تولید کننده کاندنسر کارخانه هیدروژن چین ارائه سیستم های کندنساسیون کارآمد برای کاربردهای پردازش هیدروژن

تولید کننده کندانسور کارخانه هیدروژن چین ارائه دهنده سیستم های میعان کارآمد برای کاربردهای پردازش هیدروژن

پاسخ به سوال اصلی:کندانسور کارخانه هیدروژن از شرکت فناوری شیجیاژوانگ ژنگژونگ چه چیزی را برای تاسیسات پردازش هیدروژن ارائه می دهد؟ شرکت فناوری شیجیاژوانگ ژنگژونگ (Center Enamel) کندانسورهایی را برای کارخانه های هیدروژن اصلاح متان بخار طراحی و تولید می کند که شامل خنک کننده اصلاح شده و میعان بخار پس از تبدیل شیفت، بازیابی میعان فرآیند و خنک کننده محصول قبل از خالص سازی می شود. یک اصلاح کننده در دمای 800-900 درجه سانتیگراد و فشار 15-40 بار کار می کند و خط پایین دست هم گرما و هم آب را بازیابی می کند: میعان فرآیند 0.5-2.0 کیلوگرم در متر مکعب نرمال هیدروژن بازیابی و به دی اریتور بازگردانده می شود، که اغلب تفاوت بین یک کارخانه آب مثبت و آب منفی است. هیدروژن در دمای -252.8 درجه سانتیگراد می جوشد و از 4.0 تا 75 درصد حجمی قابل اشتعال است و حداقل انرژی اشتعال آن تنها 0.017 میلی ژول است، بنابراین ایمنی تمام تصمیمات طراحی را هدایت می کند.

1. محل قرارگیری کندانسورها در کارخانه هیدروژن

خط اصلاح متان بخار عمدتاً توالی راکتورها و مراحل بازیابی گرما است. چهار سرویس میعان هم بهره وری انرژی و هم تعادل آب را تعیین می کنند:

• خنک کننده اصلاح شده و تولید بخار: گاز خروجی اصلاح کننده در دمای 800-900 درجه سانتیگراد خارج می شود و وارد یک دیگ بخار بازیابی حرارت یا دیگ بخار گاز فرآیند می شود که بخار را در فشار 40-120 بار تولید می کند، که بیشتر نیاز بخار کارخانه و بخشی از صادرات آن را تامین می کند. این به معنای معمول یک کندانسور نیست بلکه یک بخار ساز است و پس از آن برای رسیدن به دمای ورودی راکتور شیفت خنک کننده بیشتری انجام می شود. از آنجایی که گاز در فشار داغ و غنی از هیدروژن است، این مبدل باید محدودیت های منحنی نلسون API 941 را برای حمله هیدروژن در دمای بالا برآورده کند، که به معنای فولاد کروم-مولیبدن کم آلیاژ به جای فولاد کربن در داغ ترین بخش ها است.
• تبدیل شیفت و بازیابی میعان: مونوکسید کربن در یک راکتور شیفت دمای بالا در دمای 350-450 درجه سانتیگراد بر روی کاتالیزور آهن-کروم و سپس یک شیفت دمای پایین در دمای 200-250 درجه سانتیگراد بر روی کاتالیزور مس-روی به دی اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می شود و مونوکسید کربن را از حدود 10-12 درصد به کمتر از 0.3 درصد کاهش می دهد. بین و پس از این مراحل، گاز خنک می شود و بخار اضافی میعان می شود و میعان فرآیند 0.5-2.0 کیلوگرم در متر مکعب نرمال هیدروژن تولید می کند. این میعان حاوی دی اکسید کربن، آمونیاک و مقادیر کمی متانول حل شده است و باید قبل از بازگرداندن به سیستم آب تغذیه دیگ بخار، جدا شود، زیرا دی اکسید کربن باعث خوردگی شدید اسید کربنیک در خط بازگشت میعان می شود.
• خنک کننده قبل از خالص سازی: جذب نوسان فشار در دمای 20-40 درجه سانتیگراد موثرترین عملکرد را دارد، بنابراین گاز با خنک کننده های هوا یا آب خنک کننده خنک می شود و آب باقی مانده در یک جدا کننده قبل از مخازن جاذب خارج می شود. حذف کامل آب مهم است زیرا آب به شدت روی الک مولکولی جذب می شود و ظرفیت هیدروژن را جابجا می کند و ورود آب مایع به جاذب به جاذب آسیب می رساند. یک درام خروجی با جدا کننده مه با راندمان بالا در پایین دست خنک کننده نهایی استاندارد است، با کنترل سطح و تخلیه خودکار به سیستم میعان.
• مایع سازی هیدروژن و خنک کننده عمیق: در جایی که هیدروژن مایع تولید می شود، گاز در یک چرخه تبرید چند مرحله ای تا دمای -253 درجه سانتیگراد خنک می شود، با میعان در نقطه جوش -252.8 درجه سانتیگراد و گرمای نهان 446 کیلوژول بر کیلوگرم. این یک وظیفه تخصصی است: مواد باید در دمای برودتی استحکام خود را حفظ کنند، بنابراین فولاد ضد زنگ آستنیتی یا آلومینیوم استفاده می شود؛ تبدیل هیدروژن ارتو-پارا باید در طول خنک سازی کاتالیز شود، زیرا هیدروژن ارتو تبدیل نشده به اندازه کافی گرما آزاد می کند تا بیشتر محصول را در طول ذخیره سازی تبخیر کند؛ و عایق بندی توسط ساختار ژاکت خلاء با عایق چند لایه یا پرلیت تامین می شود.

