緒論本次設計是對天脊集團合成氨生產工藝中的冷凍工段氨冷卻器(w-556)的設計。天脊煤化工集團****，現位於山西省潞城市。它的前身是山西化肥廠，2023年，山西化肥廠整體改制為天化工集團****。
換熱器在工業生產中， 尤其是在石油、化工、輕工、製藥、能源等工業生產中，常常需要補低溫流體加熱或把高溫流體冷卻，把液體氣化或把蒸氣冷凝。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯絡，因而均可以通過換熱器來實現完成。可以說換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的裝置。
本次設計的換熱器就是將氣氨的熱量傳遞給冷卻水以達到生產的要求。
合成氨生產工藝過程示意圖：
造氣→粗煤氣→低溫甲醇洗及冷凍系統→液氨洗系統→氨合成→氨庫
造氣即原煤經處理系統產生煤與空氣中分離的氮氣在加壓氣化流中反應。
氨由h和n兩種元素組成。合成氨是以h2和n2在一定條件下全盛的。h2是從煤中獲得的，而n2是從空氣中分離得到的。
原煤經過篩選，粉碎等過程後，在200#工段加壓氣化系統的燃燒爐內與高溫水蒸氣反應得到水煤氣，反應的一系列方和如下：
燃燒層：
c+o2→co2+q
c+o2→co+q
co+o2→co2+q
氣化層：
c+ h2o→co2+h2 －q
c+ h2o→co+ h2－q
c+ h2→ch4+q
co+ h2o→co2+ h2+q
粗煤氣繼續在200# 經過洗滌降溫，分離等程式最後進入300#，粗煤氣變換系統的主要成分有co2、co、h2、h2s、ch4等。到300#的粗煤氣洗滌變換後進入400#，在300#的變換爐內發生的主要反應有：c+ h2o→co2+ h2 +q。
進入400#變換氣冷卻系統的變換氣主要成分是co2、h2，還有少量的co、n2、h2s、ch4等。400#2段的主要作用是冷卻變換氣，氣體的成分基本沒有變化。
co2、h2s等有害物質和各種雜質的作用會影響合成氨的質量，還可能造成裝置儀器的損壞等，因此，在合成氨之前必須將這些有害物質和雜質去除。500#低溫甲醇洗滌系統和600#液氮洗系統是用物理方法吸收，沉澱這些物質。500#主要吸收co2 和h2s，從500#流出的淨化氣還有少量的co、n2、ch4等。
600#主要吸收co，從1800#、5800#空氣分離得到的n2 也進入600#，並和h2混合，得到比例大約為1：3的n2和h2混合氣體。此混合氣體進入900#氨全盛系統合成，反應方程式如下：
n2+3 h2→2nh3
經氨合成系統合成的氨經處理後進入氨庫。
冷卻工段即為氣氨的液化。氣氨的液化包括氣氨的壓縮和冷凝，氣氨在常壓常溫下冷凝溫度為—33.35℃。
因此，在常壓常溫下，氣氨不能用常溫水使其冷卻成液氨。氨的冷凝溫度隨壓力的提高而公升高，當壓力提高1.6mpa時，冷凝溫度為40℃，高於一般冷卻水溫度，因此可以用25～35℃的常溫水冷卻，使之液化。
工藝流程：氣氨冷凝為液氨，是靠冷凍迴圈來完成的，冷凍迴圈主要由壓縮、冷卻、冷凝、節流膨脹、蒸發五個過程組成的。氣氨—冰機壓縮提壓後，進入氨冷卻器，冷卻後的氣氨進入冷凝器，由冷卻水把氣氨冷凝為液氨，由冷卻水將氣氨放出的熱量帶走，冷凝後的液氨通過節流閥由冷凝壓力降至蒸發壓力。
