甲醇制氢生产装置管道设计方案

甲醇制氢生产装置管道设计方案1.1管子选型(1)材料——综合考虑设计温度、压力以及腐蚀性（包括氢腐蚀），本装置主管道选择20g无缝钢管，理由如下：①腐蚀性——本生产装置原料甲醇、导热油对材料无特殊腐蚀性；产品氢气对产品可能产生氢腐蚀，但研究表明碳钢在220℃以下氢腐蚀反应速度极慢，而且氢分压不超过1.4MPa时，不管温度有多高，都不会发生严重的氢腐蚀。本装置中临氢部分最高工作温度为300℃，虽然超过220℃，但转化气中氢气的分压远低于1.4MPa。所以20g无缝钢管符合抗腐蚀要求。②温度——20g无缝钢管的最高工作温度可达475℃，温度符合要求。③经济性——20g无缝钢管属于碳钢管，投资成本和运行维护均较低。二氧化碳用于食品，其管道选用不锈钢。(2)管子的规格尺寸的确定及必要的保温层设计①导热油管道的规格和保温结构的确定流量＝110031.3Kg/h＝0.028m3/s流速范围0.5～2.0m/s取为2.0m/s则 Di＝＝133.5mm壁厚t＝＝＝0.267mmSch.x=1000×=1000×=3查表应选用Sch.5系列得管子故选择RO0101、RO0102、RO0103、RO0104管道规格为φ159×4.5无缝钢管流速校正u==1.584m/s保温层计算:管道外表面温度T0=320,环境年平均温度Ta=20℃,年平均风速为2m/s,采用岩棉管壳保温,保温结构单位造价为750元/m3,贷款计息年数为5年,复利率为10%,热价为10元/106kJ.设保温层外表面温度为30℃,岩棉在使用温度下的导热系数为0.0609W/(m.K),表面放热系数为12W/(m2.K)保温工程投资偿还年分摊率S==0.264计算经济保温层经济厚度=0.316查表得保温层厚度δ=107mm.计算保温后的散热量=131.244W/m计算保温后表面温度==29.4℃计算出来的表面温度29.4℃略低于最初计算导热系数是假设的表面温度30℃,故δ=107mm的保温层可以满足工程要求.②甲醇原料管道的规格流量＝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则 Di＝＝21.4mm/11.96mm故选择PL0101管道规格为φ25×2无缝钢管选择PL0102管道规格为φ20×2无缝钢管流速校正u1==1.04m/s,合适u2==1.79m/s③脱盐水原料管道的规格流量＝851.123Kg/h＝0.00024m3/s计算过程同上选择DNW0101管道规格为φ22×2无缝钢管选择DNW0102管道规格为φ18×2无缝钢管流速校正u1==0.943m/su2==1.56m/s④甲醇水混合后原料管道的规格流量＝1868.802Kg/h＝0.00060m3/s计算过程同上选择PL0103管道规格为φ32×2无缝钢管选择PL0104、PL0105管道规格为φ25×2无缝钢管流速校正u1==0.974m/su2==1.732m/s⑤吸收液碳酸丙烯酯管道的规格流量＝42000Kg/h＝0.0012m3/s计算过程同上选择PL0106管道规格为φ48×4无缝钢管选择PL0107、PL0108管道规格为φ38×3无缝钢管流速校正u1==0.962m/su2==1.39m/s⑥冷却水管道的规格流量＝95465Kg/h＝0.027m3/s计算过程同上选择CWS0101管道规格为φ159×4.5无缝钢管选择CWS0102、CWR0101管道规格为φ133×4无缝钢管流速校正u1==1.5m/su2==2.2m/s⑦PG0101、PG0102、PG0103、PG0104混合气管道的规格流量＝1868.802Kg/h＝0.043m3/s计算过程同上200℃:壁厚t＝＝＝0.656mm300℃:壁厚t＝＝＝0.8mm选择PG0101、PG0102、PG0103、PG0104管道规格为φ89×4.5无缝钢管流速校正u1==8.55m/s⑧其它管道规格尺寸选择PG0105管道规格为φ73×4PG0106管道规格为φ89×4.5PG0107管道规格为φ89×4.5PL0109管道规格为φ32×4类似以上管道规格的计算过程,将本工艺所有主要管道工艺参数结果汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度流量状态流速公称直径材料1PG0106-80M1B氢气1.650187.5气相8.28020g2PG0101-80M1B甲醇54.5%水41.5%2001869气相8.68020g3PG0102-80M1B-H3001869气相8.68020g4PG0103-80M1BH210%CO273%H2O17%3001869气相8.68020g5PG0104-80M1B-H2001869气相8.68020g6PG0105-65M1BH212%CO288%501553气相1.46520g7RO0101-150L1B-H导热油0.3320110035液相1.615020g8RO0102-150L1B-H导热油0.3320110035液相1.615020g9RO0103-150L1B-H导热油0.3320110035液相1.615020g10RO0104-150L1B-H导热油0.3320110035液相1.615020g11PL0101-20L1B甲醇常压501013.5液相1.02020g12PL0102-15L1B甲醇常压501013.5液相1.81520g13PL0103-32L1B原料液常压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脱盐水0.350855液相0.92020g20DNW0102-15L1B脱盐水0.350855液相1.61520g21CWS0101-150L1B冷却水0.35095465液相1.5150镀锌管22CWS0102-125L1B冷却水0.35095465液相2.2125镀锌管23CWR0101-125L1B冷却水0.38095465液相2.2125镀锌管24PG0107-80L1B食品二氧化碳0.4501366气相11800Cr18Ni925PL0109-20M1B工艺冷凝水1.650280液相0.32020g1.2泵的选型整个系统有五处需要用泵:1.原料水输送计量泵P01012.原料甲醇输送计量泵P01023.混合原料计量泵P01034.吸收液用泵P01041.冷却水用泵P0105甲醇计量泵P0102选型已知条件：甲醇正常投料量为1013.479kg/h。温度为25℃。