2. مواد و ایمنی در سرویس هیدروژن

هیدروژن به دلیل تخریب شیمیایی فلزات و همچنین ایجاد خطر آتش سوزی شدید، غیرمعمول است. سه الزام از این امر ناشی می شود:

• شکنندگی هیدروژن و حمله دمای بالا: دو مکانیزم متمایز باید مورد توجه قرار گیرد. در دمای محیط و متوسط، هیدروژن اتمی به فولاد نفوذ کرده و باعث شکنندگی می شود، به خصوص در مواد با استحکام بالا بالاتر از سختی حدود 300 HV، بنابراین قطعات نگهدارنده فشار در سرویس هیدروژن با محدودیت های سختی و فولادهای با استحکام کمتر مشخص می شوند و رویه های جوشکاری سختی را در منطقه تحت تاثیر حرارت کنترل می کنند. در دمای بالا، هیدروژن با کربن در فولاد واکنش داده و متان تشکیل می دهد که باعث کربن زدایی و شکافتن می شود که به عنوان حمله هیدروژن در دمای بالا شناخته می شود؛ انتخاب مواد از منحنی نلسون API 941 پیروی می کند، که محدوده دمای ایمن و فشار جزئی هیدروژن را برای هر آلیاژ تعریف می کند، با استفاده از فولادهای کروم-مولیبدن برای داغ ترین بخش ها.
• خطر اشتعال و طبقه بندی: هیدروژن دارای وسیع ترین محدوده اشتعال در بین هر گاز رایج، 4.0 تا 75 درصد حجمی، و حداقل انرژی اشتعال 0.017 میلی ژول است، که تقریباً یک دهم متان است، به این معنی که حتی یک تخلیه الکترواستاتیک ضعیف می تواند آن را مشتعل کند. همچنین با شعله ای تقریباً نامرئی می سوزد. در نتیجه، تمام تجهیزات به منطقه 1 یا 2 ATEX یا IECEx طبقه بندی می شوند، هر قسمت رسانا به زیر 10 اهم متصل و زمین می شود، ابزار دقیق برای هیدروژن در کلاس دمایی T1 گواهی شده است، و تشخیص نشت در درزها و فلنج ها نصب می شود. از آنجایی که هیدروژن به راحتی از شکاف های کوچک نشت می کند، طراحی اتصال، ساخت جوشی را به جای فلنجی در هر کجا که مورد نگهداری اجازه دهد، ترجیح می دهد.
• تهویه، پاکسازی و راه اندازی: سیستم های هیدروژن باید قبل از ورود و قبل از راه اندازی پاکسازی شوند، زیرا مخلوط هیدروژن و هوا در داخل تجهیزات خطر انفجار جدی ایجاد می کند. پاکسازی با نیتروژن برای کاهش اکسیژن به زیر حدود 1 درصد قبل از معرفی هیدروژن و دوباره با نیتروژن قبل از باز کردن تجهیزات انجام می شود، با تأیید از طریق تجزیه و تحلیل به جای زمان سپری شده. دودکش های تخلیه برای کاهش فشار اضطراری اندازه گیری می شوند، در ارتفاع بالاتری از سازه های اطراف قرار می گیرند و بسته به طراحی با مسدود کننده شعله یا گاز پاکسازی مداوم مجهز می شوند. راه اندازی باید شامل تست نشت هلیوم باشد، زیرا نشت هیدروژن با وسایل معمولی قابل تشخیص نیست و نشتی که برای هوا قابل قبول است، اغلب برای هیدروژن قابل قبول نیست.