節流膨脹後的氨在氨冷器中蒸發吸收被冷卻水的熱量，此時液氨又變為氣氨送入冰機進口，如此構成乙個迴圈，這個迴圈周而復始的進行，被冷卻物質的溫度便於降低達到工藝要求。
w-556的主要作用是通過來自南塔的冷卻水冷卻經氨分離器後被壓縮機壓縮後的氣氨，從而滿足工藝要求。
控制方案的確定
1．被控變數的選擇：本過程主要是冷卻氣氨，使氣氨出口溫度達到一定值來達到下道工段的要求。因而選擇其出口溫度為被控變數。
2．操縱變數：冷卻水進口流量。被控物件控制通道的放大係數較大，時間常數較小，純滯後時間越小越好。
3．干擾因素：（1）氣氨進口溫度,壓力及流量的變化；
2）冷卻水進口溫度,壓力及流量的變化；
3）周圍環境的影響。
最終確定引數如下：
被控變數：氣氨出口溫度。
給定值：氣氨出口給定溫度。
測量值：由檢測元件測得的氣氨的實際出口溫度值。
被控物件：氣氨出口管。
操縱變數：冷卻水進口流量。
採用單迴路控制系統。
圖2-1氨冷卻器溫度簡單控制方框圖
圖2-2氨冷卻器溫度控制方案流程圖
對於系統而言，當發生故障時，應保證氣氨出口溫度不要太高，即在考慮安全及節能方面，應選用氣開閥。
各儀表的作用方式為：
1.氣開閥：正作用「+」；
2.變送器：正作用「+」；
3.當閥關小時，氣氨出口溫度公升高取反，故調節器為反作用「-」。驗證： 閥開大
溫度測量儀的選取：選擇智慧型溫度測量儀產品型號：xmt8018c1。
產品相關技術指標： 輸出方式： 0-5v控制訊號輸出；報**式：
上限報警；控制物件： 溫度控制；測量精度： 0.
2℃；儀表量程： -50-150℃；開孔尺寸： 152(寬)mm*76(高)mm；儀表外形尺寸(寬*高*深)：
160(寬)mm*80(高)mm；工作電源： dc24v；控制方式：pid控制。
儀表簡介：本儀表由微控制器控制，具有熱電阻、熱電偶、電壓、電流等多種訊號自由輸入，六種輸出方式只須插上相應模組即可，正反控制任意設定；提供了六種報**式；手動自動切換，主控方式除常規兩位式外,在傳統pid控制演算法基礎上，結合模糊控制理論建立了新的人工智慧調節pid控制演算法，在各種不同的系統上，經儀表自整定的引數大多數能得到滿意的控制效果，具有無超調，抗擾動性強等特點。 此外儀表還具有良好的人機介面，儀表能根據設定自動遮蔽不相應的引數項，使使用者更覺簡潔易接受。
技術規格：輸入規格：熱電阻cu50；線性電壓：0-5v；線性電流（需外接分流電阻）：4-20ma；
測量範圍：cu50（-50～+150℃）；響應時間：≤0.
5秒(設定數字濾波引數filt=0時)； 調節方式：模糊邏輯pid調節及引數自整定功能的先進控制演算法，控制精度可達±0.2℃。
由余姚市騰輝溫控儀表廠提供。
氣氨出口溫度給定值為45℃，氣氨進口溫度為124℃，因此選擇cu50熱電阻溫度變送器。其型號為sbwz-2160，s表示ddz-s系列電動單元組合儀表，b表示變送單元，w表示溫度，z表示熱電阻，2表示輸出與對應溫度呈線性，1表示熱電阻為cu50，6表示一體化安裝，0表示普通型。此型號變送器的最大量程規定為-50℃～150℃。
輸入為cu50，在量程範圍內輸出4～20ma直流訊號可與熱電阻的溫度計的輸出電阻訊號呈線性。
產品相關技術指標：基本誤差：0.
