵的流量为2500L/h，压力0.8MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求（4）吸收液用泵P0104已知条件:吸收液的输送温度25,密度760Kg/m3.泵的正常流量为4200kg/h操作情况,泵从吸收液储槽中吸入吸收液,送入T0102中，再回解析塔解析出CO2，循环使用.a.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为4200/1000=4.20 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.054.20=4.41

14、 m3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度：H=1.135=38.5b.水泵选型，选用涡流式水泵查表得，40W40型水泵最佳工况点：扬程40m,流量5.4 m3/h,转速2900r/min，电机功率为4.0KW。选用该型号泵较合适。（5）冷却水用泵P0105已知条件:水的输送温度25,密度997Kg/m3.泵的正常流量为82578kg/h操作情况,泵从水槽中吸入水,送入冷凝器E0103中换热，再冷却送回水槽，循环使用.泵的吸水高度Hg=2m,压送高度(即原料液储罐接管高度)Hp

15、=3m,管路沿程损失系数=0.018,吸入管路长12m,其上装有吸入底阀(带滤网)1个,90度弯头1个,锥形渐缩过渡接管1个,压出管路长a.确定泵的流量及扬程 工艺所需的正常体积流量为82578/997=82.83 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.0582.83=86.97 m3/h所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度：H=1.135=38.5mb.水泵选型，选用离心式水泵查表得，IS100-65-200型水泵最佳工况点：扬程47m,流量120 m3/h,转速290

16、0r/min，轴功率19.9KW，电机功率为22KW，效率77。允许气蚀余量4.8m,选用该型号泵较合适。5.3阀门选型从工艺流程图可以知道需用阀门的设计压力、设计温度和接触的介质特性，据此数据选择阀门的压力等级和型式，汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门选型连接形式阀门型号1PG0106-80M1B氢气1.65080法兰闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C2RO0101-150L1B-H导热油0.3320150法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等3RO0104-150L1B-H导热油0.3320150法

17、兰4PL0101-20L1B甲醇 常压5020法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K（螺纹）等，截止阀：J41H-1.6C等 止回阀：H41H-1.65PL0102-15L1B甲醇 常压5015法兰6PL0103-32L1B原料液常压5032法兰、螺纹7DNW0101-20L1B脱盐水0.35020法兰、螺纹Z15W-1.0T8PG0107-80L1B食品二氧化碳0.45080螺纹闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等9PL0107-125L1B吸收液0.450125法兰、螺纹闸阀： Z15W-1.0T 止回阀：H41H-1.610PL0109-

18、20M1B工艺冷凝水1.65020法兰Z15W-1.0T5.4管道法兰选型根据各管道的工作压力、工作温度、介质特性和与之连接的设备、机器的接管和阀门等管件、附件的连接型式和尺寸等依据选择法兰，将本工艺管道的有关参数汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门公称压力等级法兰选型法兰类型密封面型式公称压力等级1PG0106-80M1B氢气1.650802.5带颈平焊法兰凹凸面2.52PG0101-80M1B混合气体2003PG0102-80M1B-H3004.04.04PG0103-80M1B3005PG0104-80M1B-H2002.52.56PG0105-65M1B50

19、657RO0101-150L1B-H导热油0.33201508RO0102-150L1B-H导热油0.33209RO0103-150L1B-H导热油0.332010RO0104-150L1B-H导热油0.332011PL0101-20L1B甲醇 常压502012PL0102-15L1B甲醇 常压501513PL0103-32L1B原料液常压503214PL0104-20M1B原料液1.6502015PL0105-20M1B原料液1.62002016PL0106-150L1B吸收液0.4501501.01.017PL0107-125L1B吸收液0.45012518PL0108-125L1B吸收液

20、0.45012519DNW0101-20L1B脱盐水0.350201.0突面1.020DNW0102-15L1B脱盐水0.3501521CWS0101-150L1B冷却水0.35015022CWS0102-125L1B冷却水0.35012523CWR0101-125L1B冷却水0.38012524PG0107-80L1B食品二氧化碳0.450801.0凹凸面1.025PL0109-20M1B工艺冷凝水1.650202.5突面2.56反应器控制方案设计1.被控参数选择化学反应的控制指标主要是转化率、产量、收率、主要产品的含量和产物分布等，温度与上述这些指标关系密切，又容易测量，所以选择温度作为反

21、应器控制中的被控变量以进口温度为被控变量的单回路控制系统设计2.控制参数选择影响反应器温度的因素主要有：甲醇水混合气的流量、导热油的流量。混合气直接进入干燥器，滞后最小，对于反应温度的校正作用最灵敏，但混合气的流量是生产负荷，是保证产品氢气量的直接参数，作为控制参数工艺上不合理。所以选择导热油流量作为控制参数。3.过程检测仪表的选用根据生产工艺和用户的要求，选用电动单元组合仪表（DDZ-型）测温元件及变送器 被控温度在500以下，选用铂热电阻温度计。为了提高检测精确度，应用三线制接法，并配用DDZ-型热电阻温度变送器调节阀 根据生产工艺安全原则，若温度太高，将可能导致反应器内温度过高，引起设备

