甲醇合成塔的制作方法

本实用新型涉及化工技术的领域，具体而言，涉及一种甲醇合成塔。

背景技术：

某烯烃项目甲醇合成装置引进国外公司大规模甲醇合成技术，当装置开车几年后更换催化剂时，对设备内外部进行整体外观检查，发现甲醇合成塔气体收集器下端焊缝出现开裂问题，影响到甲醇合成塔的正常运行。

甲醇合成系统采用的是串并联的流程方式。来自上游净化装置的合格新鲜气经过蒸汽透平驱动的联合式压缩机的合成段升压后进入净化槽。经净化催化剂深度脱硫后，气体分为两股，从两台设备底部管口进入甲醇合成塔，经气体分布器分布的气体进入各自合成塔的换热管间进行甲醇合成反应。反应热被管内的水吸收副产中压蒸汽。反应后的气体被甲醇合成塔气体收集器收集，出塔气经过各塔的中间气气换热器后依次经过空冷器、水冷器后，在分离器内将粗甲醇分离。1#粗甲醇分离器出口的循环气经过循环气压缩机提压后进入2#合成塔，2#粗甲醇分离器出口的循环气直接送入1#甲醇合成塔。两股循环气与新鲜气混合后重新进入两个合成塔内进行甲醇合成反应。分离后的粗甲醇经过闪蒸后送入下游单元。

甲醇合成塔采用径向甲醇合成反应器,采用管内水冷产汽，管内蒸汽轴向上升，管外工艺气体(合成气和甲醇蒸汽)径向流动，催化剂装在管外。该设备壳体最高操作压力为7.61MPa，最高操作温度为320℃，设计压力为8.9MPa，设计温度为330℃，换热管内设计压力为4.0MPa，设计温度为260℃。

甲醇合成塔由设备壳体、气体分布器、触媒框、换热管束、气体收集器、人孔和管口等部件组成。设备内径为3780mm，切线长度为14228mm，两端采用球形封头。壳体和气体分布器/气体收集器材料均为SA387Gr.22Cl.2(铬钼钢)钢板。

如图1和图2所示，甲醇合成塔由壳体1和气体收集器2组成，气体收集器2与壳体1采用焊接方式连接在一起。由于气体收集器和壳体的平均温度不同，导致气体收集器和壳体的最大线膨胀量不同，这就会引起气体收集器和壳体的焊接处产生裂缝。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种甲醇合成塔，以解决现有技术中的甲醇合成塔的气体收集器和壳体的连接处产生裂缝的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种甲醇合成塔，包括：壳体；气体收集器，气体收集器设置在壳体内，气体收集器和壳体连接在一起，气体收集器可沿壳体的轴向移动。

进一步地，甲醇合成塔还包括连接件，连接件与壳体固定连接。

进一步地，甲醇合成塔还包括紧固件，紧固件将连接件和气体收集器可拆卸的连接在一起。

进一步地，连接件包括水平环板和竖直立筒，水平环板和竖直立筒设置在壳体与气体收集器之间，水平环板的外边沿与壳体的内壁连接在一起，竖直立筒与水平环板的内边沿连接，竖直立筒与气体收集器通过紧固件连接。

进一步地，水平环板的外边沿与壳体的内壁焊接在一起。

进一步地，水平环板的内边沿与竖直立筒焊接在一起。

进一步地，紧固件为螺栓，气体收集器上设置有第一螺栓孔，竖直立筒上设置有与第一螺栓孔相配合的第二螺栓孔，第一螺栓孔的孔径在沿壳体的轴向上大于螺栓的直径。

进一步地，第一螺栓孔设置在气体收集器的端部。

进一步地，第一螺栓孔设置在气体收集器的底部，竖直立筒向水平环板的下部延伸。

进一步地，螺栓为双螺母结构。

应用本实用新型的技术方案，壳体和气体收集器可轴向移动的连接在一起。当壳体和气体收集器在最大线膨胀膨胀量不同时，壳体和气体收集器在轴向上可以相对移动，这样避免了由于壳体和气体收集器由于不能相对的轴向移动而导致的壳体和气体收集器发生破坏性的裂缝。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的甲醇合成塔的实施例的工作原理示意图；

