[doc格式] 转化器设计中若干问题的探讨

[doc格式] 转化器设计中若干问题的探讨 转化器设计中若干问题的探讨 分析研究 转化器设计中若干问题的探讨 李联波 (中国恩菲 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术有限公司设计部,北京100038) [摘要]总结近年来转化器设计与实践的经验,通过对比,优化与不断 创新,结合具体工程实际,对转化器设计中 的选材,支撑结构,气体分布以及滑动底座等问题进行探讨,以提出更 为合理的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 . [关键词]转化器;选材;支撑结构;气体分布;滑动底座 【中图分类号]TQo51.6[文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码]A[文章编 号]1003—8884(2008)05—0020—04 DiscussiononSeveralProblemsinConverterDesign LILian—bo (DesignDepartment,ChinaEnfiEngineeringCorp.,Beijing100038,China) Abstract:Thearticlesummarizestheexperienceofconverterdesignandpracticeinrecentyears,throughthe comparison,optimizationandcontinuousinnovation,combiningthespecificengineeringpractice,exploresthe materialselection,supportstructure,gasdistributionandslidingbaseintheco nverterdesign,thenprovidesthe morereasonabledesignscheme. Keywords:converter;materialselection;suppo~structure;gasdistribution;s lidingbase 0引言1基本设计理念 转化器是硫酸生产中的核心反应设备,主要功 能是将SO转化成SO3,其可靠平稳的运行对满足 工艺参数及环保要求具有极其重要的意义.特别是 近年来,由于新技术和新 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的发展,以及环保要求 的提高,转化器在大型化,耐高温,防腐蚀,高转化率 等方面的要求不断提高,转化器设计中的一些传统 的问题(如结构优化,流场分布等)值得进一步探讨 和改进. 现基于传统的梁柱式外换热式转化器(见图 1),通过对其对比,优化与不断创新,结合具体工程 实际,对转化器设计中的选材,支撑结构,气体分布 以及滑动支座等问题进行探讨,以提出更合理的设 计方案. [收稿日期]2008—05—27 [作者简介]李联波(1981一),男,陕西武功县人,工程师,硕 士研究生,主要从事冶炼烟气制酸,硫磺制酸以及烟气脱硫 等领域的设备设计工作. 20 转化器具有操作温度高,设备负荷大,放热反 应,腐蚀等特点,其技术特性见表1.设计时应遵循 几条主要原则. (1)充分考虑热膨胀产生的变形与应力 壳体,底板,梁,立柱,隔板,底座等主要部件都 有不同的热膨胀量,设备整体的使用寿命在很大程 度上取决于各部件对热膨胀的适应能力.单个零部 件的独立热膨胀量可根据线膨胀理论计算【lJ: Ax=a?L?AT(1) 式中a一材料的平均线膨胀系数; L一构件长度,m; ?一温度差,?. 对于各部件之间由于热膨胀变形相互制约而产 生的综合应力和应变,可采用有限元分析的方法进 行建模和计算.目前,应用较多的分析软件是AN. SYS,可以计算出构件各部位的应力和应变数值,为 设计优化提供依据. 青色设苗2008(5) 分析研究 6 7 =j一/段每I,一}’’??.’’’1 甚[=]L——J 三I]二段甚/ /?’’一l1.’—’?二二.一 j 链[=]L— 三段甚 7?.’ 一 — [=7k:r 四段, 甚 .. LL:_|__ 11 10 9 8 1.分布板2.壳体3.变径管4.导流板5.热 电偶保护套6.触媒7.底座8.膨胀板9.立 柱10.梁11.人孔 图1某冶炼厂梁柱式转化器简图 Fig.1Schematicofbeam-columnconverter inacertainsmelter (2)载荷分布的合理性 大量触媒及内部零部件的载荷应尽量均匀的加 载到相应的立柱及壳体上. (3)保证烟气进出口处变径结构的强度和刚度 的可靠性 烟气进出口处是转化器的薄弱环节,变径管与 壳体大开口的加强设计比较关键,应既能保证较好 的气体分布,又能满足强度和刚度要求.