甲醇合成设备解析.docx

1、甲醇合成设备解析第八章 甲醇合成反应器工艺结构8.1甲醇合成反应器工艺结构（需进行机械强度计算、排管及机械设计）甲醇合成反应器的外壳，直筒部分高约8900mm，上、下封头高约1900mm，筒体内径3800mm。在水入口与蒸汽出口处，壳体上、下设加强板。进水口6只，60o均布，接近下管板，进水管深入筒体内约950mm，公称直径DN150，每只进水管向下开孔14只。蒸汽出口6只，60o均布，接近上管板，蒸汽出口管公称直径DN250。上封头有进气管，在中心处，公称直径DN600。有人孔，倾斜45o处，公称直径DN500。下封头有出气管，在底部中心处，公称直径DN600。另有向下的卸触媒口3只，公称直

2、径DN250。上封头有两组热电偶插入口，公称直径DN40，每组热电偶测量3点温度，1点在绝热层，2点在管壳层。热电偶插入口位置在1900mm处。热电偶测量点：绝热层1点，（以上管板上平面向上计）50mm；管壳层2点，（以上管板向下计）2500mm、5000mm。汽包顶在反应器上封头上，汽包底部与合成塔上升管出汽口距离为5m。（2）管板与列管列管焊接在管板上，管板焊接在筒体上，管板与筒体是同一类型材料。列管为442mm，长7500mm。关于管子的用材，基于以下考虑，在催化剂存在下，CO会和Fe生成羰基铁，所以管子不能用碳钢，否则会产生羰基铁和石蜡，也不能用不锈钢，这样与外壳膨胀系数不同。建议用特

3、殊双相合金钢，如S31803，与外壳膨胀系数相同，管子焊接在管板上，用双相钢堆焊，焊接覆盖层厚度为7mm，管箱直筒段堆焊6mm304L。上管板处（向上计）直筒段高650mm的筒体内侧以及下管板的管程侧用Inconiel625堆焊，厚6mm。（3）进气分布器进气分布器上开设条形进气孔。（4）结构参数（mm）：总高：14200筒体高：8900上、下封头高：1900筒体内径：3800绝热层高度：480列管管长：7500列管管径：442管心距：51管数：4309根换热面积（以外径计算）：4348m2（5）催化剂装填上管板上部绝热层：0.78543.820.485.44m3列管内冷却层：0.78540.

4、0427.5430940.61m3总计46.06 m3催化剂型号：国产C307或XNC98铜基催化剂，粒度55mm。（因还原后，催化剂体积收缩，催化剂的收缩全部在绝热层，上管板上方催化剂落入列管中。还原后体积约42.88m3。绝热层催化剂装填高度视催化剂收缩率而定。）（6）开工喷射器合成塔催化剂还原升温时，靠开工喷射器加入中压蒸汽进行，中压蒸汽经开工喷射器后，带动锅炉水循环，使催化剂温度逐渐上升，其规格为273mm/108mm/168mm，L=2624mm，材质为Q345R。8.2结构描述甲醇合成反应器类似于一个立式副产蒸汽的管壳式固定管板换热器，管板与壳体之间直接焊接，无法兰连接。反应器结构

5、简图见附图。反应器的上下封头，采用半球封头。上封头合成气入口处设置气体分布器。绝热层催化剂上部填装10mm耐火球，装填高度为200mm。下管板下面（以下管板下面往下计）装填10mm耐火球300mm，再往下装填25mm耐火球。列管内装填催化剂，列管与管板的连接为贴胀加强度焊。反应器的壳层筒体上端设有6根蒸汽出口管，下端有6根水进口管，为防止汽阻及加强换热管的固定，反应器的壳层设有支承挡圈。催化剂的装卸口分别设置在反应器的侧封头上。基础设计数据、接管管表、设计要求、件号对照表见下列各表。基础设计数据壳程管程设计压力，MPa(g)4.56.5工作压力，MPa(g)3.85.65液压试验压力，MPa(