图2示出了图1的甲醇合成塔的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的甲醇合成塔的实施例的结构示意图；

图4示出了图3的甲醇合成塔的气体收集器的结构示意图；

图5示出了图3的甲醇合成塔的气体收集器与连接件的结构示意图；

图6示出了图5的气体收集器与连接件的剖视示意图；以及

图7示出了图6的气体收集器与连接件的左视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、壳体；2、气体收集器；10、壳体；20、气体收集器；21、第一螺栓孔；30、连接件；31、水平环板；32、竖直立筒；321、第二螺栓孔；40、紧固件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图3所示，本实施例的甲醇合成塔包括：壳体10和气体收集器20。气体收集器20设置在壳体10内，气体收集器20设置在壳体10内，气体收集器20和壳体10连接在一起，气体收集器20可沿壳体10的轴向移动。

应用本实施例的技术方案，壳体10和气体收集器20可轴向移动的连接在一起。当壳体10和气体收集器20在线膨胀的膨胀量不同时，壳体10和气体收集器20在轴向上可以相对移动，这样避免了由于壳体10和气体收集器20由于不能相对的轴向移动而导致的壳体10和气体收集器20发生破坏性的裂缝。

如图3至图5所示，在本实施例的技术方案中，甲醇合成塔还包括连接件30，连接件30与壳体10固定连接。上述结构设置简单，容易制作。

如图5至图7所示，在本实施例的技术方案中，甲醇合成塔还包括紧固件40，紧固件40将连接件30和气体收集器20可拆卸的连接在一起。上述结构容易拆卸，方便检维修。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，连接件30包括水平环板31和竖直立筒32，水平环板31和竖直立筒32设置在壳体10与气体收集器20之间，水平环板31的外边沿与壳体10的内壁连接在一起，竖直立筒32与水平环板31的内边沿连接，竖直立筒32与气体收集器20通过紧固件40连接。水平环板31和竖直立筒32共同构成了连接件30，上述结构容易加工。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，水平环板31的外边沿与壳体10的内壁焊接在一起。焊接的方式容易加工。具体地，水平环板31的外边沿与壳体10的内壁通过满焊焊接的方式连接在一起。上述结构一方面使得水平环板31的受力均匀，另一方面水平环板31和壳体10的内壁的密封效果较好。

如图3所示，在本实施例的技术方案中，水平环板31的内边沿与竖直立筒32焊接在一起。焊接的方式容易加工。具体地，水平环板31的内边沿与竖直立筒32通过满焊焊接的方式连接在一起。上述结构一方面使得水平环板31与竖直立筒32的连接稳固，另一方面保证了水平环板31与竖直立筒32的密封。

如图3至图6所示，在本实施例的技术方案中，紧固件40为螺栓，气体收集器20上设置有第一螺栓孔21，竖直立筒32上设置有与第一螺栓孔21相配合的第二螺栓孔321，第一螺栓孔21为长圆孔，其水平宽度大于螺栓的直径，其竖向长度大于气体收集器20的膨胀量和螺栓的直径之和。上述结构容易加工、制作。当气体收集器20和壳体10的线膨胀量不同时，由于第一螺栓孔21的轴向尺寸大于气体收集器20的膨胀量和螺栓的直径之和，这样气体收集器20和壳体10之间能够发生相对位移，这样减少了气体收集器20和壳体10之间的热应力，进而保证了气体收集器20和壳体10之间不会出现裂缝。具体地，第一螺栓孔21在沿壳体10的轴向上大于气体收集器的膨胀量和螺栓的直径之和，上述结构可以减少第一螺栓孔21的加工量。进一步具体地，第一螺栓孔21和第二螺栓孔321均为多个，在圆周方向均匀分布，这样气体收集器20和连接件30的固定效果较好。当然，作为本领域技术人员知道，第二螺栓孔321为圆形，其孔径大于螺栓的直径。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，第一螺栓孔21设置在气体收集器20的端部。上述结构避免了第一螺栓孔21设置在气体收集器20的中部或者其它部位时，有部分线膨胀量不能够通过移动调节的弊端。具体地，第一螺栓孔21设置在气体收集器20的底部，竖直立筒32向水平环板31的下部延伸。进一步具体地，螺栓为双螺母结构。

