参考换热器设计说明书

1 绪论

本次设计是对天脊集团合成氨生产工艺中的冷冻工段氨冷却器(W-556)的设计。天脊煤化工集团有限公司，现位于山西省潞城市。它的前身是山西化肥厂，1977年，山西化肥厂整体改制为天化工集团有限公司。

换热器在工业生产中， 尤其是在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要补低温流体加热或把高温流体冷却，把液体气化或把蒸气冷凝。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来实现完成。可以说换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。本次设计的换热器就是将气氨的热量传递给冷却水以达到生产的要求。

1.1 合成氨的工艺流程

合成氨生产工艺过程示意图：

造气→粗煤气→低温甲醇洗及冷冻系统→液氨洗系统→氨合成→氨库

造气即原煤经处理系统产生煤与空气中分离的氮气在加压气化流中反应。

氨由H和N两种元素组成。合成氨是以H2和N2在一定条件下全盛的。H2是从煤中获得的，而N2是从空气中分离得到的。

原煤经过筛选，粉碎等过程后，在200#工段加压气化系统的燃烧炉内与高温水蒸气反应得到水煤气，反应的一系列方和如下：

燃烧层：

C+O2→CO2+Q C+O2→CO+Q CO+O2→CO2+Q 气化层：

C+ H2O→CO2+H2 －Q C+ H2O→CO+ H2－Q C+ H2→CH4+Q

CO+ H2O→CO2+ H2+Q

粗煤气继续在200# 经过洗涤降温，分离等程序最后进入300#，粗煤气变换系统的主要成分有CO2、CO、H2、H2S、CH4等。到300#的粗煤气洗涤变换后进入400#，在300#的变换炉内发生的主要反应有：C+ H2O→CO2+ H2 +Q。进入400#变换气冷却系统的变换气主要成分是CO2、H2，还有少量的CO、N2、H2S、CH4等。400#2段的主要作用是冷却变换气，气体的成分基本没有变化。

CO2、H2S等有害物质和各种杂质的作用会影响合成氨的质量，还可能造成设备仪器的损坏等，因此，在合成氨之前必须将这些有害物质和杂质去除。500#低温甲醇洗涤系统和600#液氮洗系统是用物理方法吸收，沉淀这些物质。500#主要吸收CO2 和H2S，从500#流出的净化气还有少量的CO、N2、CH4等。600#主要吸收CO，从1800#、5800#空气分离得到的N2 也进入600#，并和H2混合，得到比例大约为1：3的N2和H2混合气体。此混合气体进入900#氨全盛系统合成，反应方程式如下：

N2+3 H2→2NH3

经氨合成系统合成的氨经处理后进入氨库。

1.2 冷冻工段工艺说明

冷却工段即为气氨的液化。气氨的液化包括气氨的压缩和冷凝，气氨在常压常温下冷凝温度为—33.35℃。因此，在常压常温下，气氨不能用常温水使其冷却成液氨。氨的冷凝温度随压力的提高而升高，当压力提高1.6MPa时，冷凝温度为40℃，高于一般冷却水温度，因此可以用25～35℃的常温水冷却，使之液化。

工艺流程：气氨冷凝为液氨，是靠冷冻循环来完成的，冷冻循环主要由压缩、冷却、冷凝、节流膨胀、蒸发五个过程组成的。气氨—冰机压缩提压后，进入氨冷却器，冷却后的气氨进入冷凝器，由冷却水把气氨冷凝为液氨，由冷却水将气氨放出的热量带走，冷凝后的液氨通过节流阀由冷凝压力降至蒸发压力。节流膨胀后的氨在氨冷器中蒸发吸收被冷却水的热量，此时液氨又变为气氨送入冰机进口，如此构成一个循环，这个循环周而复始的进行，被冷却物质的温度便于降低达到工艺要求。

1.3 氨冷却器(W-556)的设计说明

W-556的主要作用是通过来自南塔的冷却水冷却经氨分离器后被压缩机压缩后的气氨，从而满足工艺要求。

2 控制方案的确定

2.1 工艺过程及控制参数的选取

1．被控变量的选择：本过程主要是冷却气氨，使气氨出口温度达到一定值来达到下道工段的要求。因而选择其出口温度为被控变量。

2．操纵变量：冷却水进口流量。被控对象控制通道的放大系数较大，时间常数较小，纯滞后 时间越小越好。

3．干扰因素：（1）气氨进口温度,压力及流量的变化； （2）冷却水进口温度,压力及流量的变化； （3）周围环境的影响。 最终确定参数如下：

被控变量：气氨出口温度。 给定值：气氨出口给定温度。

测量值：由检测元件测得的气氨的实际出口温度值。 被控对象：气氨出口管。

操纵变量：冷却水进口流量。

2.2 控制方案的设计

采用单回路控制系统。

氨冷却器温度简单控制方框图

图2-1氨冷却器温度简单控制方框图

控制方案流程图

图2-2氨冷却器温度控制方案流程图

2.3 确定自动化装置

2.3.1 各仪表的作用方式

对于系统而言，当发生故障时，应保证气氨出口温度不要太高，即在考虑安全及节能方面，应选用气开阀。

各仪表的作用方式为： 1.气开阀：正作用“+”； 2.变送器：正作用“+”；

3.当阀关小时，气氨出口温度升高，“-” “-”=“+”，取反，故调节器为反作用“-”。验证：T TT TC 阀开大 T

2.3.2 检测元件选型

温度测量仪的选取：选择智能温度测量仪产品型号：XMT8018C1。

产品相关技术指标： 输出方式： 0-5V控制信号输出；报警方式： 上限报警；控制对象： 温度控制；测量精度： 0.2℃；仪表量程： -50-150℃；开孔尺寸： 152(宽)mm*76(高)mm；仪表外形尺 …… 此处隐藏：7102字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……