煤气化装置中氮气缓冲罐设计【字数：13335】
缓冲罐属于压力容器的范畴，而压力容器是指承载一定压力，以气体或者液体为介质的密封装置。压力容器通常处于高温、高压、强腐蚀的工作环境下，相较于其他行业，工作环境显得更加恶劣。依据压力等级、介质的可燃性和毒性等级以及在工艺过程中作用的不同，压力容器可分为三类，而我所设计的氮气缓冲罐属于压力容器中的Ⅱ类。缓冲罐的用途广泛，在工业、民用、军工以及科研等诸多领域都具有十分重要的作用。缓冲罐使用压缩空气的方法来缓解系统的压力波动，使系统工作更加平稳，它可分为吸入缓冲罐和排出缓冲罐两类。吸入缓冲罐通过增加吸入管路流量的均匀性来达到减少流量损失的效果；排出缓冲罐通过合理分配排出管路流量，避免产生过流量，从而满足工艺需要。因而设计出一个具有良好稳压效果的缓冲罐能够解决煤气化设备运行中出现的各种安全问题。根据结构的不同，缓冲罐可分为隔膜式和气囊式。在罐体与隔膜之间预充有一定压力的气体介质，称之为隔膜式缓冲罐；而对于罐体与气囊之间预充有一定压力的气体介质的缓冲罐，则称之为气囊式缓冲罐。隔膜式缓冲罐适应恶劣工作环境的能力较差，罐体容易生锈，因此在市场中占据的份额不高。目前市场上占主导地位的气囊式缓冲罐主要是意大利品牌，如Aquasystem。煤气化装置是煤气化过程的核心设备，通过对原材料中各物质的合理分配，在转化过程中营造良好的环境，可以极大地提高煤气化的利用率，这其中氮气缓冲罐对于设备稳定安全运行起着重大作用。本设计是采用立式球形封头氮气缓冲罐，该缓冲罐主要由筒体、封头、法兰、接管及支座组成，罐体上还配有氮气进口、氮气出口、安全阀口以及压力计。先根据设计压力和设计温度等主要设计参数确定氮气缓冲罐的主要零部件的材料与结构形式，然后根据设计参数与所查的国家标准，依据中径公式，可先求得罐体的壁厚，然后是封头的尺寸参数，接着是接管、法兰、垫片、螺栓等标准件的尺寸，计算完成之后还要进行强度的校核，观察是否达到设计的标准。通过此次毕业设计，我了解了压力容器的设计流程，认识到了相关国家标准的应用范围，并独立完成了氮气缓冲罐的结构设计与图形绘制，加深了我对化工机械的认识，增强了我的思考能力与实践能力。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和课题意义 1
1.2 课题解决思路与研究方法 2
1.3 氮气缓冲罐设计特点 2< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 1.4 煤气化技术研究的基础、现状和趋势 2
1.4.1 煤气化技术研究基础 2
1.4.2 煤气化技术研究的现状 3
1.4.3 煤气化技术研究的趋势 5
1.5 SHELL粉煤加压气化技术 5
第二章 材料及结构的选择与论证 7
2.1 设计要求 7
2.2 结构的选择 7
2.2.1 封头的选择 7
2.2.2 容器支座的选择 8
2.2.3 法兰类型 12
2.3 材料的选择 13
第三章 缓冲罐的结构设计 15
3.1 筒体壁厚计算 15
3.2 封头壁厚计算 15
3.3 筒体和封头的结构设计 16
3.3.1 封头的结构尺寸 16
3.3.2 筒体的长度计算 17
第四章 开孔补强及强度校核 19
4.1 筒体的开孔补强 19
4.1.1 氮气进口与氮气出口的开孔补强 19
4.1.2 压力计开口的开孔补强 21
4.1.3 人孔的开孔补强 23
4.2 封头的开孔补强 24
4.2.1安全阀开口的开孔补强 24
4.2.2 排净管开口的开孔补强 26
4.3 强度校核 27
4.3.1 筒体的强度校核 27
4.3.2 封头的强度校核 28
第五章 三维建模及有限元分析 30
5.1 整体模型及有限元分析 30
5.2 封头模型及有限元分析 33
5.2.1 上封头的三维模型及有限元分析 33
