Китайский производитель конденсаторов водородных установок, поставляющий эффективные системы конденсации для применения в обработке водорода

Производитель конденсаторов для водородных установок в Китае, поставляющий эффективные системы конденсации для процессов переработки водорода

Ответ на основной вопрос: Что поставляет конденсатор для водородной установки от Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd для объекта по переработке водорода? Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) проектирует и изготавливает конденсаторы для установок производства водорода методом паровой конверсии метана, охватывающие охлаждение конвертированного газа и конденсацию пара после конверсии, рекуперацию технологического конденсата и охлаждение продукта перед очисткой. Реформатор работает при температуре 800-900°C и давлении 15-40 бар, а последующая технологическая линия рекуперирует как тепло, так и воду: рекуперируется технологический конденсат в количестве 0,5-2,0 кг на нормальный кубический метр водорода и рециркулируется в деаэратор, что часто является разницей между водородной установкой с положительным и отрицательным водным балансом. Водород кипит при -252,8°C и воспламеняется в диапазоне от 4,0 до 75% по объему с минимальной энергией воспламенения всего 0,017 мДж, поэтому безопасность определяет каждое проектное решение.

1. Место конденсаторов в водородной установке

Технологическая линия паровой конверсии метана представляет собой в основном последовательность реакторов и этапов рекуперации тепла. Четыре процесса конденсации определяют как энергоэффективность, так и водный баланс:

• Охлаждение конвертированного газа и генерация пара: Газ на выходе из реформатора имеет температуру 800-900°C и поступает в котел-утилизатор или технологический паровой котел, который вырабатывает пар при давлении 40-120 бар, обеспечивая большую часть потребности установки в паре и часть его экспорта. Это не конденсатор в обычном смысле, а парогенератор, за которым следует дальнейшее охлаждение до температуры на входе в реактор конверсии. Поскольку газ горячий и богат водородом под давлением, этот теплообменник должен соответствовать пределу кривой Нельсона API 941 для высокотемпературной водородной коррозии, что означает использование низколегированной хромомолибденовой стали вместо углеродистой стали в наиболее горячих участках.
• Конверсия и рекуперация конденсата: Угарный газ преобразуется в диоксид углерода и водород в высокотемпературном реакторе конверсии при температуре 350-450°C на железо-хромовом катализаторе, а затем в низкотемпературном реакторе конверсии при температуре 200-250°C на медно-цинковом катализаторе, снижая содержание угарного газа с примерно 10-12% до менее 0,3%. Между этими стадиями и после них газ охлаждается, и избыточный пар конденсируется, образуя технологический конденсат в количестве 0,5-2,0 кг на нормальный кубический метр водорода. Этот конденсат содержит растворенный диоксид углерода, аммиак и следы метанола и должен быть дегазирован перед возвратом в систему питательной воды котла, поскольку диоксид углерода вызывает сильную коррозию угольной кислотой в линии возврата конденсата.
• Охлаждение перед очисткой: Адсорбция при переменном давлении наиболее эффективна при температуре 20-40°C, поэтому газ охлаждается воздушными или водяными охладителями, а оставшаяся вода удаляется в сепараторе перед адсорбционными колоннами. Полное удаление воды имеет значение, поскольку вода сильно адсорбируется на молекулярном сите и вытесняет водород, а также потому, что жидкая вода, попадающая в адсорбер, повреждает адсорбент. Отстойник с высокоэффективным каплеуловителем после конечного охладителя является стандартным, с контролем уровня и автоматическим сливом в систему конденсата.
• Сжижение водорода и глубокое охлаждение: Там, где производится жидкий водород, газ охлаждается до -253°C в многоступенчатом холодильном цикле, с конденсацией при точке кипения -252,8°C и скрытой теплотой 446 кДж/кг. Это специализированная задача: материалы должны сохранять прочность при криогенных температурах, поэтому используется аустенитная нержавеющая сталь или алюминий; конверсия орто-пара водорода должна катализироваться во время охлаждения, поскольку неконвертированный орто-водород выделяет достаточно тепла, чтобы испарить большую часть продукта во время хранения; и изоляция обеспечивается вакуумно-изолированной конструкцией с многослойной изоляцией или перлитом.