密度为0.807kg/L；操作情况为泵从甲醇储槽中吸入甲醇，送入原料液储罐，与水混合工艺所需正常的体积流量为：1013.479/0.807＝1251.86L/h泵的流量Q＝1.05×1251.86＝1318.65L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H＝1.1×80＝88m折合程计量泵的压力：P=gh=807×9.81×88/106=0.697MPa泵的选型：查表得，JD1600/0.8型计量泵的流量为1600L/h，压力0.8MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求纯水计量泵P0101选型已知条件：水的正常投料量为851.123kg/h。温度为25℃。密度为0.997kg/L；操作情况为泵从纯水储槽中吸入水，送入原料液储罐，与甲醇混合工艺所需正常的体积流量为：851.123/0.997＝857.70L/h泵的流量Q＝1.05×857.70＝900.58L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H＝1.1×80＝88m折合程计量泵的压力：P=gh=997×9.81×88/106=0.861MPa泵的选型：查表得，JD1000/1.3型计量泵的流量为1000L/h，压力1.3MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求混合原料计量泵P0103选型已知条件：原料的正常投料量为1868.802kg/h。温度为25℃。密度为0.860kg/L；操作情况为泵从原料液储槽V0101中吸入原料，送入预热器E0101工艺所需正常的体积流量为：1868.802/0.860＝2173.03L/h泵的流量Q＝1.05×2173.03＝2281.68L/h工艺估算所需扬程80m,泵的扬程H＝1.1×80＝88m折合程计量泵的压力：P=gh=860×9.81×88/106=0.742MPa泵的选型：查表得，JD2500/0.8型计量泵的流量为2500L/h，压力0.8MPa，转速115r/min，电机功率2.2KW，满足要求（4）.吸收液用泵P0104已知条件:①吸收液的输送温度25℃,密度760Kg/m3.泵的正常流量为4200kg/h②操作情况,泵从吸收液储槽中吸入吸收液,送入T0102中，再回解析塔解析出CO2，循环使用.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为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所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵选型，选用离心式水泵查表得，40W－40型水泵最佳工况点：扬程40m,流量1.4m3/h,转速2900r/min，电机功率为4.0KW。选用该型号泵较合适。（5）.冷却水用泵P0105已知条件:①水的输送温度25℃,密度997Kg/m3.泵的正常流量为95465kg/h②操作情况,泵从水槽中吸入水,送入冷凝器E0103中换热，再冷却送回水槽，循环使用.确定泵的流量及扬程工艺所需的正常体积流量为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所需工艺泵的扬程估算:因水槽和冷却器液面均为大气压,故估算扬程只需考虑最严格条件下的进出管道阻力损失和位高差，约为35m.泵的扬程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵选型，选用离心式水泵查表得，IS100-65-200型水泵最佳工况点：扬程47m,流量120m3/h,转速2900r/min，轴功率19.9KW，电机功率为22KW，效率77％。允许气蚀余量4.8m,选用该型号泵较合适。1.3阀门选型从工艺流程图可以知道需用阀门的设计压力、设计温度和接触的介质特性，据此数据选择阀门的压力等级和型式，汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门选型连接形式阀门型号1PG0106-80M1B氢气1.65080法兰闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C2RO0101-150L1B-H导热油0.3320150法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等3RO0104-150L1B-H导热油0.3320150法兰4PL0101-20L1B甲醇常压5020法兰闸阀：Z41H-1.6C、Z41Y-1.6C、Z15W-1.0K（螺纹）等，截止阀：J41H-1.6C等止回阀：H41H-1.65PL0102-15L1B甲醇常压5015法兰6PL0103-32L1B原料液常压5032法兰、螺纹7DNW0101-20L1B脱盐水0.35020法兰、螺纹Z15W-1.0T8PG0107-80L1B食品二氧化碳0.45080螺纹闸阀：Z41H-1.6C等，截止阀：J41H-1.6C等9PL0107-32L1B吸收液0.45032法兰、螺纹闸阀：Z15W-1.0T止回阀：H41H-1.610PL0109-20M1B工艺冷凝水1.65020法兰Z15W-1.0T1.3管道法兰选型根据各管道的工作压力、工作温度、介质特性和与之连接的设备、机器的接管和阀门等管件、附件的连接型式和尺寸等依据选择法兰，将本工艺管道的有关参数汇总于下表：序号所在管道编号管内介质设计压力设计温度公称直径阀门公称压力等级法兰选型法兰类型密封面型式公称压力等级1PG0106-80M1B氢气1.650802.5带颈平焊法兰凹凸面2.52PG0101-80M1B混合气体2003PG0102-80M1B-H3004.04.04PG0103-80M1B3005PG0104-80M1B-H2002.52.56PG0105-65M1B50657RO0101-150L1B-H导热油0.33201508RO0102-150L1B-H导热油0.33209RO0103-150L1B-H导热油0.332010RO0104-150L1B-H导热油0.332011PL0101-20L1B甲醇常压502012PL0102-15L1B甲醇常压501513PL0103-32L1B原料液常压503214PL0104-20M1B原料液1.6502015PL0105-20M1B原