甲醇制氫生產(chǎn)裝置管道設(shè)計(jì)方案

甲醇制氫生產(chǎn)裝置管道設(shè)計(jì)方案1.1管子選型(1)材料——綜合考慮設(shè)計(jì)溫度、壓力以及腐蝕性（包括氫腐蝕），本裝置主管道選擇20g無縫鋼管，理由如下：①腐蝕性——本生產(chǎn)裝置原料甲醇、導(dǎo)熱油對材料無特殊腐蝕性；產(chǎn)品氫氣對產(chǎn)品可能產(chǎn)生氫腐蝕，但研究表明碳鋼在220℃以下氫腐蝕反應(yīng)速度極慢，而且氫分壓不超過1.4MPa時(shí)，不管溫度有多高，都不會發(fā)生嚴(yán)重的氫腐蝕。本裝置中臨氫部分最高工作溫度為300℃，雖然超過220℃，但轉(zhuǎn)化氣中氫氣的分壓遠(yuǎn)低于1.4MPa。所以20g無縫鋼管符合抗腐蝕要求。②溫度——20g無縫鋼管的最高工作溫度可達(dá)475℃，溫度符合要求。③經(jīng)濟(jì)性——20g無縫鋼管屬于碳鋼管，投資成本和運(yùn)行維護(hù)均較低。二氧化碳用于食品，其管道選用不銹鋼。(2)管子的規(guī)格尺寸的確定及必要的保溫層設(shè)計(jì)①導(dǎo)熱油管道的規(guī)格和保溫結(jié)構(gòu)的確定流量＝110031.3Kg/h＝0.028m3/s流速范圍0.5～2.0m/s取為2.0m/s則 Di＝＝133.5mm壁厚t＝＝＝0.267mmSch.x=1000×=1000×=3查表應(yīng)選用Sch.5系列得管子故選擇RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道規(guī)格為φ159×4.5無縫鋼管流速校正u==1.584m/s保溫層計(jì)算:管道外表面溫度T0=320,環(huán)境年平均溫度Ta=20℃,年平均風(fēng)速為2m/s,采用巖棉管殼保溫,保溫結(jié)構(gòu)單位造價(jià)為750元/m3,貸款計(jì)息年數(shù)為5年,復(fù)利率為10%,熱價(jià)為10元/106kJ.設(shè)保溫層外表面溫度為30℃,巖棉在使用溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0609W/(m.K),表面放熱系數(shù)為12W/(m2.K)保溫工程投資償還年分?jǐn)偮蔛==0.264計(jì)算經(jīng)濟(jì)保溫層經(jīng)濟(jì)厚度=0.316查表得保溫層厚度δ=107mm.計(jì)算保溫后的散熱量=131.244W/m計(jì)算保溫后表面溫度==29.4℃計(jì)算出來的表面溫度29.4℃略低于最初計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)是假設(shè)的表面溫度30℃,故δ=107mm的保溫層可以滿足工程要求.②甲醇原料管道的規(guī)格流量＝1013.479Kg/h＝0.00036m3/s一般吸水管中流速u1=1m/s,出水管中流速u2=1.8m/s則 Di＝＝21.4mm/11.96mm故選擇PL0101管道規(guī)格為φ25×2無縫鋼管選擇PL0102管道規(guī)格為φ20×2無縫鋼管流速校正u1==1.04m/s,合適u2==1.79m/s③脫鹽水原料管道的規(guī)格流量＝851.123Kg/h＝0.00024m3/s計(jì)算過程同上選擇DNW0101管道規(guī)格為φ22×2無縫鋼管選擇DNW0102管道規(guī)格為φ18×2無縫鋼管流速校正u1==0.943m/su2==1.56m/s④甲醇水混合后原料管道的規(guī)格流量＝1868.802Kg/h＝0.00060m3/s計(jì)算過程同上選擇PL0103管道規(guī)格為φ32×2無縫鋼管選擇PL0104、PL0105管道規(guī)格為φ25×2無縫鋼管流速校正u1==0.974m/su2==1.732m/s⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的規(guī)格流量＝42000Kg/h＝0.0012m3/s計(jì)算過程同上選擇PL0106管道規(guī)格為φ48×4無縫鋼管選擇PL0107、PL0108管道規(guī)格為φ38×3無縫鋼管流速校正u1==0.962m/su2==1.39m/s⑥冷卻水管道的規(guī)格流量＝95465Kg/h＝0.027m3/s計(jì)算過程同上選擇CWS0101管道規(guī)格為φ159×4.5無縫鋼管選擇CWS0102、CWR0101管道規(guī)格為φ133×4無縫鋼管流速校正u1==1.5m/su2==2.2m/s⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合氣管道的規(guī)格流量＝1868.802Kg/h＝0.043m3/s計(jì)算過程同上200℃:壁厚t＝＝＝0.656mm300℃:壁厚t＝＝＝0.8mm選擇PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道規(guī)格為φ89×4.5無縫鋼管流速校正u1==8.55m/s⑧其它管道規(guī)格尺寸選擇PG0105管道規(guī)格為φ73×4PG0106管道規(guī)格為φ89×4.5PG0107管道規(guī)格為φ89×4.5PL0109管道規(guī)格為φ32