5.2.2 下封头的三维模型及有限元分析 34
5.3 各接管的有限元分析 34
5.3.1 人孔管的有限元分析 34
5.3.2 氮气进口管的有限元分析 35
5.3.3 氮气出口管的有限元分析 35
5.3.4 压力计接管的有限元分析 36
第六章 缓冲罐附属设施 37
6.1 梯子 37
6.2 支座 37
6.3 接管 38
6.3.1 氮气进口管和氮气出口管 38
6.3.2 压力计接管 38
6.3.3 人孔管 38
6.3.4 安全阀接管 38
6.3.5 排净管 38
6.4 检测控制仪表（压力计） 39
6.5 人孔附件 39
第七章 设备维护 40
7.1 保持完好的防腐层 40
7.2 加强停用期间的维护 40
7.3 加强操作人员安全规范 40
第八章 结论 42
参考文献 43
致谢 45
第一章 绪论
1.1 选题目的和课题意义
煤的气化技术是现代新型煤化工的基础，通过对煤进行处理从而形成了一系列的煤化工分产业链，生产出如甲醇等一级产品和乙烯等二级产品。煤气化装置作为行业中的关键设备，对于产品以及经济效益的好坏有着举重若轻的作用。目前国内与国外的煤气化技术众多，众多技术都存在不同的优点以及缺点，故应该根据它们自身的适应场合，选取较为合理的煤气化技术，这才是煤气化技术发展的有效途径。
中国的土地里蕴含着丰富的矿产资源，煤炭作为资源结构的重要组成部分，如何开发利用好煤炭，对于我们实现社会的进步和科技的发展具有十分重要的战略意义。为了充分利用好煤炭资源，国家在煤气化技术上投入了大量的人力和物力，希望通过将煤炭进行更加科学的加工能够实现环境的持久保护。煤气化装置是煤气化过程的核心设备，通过对原材料中各物质的合理分配，在转化过程中营造良好的环境，可以极大地提高煤气化的利用率，这其中缓冲罐对于设备稳定安全运行起着重大作用。
氮气无色无味且无毒，在空气中所占比例接近百分之八十。氮气化学性质不活泼，不易和其他物质发生反应，常用于制作防腐剂，这也是煤气化装置中选用氮气作为气源的一个重要原因。通常市场上供应的氮气都储存于黑色气体瓶中，但大型工业生产中的氮气来自空分装置，通常处于高压状态，要维持系统的稳定运行，就要对其进行降压，这就需要氮气缓冲罐充当维护设备安全的角色，如壳牌煤气化装置，在它的高压氮气系统中，超高压氮气进入氮气缓冲罐缓冲后再经装置调节，被分成了两部分：一部分经过高压氮气加热后被送往飞灰锁斗处吹扫，另一部分被送往负责除灰单元各处的吹扫。
通过缓冲罐的设计，我能够建立起自己的设计体系，熟悉了压力容器设计的流程，认识到到了多看书和多提问是解决问题的关键。通过计算结构参数、三维绘图，了解了设计过程存在的问题并学会了如何完善设计理念，查询设计手册等有关设计资料进行完善，为以后步入机械设计工作打下了一个良好的基础。
1.2 课题解决思路与研究方法
1.查阅相关文献，对国内外煤气化技术的研究进展具有一定的认识，了解N2缓冲罐的最新进展，能够理解缓冲罐在煤气化装置中所起的作用；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题目的和课题意义 1
1.2 课题解决思路与研究方法 2
1.3 氮气缓冲罐设计特点 2< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 1.4 煤气化技术研究的基础、现状和趋势 2
1.4.1 煤气化技术研究基础 2
1.4.2 煤气化技术研究的现状 3
1.4.3 煤气化技术研究的趋势 5
1.5 SHELL粉煤加压气化技术 5
第二章 材料及结构的选择与论证 7
2.1 设计要求 7
2.2 结构的选择 7
2.2.1 封头的选择 7
2.2.2 容器支座的选择 8
2.2.3 法兰类型 12
2.3 材料的选择 13
第三章 缓冲罐的结构设计 15
3.1 筒体壁厚计算 15
3.2 封头壁厚计算 15
