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摘 要

液氨冷却器是甲醇制造过程中采用的一种低温换热设备，属于第Ⅲ类低温压力容器。它利用液氨汽化吸收大量，从而使物料冷却。本次设计的液氨冷却器的工作温度低于--36℃，工作压力在中压状态，同时液氨在换热过程中易汽化，就要求在设计过程中选用合适的材料和并选择适合的结构类型。本次设计的液氨冷却器采用固定管板换热器中的U型管式结构。本次设计不仅对液氨冷却器的具体结构进行设计，还进行了强度校核计算，提出了制造检验要求，完成了风险评估等相关设计内容。

关键词： 液氨冷却器 U型管式换热器 结构设计 强度校核 风险评估

Liquid ammonia cooler design

Abstract

The liquid ammonia cooler is a low-temperature heat exchange equipment used in the methanol manufacturing process and belongs to the category III cryogenic pressure vessel. It uses liquid ammonia vaporization to absorb a large amount, so that the material is cooled. The designed working temperature of the liquid ammonia cooler is lower than -36°C, and the working pressure is in the medium pressure state. At the same time, the liquid ammonia is easily vaporized in the heat exchange process, and it is required to select suitable materials and select suitable materials in the design process. The liquid ammonia cooler designed this time uses a U-tube type structure in a fixed tube plate heat exchanger. This design not only designs the concrete structure of the liquid ammonia cooler, but also conducts strength check calculations, proposes manufacturing inspection requirements, and completes risk assessment and other related design contents.

Key Words: Liquid ammonia cooler，U-tube heat exchanger，Structural design, Strength Check, Risk assessment

目 录

摘要 I

Abstract II

绪论 1

第一章 液氨冷却器工艺设计 3

1.1原始数据 3

1.2管程与壳程定性温度 3

1.3 传热面积核算 3

1.4工艺设计 4

1.4.1换热管根数的确定 4

1.4.2分程与换热管排列方式 5

1.4.3壳体内径 5

1.4.4支撑板 5

第二章 结构设计 5

2.1 管板设计 5

2.1.1管板材料和选型 5

2.1.2管板结构尺寸 6

2.2 布管限定圆 7

2.3法兰与垫片 7

2.3.1管箱法兰与管箱垫片 7

2.4 接管设计 9

2.4.1 接管材料选择 9

2.4.2接管法兰 9

2.4.3 接管尺寸 9

2.5 开孔补强计算 10

2.6 管箱接管位置设计 11

2.6.1管箱接管位置的最小尺寸 11

2.7壳体和管箱设计 11

2.7.1 壳体、管箱材料的选择 11

2.7.2壳体厚度计算 12

2.7.3 管箱厚度计算 12

2.7.4管箱最小长度 14

2.7.5 分程隔板设计 15

2.8 换热管 15

2.8.1 换热管与管板的连接方式 15

2.9 拉杆与定距管设计 15

2.9.1 拉杆的直径、数量及布置 15

2.9.2 定距管 16

2.10防冲板 16

2.11其他部件设计 16

2.11.1鞍座设计 16

2.11.2隔冷垫与接地板 17

2.11.3吊耳设计 18

2.11.4 保冷层设计 18

第三章 强度校核 18

3.1筒体强度计算 18

第四章 制造与检验 19

4.1材料的处理 19

4.2 制造与检验要求 20

第五章 经济评价 20

5.1 液氨冷却器价格估算 20

5.2液氨冷却器制造费用 21

小结 22

致谢 23

参考文献 24

附录 25

附件1：sw校核文件 25

附件2：风险评估报告 25

绪论

在工业生产中，冷却器作为重要的一种热交换设备，其主要功能是对两种温度不同的两种流体进行热量的交换，从而达到升温或者降温的目的，使流体的温度达到工艺使用的需要^[1]。为了获得理想的温度指标，通常使用冷却器、冷凝器等换热设备来对流体进行热量交换，来达到加温或者降温的目的。这些过程与热量的传递有着非常密切的联系，都要用热交换设备来完成这些过程^[2]。

液氨冷却器作为甲醇工业生产中使用较为广泛的低温换热设备之一，在石油、化工等多个方面有着重要地位。与一般生产中的热交换设备不同，液氨冷却器的冷却介质为液氨，工作温度在-36℃左右。液氨具有腐蚀性，挥发性强，因此液氨冷却器在设计的过程中，要充分考虑到冷却介质的特殊性，选用合适的换热设备类型和材料^[3]。

初步选定液氨冷却器类型为管壳式换热器，管壳式换热器属于间壁式热交换器中的一种类型，管壳式换热器通过间壁把需要进行热量交换的两种流体分开，分为管程与壳程。冷热两种流体分别从管程与壳程流进与流出，互不接触，热量通过换热管进行交换^[4]。管壳式热交换器在工业生产之中有着广泛的应用，其结构坚固、技术成熟，而且设备的可靠性高、适应性广，可以应用于多种场合；同时能承受较高的操纵压力和温度。因此现阶段，在高低温的热交换设备领域，管壳式换热器仍然具有相对较大的优势^[5]。

液氨冷却器的类型为固定管板式换热器，但是又有别于传统的固定管板式换热器结构。传统的固定管板式换热壳程的进出口均设在筒体的顶部与下端，考虑液氨在进行换热的过程吸热之后会马上汽化，产生大量的氨气，因此液氨的进口接管设置在筒体的侧面，出口接管设在筒体的顶部。这样设置可以使得氨气能及时从顶端出口排出，起到良好的换热效果，同时也不会影响壳程内换热管的稳定性。筒体的结构也不是单一的圆筒结构，筒体前端为斜锥壳体，后端为圆筒结构，这样能有效的提高换冷却器的工作效率。换热管采用U形管，能增大换热面积，提高换热效率^[6]。

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