×4類似以上管道規(guī)格的計(jì)算過程,將本工藝所有主要管道工藝參數(shù)結(jié)果匯總于下表：序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度流量狀態(tài)流速公稱直徑材料1PG0106-80M1B氫氣1.650187.5氣相8.28020g2PG0101-80M1B甲醇54.5%水41.5%2001869氣相8.68020g3PG0102-80M1B-H3001869氣相8.68020g4PG0103-80M1BH210%CO273%H2O17%3001869氣相8.68020g5PG0104-80M1B-H2001869氣相8.68020g6PG0105-65M1BH212%CO288%501553氣相1.46520g7RO0101-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320110035液相1.615020g8RO0102-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320110035液相1.615020g9RO0103-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320110035液相1.615020g10RO0104-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320110035液相1.615020g11PL0101-20L1B甲醇常壓501013.5液相1.02020g12PL0102-15L1B甲醇常壓501013.5液相1.81520g13PL0103-32L1B原料液常壓501869液相1.03220g14PL0104-20M1B原料液1.6501869液相1.72020g15PL0105-20M1B原料液1.62001869液相1.72020g16PL0106-40L1B吸收液0.4504200液相1.04020g17PL0107-32L1B吸收液0.4504200液相1.43220g18PL0108-32L1B吸收液0.45042000液相1.43220g19DNW0101-20L1B脫鹽水0.350855液相0.92020g20DNW0102-15L1B脫鹽水0.350855液相1.61520g21CWS0101-150L1B冷卻水0.35095465液相1.5150鍍鋅管22CWS0102-125L1B冷卻水0.35095465液相2.2125鍍鋅管23CWR0101-125L1B冷卻水0.38095465液相2.2125鍍鋅管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501366氣相11800Cr18Ni925PL0109-20M1B工藝?yán)淠?.650280液相0.32020g1.2泵的選型整個(gè)系統(tǒng)有五處需要用泵:1.原料水輸送計(jì)量泵P01012.原料甲醇輸送計(jì)量泵P01023.混合原料計(jì)量泵P01034.吸收液用泵P01041.冷卻水用泵P0105甲醇計(jì)量泵P0102選型已知條件：甲醇正常投料量為1013.479kg/h。溫度為25℃。密度為0.807kg/L；操作情況為泵從甲醇儲槽中吸入甲醇，送入原料液儲罐，與水混合工藝所需正常的體積流量為：1013.479/0.807＝1251.86L/h泵的流量Q＝1.05×1251.86＝1318.65L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=807×9.81×88/106=0.697MPa泵的選型：查表得，JD1600/0.8型計(jì)量泵的流量為1600L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求純水計(jì)量泵P0101選型已知條件：水的正常投料量為851.123kg/h。溫度為25℃。密度為0.997kg/L；操作情況為泵從純水儲槽中吸入水，送入原料液儲罐，與甲醇混合工藝所需正常的體積流量為：851.123/0.997＝857.70L/h泵的流量Q＝1.05×857.70＝900.58L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=997×9.81×88/106=0.861MPa泵的選型：查表得，JD1000/1.3型計(jì)量泵的流量為1000L/h，壓力1.3MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求混合原料計(jì)量泵P0103選型已知條件：原料的正常投料量為1868.802kg/h。溫度為25℃。密度為0.860kg/L；操作情況為泵從原料液儲槽V0101中吸入原料，送入預(yù)熱器E0101工藝所需正常的體積流量為：1868.802/0.860＝2173.03L/h泵的流量Q＝1.05×2173.03＝2281.68L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H＝1.1×80＝88m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=860×9.81×88/106=0.742MPa泵的選型：查表得，JD2500/0.8型計(jì)量泵的流量為2500L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求（4）.