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第一章 绪论 1

第二章 第一节 氨合成塔在合成氨生产中的作用 1

第二节 对氨合成塔设计的基本要求 4

第三节 国内氨合成塔的发展概况 5

第二章 最适宜的工艺操作条件 10

第一节 触媒层温度分布 10

第二节 压力 11

第三节 空速 13

第四节 氢氮比 14

第五节 惰性气体的含量 14

第六节 初始氨含量 15

第三章 触媒 16

第一节 国内外触媒的基本性能 16

一、触媒的成分及其作用 16

二、触媒的性能 18

第二节 触媒型号、颗粒大小的选择和装填 23

一、触媒型号的选择 23

二、触媒颗粒大小的选择 24

三、不同触媒层高度触媒颗粒大小的分配及装填实例 24

四、触媒装填方案 26

第三节 触媒还原 28

一、影响触媒还原的因素 28

二、触媒还原各阶段的划分和控制指标 31

三、触媒还原的经验 38

第四节 触媒还原理论出水量的计算 39

第五节 触媒钝化 40

一、触媒钝化的意义 40

二、钝化触媒条件的讨论 40

三、钝化方法 41

四、钝化度的计算 41

五、触媒钝化后再还原及预还原 41

第六节 触媒的衰老和中毒 42

一、触媒的衰老 42

二、触媒的中毒 42

三、触媒的使用时效 42

第七节 触媒的维护与保养 45

第四章 内件 46

第一节 触媒筐设计的一般要求 46

第二节 触媒筐的类型 46

第三节 单层轴向内冷式触媒筐 47

一、单管逆流式触媒筐 48

二、并流双套管式触媒筐 49

三、逆流双套管式触媒筐 53

四、并流三套管式触媒筐 54

五、U形管式触媒筐 62

六、单管并流式触媒筐 67

七、单管折流式触媒筐 81

第四节 多层轴向绝热式触媒筐 83

一、多层轴向冷激式触媒筐 84

二、多层轴向中间换热式触媒筐 93

第五节 径向触媒筐 94

一、特点和应用范围 94

二、绝热径向触媒筐 95

三、内冷式径向触媒筐 96

第六节 复合式触媒筐 105

一、轴向-径向复合式触媒筐 105

(一)一轴二径复合式触媒筐 105

(二)二轴—径复合式触媒筐 110

二、绝热冷激-内冷复合式触媒筐 112

第七节 副产蒸汽氨合成塔 115

一、塔内副产蒸汽氨合成塔 116

二、外置式副产蒸汽氨合成塔 122

第八节 卧式氨合成塔 133

第九节 球形氨合成塔 134

第十节 双进双出两次合成塔 136

第十一节 决定触媒筐外形尺寸的步骤和方法 149

一、触媒筐型式的选择 149

二、触媒筐工艺指标的选择 150

三、触媒筐的直径和高度 154

四、绝热层高度 155

五、冷管的选型和配置 156

六、中心管的选择 157

七、温度计套管的设计 157

八、分气盒或集气环 158

九、折流头高度 159

十、保温型式及其厚度 159

十一、环隙 160

十二、热膨胀间隙 161

十三、顶盖密封 161

十四、电加热器容量 162

第十二节 合成塔内换热器 162

一、简介 162

二、合成塔内换热器的一般设计要求及特点 163

(一)换热器设计的一般要求 163

(二)合成塔内换热器的共同特点 163

三、列管式换热器 163

(一)流向 163

(二)使用情况及强化传热方法 164

(三)设计中应注意的问题 168

(四)管子的排列与管数的计算 168

(五)折流板 170

四、螺旋板式换热器 172

(一)气体流向 173

(二)特点 173

(三)目前各厂使用情况 174

(四)机械尺寸的确定 175

(五)螺旋板式换热器的结构特点及其形式 175

(六)设计中应考虑的问题 179

(七)螺旋板式换热器螺旋通道长度及换热面积的计算 180

五、波纹板式换热器 181

(一)气体流向 181

(二)波纹板式换热器的特点 182

(三)使用情况 183

(四)波纹板式换热器的结构特点及其型式 184

(五)圆形波纹板式换热器设计中需考虑的问题 186

第五章 电加热器 187

第一节 电加热器的作用及其常用结构型式 187

