合成气变换炉的选材和应用.pdf

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1、第40卷第6期化工机械825合成气变换炉的选材和应用谭立平’(中国神华煤制油化工有限公司北京工程分公司)摘要在煤化工工厂，变换装王是制取氢气气化工段后续工段，对最终制取氢气起到重要的作用，而变换炉是变换装置中最重要的设备之一，其选材受翻多种工艺工况的审J约，其透材的好环，直接影响到装置的长周期运行。关键词合成气变换炉复舍扳氢气硫化氢中圈分类号TQ054+．7文献标识码B文章编号0254-6094(2013)06-0825-04在煤化工工厂，变换装置是制取氢气气化工段的后续工段，而变换炉是变换装置中最重要的设备之一，

2、由于变换工艺介质多、工况复杂，多为高温、中压工况，因此变换炉选材受到多种因素的制约，采用何种材料制造变换炉，需要从强度、腐蚀、经济性及长周期运行等方面综合考虑。1变换炉参数第一变换炉按热壁炉设计，炉内装进口催化剂，反应床为绝热、轴向催化剂装填的结构形式，内装约50m3催化剂。催化剂由型钢梁上的栅板支撑，气体进口设置气体分布器，催化剂床反应温度由床层内的热电偶测量。第一变换炉的工艺参数为：基层材料SA387Grll02复层材料0Crl8NillNb(TP347)设备净重62t设备容积83．5m3几何尺寸3600mm×

3、9700ram设计压力3．9MPa设计温度485℃炉内工艺介质组成成分见表1。表1变换炉内工艺介质组成％}谭立平，男，1962年12月生，工程师。北京市，100011。2变换炉选材分析变换炉是CO变换装置的关键设备。变换气中的CO和H：0(气态)在催化剂的作用下转化为CO：和H：。由表1可知，选择制造变换炉的材料需要既能抗H：腐蚀，又能抗高温H：s腐蚀。2．1抗氢材料选择高温临氢压力容器的壳体材料应根据容器的设计温度(已考虑28℃的裕量)和设计氢分压在Nelson曲线中选取，并遵照HG20581《钢制化工容器材料选

4、用规定》6．7．3节的规定。第一变换炉的设计压力3．9MPa，炉内的设计温度485。C，根据炉内氢气的组成计算出氢气的分压为1．287MPa。利用Nelson曲线分析，设备处于临氢状态，壳体需采用抗氢腐蚀材料。目前在中压范围内临氢设备采用的抗氢钢主要有：1Cr-O．5Mo，1．25Cr-0．5Mo和2．25Cr．1Mo。根据氢分压和设计温度，查Nelson曲线，得知1Cr-O．5Mo钢在此工况下虽然不会产生氢腐蚀，但会产生表面脱碳现象，材料的强度不能保证，且采用Nelson曲线有11度左右的误差，所以1Cr-O．5

5、Mo钢不能选为此工况下的设备用材。查GBl50表4．1发现1．25Cr-0．5Mo(国产代表钢种14CrlMoB)在各个高温阶段材料的高温屈服强度低于SA387GrllCl2。另外，据调查14CrlMoR用于国内该工况变换炉的实例不多，国内目前没有相应的材料标准(GB6654没列入，826化工机械2013年GB713-2008列入)，GBl50也只将14CrlMoR列入附录A中，国内舞阳钢厂、武汉钢厂和重庆钢厂处于试生产阶段，故不宜作为在此工况下的最佳材料。、’GBl50没将2．25Cr．1Mo的国内材料12Cr2

6、MolR列入其中。SA387Gr22C12属于2．25Cr-1Mo钢种系列国外牌号，此钢种价格较贵，且因材料强度高，含铬量达2％以上，在370—590℃回火的过程中容易产生回火脆性，材料订货时不能完全按ASMEII的SA387标准正文去订货。为了控制回火脆性，必须增加一些附加要求：是钢板成分控制要求；控制焊接时回火脆性敏感性；需作步冷试验。故SA387Gr22C12不是变换炉材料的最佳选择。采用1．25Cr-0．5Mo的国外牌号材料SA387GrllCl2，查Nelson曲线，该材料满足设计工艺参数要求，查ASME

7、标准一材料性能D篇表l，SA387GrllCl2在各高温阶段许用应力材料较为稳定，且此材料国内用于变换反应器和气化炉的实例较多，如神华宁煤和包头煤制烯烃的煤制氢变换炉所用材料均为SA387Grl1C12，其化学成分和力学性能分别见表2、3⋯。表2SA387GrllCL2的化学成分％表3SA387GrllCl2的力学性能2．2铬钼抗氢钢抗氢的理论基础因为氢原子在高温状态下有渗透性，钢中的碳与渗入钢中的氢原子生成甲烷，使其强度和韧性明显降低¨，，反应进行的过程降低了该区域的碳浓度，局部区域甲烷量不断增多，形成阻力使该区

8、域产生裂纹，即产生氢脆和组织中的碳元素组成化合物的趋势，造成材料力学性能下降。为了避免这种事情的发生，在钢中增加铬、钼元素阻止氢进入组织中，在晶界上形成碳化铬和碳化钼的化合物，组织中游离的氢有所减少。2．3抗硫化氢腐蚀材料选择根据介质中硫化氢的含量(0．1％)，笔者分析决定设备壳体材料采用不锈钢复合板。复合层不锈钢和基层铬钼钢采用爆炸复合(锯齿连接)。设备复