吸收液用泵P0104已知條件:①吸收液的輸送溫度25℃,密度760Kg/m3.泵的正常流量為4200kg/h②操作情況,泵從吸收液儲槽中吸入吸收液,送入T0102中，再回解析塔解析出CO2，循環(huán)使用.確定泵的流量及揚(yáng)程工藝所需的正常體積流量為4200/1000=4.20m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×4.20=4.41m3/h所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，40W－40型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程40m,流量1.4m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率為4.0KW。選用該型號泵較合適。（5）.冷卻水用泵P0105已知條件:①水的輸送溫度25℃,密度997Kg/m3.泵的正常流量為95465kg/h②操作情況,泵從水槽中吸入水,送入冷凝器E0103中換熱，再冷卻送回水槽，循環(huán)使用.確定泵的流量及揚(yáng)程工藝所需的正常體積流量為95465/997=91.75m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×91.75=100.54m3/h所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，IS100-65-200型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程47m,流量120m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min，軸功率19.9KW，電機(jī)功率為22KW，效率77％。允許氣蝕余量4.8m,選用該型號泵較合適。1.3閥門選型從工藝流程圖可以知道需用閥門的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和接觸的介質(zhì)特性，據(jù)此數(shù)據(jù)選擇閥門的壓力等級和型式，匯總于下表：序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度公稱直徑閥門選型連接形式閥門型號1PG0106-80M1B氫氣1.65080法蘭閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C2RO0101-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320150法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等3RO0104-150L1B-H導(dǎo)熱油0.3320150法蘭4PL0101-20L1B甲醇常壓5020法蘭閘閥：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K（螺紋）等，截止閥：J41H-1.6C等止回閥：H41H-1.65PL0102-15L1B甲醇常壓5015法蘭6PL0103-32L1B原料液常壓5032法蘭、螺紋7DNW0101-20L1B脫鹽水0.35020法蘭、螺紋Z15W-1.0T8PG0107-80L1B食品二氧化碳0.45080螺紋閘閥：Z41H-1.6C等，截止閥：J41H-1.6C等9PL0107-32L1B吸收液0.45032法蘭、螺紋閘閥：Z15W-1.0T止回閥：H41H-1.610PL0109-20M1B工藝?yán)淠?.65020法蘭Z15W-1.0T1.3管道法蘭選型根據(jù)各管道的工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性和與之連接的設(shè)備、機(jī)器的接管和閥門等管件、附件的連接型式和尺寸等依據(jù)選擇法蘭，將本工藝管道的有關(guān)參數(shù)匯總于下表：序號所在管道編號管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度公稱直徑閥門公稱壓力等級法蘭選型法蘭類型密封面型式公稱壓力等級1PG0106-80M1B氫氣1.650802.5帶頸平焊法蘭凹凸面2.52PG0101-80M1B混合氣體2003PG0102-80M1B-H3004.04.04PG0103-80M1B3005PG0104-80M1B-H2002.52.56PG0105-65M1B50657RO0101-150L1B-H導(dǎo)熱油0.33201508RO0102-150L1B-H導(dǎo)熱油0.33209RO0103-150L1B-H導(dǎo)熱油0.332010RO0104-150L1B-H導(dǎo)熱油0.332011PL0101-20L1B甲醇常壓502012PL0102-15L1B甲醇常壓501513PL0103-32L1B原料液常壓503214PL0104-20M1B原料液1.6502015PL0105-20M1B原