22、破坏、催化剂破坏等等，所以选择气开形式的调节阀，正作用阀；根据过程特性与控制要求选用对数流量特形的调节阀；根据被控介质流量选择调节阀公称直径和阀芯直径的具体尺寸。Qmax=509 m3/h Qmin=31.8 m3/h P1=0.35Mpa P2=0.3 Mpar=0.816g/m3 管径159mm P1 P20.05 Mpa=0.49kgf/cm3Cvmax=1.167Q=1.167=766Cvmax=1.167Q=1.167=49.4据此选择Cv和调节阀的口径DN调节器 根据过程特性与工艺要求，选择PID控制规律；根据构成系统负反馈的原则，确定调节器为反作用。4.温度控制系统流程图及其控制

23、系统方框图 温度控制系统流程图控制系统方框图5.调节器参数整定 经验试凑：对于温度控制系统，一般取2060，T1=310min，TDT1/4 也可用临界比例度法或衰减曲线法进行参数整定。6如何实现控制过程的具体说明 当干扰发生时，例如甲醇水蒸汽流量加大，继续反应所需的热量增加，反应器温度降低，测量元件（铂热电阻温度计）检测到温度值，经变送器送给调节器和设定值比较，调节器（反作用）发出控制信号，加大调节阀的开度，调节阀正作用，导热油流量增大，反应器温度上升，克服干扰，达到控制目的。7技术经济评价 1甲醇制氢装置的投资估算（1）单元设备价格估算 在工艺流程和生产规模确定之后，经过物料衡算和初步工艺

24、计算，可以初步确定设备的大小和型号。 本套装置共有储槽和分离容器4台，分别为：原料液储槽（V0101,常温常压）；气液分离罐（V0102，T=40，P=1.5MPa）,吸收液中间储罐(V0103, 常温常压);吸收液储罐(V0104, 常温常压)。根据装置生产能力，初步估算容器的容积分别为：V1= 5m3，V2=3m3，V3=V4=8m3其中，V2，V3，V4为平底平盖容器，计算其质量分别为WV1=750kg，WV3=WV4=1220kg。V2为立式椭圆封头容器，计算得WV2=1220kg 该套装置共有4台换热器，分别为换热器（E0101，P=1.5MPa），过热器（E0102，P=1.5Mp

25、a），冷凝器（E0103，=1.5MPa），转化器（R0101， P=1.5Mpa）。根据热负荷初步估算个换热器的面积分别为：FE1=19m2，FE2=FE3=18.7m2,FR1=159.7m2。采用浮头式换热器，192的换热管，计算其质量分别为：WE1=825.83kg，WE2=WE3=812kg，WR1=7700kg。该套装置共有3台塔设备，分别为气化塔（T0101），吸收塔（T0102），解吸塔（T0103）。则T0101、T0102、T0103三个塔的质量分别为:1887kg, 5578kg, 5578kg。 材料均选碳钢，设容器及他设备为每斤6元，换热器每公斤12元，则静设备总价值

26、为：21.92万元。该套装置共有8台泵，经询价每台泵1. 2万元，因此，该套装置总设备约为：31.52万元。（2）总投资估算用系数连乘法求总投资，各系数由表查得：k11.059，1.2528，k31.0483，k41.0277，k51.0930，k61.0803，k711.3061。已知设备费A31.52万元，计算结果如下：设备安装工程费率Bk1A=1.055931.52=33.28(万元)设备安装费=B- A=33.28-31.52=1.76(万元)管道工程C= k2B=1.252833.28=41.69(万元)管道工程费=C-B=41.69-33.28=8.41(万元)电气工程费率D= k

27、3C=1.048341.69=43.7(万元)电气工程费=D-C=43.7-41.69=2.01(万元)仪表工程费率E= k4D=1.027743.7=44.91(万元)仪表工程费=E-D=44.91-43.7=1.21(万元)建筑工程费率F= k5E=1.09344.91=49.09(万元)建筑工程费=F-E=49.09-44.91=4.18(万元)装置工程建设费率G= k6F=1.080349.09=53.03(万元)费用定额规定得费用=G-F=53.03-49.09=3.94(万元)总投资H= k7G=1.306153.03=69.26(万元)故甲醇制氢装置的投资估算额为70万元2.总成本费用估算与分析（1）外购原材料：1285.7万元（2）外购燃料：118.8万元（3）外购动力：24.1万元（4）工资：15万元（5）职工福利费：2.1万元（6）固定资产折旧费：18万元（7）