300 kt_a合成氨装置第二废热锅炉的设计

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1、第4期中氮肥No．42013年7月M—SizedNitrogenousFertilizerProgressJu1．2013300kt／a合成氨装置第二废热锅炉的设计谢兴杰(四川川化永昱化工工程有限责任公司，四川成都610301)[中图分类号]TK229．929[文献标识码]B[文章编号]1004—9932(2013)04～0035-02川化股份有限公司化肥厂20世纪70年代引进的300kt／a合成氨装置第二废热锅炉102．C是该装置的重要设备之一，多年来在高温高压及高氢氛围中运行，钢中的碳与渗入

2、钢中的氢原子反应生成甲烷，产生了氢腐蚀，使其强度、韧性明显降低，多年使用后出现泄漏。为保证装置的安全、稳定运行，根据工艺数据对该设备进行了重新设计。1设计参数102一C为立式单管程固定管板换热器，容器类别为Ⅲ类，换热面积215．7m，换热管束级别为I级，管子与管板的连接形式为强度焊加强度胀，其主要设计参数见表1，结构示意见图1。表1102．C的主要设计参数图1102．C设备结构示意图2．1壳程从工艺介质特性、操作温度、操作压力、材料焊接性等综合考虑，简体材料选用Q345R，手孔、接管材料选用16

3、MnlII。2．2管程管程工艺介质中氢的体积分数为58．13％，管程设计压力为3．38MPa，由道尔顿混合气体分压定律计算可知，设计条件下的氢分压为注：设计温度壳程为329oC，下管箱壳体为371℃，下管3．38×0．5813=1．965MPa。根据美国APIRP941板为565．6℃，上管板、管箱为398℃，换热管为367oC。《钢在氢环境中操作极限》的纳尔逊曲线，管箱材料选用15CrMoR(15CrMoIII)，换热管材料选2材料选择用JISG3462STBA24(其化学成分与12Cr2Mo

4、l压力容器用钢材必须考虑设备的操作条件相近)，下管板材料选用12Cr2MolIV，上管板材(如设计压力、设计温度、介质特性、工艺条件料选用15CrMolV，并在上、下管板与换热管焊等)、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理接面上堆焊一层奥氏体组织的Inconel600材料，以及容器的结构等，同时还应考虑经济合理性。螺柱选用25Cr2MoVA，螺母选用30CrMoA，垫片材料选用1Cr5Mo。[收稿日期]2012-09—13[修稿日期]2012—10-082．3焊接材料[作者简介]谢兴杰(1979

5、一)，男，四川渠县人，工程师。焊接规程按NB／T470l5011进行，根据·36·中氮肥第4期焊接母材选择焊接材料(见表2)。《钢制化工容器制造技术要求》和GB150-2011表2焊接材料的选择《压力容器》中的相关规定，均采用全焊透焊接母材焊接材料方式。Q345R+Q345R．Q345R+15CrMoRJ50712Cr2Mo1+Q345R．12Cr2Mol+15CrMoRR30715CrMoR+15CrMoR．15CrMoR+Q345RJ50712Cr2Mol+Inconel600．15CrMo

6、R+lnconel600Inconel1823设计特点(1)壳程内部采用折流板加堰板结构，锅炉水从底部进口进入，与换热管进行热交换后，从堰板溢流到出口，充分利用热量。(2)下管箱采用内夹套结构，夹套材料为$32168，其内填PLICASTLWI．606耐热混凝土(50mm)隔热，防止因进口温度过高降低材料图3管板与筒体焊接结构图的强度和塑性，使所用材料的等级和壁厚降低。该设计减轻了设备质量，节约了设备成本。下封4受压元件的强度计算头结构见图2。102．C的主要受压元件有：下管箱封头，上管箱平盖，

7、管箱简体，壳体简体，换热管，上、下管板等。受压元件的强度依据GB150-2011《压力容器》和GB151—1999《管壳式换热器》的相关规定并采用SW6-1998V7．05版进行计算，最终确定下管箱封头名义厚度为40mm，下管箱筒体名义厚度为60mm，下管板名义厚度为245—10=235mm(10mm为lnconel600堆焊层厚度)，壳程名义厚度为82mm，上管板名义厚图2下封头结构示意图度为190—10：180mm(10mm为Inconel600堆(3)换热管与管板的连接型式采用强度焊焊层厚

8、度)，上管箱简体名义厚度为32mm，平加强度胀，在连接处管板堆焊一层Inconel600盖名义厚度为185mm。合金，其目的是改善焊缝处组织的性能，使管子5结束语与管板焊后不需要进行焊后消除应力热处理，避免管口焊缝再热裂纹等缺陷的出现。102．C完成重新设计后，交由四川川化永鑫(4)管板与壳体、管箱体的连接采用公司设备制造厂制造，并按照GB150-2011、GB151一l999《管壳式换热器》图18中的b型GB151—1999、TSGRO004-2009《固定式压力结构，该连接方式适用于高温、高