论文总字数：25725字

摘 要

本次毕业设计的课题是中温变换炉设计，主要介绍了变换炉的发展背景和在化学生产过程中中的应用。首先是根据给定的工艺参数，依据GB150-2011《压力容器》、TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》等相关国家标准对变换炉的主要受压元件壳体、封头及附件壁厚等进行设计计算，并对人孔与接管的开孔补强结构进行了计算，结构设计计算时还考虑了风载荷与地震载荷。并校核了变换炉及裙座的轴向应力稳定性，然后对变换炉制造完成后的压力试验与无损检测技术及热处理工艺进行了说明，还对变换炉的制造成本进行了经济评价。论文最后对变换炉的设计进行了总结，并阐述了其未来的发展方向。

关键词：中温变换炉设计 强度校核 经济评价

Design of the medium temperature shift furnace

Abstract

The graduation project was the design of the medium temperature shift furnace, mainly introduced the development of the background of the Transform furnace and the application in chemical industry. First of all, according to the given process parameters, and GB150-2011 "pressure vessel", TSG 21-2016 " Specification for safety technical supervision of stationary pressure vessels " and other relevant national standards for the converter’s main compression element shell, head and the wall thickness of the attachment was designed and calculated, and the pore reinforcement structure of the manhole and the nozzle was calculated, and the wind load and the seismic load were also taken into account in the structural design calculation. And the axial stress stability of the converter furnace and the skirt was checked. The pressure test and the non-destructive testing technology and the heat treatment process were described, and the economic cost of the converter was also evaluated. Finally, the design of the Transform furnace was summarized, and its future development direction was expounded.

Key Words: Design of the medium temperature shift furnace；Strength Check；Economic evaluation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 中温变换炉的应用及结构 1

1.3 理论依据 1

第二章 中温变换炉的设计计算 3

2.1课题设计的内容、设计参数 3

2.1.1 设计内容 3

2.1.2 操作参数 3

2.2变换炉载荷分析及强度校核 3

2.2.1 筒体和封头厚度计算 3

2.3 载荷分析 4

2.3.1 塔设备质量载荷计算 4

2.3.2 自振周期的计算 7

2.3.3 地震载荷与地震弯矩的计算 7

2.3.4 风载荷与弯矩的计算 9

2.4 强度校核 11

2.4.1 圆筒轴向应力校核及其稳定性校核 11

2.4.2 塔设备压力试验时的应力校核 13

2.4.3裙座轴向应力校核 14

2.4.4基础环设计 15

2.4.5 地脚螺栓计算 16

2.5 开孔补强 17

2.5.1 对于与封头相连接的接管 17

2.6焊接结构设计 19

2.7密封装置 19

2.8无损检测 20

2.8.1钢板的超声检测 20

2.8.2焊缝无损检测 20

2.9热处理 20

2.10表面处理、油漆、包装 20

2.10.1表面处理 20

2.10.2油漆 21

2.10.3包装 21

2.11变换炉的检验及验收 21

第三章 经济评价 22

3.1 经济核算评价 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 中温变换炉的展望 24

参考文献 25

附 录 27

致 谢 42

第一章 绪论

1.1 引言

本次毕业设计的课题是容积为70立方米的中温变换炉设计，变换炉是合成氨工厂生产一氧化碳工段的一个关键设备，而变换炉的结构随着现代工业技术的发展和氨需求量的增加也在不断的发展[1]。为此，此次设计的变换炉主要是为了满足生产一氧化碳工艺介质的。

1.2 中温变换炉的应用及结构

变换炉是合成氨工厂中一氧化碳工段的关键设备。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[2]。对于低温变换，由于在这一过程中，一氧化碳转换量少，催化床温升小，仅需要一段绝热催化反应即可满足工艺生产的要求[3]。因此,低温变换炉的结构型式简单。而相对于中温变换来说，由于过程中一氧化碳转化量多，催化床温升大，相应的操作工艺有所不同，一般来讲，工艺生产中所采用的变换炉结构型式随生产原料的不同而具有一定的差异。

多段中温变换炉通常是指两段或三段绝热反应段[4]。两段式中温变换炉壳体是采用钢板制成的圆筒，内部以钢板分隔成上、下两段。上段空间装两层催化剂，下段部分只装一层催化剂。催化剂是依靠支架支撑，箅子板，钢丝网及耐火球铺在支架上，然后装填催化剂，在用一层的耐火球装在上部，在催化床内设有热电偶[5]。变换炉体内壁砌有耐热混凝土衬里，其目的是用来降低壁面温度以及减少热量损失。炉体上还设置了人孔和卸催化剂口。

1.3 理论依据

生产原理

在一定温度情况下，半水煤气中的一氧化碳在炉内触煤的作用下与水蒸气发生反应，生成了氢气和二氧化碳[6]。二氧化碳是尿素生产的主要原料气体，氢气是合成氨生产的必备气体，其反应式如下：（该反应为放热反应）CO H₂0 → CO₂ H₂ Q（放热）。

第二章 中温变换炉的设计计算

2.1课题设计的内容、设计参数

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