6、g)设计温度，275280换热管平均壁温，249259工作温度，249210/260，最高265物料名称水/水蒸汽反应气程数11腐蚀裕度，mm3.03.0焊接接头系数（焊缝系数）1.01.0保温层要求保温基础设计图纸接管口表符号公称直径DN公称压力PN密封面用途N1600焊反应气进口N2600RTJ反应气出口N3（6只）150焊沸水进口N4（6只）250焊蒸汽出口N5（3只）25011.0RTJ催化剂卸出口N65011.0RTJ管程排气口N7（4只）2511.0RTJ壳程排气口N8（2只）2511.0RTJ壳程排污口N9（2只）450焊检查口N10（2只）20011.0RTJ热水进口N1110

7、011.0RTJ蒸汽进口N1215011.0焊接热水出口N13（2只）2511.0RTJ排污口T（2只）40热电偶插入口M（1只）50011.0RTJ人孔基础设计技术要求容器类别三类反应器级别1级设计、制造GB150.1150.4-2011压力容器检验、验收规范HG/T20583-2011钢制化工容器制造技术要求GB151-1999管壳式换热器安全技术监督规范TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程反应管与管板连接方式强度焊加贴胀焊接规程NB/T47014-2011压力容器焊接规程焊条型号15CrMoR间：R307Q345R：J507焊缝系数1.0焊缝检查标准JB/T4730-

8、2005压力容器无损检测，射线，合格级焊缝复查标准JB/T4730-2005压力容器无损检测，超探，合格级腐蚀裕度3.0mm保温层要求保温基础设计件号对照表件号名称数量材料1反应器出口管115CrMo2催化剂卸出口315CrMo3底部裙座1组合件4球形封头215CrMoR5催化剂支承1不锈钢6筒节A2115CrMo7下管板120MnMo+S304038壳程排污口220MnMo9筒节A1116Mn10反应管（442，H7500）3052S3180311拉杆（16）2416Mn12螺母（M16）4813定距管（244）7214保温圈3Q235-A15折流板3Q345R或Q235-A16筒体（380

9、0，H约6000）1Q345R17筒节B1116Mn18蒸汽出口管616Mn19壳程排气口420MnMo20上管板120MnMo+S3040321筒节B2115CrMo22气体分布器1304不锈钢23管程排气口115CrMo24反应气进口115CrMo25催化剂（46.06m3）铜基催化剂26壳程检查口220MnMo27壳程检查口封头2Q345R28壳程水进口620MnMo29耐火球10Al2O330耐火球25Al2O3第九章 甲醇合成反应器设备建议9.1对设计标准的建议甲醇合成反应器的设备设计、制造、检验，建议参考下列有关标准：TSG R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程GB1

10、50.1150.42011压力容器标准GB1511999管壳式换热器标准NB/T470152011压力容器焊接规程NB/T470142011承压设备焊接工艺评定GB7132009锅炉和压力容器用钢板标准GB132962007锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管标准GB-T 12202007不锈钢棒标准GB245112009承压设备用不锈钢钢板及钢带标准JB/T47302005压力容器无损检测规程NB/T470082010承压设备用碳素钢和低合金钢锻件规程HG/T20615-2009钢制管法兰9.2对材质选择的建议甲醇合成反应器的材质根据介质特性及操作温度、压力等选择，其基本选择原则为：（1）合成气中

11、有H2，根据H2的操作压力与温度，应考虑氢腐蚀影响。（2）合成气中有CO、CO2和H2O，其中CO还可能与Fe、Ni等生成羰基铁、羰基镍，所以在选材时，要考虑避免生成羰基化物。管程操作介质为合成气，壳程操作介质为水蒸汽。对合成反应器的材质作如下建议：（1）上下封头 15CrMoR（2）管板：20MnMo+S30403（3）换热管：S31803（4）筒体：Q345R（5）合成气进口分布器：304不锈钢合成气出口管：15CrMo装、卸触媒孔：15CrMo筒体加强管：15CrMo（6）堆焊焊条牌号及堆焊厚度：在上管板与上封头内侧用Inconel625堆焊，厚6mm。9.3对焊接方式的建议（1）封头与