连接件30和壳体10使用相同的材质构成。

竖直立筒32，采用钢板厚度为20mm，其高度为83mm，内径为3626mm，材质为SA387Gr.22Cl.2(铬钼钢)钢板。在距离底部20mm处，钻36个Φ12mm的圆孔(跨中均布)。

水平环板31，其厚度为20mm，其外径为3780，内径为3666mm。

竖直立筒32和水平环板31采用全焊透结构，水平环板31按45℃切角18mm，气体收集器20的制造时，组成气体收集器20的工件需要切角，气体收集器20由多个工件组成，多个工件切角后拼接时的间隙为2mm，焊接后，填角高度为5mm。焊道上端面应磨平。

竖直立筒32和水平环板31组焊完成后，与甲醇合成塔壳体进行组焊。连接件30按双面45℃切角9mm，连接件30的组焊件切角后与壳体的间隙为2mm，双面焊接后，双面填角高度均为5mm。

气体收集器上、下端与壳体均采用焊接，由于甲醇合成塔的壳体10与气体收集器20材质均为铬钼钢。在操作过程中，壳体10平均金属壁温约为170℃(环境温度按20℃计算，壳体10平均金属壁温近似为(320+20)/2)，其平均线膨胀系数а₁为12.03×10^-6mm/mm℃；气体收集器平均金属壁温为320℃(环境温度按20℃计算)，其平均线膨胀系数а₂为13.036×10^-6mm/mm℃。

在甲醇合成塔操作状体下，壳体的最大线膨胀量为ΔL₁＝а₁×L₁×Δt₁＝12.03×10^-6×12950×(170-20)＝23.37mm。

气体收集器的最大线膨胀量为ΔL₂＝а₂×L₂×Δt₂＝13.036×10^-6×12950×(320-20)＝50.65mm。

а₁为壳体的线膨胀系数；

а₂为气体收集器的线膨胀系数；

L₁为连接气体收集器处壳体的长度；

L₂为气体收集器的长度；

Δt₁为壳体的温度变化；

Δt₂为气体收集器的温度变化。

由于壳体和气体收集器的最大线膨胀量不同，壳体和气体收集器最大线膨胀量的差值为27.28mm(50.65mm-23.37mm)，导致热应力过大，造成气体收集器下端焊缝开裂。气体收集器20下部的工件采用钢板厚度为24mm，其高度为185mm，内径为3578，其外径应略小于竖直立筒32的内径，材质为SA387Gr.22Cl.2(铬钼钢)钢板。距离底部15mm钻36个12mmX40mm(两孔中心距)长圆孔(跨中均布)。中心距40mm大于壳体和气体收集器最大线膨胀量的差值为27.28mm。这样，壳体和气体收集器的不会因受到热应力而出现裂缝。

连接件30和气体收集器20配36个M10X70螺栓，每条螺栓配双螺母，内侧螺母与竖直立筒32不需拧得过紧，再配外侧螺母，以防止螺母松动，气体收集器20遇热后可在长圆孔中自由膨胀。

本实施例的甲醇合成塔增加了竖直立筒、水平环板31并延长了气体收集的长度50mm，距离底部15mm钻36个12X40(两孔中心距)长圆孔(跨中均布)。螺栓为：36个M10X70。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。