3.3 筒体和封头的结构设计 16
3.3.1 封头的结构尺寸 16
3.3.2 筒体的长度计算 17
第四章 开孔补强及强度校核 19
4.1 筒体的开孔补强 19
4.1.1 氮气进口与氮气出口的开孔补强 19
4.1.2 压力计开口的开孔补强 21
4.1.3 人孔的开孔补强 23
4.2 封头的开孔补强 24
4.2.1安全阀开口的开孔补强 24
4.2.2 排净管开口的开孔补强 26
4.3 强度校核 27
4.3.1 筒体的强度校核 27
4.3.2 封头的强度校核 28
第五章 三维建模及有限元分析 30
5.1 整体模型及有限元分析 30
5.2 封头模型及有限元分析 33
5.2.1 上封头的三维模型及有限元分析 33
5.2.2 下封头的三维模型及有限元分析 34
5.3 各接管的有限元分析 34
5.3.1 人孔管的有限元分析 34
5.3.2 氮气进口管的有限元分析 35
5.3.3 氮气出口管的有限元分析 35
5.3.4 压力计接管的有限元分析 36
第六章 缓冲罐附属设施 37
6.1 梯子 37
6.2 支座 37
6.3 接管 38
6.3.1 氮气进口管和氮气出口管 38
6.3.2 压力计接管 38
6.3.3 人孔管 38
6.3.4 安全阀接管 38
6.3.5 排净管 38
6.4 检测控制仪表（压力计） 39
6.5 人孔附件 39
第七章 设备维护 40
7.1 保持完好的防腐层 40
7.2 加强停用期间的维护 40
7.3 加强操作人员安全规范 40
第八章 结论 42
参考文献 43
致谢 45
第一章 绪论
1.1 选题目的和课题意义
煤的气化技术是现代新型煤化工的基础，通过对煤进行处理从而形成了一系列的煤化工分产业链，生产出如甲醇等一级产品和乙烯等二级产品。煤气化装置作为行业中的关键设备，对于产品以及经济效益的好坏有着举重若轻的作用。目前国内与国外的煤气化技术众多，众多技术都存在不同的优点以及缺点，故应该根据它们自身的适应场合，选取较为合理的煤气化技术，这才是煤气化技术发展的有效途径。
中国的土地里蕴含着丰富的矿产资源，煤炭作为资源结构的重要组成部分，如何开发利用好煤炭，对于我们实现社会的进步和科技的发展具有十分重要的战略意义。为了充分利用好煤炭资源，国家在煤气化技术上投入了大量的人力和物力，希望通过将煤炭进行更加科学的加工能够实现环境的持久保护。煤气化装置是煤气化过程的核心设备，通过对原材料中各物质的合理分配，在转化过程中营造良好的环境，可以极大地提高煤气化的利用率，这其中缓冲罐对于设备稳定安全运行起着重大作用。
氮气无色无味且无毒，在空气中所占比例接近百分之八十。氮气化学性质不活泼，不易和其他物质发生反应，常用于制作防腐剂，这也是煤气化装置中选用氮气作为气源的一个重要原因。通常市场上供应的氮气都储存于黑色气体瓶中，但大型工业生产中的氮气来自空分装置，通常处于高压状态，要维持系统的稳定运行，就要对其进行降压，这就需要氮气缓冲罐充当维护设备安全的角色，如壳牌煤气化装置，在它的高压氮气系统中，超高压氮气进入氮气缓冲罐缓冲后再经装置调节，被分成了两部分：一部分经过高压氮气加热后被送往飞灰锁斗处吹扫，另一部分被送往负责除灰单元各处的吹扫。
通过缓冲罐的设计，我能够建立起自己的设计体系，熟悉了压力容器设计的流程，认识到到了多看书和多提问是解决问题的关键。通过计算结构参数、三维绘图，了解了设计过程存在的问题并学会了如何完善设计理念，查询设计手册等有关设计资料进行完善，为以后步入机械设计工作打下了一个良好的基础。
1.2 课题解决思路与研究方法
1.查阅相关文献，对国内外煤气化技术的研究进展具有一定的认识，了解N2缓冲罐的最新进展，能够理解缓冲罐在煤气化装置中所起的作用；
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