6万吨氯甲烷余热回收装置蒸发器的设计(附件)
分析了甲烷氯化物反应产物的热效应，针对热氯法制取甲烷氯化物的反应，设计了一套甲烷氯化物生产余热回收装置。确定了整套装置设计为蒸发段与汽包的结构形式，换热形式为热管换热。进行了壳体尺寸、热管结构形式、筒体法兰以及支座、吊耳等重要零部件的设计与选取。对此压力容器的主要生产工艺手段与检测手段进行了介绍。此套装备的出现，填补了目前国内氯甲烷余热回收领域的空白。不仅能够为企业创造一定的经济效应，也为社会节省了能源。符合当今社会绿色生产与节能减排的要求。关键词 甲烷氯化物，余热回收，固定管板式换热器目 录
1 设计引言 1
1．1 氯甲烷行业背景分析 1
1．2 氯甲烷热氯法生产流程 2
1．3 氯甲烷余热回收装置现状 3
1．4 氯甲烷余热回收装置作用 3
1．5 关于余热回收的国家鼓励政策 4
1．6 氯甲烷余热回收的意义 4
2 设备总体方案设计 5
2．1 整体连接方案 6
2．2 工作环境分析 7
2．3 换热结构形式 7
2.3.1 板式换热器 8
2.3.2 管式换热器 9
2.3.3 管壳式换热器 10
3 设备具体结构参数设计 11
3．1 蒸发段结构尺寸及形式确定 11
3.1.1 换热管尺寸规格选取 11
3.1.2 换热管排列方式选取 12
3.1.3 筒体选材数据的确定 13
3.1.4 管板厚度计算 14
3.1.5 封头的选取 15
3.1.6 筒体连接法兰的选取 17
3.1.7 支座的选取 20
3.1.8 膨胀节的选取 21
3.1.9 吊耳的选取 22
3.1.10 筒体长度的选取 26
3．2 汽包结构尺寸及形式确定 24
3.2.1 筒体厚度的选取 24
3.2.2 封头的选取 25
3.2.3 支座的选取 25
3.2.4 筒体长度的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
支座的选取 20
3.1.8 膨胀节的选取 21
3.1.9 吊耳的选取 22
3.1.10 筒体长度的选取 26
3．2 汽包结构尺寸及形式确定 24
3.2.1 筒体厚度的选取 24
3.2.2 封头的选取 25
3.2.3 支座的选取 25
3.2.4 筒体长度的计算 26
3.2.5 水位计接管的选取 26
3.2.6 安全阀的选取 26
3.2.7 压力表的选取 27
3.2.8 温度计的选取 27
3．3 接管尺寸及作用确定 28
4 主要制造工艺 29
4．1 板料成形 29
4．2 焊接工艺 30
4.2.1 焊接工艺分类 30
4.2.2 常用焊接坡口与接头 31
5 主要检测手段 32
5．1 无损检测 32
5．2 水压测试 33
5．3 氨检漏试验 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 设计引言
余热属于二次能源,它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物,是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量[1]；目前主要将余热回收的类型概括为以下几类：高温排气余热、高温产物和炉灰余热、冷却液余热、工业废水余热、化学放热反应余热、可燃废料余热。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%[2]；
回收利用余热的方式很多。按照一般的规律来讲，最好的余热利用形式为综合利用，而后是直接利用，最后才是是间接利用（比如余热发电）。所谓综合利用是指根据余热所具有的品质，按照温度高低的顺序来进行按阶梯利用的形式，其中余热品质高的可以用于工艺生产或者是余热发电；余热品质中等的（120度~160度）可以用于氨水吸收制冷设备从而制取-30度~5度的冷量，进而用于空调或工业；而低温余热可以用于制热或者采用吸收式热泵来提高热量的数量或者温度供生产和生活中使用。
1．1 氯甲烷行业背景分析
甲烷氯化物指包括一氯甲烷（又称氯甲烷）、二氯甲烷、三氯甲烷（也称为氯仿）、四氯化碳四种化学产物的总称，统称为CMS。是有机产品中第二大的大宗氯系产品，是重要的化工原料和有机溶剂。目前氯甲烷行业内的生产方法有两种，分别为甲醇氢氯化法以及甲烷氯化法。目前国内所采用的甲烷氯化物产品的主要生产工艺手段是甲烷高温氯化反应，通常的反应温度为400℃~450℃[3]；具体的化学反应式如下：
首先是甲烷与氯气反应从而生成一氯化物，具体的反应式如下：
CH4+CL2→CH3CL+HCL+ 100kJ/MOL
生成的氯甲烷还可以继续与氯发生取代反应从而进一步生成多氯化物，最终所得到的产品往往是四种氯甲烷的混合物。其反应式为：
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL + 99.2kJ/MOL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL + 100.4kJ/MOL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL + 102.1kJ/MOL
由热化学反应方程式可以看出热氯法生产甲烷氯化物的每一步都是放热反应，所以整个热氯法制造氯甲烷的工业生产生产中存在有余热回收的可能性。
但随着欧盟和美国对于含有二氯甲烷的脱漆剂和R22等的限制使用，氯甲烷的生产与需求将逐渐稳定在亚洲区域，尤其是中国。自2008年经济危机以来，氯甲烷市场一直处于产能过剩开工率偏低的疲软状态，导致氯甲烷的市场价格一落千丈。以一氯甲烷为例，由过去的4000元/吨左右降到目前的2000元/吨左右，行业利润空间被进一步大大压缩，库存压力变大，直接导致了许多中小规模的氯甲烷生产厂家的破产倒闭。目前国内的氯甲烷生产能力主要集中在几家规模比较大的化工企业手中，总的产量基本稳定在90~100万吨/年左右，多数的主要生产厂家单线生产能力已经达到了6万吨/年，由二氯甲烷以及三氯甲烷占据主体。