一、电加热器设计的一般要求 187

二、电加热器的结构型式 187

(一)直挂式 187

(二)双路螺旋式 190

(三)盘式 190

三、直挂式电加热器结构型式的选择 190

第二节 电加热器材料的选择 192

一、电热元件材料的一般要求 192

二、电加热器材料的选择 192

三、金属电热材料的化学成分、性质及适用范围 194

第三节 电加热器功率的确定 194

第四节 电热元件的电气计算 196

一、电加热器功率的计算 196

二、电加热器端电压的选择 196

三、电加热器相数的选择 197

四、电加热器的温度调节方式 197

五、电热元件的计算 197

六、计算例题 198

第五节 螺旋形电炉丝的螺旋绕制计算 199

第六节 安全打气量的计算 200

第七节 电加热器的制造和安装维护 203

一、对电加热器零件的加工要求 203

二、电加热器的制作和安装 206

三、电加热器的维护和修理 207

第八节 增加电加热器功率的措施 208

第九节 附录 210

一、部分氨合成塔电加热器主要技术性能汇总表 210

二、感应电压调整器技术规格汇总表 211

第六章 内件工艺计算 212

第一节 基础数据的计算 212

一、高压下含氨混合气体物性数据(比热，导热系数及粘度) 212

二、反应热 217

三、氨合成反应平衡常数和氨平衡浓度 218

四、最适宜温度 219

五、氨合成反应速度 220

六、活性系数Ef 223

七、混合气体的压缩性 226

八、内表面利用率 227

第二节 氨合成塔的物料和热量衡算 229

一、氨合成塔的物料衡算 229

二、氨合成塔的热量衡算 230

第三节 触媒筐的工艺计算 236

一、触媒筐内各项给热系数计算 236

二、触媒用量和触媒层温度、浓度分布计算概述 237

三、计算氨含量法 238

四、各种结构型式触媒用量和温度分布计算 239

五、微分法 253

六、轴向塔触煤层冷管排列计算 270

七、轴向塔触媒层的径向温度分布估算 273

第四节 换热器的计算 274

一、列管式换热器 274

二、螺旋板式换热器 276

三、波纹板式换热器 280

第五节 废热锅炉 282

第六节 阻力计算 283

一、触媒层阻力 283

二、热交换器阻力 284

三、电加热器阻力 287

四、其它阻力计算 288

第七节 径向塔内气体分布计算 290

一、锥形分布器 290

二、不等小孔分布器 292

三、不同孔数的分布器 295

四、例题 296

第八节 生产实践的反算 301

一、数据的整理 301

二、触媒层传热系数Kro的反算 301

三、触媒活性系数Zf的反算方法 302

第七章 材料 303

第一节 氨合成塔材料的选择 303

第二节 氢、氮、氨混合气对钢材的腐蚀 303

一、钢的氢腐蚀 303

(一)氢对钢的性能和组织的影响 303

(二)氢腐蚀的机理 304

(三)影响氢腐蚀的因素 309

(四)氢腐蚀试验方法的一些问题 316

二、钢的氮腐蚀 317

第三节 外筒材料 321

一、简介 321

二、国内氨合成塔外筒各零部件曾经使用和建议采用的部分材料 323

三、氨合成塔部分锻件锻造工艺性能 323

四、氨合成塔用碳素钢及普通低合金钢热轧厚钢板主要加工工艺性能 325

五、氨合成塔用钢材高温性能推荐值 327

六、国外氨合成塔外筒用材概况 334

第四节 氨合成塔内件及废热锅炉用材 336

一、对内件用材的基本要求 336

二、国内氨合成塔内件各零部件曾经使用和正在使用的部分材料 337

三、内件材料的使用情况 337

四、使用1Crl8NigTi设计中应考虑的问题 339

五、废热锅炉用材 339

六、内件焊接材料 340

七、保温铁皮用材 340

八、保温材料 340

第八章 氨合成塔的强度计算 342

第一节 氨合成塔外筒的结构和设计特点 342

第二节 筒体的设计和计算 343

一、圆筒形高压容器 343

二、球形高压容器 344

三、内压和温差同时存在时容器的强度计算 344

四、温差应力的计算 345

(一)单层圆筒形高压容器的温差应力计算 345

