60万吨硫酸低温热能回收装置硫酸蒸发器的设计(附件)
本设备在现代硫酸蒸发器的基础上，经过认真分析和研究现在该类设备的优点和缺点，并对其进行改进和优化而形成的。最终目的是本设备在提高生产率并为企业和国家创造财富的同时，也为国家的环保及可持续发展注入活力。本文首先介绍了硫酸低温位热能回收蒸发器的结构和工作原理，采用了双管板结构，当管程管板与列管焊缝发生泄漏，或者管程管板与换热管胀接处发生泄漏时，浓硫酸不会与壳程的水接触，给检修留下了足够的时间，大大提高了设备的运行安全性。最后，就设计过程中的制造工艺和检测手段进行简要说明。关键词 U型管换热器，结构，强度，设计计算目 录
1 引言 1
1.1 硫酸蒸发器行业背景分析 1
1.2 硫酸蒸发低温热能回收流程 1
1.3 硫酸热能回收装置现状 3
1.4 硫酸热能回收装置作用 4
1.5 关于余热回收的国家鼓励政策 4
2 设备总体设计方案 5
2.1 整体连接方案 5
2.2 工作环境分析 6
2.3 蒸发器结构形式 8
3 设备具体结构参数设计 10
3.1 换热管尺寸规格选取 12
3.2 筒体选材及数据的确定 13
3.3 管板的设计 14
3.4 封头的设计 17
3.5 筒体连接法兰的选取 20
3.6 支座的选取 21
3.7 管箱的设计 22
4 主要制造工艺 24
4.1 板料成形 24
4.2 焊接工艺 24
4.3 锻造工艺 26
5 主要检测手段 26
5.1 无损检测 26
5.2 水压检测 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
引言
在生产硫酸的时候硫酸会丧失很多的热量，在这个过程中会产生很多不同温度范围内的热量，一般我们会把这些不同温度范围内的热能分成三个部分，低温热、中温热和高温热。国内有很多企业工厂都在做硫磺制酸，在这过程中，高温和中温的热能都得到了大量的回收，但是总
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r /> 5.2 水压检测 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
引言
在生产硫酸的时候硫酸会丧失很多的热量，在这个过程中会产生很多不同温度范围内的热量，一般我们会把这些不同温度范围内的热能分成三个部分，低温热、中温热和高温热。国内有很多企业工厂都在做硫磺制酸，在这过程中，高温和中温的热能都得到了大量的回收，但是总热能中有20％-30％的低温位余热一般都会随着冷却水而白白流失。如果能够把这些低温位余热都利用起来是很有意义的。这些年我国很多大型企业都在做一些有关硫酸的生产装置，所以国家制定了很多政策来鼓励他们进行低温位热能回收的研发，并且把这些项目列入国家节能减排项目之中。硫酸低温热能回收系统中的重要部分包括了，混合器、高温吸收塔、高温循环酸泵、蒸汽发生器、锅炉给水加热器等。
1．1 行业背景
近年来，企业把硫酸制造过程中温度较低的那一部分回收充分利用的技术已经成为这个行业之中最炙手可热的技术。制造硫酸时所产生的热量最大程度地被这个技术所吸收，目前的热能回收程度已经提升到超过了90%，而之前的热能回收程度只有60%～70%。我国现在至少有18家制造硫酸的公司安装了较低温度的热量回收装置并且已经全面使用的装置大约有1500万吨规模；有18家企业大约1000万吨产能的装置将要配置该系统；以后大约有1000万吨的产能将要使用该装置，到那个时候硫酸的热能利用程度将会至少上升到95%。现在硫磺制酸已经被很多企业当作重要的能源来发展利用，但是还只能保持在65%左右的利用率的现状还不太理想。低温热能回收系统将在“十二五”之后大幅度的增加，现在热能的使用程度是65%左右，不过到了那个时候热能的使用程度将会达到至少95%，并且每吨硫酸产生的蒸汽会升至1.8吨，全国每年有3000万吨的产能将会增长蒸汽2000万吨，这就相当于180万吨的标准煤被节约了下来，数量还是很大的，只要换算一下就可以知道因此而减少了二氧化碳排放量420万吨。为环境保护贡献了很大的一份力量。
1. 2 硫酸蒸发器低温热能回收流程
