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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Ef223

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