12、筒体之间的焊接建议采用氩弧焊打底的全熔透焊接方式。15CrMoR之间、15CrMoR与CrMo之间、15CrMoR与Q345R之间的焊接均应在另一侧做清根处理，并经磁粉检测合格后方可焊接。（2）换热管与管板的焊接采用贴胀加强焊连接，并采用先胀后焊的方法。（3）管板表面及上封头内侧下部堆焊双相不锈钢先将待堆焊表面进行机加工，经超声波检测合格后，先堆焊过渡层，然后中间清除应力热处理，清洗表面后，再堆焊盖面层，然后进行机加工，表面液体渗透检测，超声波检测堆焊层熔合质量，最后再以超声波测厚仪对堆焊层的厚度进行测量。9.4对制造、检验要求的建议甲醇合成反应器的制造、检验及试验规范按GB150.1150.

13、42011、HG/T205832011及“甲醇合成反应器技术条件”的要求进行。第十章 合成工序其它设备10.1合成工序其它设备合成工艺其它设备见下表。位号名称数量材质规格介质操作温度操作压力MPa(G)V6103汽包1Q345RDN22004200水、蒸汽250.23.90E6101气气换热器115CrMoR+304LDN240010000壳：合成气管：反应气壳：50.0221.3管：256.992.0壳：5.65管：5.35E6102A/B水冷器1C.S+304LDN17007500壳：冷却水管：反应气壳：32.042.0管：92.040.0壳：0.40管：5.25V6101甲醇分离器1C.

14、S+304LDN22006600合成气、粗甲醇40.05.15V6102闪蒸槽1304DN18003300粗甲醇40.00.40M6101循环压缩机1合成气40.05.055.65 10.2工艺设备数据表序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）单重总重1E6101入塔气换热器1台15CrMoR列管式、立式规格：DN2400列管：252，L=10000mm n=4427根 F=3477m2操作温度：（） 壳程：50.0/221.3 管程：256.9/92.0操作压力（MPaG） 壳程：5.65 管程：5.35设计温度：（） 壳程：250.0 管程：280.0设计压力（MPaG） 壳程：

15、6.3 管程：6.0物料名称： 壳程：入塔合成气 管程：出塔反应气/液+304L序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）单重总重2E6102A/B甲醇水冷器1台C.S+304L列管式、卧式规格：DN1700列管：192，L=7500mm n=3590根 F=1607m2操作温度：（） 壳程：32.0/42.0 管程：92.0/40.0操作压力（MPaG） 壳程：0.4 管程：5.25设计温度：（） 壳程：70.0 管程：140.0设计压力（MPaG） 壳程：0.6 管程：5.9物料名称： 壳程：冷却水 管程：甲醇合成反应气/液 序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）单重总

16、重3R6101甲醇合成塔1台Q345R管式反应器规格：DN3800列管：442，L=7500mm n=4309根操作温度：（） 壳程：250.2 管程：210/260，最高265操作压力（MPaG） 壳程：3.90 管程：5.55设计温度：（） 壳程：275.0 管程：280.0设计压力（MPaG） 壳程：4.5 管程：6.5物料名称： 壳程：沸腾锅炉水 管程：甲醇合成气合成塔装催化剂触媒惰性氧化铝球:25 10S31803序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）单重总重4V6101甲醇分离器1台C.S+304L规格：DN22006600操作温度：40.0操作压力：5.15MPaG设