SO2气体从转化器三段出来会首先进入HRS塔，气体中的SO2会被塔内的循环酸吸收，接着生成浓硫酸，HRS塔内的循环酸会把之前的反应热和烟气冷却的热全部都带走。塔顶有一个除雾器，烟气被除雾后会离开HRS塔进入第一吸收塔，接着会沿着原来的路线进入原来的生产系统。大约温度在220℃左右的循环酸会通过HRS塔底泵槽用泵送到卧式的HRS锅炉，和脱盐水在锅炉内换热把热能回收接着产生蒸汽，大部分换热后的酸会进入稀释器从而控制其浓度要达到99%以上，最后再回到HRS塔；有少部分的酸在HRS加热器中加热然后给HRS锅炉给水，锅炉给水将会吸收大量的热量，接着，循环槽里会有来自其它塔的酸和之前大约100℃的酸在这里进行混合起来。HRS锅炉产生的蒸汽全传到全厂的蒸汽管网中。HRS锅炉中的水都会经过扩容器降温降压后安全排放掉。这就是硫酸装置HRS系统主要的工作流程。硫酸蒸发器工作示意图如（图1-1）所示。
图1-1 硫酸蒸发器工作示意图
本课题所研究的硫酸低温热能回收装置是这样工作的：硫酸在U型管里面温度慢慢变低，换热器里的水因为吸热在壳程内转化为水蒸气，蒸汽会携有一些饱和水经过上升管然后进入汽包，这时蒸汽和水将会被分成两部分，接着蒸汽会通过管道传送出去并且很好地被利用起来，而饱和水就会继续回到换热器的壳程里下次重复使用。本次设计的换热器总体结构如（图1-2）所示。
图1-2 U型管换热器结构示意图
1. 3 硫酸热能回收装置现状
目前，海内外很多公司都设计生产了硫酸较低温度的回收装置，但是发展比较成熟的却不多。国外在这项技术上比较成熟的公司主要有美国的MECS公司和德国LURGI公司分别是HRS系统和HEROS系统。国内的企业有南京化工设计院和上海奥格利环保工程有限公司分别开发的是硫酸低温位热能回收系统和DWHS系统。
（1）两段塔式结构吸收塔是美国MECS公司的HRS系统采用的结构形式，因为是单个塔设计，所以设备比较少，循环酸浓度范围能够有效地被控制在99.1%～99.6%；当超过了这个范围的时候，这时系统设备的腐蚀速度就会加快；将会增加低压蒸汽量0.5t/t酸；系统中的所有设备都会采用特种抗腐蚀的合金材料ZeCor系列合金进行制造，这样就能够防止硫酸的强腐蚀能力，但是也会使造价很高，及时生产工艺技术比较成熟，生产经验也比较丰富。
（2）HEROS采用的是双塔式设计，这也是德国LURGI公司所生产设计的。这个系统，这个设备的优点有很多，例如，尺寸较小、不需要大的占地面积、并且安装也很简便等，这是因为该系统增加了一个降膜吸收塔。此外，该系统循环酸的浓度操作范围比较大，控制在97.5～99.5%；蒸汽的产量增加的比较少，大概每吨酸产0.5吨的蒸汽；因为所有的设备也会采用特种的合金进行制
1 引言 1
1.1 硫酸蒸发器行业背景分析 1
1.2 硫酸蒸发低温热能回收流程 1
1.3 硫酸热能回收装置现状 3
1.4 硫酸热能回收装置作用 4
1.5 关于余热回收的国家鼓励政策 4
2 设备总体设计方案 5
2.1 整体连接方案 5
2.2 工作环境分析 6
2.3 蒸发器结构形式 8
3 设备具体结构参数设计 10
3.1 换热管尺寸规格选取 12
3.2 筒体选材及数据的确定 13
3.3 管板的设计 14
3.4 封头的设计 17
3.5 筒体连接法兰的选取 20
3.6 支座的选取 21
3.7 管箱的设计 22
4 主要制造工艺 24
4.1 板料成形 24
4.2 焊接工艺 24
4.3 锻造工艺 26
5 主要检测手段 26
5.1 无损检测 26
5.2 水压检测 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
引言
在生产硫酸的时候硫酸会丧失很多的热量，在这个过程中会产生很多不同温度范围内的热量，一般我们会把这些不同温度范围内的热能分成三个部分，低温热、中温热和高温热。国内有很多企业工厂都在做硫磺制酸，在这过程中，高温和中温的热能都得到了大量的回收，但是总
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r /> 5.2 水压检测 27
结论 28
致谢 29
参考文献 30
引言
在生产硫酸的时候硫酸会丧失很多的热量，在这个过程中会产生很多不同温度范围内的热量，一般我们会把这些不同温度范围内的热能分成三个部分，低温热、中温热和高温热。国内有很多企业工厂都在做硫磺制酸，在这过程中，高温和中温的热能都得到了大量的回收，但是总热能中有20％-30％的低温位余热一般都会随着冷却水而白白流失。如果能够把这些低温位余热都利用起来是很有意义的。这些年我国很多大型企业都在做一些有关硫酸的生产装置，所以国家制定了很多政策来鼓励他们进行低温位热能回收的研发，并且把这些项目列入国家节能减排项目之中。硫酸低温热能回收系统中的重要部分包括了，混合器、高温吸收塔、高温循环酸泵、蒸汽发生器、锅炉给水加热器等。