根据以往 的设计经验和流场分布的要求,变径后的进口平均 气速应不大于25m/s,应保证有足够的加强圈和加 强筋之数量和间距. 另外,在满足设备整体强度,刚度,稳定性和使 用寿命的前提下,应尽量减少壁厚规格及型钢规格, 尽量较小焊缝长度,必要时采用间断焊,以降低设备 造价. 2材料选择 传统的碳钢转化器存在高温强度差的缺点,铸 铁件因制造成本不断提高,故生产厂家较少,加工要 求严格.渗铝件操作复杂,受生产厂以及渗铝设备 限制较多,焊接要采用专用的渗铝焊条,渗铝后再进 行加工修改困难(需要在渗铝厂重新渗铝).近年 有色设置2008(5) 来,在一些大型转化器中,不锈钢材料有大量使用的 趋势,铸铁件有逐渐被淘汰的可能,全不锈钢转化器 在不断被尝试使用,并逐步优化.从硫酸工业的发 展来看,核心设备长期稳定可靠的运行具有更加长 远的效益. 例如,在葫芦岛锌厂10.5m转化器中,位于 操作温度较高的一段和二段壳体以及相应的梁,立 柱和栅板采用304H不锈钢;金川集团公司在12.5 m,14m,15m三个系列的转化器中,均采用全不 锈钢结构. 表1某冶炼厂转化器技术特性表 Table1Technicalcharacteristicsofconverter inacertainsmeIter 3支撑结构【J 梁柱式外换热转化器触媒的载荷主要依靠立 柱,梁和栅板共同承担.立柱的主要排列方式有环 形排列和正方形排列,视具体设备大小以及使用材 料而定,尽量使载荷分布均匀,且立柱数量较少.梁 与立柱之间通过螺栓连接,螺栓孔为长圆孔,以适应 构件的热胀冷缩. 相邻上下立柱之间的连接方式为承插式,与焊 接结构相比,具有结构简单,安装方便,适应性强等 优点,支柱之间的承插连接结构见图2.栅板通过 四周立柱来限制其位移. 各段之间通过u形膨胀板隔开,防止串气.膨 胀板的u形膨胀节采用3,4mm的薄钢板整体制 作,以适应热变形.与焊接膨胀节相比,具有更好的 可靠性和适应性,但对加工制作提出了更高的要求. 21 分析研究 图2支柱之间的承插连接 Fig.2Socketconnectionbetweenpillars u形膨胀节的具体结构见图3. 图3U形膨胀节结构简图 Fig.3StructuraldiagramofU-shapedexpansionjoint 4气体分布 气体分布直接影响触媒的利用率以及更换触媒 的周期,进而影响操作成本.采用中心进气时,宜选 用圆形多孔气体分布板,开孔的大小和数量以及分 布板的大小和位置应从气体动力学的角度反复优化 后加以确定,或者通过计算流体力学的数值模拟确 定其最佳值.采用侧面进气时,除了在设备上开长 圆孔外,还应增加轴向导流板和侧向导流板,尽量增 加气体的流通面积.各种导流板的倾角以及适宜规 格应根据相应的流体力学计算确定.导流板结构见 图4. 轴向导流 垒:垒壁堑 f侧向导流板 图4导流板结构简图 Fig.4Structuraldiagramofbaffle 导流板的设置对转化器内流场的分布具有显着 影响,通过改变导流板的倾角,可以控制烟气的分 布,使烟气在设备内的分布趋于均匀,进而提高触媒 的利用率.计算机数值模拟技术已经应用于此类流 22 场的模拟中,数值模拟设置的主要理论假设包括:气 相流场为充分湍流流场;忽略化学反应对气量的影 响;触媒层压降为固定值.网格划分采用非结构化 网格,湍流模型选择 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 k一,模型.烟气人口湍流 强度为,,根据计算流体力学软件FLUENT中提供的 经验公式估算: ., ,=兰0.16(Ren)(2) “avg—H 式中DH一水力学直径; Re一雷诺数. 图5为转化器内速度场分布的数值模拟结果. 通过有导流板和无导流板条件下的对比研究,反映 了导流板对转化器内流场分布的显着影响.通过不 断调整导流板的间距和角度,可以尽量使同样操作 条件下的气体分布趋于均匀. 速度/(m/s) @带导流板不带导流板 图5转化器内速度场分布 Fig.5Velocityfielddistributioninsidetheconverter 此外,触媒高度和操作压力对气体分布亦有较 为显着的影响L3J.触媒越高,床层阻力越大,气体分 布越均匀,因此国外一些公司的触媒高度甚至达到 1200mm左右.操作压力越大,气体分布越容易均 匀.但是,增加床层阻力和操作压力都会提高系统 负荷,增加触媒和风机的投资,故应权衡初次投资成 本和操作成本来决策. 由于转化器不断大型化,气速进入开阔空间后 迅速衰减,不断优化的导流板甚至亦无法满足气体 分布均匀的要求.中心筒进气和周向多孔进气成为 可行的选择,但转化器的基本结构势必因此改变. 美国孟莫克公司(MECS)曾开发中心筒进气加周向 进气的新型转化器,国内也有此类的设备运行.相 信随着国内设计和运行经验的不断积累,此类转化 器将会发挥其优势. 