(二)组合圆筒形高压容器的温差应力计算 345

(三)单层球形高压容器的温差应力计算 346

(四)不计算温差应力范围 346

五、双层热套式高压容器的强度计算 346

六、安全系数和许用应力 347

第三节 密封和零部件的设计计算 349

一、平垫密封 349

二、双锥密封 352

三、卡扎里密封 353

四、O形环密封 359

五、N.E.C.密封 362

六、伍德密封 364

七、布里奇曼密封 366

八、B形环密封 369

九、三角垫密封 369

十、C形环密封 371

十一、八角垫密封 375

十二、零部件设计计算 378

(一)筒体顶部、端部法兰、结构形式 378

(二)结构尺寸的确定 378

十三、开孔补强设计 391

(一)等面积补强法 391

(二)整体补强法 392

第四节 氨合成塔内件强度计算(触媒筐筒体及底板的计算) 397

一、概述 397

二、计算方法 398

第五节 内件受压元件的强度计算 417

一、触媒筐上盖板的强度校核 417

二、螺栓应力校核 417

三、分气盒上下盖板的强度计算 418

四、换热器管板的强度计算 424

五、外压锥形底的计算 428

第六节 内件温度应力计算 430

一、壁温的计算 430

二、波纹膨胀节的计算 431

三、填料函 433

四、附录 434

第九章 氨合成塔的制造 438

第一节 原材料的检验 438

第二节 原材料的矫形和净化 438

一、矫形 438

二、净化 439

第三节 氨合成塔外筒的制造 439

一、单层卷焊式氨合成塔外筒的制造 439

二、层板包扎式氨合成塔外筒的制造 442

三、槽形绕带式氨合成塔外筒的制造 444

四、扁平钢带倾角错绕式氨合成塔外筒的制造 447

五、热套式氨合成塔外筒的制造 448

六、绕板式氨合成塔外筒的制造 449

第四节 氨合成塔内件的制造 450

一、三套管式触媒筐的制造 450

二、单管并流式触媒筐的制造 452

三、U形冷管式触媒筐的制造 453

四、鼠笼式径向触媒筐的制造 454

五、螺旋冷板式径向触媒筐的制造 455

六、列管式换热器的制造 457

七、螺旋板式换热器的制造 458

八、波纹板式换热器的制造 459

第五节 氨合成塔的检验 460

第六节 氨合成塔的试压 461

第七节 附录φ1000毫米氨合成塔内件制造技术条件 463

第十章 氨合成塔的安装和维护检查 467

第一节 氨合成塔的安装 467

一、施工前的准备 467

(一)施工前应具备的技术资料 467

(二)施工前现场应做好的准备工作 467

(三)氨合成塔的运输和检验 467

二、氨合成塔的安装 468

(一)概述 468

(二)底座的安装 469

(三)外筒的安装 470

(四)内件的安装 472

(五)电加热器的试验 472

(六)试车 473

三、安装安全技术 473

(一)施工现场 473

(二)设备运输 473

(三)设备吊装 474

(四)设备试压 474

(五)设备的组对和吹净 474

四、交工验收技术文件 474

五、附录 474

(一)高压螺栓预紧力的计算 474

(二)氨合成塔的部分验收项目和检验方法 478

第二节 氨合成塔的维护和检查 482

一、氨合成塔的维护 482

二、氨合成塔的检查 483

第十一章 国外氨合成塔内件结构发展概况 486

第一节 国外氨合成塔内件结构发展的主要特点 486

第二节 单层触媒的内件结构 488

一、逆流式内件结构 488

二、并流式内件结构 492

第三节 多层触媒的内件结构 493

一、凯洛格轴向流动合成塔 493

二、径向流动合成塔 505

三、轴向-径向流动合成塔 510

四、I.C.I.轴向冷漱式合成塔 511

五、捷克斯洛伐克轴向冷激式合成塔 515

六、卧式合成塔 516

(一)伍德式卧式合成塔 516

(二)奥地利氮素公司卧式合成塔 516

(三)凱洛格臥式合成塔 518

七、绝热型合成塔 520

八、立式多层间接换热式合成塔 525

九、塔内副产蒸汽合成塔 526

十、球形合成塔 528

附录 532

附表 532

附图 547