1．2 氯甲烷热氯法生产流程
在工业生产中甲烷氯化物的生产方法有很多种，若目的产物为四种氯甲烷混合
1 设计引言 1
1．1 氯甲烷行业背景分析 1
1．2 氯甲烷热氯法生产流程 2
1．3 氯甲烷余热回收装置现状 3
1．4 氯甲烷余热回收装置作用 3
1．5 关于余热回收的国家鼓励政策 4
1．6 氯甲烷余热回收的意义 4
2 设备总体方案设计 5
2．1 整体连接方案 6
2．2 工作环境分析 7
2．3 换热结构形式 7
2.3.1 板式换热器 8
2.3.2 管式换热器 9
2.3.3 管壳式换热器 10
3 设备具体结构参数设计 11
3．1 蒸发段结构尺寸及形式确定 11
3.1.1 换热管尺寸规格选取 11
3.1.2 换热管排列方式选取 12
3.1.3 筒体选材数据的确定 13
3.1.4 管板厚度计算 14
3.1.5 封头的选取 15
3.1.6 筒体连接法兰的选取 17
3.1.7 支座的选取 20
3.1.8 膨胀节的选取 21
3.1.9 吊耳的选取 22
3.1.10 筒体长度的选取 26
3．2 汽包结构尺寸及形式确定 24
3.2.1 筒体厚度的选取 24
3.2.2 封头的选取 25
3.2.3 支座的选取 25
3.2.4 筒体长度的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
支座的选取 20
3.1.8 膨胀节的选取 21
3.1.9 吊耳的选取 22
3.1.10 筒体长度的选取 26
3．2 汽包结构尺寸及形式确定 24
3.2.1 筒体厚度的选取 24
3.2.2 封头的选取 25
3.2.3 支座的选取 25
3.2.4 筒体长度的计算 26
3.2.5 水位计接管的选取 26
3.2.6 安全阀的选取 26
3.2.7 压力表的选取 27
3.2.8 温度计的选取 27
3．3 接管尺寸及作用确定 28
4 主要制造工艺 29
4．1 板料成形 29
4．2 焊接工艺 30
4.2.1 焊接工艺分类 30
4.2.2 常用焊接坡口与接头 31
5 主要检测手段 32
5．1 无损检测 32
5．2 水压测试 33
5．3 氨检漏试验 33
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
1 设计引言
余热属于二次能源,它是一次能源和可燃物料转换过程后的产物,是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量[1]；目前主要将余热回收的类型概括为以下几类：高温排气余热、高温产物和炉灰余热、冷却液余热、工业废水余热、化学放热反应余热、可燃废料余热。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%[2]；
回收利用余热的方式很多。按照一般的规律来讲，最好的余热利用形式为综合利用，而后是直接利用，最后才是是间接利用（比如余热发电）。所谓综合利用是指根据余热所具有的品质，按照温度高低的顺序来进行按阶梯利用的形式，其中余热品质高的可以用于工艺生产或者是余热发电；余热品质中等的（120度~160度）可以用于氨水吸收制冷设备从而制取-30度~5度的冷量，进而用于空调或工业；而低温余热可以用于制热或者采用吸收式热泵来提高热量的数量或者温度供生产和生活中使用。
1．1 氯甲烷行业背景分析
甲烷氯化物指包括一氯甲烷（又称氯甲烷）、二氯甲烷、三氯甲烷（也称为氯仿）、四氯化碳四种化学产物的总称，统称为CMS。是有机产品中第二大的大宗氯系产品，是重要的化工原料和有机溶剂。目前氯甲烷行业内的生产方法有两种，分别为甲醇氢氯化法以及甲烷氯化法。目前国内所采用的甲烷氯化物产品的主要生产工艺手段是甲烷高温氯化反应，通常的反应温度为400℃~450℃[3]；具体的化学反应式如下：
首先是甲烷与氯气反应从而生成一氯化物，具体的反应式如下：
CH4+CL2→CH3CL+HCL+ 100kJ/MOL
生成的氯甲烷还可以继续与氯发生取代反应从而进一步生成多氯化物，最终所得到的产品往往是四种氯甲烷的混合物。其反应式为：
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL + 99.2kJ/MOL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL + 100.4kJ/MOL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL + 102.1kJ/MOL
由热化学反应方程式可以看出热氯法生产甲烷氯化物的每一步都是放热反应，所以整个热氯法制造氯甲烷的工业生产生产中存在有余热回收的可能性。
但随着欧盟和美国对于含有二氯甲烷的脱漆剂和R22等的限制使用，氯甲烷的生产与需求将逐渐稳定在亚洲区域，尤其是中国。自2008年经济危机以来，氯甲烷市场一直处于产能过剩开工率偏低的疲软状态，导致氯甲烷的市场价格一落千丈。以一氯甲烷为例，由过去的4000元/吨左右降到目前的2000元/吨左右，行业利润空间被进一步大大压缩，库存压力变大，直接导致了许多中小规模的氯甲烷生产厂家的破产倒闭。目前国内的氯甲烷生产能力主要集中在几家规模比较大的化工企业手中，总的产量基本稳定在90~100万吨/年左右，多数的主要生产厂家单线生产能力已经达到了6万吨/年，由二氯甲烷以及三氯甲烷占据主体。
1．2 氯甲烷热氯法生产流程
在工业生产中甲烷氯化物的生产方法有很多种，若目的产物为四种氯甲烷混合
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