5滑动底座 由于转化器底板的热膨胀变形,与基础或底座 角色设备2008(5) %璐魄舛鹕???钉魄鹌 2222222}i187542l0 ?日瓣菇瓣量I? 分析研究 会产生相对位移,因此所引起的内应力较大,必须加 以解决.传统的型钢架底座与设备底板之间有较大 的摩擦应力,加上碳钢的高温蠕化,随着设备使用周 期的增加,设备底板与筒体连接处有被破坏的倾向. 国内某些转化器在长期运行后,在底板连接处发生 过泄漏. 滑动底座成为解决设备整体热膨胀问题的重要 部件,滑动底座可以有效地释放热应力,延长转化器 的使用寿命.特别是对于全不锈钢转化器而言,由 于不锈钢的线膨胀系数是碳钢的1.4倍左右,滑动 底座必不可少. 由中国恩菲工程技术有限公司自主开发的滑动 底座在金川集团有限公司三台不锈钢转化器中得到 成功应用.滑动底座设计的两个要点:(1)整个底座 系统应具有足够的刚度,能承受大载荷作用下的热 胀冷缩运动;(2)底座能自由伸缩,自身内应力较小. 值得注意的是,采用滑动底座系统时,对底板焊接质 量有较高要求,应通过足够的焊前准备和合理的焊 接工艺严格控制焊接变形,必要时进行焊后热处理, 防止因为底座不等高而产生额外内应力. 6结语 转化器的设计随着计算机分析与模拟技术的发 展而不断进步,根据生产的需要而不断改进,笔者在 设计与实践中对以上讨论的几个方面问题进行了总 结,以期与同行业的专家进行交流,共同促进中国硫 酸工业不断发展. [参考文献] [1]苏翼林,材料力学[M].天津:天津大学出版社,2001. [2]张东华,新型碳钢转化器[J].有色设备,2004,(s1):87— 91. [3]刘少武,硫酸工作手册[M].南京:东南大学出版社, 2001A 新型液压试验台 随着矿山采掘机械化程度的不断提高,大功率采,掘机 械的应用日益增加.由于采,掘机械中液压阀的种类多,结 构复杂,工况差异大,传统的液压阀试验台已经不能适应其 要求.为此,山东科技大学,兖州矿业(集团)公司常州科学 技术开发研究所和机械制修厂利用计算机测试技术,研制出 一 种先进,实用的液压阀计算机辅助测试试验台. 此项成果按照GB8105((压力控制阀试验方法》和GB8106 《方向控制阀试验方法》的有关标准和要求进行设计.液压 系统由高压变量泵,低压控制泵,滤油器,电脑比例溢流阀, 调速阀,节流阀,单向节流阀,溢流阀,电磁换向阀,液压锁, 截止阀,流量计,加热器,压力表,压力传感器,流量传感器和 温度传感器等组成,可以对采矿机械的失速保护阀,高压安 全阀,旁通阎,先导复位阀,速控缸,热交换阀,补油泵安全 阀,调高泵安全阀,调高液压锁,按钮站和掘进机的二联阀, 单联阀,八联阀,叠加安全阀和平衡阀等进行试验.由于将 电控操作,比例阀调压控制,手动阀的调节集于一体,操作十 分方便.设计的液压阀试验台计算机辅助测试系统可以实 现数据的计算机自动处理,试验报表和特性曲线的打印与绘 制,将测试数据存盘,并具有数据查询打印等功能.系统留 有5个油口,在试验某一种阀时,只需将被试验的阀口与相 应的油口相连,即可进行试验.所检测的油液压力,温度和 流量参数分别由相应的传感器采集信号,送至主计算机进行 处理后显示,打印或贮存.使用情况表明,其测试数据准确, 工作可靠,计算机运行界面友好,比较适合现场的要求,为确 保采,掘机械正常运转起到积极作用.(李剑峰) 角色设置2008(5) 中冶京唐攻克大型设备安装世界性难题 中冶京唐承建的目前世界上最大的垂直挤压机工程 —— 内蒙古北重360MN挤压机工程重达2692t的挤压机机 架于2008年6月8日吊装就位,标志着中冶京唐大吨位设备 吊装实现了历史性的跨越,创世界一流水平,攻克了大型设 备安装的世界性难题. 北重360MN工程设备安装共包括360MN挤压机两片 牌坊,150MN制坯机单片牌坊的组装以及钢丝预应力缠绕 和相关设备的组装,安装.其中,360MN挤压机机架双片牌 坊高22.5m,宽7.4131,厚5m,重2692t等各项数据堪称世界 之最.这项工程由清华大学设计机架主体结构,中冶京诚设 计基础,中冶京唐机电公司负责机架组装,钢丝预应力缠绕 及设备安装,调试,工程设备安装量累计5000余t,设备单重 大. 目前,世界上尚无此类重型设备安装的资料记载.国内 不仅无法对其进行整体成型铸造,而且无法进行设备件预组 装,缠绕后设备是否变形,能否达到安装精度等均为未知数. 因此,时常出现设备件反复拆装,进行重新加工修磨的现象, 进而影响到后续各安装环节.为此,现场技术人员采用以设 备机架固定,缠绕机器人运转为工艺的钢丝预应力缠绕和剖 分坎合组装缠绕技术.千余吨的设备整体翻转在国内乃至 世界都是首次尝试.施工中,他们成功克服了翻转场地狭 窄,以及牌坊同步翻转难于控制等难题,并设计了”一胎两 用”方案,为两个机架的翻转设计制作了同样的6套专用翻 转胎具,不仅解决了这一难题,还降低了设备的安装成本. (中国冶金科工集团公司) 23