1．1 行业背景
近年来，企业把硫酸制造过程中温度较低的那一部分回收充分利用的技术已经成为这个行业之中最炙手可热的技术。制造硫酸时所产生的热量最大程度地被这个技术所吸收，目前的热能回收程度已经提升到超过了90%，而之前的热能回收程度只有60%～70%。我国现在至少有18家制造硫酸的公司安装了较低温度的热量回收装置并且已经全面使用的装置大约有1500万吨规模；有18家企业大约1000万吨产能的装置将要配置该系统；以后大约有1000万吨的产能将要使用该装置，到那个时候硫酸的热能利用程度将会至少上升到95%。现在硫磺制酸已经被很多企业当作重要的能源来发展利用，但是还只能保持在65%左右的利用率的现状还不太理想。低温热能回收系统将在“十二五”之后大幅度的增加，现在热能的使用程度是65%左右，不过到了那个时候热能的使用程度将会达到至少95%，并且每吨硫酸产生的蒸汽会升至1.8吨，全国每年有3000万吨的产能将会增长蒸汽2000万吨，这就相当于180万吨的标准煤被节约了下来，数量还是很大的，只要换算一下就可以知道因此而减少了二氧化碳排放量420万吨。为环境保护贡献了很大的一份力量。
1. 2 硫酸蒸发器低温热能回收流程
SO2气体从转化器三段出来会首先进入HRS塔，气体中的SO2会被塔内的循环酸吸收，接着生成浓硫酸，HRS塔内的循环酸会把之前的反应热和烟气冷却的热全部都带走。塔顶有一个除雾器，烟气被除雾后会离开HRS塔进入第一吸收塔，接着会沿着原来的路线进入原来的生产系统。大约温度在220℃左右的循环酸会通过HRS塔底泵槽用泵送到卧式的HRS锅炉，和脱盐水在锅炉内换热把热能回收接着产生蒸汽，大部分换热后的酸会进入稀释器从而控制其浓度要达到99%以上，最后再回到HRS塔；有少部分的酸在HRS加热器中加热然后给HRS锅炉给水，锅炉给水将会吸收大量的热量，接着，循环槽里会有来自其它塔的酸和之前大约100℃的酸在这里进行混合起来。HRS锅炉产生的蒸汽全传到全厂的蒸汽管网中。HRS锅炉中的水都会经过扩容器降温降压后安全排放掉。这就是硫酸装置HRS系统主要的工作流程。硫酸蒸发器工作示意图如（图1-1）所示。
图1-1 硫酸蒸发器工作示意图
本课题所研究的硫酸低温热能回收装置是这样工作的：硫酸在U型管里面温度慢慢变低，换热器里的水因为吸热在壳程内转化为水蒸气，蒸汽会携有一些饱和水经过上升管然后进入汽包，这时蒸汽和水将会被分成两部分，接着蒸汽会通过管道传送出去并且很好地被利用起来，而饱和水就会继续回到换热器的壳程里下次重复使用。本次设计的换热器总体结构如（图1-2）所示。
图1-2 U型管换热器结构示意图
1. 3 硫酸热能回收装置现状
目前，海内外很多公司都设计生产了硫酸较低温度的回收装置，但是发展比较成熟的却不多。国外在这项技术上比较成熟的公司主要有美国的MECS公司和德国LURGI公司分别是HRS系统和HEROS系统。国内的企业有南京化工设计院和上海奥格利环保工程有限公司分别开发的是硫酸低温位热能回收系统和DWHS系统。
（1）两段塔式结构吸收塔是美国MECS公司的HRS系统采用的结构形式，因为是单个塔设计，所以设备比较少，循环酸浓度范围能够有效地被控制在99.1%～99.6%；当超过了这个范围的时候，这时系统设备的腐蚀速度就会加快；将会增加低压蒸汽量0.5t/t酸；系统中的所有设备都会采用特种抗腐蚀的合金材料ZeCor系列合金进行制造，这样就能够防止硫酸的强腐蚀能力，但是也会使造价很高，及时生产工艺技术比较成熟，生产经验也比较丰富。
（2）HEROS采用的是双塔式设计，这也是德国LURGI公司所生产设计的。这个系统，这个设备的优点有很多，例如，尺寸较小、不需要大的占地面积、并且安装也很简便等，这是因为该系统增加了一个降膜吸收塔。此外，该系统循环酸的浓度操作范围比较大，控制在97.5～99.5%；蒸汽的产量增加的比较少，大概每吨酸产0.5吨的蒸汽；因为所有的设备也会采用特种的合金进行制
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