17、计温度：70设计压力：5.8MPaG物料名称：粗甲醇、合成气序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）5V6102甲醇闪蒸槽1台304规格：DN18003300操作温度：40.0操作压力：0.40MPaG设计温度：90设计压力：0.8MPaG物料名称：粗甲醇、闪蒸气序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）6V6103汽包1台Q345R规格：DN22004200操作温度：250.2操作压力：3.90MPaG设计温度：275设计压力：4.5MPaG物料名称：水、水蒸汽序号设备位号设备名称及规格数量单位材料净重（kg）单重总重7J6101蒸汽喷射器1台C.S操作压力：3.8 MPa

18、操作温度：420设计压力：设计温度： 物料名称：过热蒸汽10.3合成工序其它设备结构简图10.3.1汽包汽包简图汽包 基础设计数据设计温度，275操作温度，226250设计压力，MPa(g)4.5操作压力，MPa(g)2.53.9试验压力，MPa(g)腐蚀裕度，mm3物料介质水、蒸汽容积汽包 管口表符号数量公称直径DN密封面用途N11150焊接锅炉给水进口N21250焊接中压蒸汽出口N32250焊接沸水出口N46250焊接蒸汽进口N550HG/T20615-2009,WN-RJ连续排污接口N650HG/T20615-2009,WN-RJ间接排污接口N7,N8HG/T20615-2009,WN-

19、RJ安全阀接口N950HG/T20615-2009,WN-RJ放空接口N1025HG/T20615-2009,WN-RJ加药接口N11,N122由仪表专业定仪表液位计接口N13,N142由仪表专业定液位计接口N15,N162由仪表专业定压力表接口M1500人孔汽包 件号对照表件号名称数量材料1封头2Q345R2筒体1Q345R3支座2Q345R10.3.2入塔气换热器水冷器简图见附图6。气气换热器热负荷热气体T5=256.9 T6=92.0 CP=31.7881 kJ/(kmol.K)冷气体T3=50.0 T4=221.3 CP=29.8858 kJ/(kmol.K)液态甲醇T6=92.0 H

20、r=1041.18 kJ/kg液态水T6=92.0 Hr=2276.50 kJ/kg热量1.0579E+08 kJ/h换热器冷热流体状态No壳程气体进口壳程气体出口Nm3/hmol%Nm3/hmol%H2401411.5086.75401411.5086.75CO43393.239.3843393.239.38CO26840.701.486840.701.48CH44138.070.894138.070.89N23452.450.753452.450.75Ar1542.250.331542.250.33CH3OH1845.200.401845.200.40H2O95.820.0295.820.

21、02Total462707.00100.00462707.00100.00t,50.0221.3P,MPa(g)5.655.55平均分子量,kg/kmol5.6445.644密度,kg/m312.245/7.864粘度,kg/(m.h)0.03810.0487导热系数,kW/(m.K)0.125810.16449定压热容,kJ/kg.K5.255.34质量流量,kg/kmol116576.5116576.5No管程气体进口管程气/液体出口Nm3/hmol%Nm3/hmol%kg/hW%H2354695.3084.88354636.8085.975.260.07CO22862.295.47228

22、27.945.5342.950.59CO24955.911.194953.341.205.060.07CH44138.070.994136.201.001.330.02N23452.450.833451.830.840.780.01Ar1542.250.371541.950.370.530.01CH3OH24260.925.8119430.864.716908.7294.49H2O1980.610.471549.280.38346.994.75Total417875.50100.00412528.20100.007311.63100.00t,256.992.092.0P,MPa(g)5.355

23、.255.25平均分子量kg/kmol6.2495.93331.335密度kg/m37.83510.600799.957粘度kg/(m.h)0.05120.04070.1460导热系数kW/(m.K)0.146760.120310.19335定压热容kJ/kg.K5.185.212.25质量流量kg/h116574.8109263.17311.6换热器基础设计数据壳程管程工作压力，MPa(g)5.655.35金属平均壁温，136174工作温度，50221.392256.9物料名称合成气反应气程数11腐蚀裕度，mm3.00保温厚度，mm80换热面积，m23477（外径计）换热器基础设计图纸接管口表符号公称直径DN密封面用途T1