ماتریس مقایسه خدمات کندانسور کارخانه هیدروژن

سوالات متداول (FAQ)

س: چرا بازیابی میعان فرآیند در کارخانه هیدروژن مهم است؟

پاسخ: یک کارخانه اصلاح متان بخار با نسبت بخار به کربن 2.5-3.5 کار می کند، بنابراین مقدار بسیار زیادی بخار از خط عبور می کند و بیشتر آن مصرف نمی شود. میعان و بازیابی آن بخار، 0.5-2.0 کیلوگرم میعان در هر متر مکعب نرمال هیدروژن تولید می کند که در یک کارخانه بزرگ به ده ها تن در ساعت می رسد. بازگرداندن آن به دی اریتور و سیستم آب تغذیه دیگ بخار معمولاً کارخانه را از یک مصرف کننده بزرگ آب تصفیه شده به نزدیک به خنثی بودن آب تبدیل می کند، که هم برای هزینه عملیاتی و هم برای مکان هایی که تامین آب محدود است، اهمیت دارد. میعان باید ابتدا جدا شود، زیرا حاوی دی اکسید کربن، آمونیاک و مقادیر کمی متانول و فرمات حل شده است که در غیر این صورت باعث خوردگی اسید کربنیک و بازگشت آلاینده ها به دیگ های بخار و کاتالیزور اصلاح کننده می شود.

س: منحنی نلسون چیست و چگونه در طراحی کارخانه هیدروژن استفاده می شود؟

پاسخ: منحنی نلسون، منتشر شده در API Recommended Practice 941، برای هر آلیاژ فولادی، ترکیبات دما و فشار جزئی هیدروژن را که زیر آن حمله هیدروژن در دمای بالا رخ نمی دهد، تعریف می کند. بالای منحنی، هیدروژن به فولاد نفوذ کرده و با کربن حل شده واکنش داده و متان تشکیل می دهد که نمی تواند خارج شود و در مرز دانه ها تجمع می یابد و باعث شکافتن، کربن زدایی و در نهایت شکست بدون هیچ گونه هشدار قابل مشاهده می شود. در عمل، طراحان دمای عملیاتی و فشار جزئی هیدروژن را برای هر مبدل می خوانند و آلیاژی را انتخاب می کنند که منحنی آن بالاتر از آن نقطه قرار گیرد: فولاد کربن برای بخش های خنک تر، 1.25Cr-0.5Mo یا 2.25Cr-1Mo برای بخش های داغ تر، و فولاد ضد زنگ آستنیتی در جایی که روکش یا ساختار جامد مورد نیاز است. انحرافات عملیاتی بالای منحنی به طور جدی مورد توجه قرار می گیرند و معمولاً بازرسی را آغاز می کنند.

س: آیا می توان هیدروژن را در لوله ها و مخازن فولادی معمولی حمل کرد؟

پاسخ: در دمای محیط و فشار متوسط، بله، با کنترل. فولاد کربن معمولی به طور گسترده برای سرویس هیدروژن استفاده می شود، اما سه شرط اعمال می شود. استحکام محدود است: فولادهای با استحکام بالاتر بیشتر مستعد شکنندگی هیدروژن هستند، بنابراین قطعات نگهدارنده فشار معمولاً به موادی با سختی کمتر از حدود 300 HV و با استحکام تسلیم کنترل شده محدود می شوند. جوش ها باید با کنترل سختی در منطقه تحت تاثیر حرارت واجد شرایط باشند و در صورت لزوم عملیات حرارتی پس از جوش اعمال شود. دما و فشار باید در محدوده منحنی نلسون API 941 برای آلیاژ انتخاب شده باقی بمانند. بالاتر از حدود 200-250 درجه سانتیگراد، یا در فشار جزئی هیدروژن بالاتر، آلیاژهای کروم-مولیبدن ضروری می شوند و روکش فولاد ضد زنگ یا ساختار آستنیتی جامد در شدیدترین سرویس استفاده می شود.

س: طراحی برای هیدروژن در مقایسه با گاز طبیعی چه تفاوتی دارد؟

پاسخ: چهار چیز. اشتعال پذیری: هیدروژن از 4.0 تا 75 درصد حجمی در مقابل حدود 5 تا 15 درصد برای متان قابل اشتعال است و حداقل انرژی اشتعال آن حدود یک دهم است، بنابراین نشتی هایی که با گاز طبیعی بی ضرر هستند با هیدروژن خطرناک هستند و طبقه بندی تجهیزات و الزامات اتصال به طور متناسب سختگیرانه تر است. نشت: مولکول های هیدروژن کوچک هستند و به راحتی منتشر می شوند، بنابراین اتصالات که برای گاز طبیعی به اندازه کافی آب بندی می شوند ممکن است هیدروژن را نشت دهند، به همین دلیل ساخت جوشی و تست نشت هلیوم ترجیح داده می شود. تخریب مواد: هیدروژن فولاد را شکننده می کند و باعث حمله هیدروژن در دمای بالا می شود، که هیچ کدام با متان رخ نمی دهد. دید شعله: هیدروژن با شعله ای تقریباً نامرئی می سوزد، بنابراین تشخیص آتش باید حرارتی، فرابنفش یا مادون قرمز باشد نه بصری.