1；傳送方式：二線制；工作電源電壓最低12v，最高35v，穩定工作電壓24v；額定負載250ω；環境溫度影響≤0.05%1℃；正常工作環境：
環境溫度為-25℃～+80℃，相對濕度5%～95%，機械振動≤55hz，振幅﹤0.15mm。
由江蘇瑞科儀表****提供。
zma(b)p型氣動薄膜單座調節閥是自動控制系統中最常用的執行器，它由氣動薄膜執行機構和低流阻調節閥組成。單座適用於對洩露量求嚴格、閥前後壓差低及有一定粘度和含纖維介質的場合；雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點，適用於洩露量要求不嚴格的場合；套筒閥具有穩定性好，不易產生震動，噪音低，對溫度敏感小，適用於壓差較大及洩露量要求不嚴格場合。本設計選擇zma(b)p型氣動薄膜單座調節閥。
其主要技術指標： 基本誤差：帶定位器±1.0%；回差：帶定位器1.0%；死區：帶定位器0.4%；允許洩漏量l/h：1×10-3×閥額定容量。
規格與技術引數：公稱通徑：200mm；閥座直徑：
200mm；額定流量係數kv（等百分比）：630；公稱壓力：6.
4mpa；行程：60mm；流量特性：等百分比；介質溫度：
-15℃～200℃(常溫型)； 法蘭尺寸：鑄鋼法蘭尺寸按jb79；法蘭形式：符合jb78-59、jb79-59標準；閥體材質pn6.
4(mpa) ： wcb(zg230-450)、閥體型式：直通單座鑄造球型閥；閥芯材質：
1cr18ni9；上閥蓋形式：普通式(常溫型)； 可調比r：30：
1；氣源接頭：m16×1.5。
表2-1執行機構主要技術引數
表2-2允許壓差
表2-3外形尺寸
圖2-3調節器結構圖
表2-4主要零件材料溫度範圍
由上海幫浦閥製造****
提供。比例調節p：能較為迅速的克服干擾的影響，使系統穩定下來，但會產生餘差。
積分調節i：能消除餘差，但會使系統不穩定。積分時間越小，積分作用越強。
微分調節d：微分調節的輸出只與偏差的變化速度有關，而與偏差是否存在關且微分調節不能單獨使用。微分時間越大，微分作用越強。微分調節能抑制振盪的作用，提高穩定性，有預見性。
對工藝要求無餘差的，則選用比例積分微分（pid）調節規律，如溫度，成分，ph值等引數的控制。所以本次溫度控制選用pid調節規律。
引數的整定：溫度系統其物件容量滯後較大，被控變數受干擾作用後變化遲緩，一般選用較小的比例度，較大的積分時間，同時要加入微分作用，微分時間是積分時間的四分之一1，35]
工藝計算
表3-1換熱器原始資料表
換熱器設計說明書 原稿
化工設計 說明書設計題目煤油冷卻器的設計 設計人專業班級 學號指導老師 二 九年六月八日 前言化工原理課程設計是化工原理教學的乙個重要環節，是綜合應用本門課程和有關先修課程所學知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程式和方法，並在查閱技術資料 選用公式和資料 用...
參考設計說明書
第1章產品焊接性分析 1.1產品結構及材質效能分析 1.1.1產品結構 產品為直徑220mm，厚度為8mm的低碳鋼管。產品為低碳鋼管的對接焊,焊縫為環縫。1.1.2材質效能分析 1 化學效能分析 板材的化學成分如表1 1所示。表1 1 q235的化學成分 2 物理效能分析 機械效能為，屈服極限為23...
課程設計說明書 參考
課程名稱 道路勘測課程設計 課程 8503891 題目 丘陵區 公路勘測設計 學院 直屬系 建築與土木工程學院 年級 專業 班 2009級交通土建2班 學生姓名段浩 學號 312009 指導教師 黃敬林 開題時間 2009 年 5 月 18 日 完成時間 2009 年 6 月 5 日 目錄 概述2 ...