2. Материалы и безопасность при работе с водородом

Водород необычен тем, что он химически разрушает металлы, а также создает серьезную пожарную опасность. Из этого следуют три требования:

• Водородное охрупчивание и высокотемпературная коррозия: Необходимо устранить два различных механизма. При нормальной и умеренной температуре атомарный водород диффундирует в сталь и вызывает охрупчивание, особенно в высокопрочных материалах с твердостью выше примерно 300 HV, поэтому детали, работающие под давлением в среде водорода, специфицируются с ограничениями по твердости и использованием более низкопрочных сталей, а процедуры сварки контролируют твердость в зоне термического влияния. При повышенной температуре водород реагирует с углеродом в стали с образованием метана, вызывая обезуглероживание и образование трещин, известное как высокотемпературная водородная коррозия; выбор материала следует кривой Нельсона API 941, которая определяет безопасный диапазон температуры и парциального давления водорода для каждого сплава, причем хромомолибденовые стали используются для наиболее горячих участков.
• Опасность воспламенения и классификация: Водород имеет самый широкий диапазон воспламеняемости среди всех распространенных газов, от 4,0 до 75% по объему, и минимальную энергию воспламенения 0,017 мДж, примерно в десять раз меньше, чем у метана, что означает, что даже слабый статический разряд может его воспламенить. Он также горит почти невидимым пламенем. Следовательно, все оборудование классифицируется по ATEX или IECEx Зоне 1 или Зоне 2, каждая проводящая часть заземлена с сопротивлением ниже 10 Ом, контрольно-измерительные приборы сертифицированы для водорода в температурном классе T1, а обнаружение утечек установлено на уплотнениях и фланцах. Поскольку водород легко просачивается через малые зазоры, конструкция соединений отдает предпочтение сварным конструкциям перед фланцевыми, где это позволяет техническое обслуживание.
• Вентиляция, продувка и ввод в эксплуатацию: Водородные системы должны быть продуты перед входом и перед пуском, поскольку смесь водорода и воздуха внутри оборудования представляет серьезный риск взрыва. Продувка выполняется азотом для снижения содержания кислорода ниже примерно 1% перед подачей водорода и снова азотом перед вскрытием оборудования, с проверкой путем анализа, а не по истечении времени. Вентиляционные трубы рассчитываются на аварийное сброс давления, направляются значительно выше окружающих конструкций и оснащаются пламегасителями или непрерывной продувкой газом в зависимости от конструкции. Ввод в эксплуатацию должен включать гелиевое испытание на герметичность, поскольку утечки водорода не обнаруживаются обычными средствами, а утечка, допустимая для воздуха, часто недопустима для водорода.

Сравнительная таблица услуг конденсаторов для водородных установок

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Почему рекуперация технологического конденсата важна на водородной установке?

О: Установка паровой конверсии метана работает при соотношении пар/углерод 2,5-3,5, поэтому через технологическую линию проходит очень большое количество пара, и большая его часть не потребляется. Конденсация и рекуперация этого пара дают 0,5-2,0 кг конденсата на нормальный кубический метр водорода, что на крупной установке составляет десятки тонн в час. Возврат его в деаэратор и систему питательной воды обычно переводит установку из категории крупных потребителей очищенной воды в категорию близких к нейтральным по водопотреблению, что важно как для эксплуатационных расходов, так и для объектов, где водоснабжение ограничено. Конденсат должен быть предварительно дегазирован, поскольку он содержит растворенный диоксид углерода, аммиак и следы метанола и формиата, которые в противном случае вызвали бы коррозию угольной кислотой и вернули бы загрязнители в котлы и катализатор реформатора.

В: Что такое кривая Нельсона и как она используется при проектировании водородных установок?

О: Кривая Нельсона, опубликованная в API Recommended Practice 941, определяет для каждого сплава стали комбинации температуры и парциального давления водорода, ниже которых не происходит высокотемпературная водородная коррозия. Выше кривой водород диффундирует в сталь и реагирует с растворенным углеродом с образованием метана, который не может диффундировать и накапливается на границах зерен, вызывая образование трещин, обезуглероживание и, в конечном итоге, разрушение без видимых предупреждений. На практике проектировщики считывают рабочую температуру и парциальное давление водорода для каждого теплообменника и выбирают сплав, кривая которого лежит выше этой точки: углеродистая сталь для более холодных участков, 1,25Cr-0,5Mo или 2,25Cr-1Mo для более горячих, и аустенитная нержавеющая сталь, где требуется облицовка или сплошная конструкция. Эксплуатационные отклонения выше кривой рассматриваются серьезно и обычно требуют инспекции.

В: Можно ли использовать обычные углеродистые стальные трубы и емкости для работы с водородом?

О: При нормальной температуре и умеренном давлении, да, с ограничениями. Обычная углеродистая сталь широко используется для работы с водородом, но применяются три условия. Ограничена прочность: высокопрочные стали более подвержены водородному охрупчиванию, поэтому детали, работающие под давлением, обычно ограничиваются материалами с твердостью ниже примерно 300 HV и контролируемым пределом текучести. Сварные швы должны быть квалифицированы с контролем твердости в зоне термического влияния, а термообработка после сварки применяется при необходимости. Температура и давление должны оставаться в пределах кривой Нельсона API 941 для выбранного сплава. Выше примерно 200-250°C или при более высоком парциальном давлении водорода требуются хромомолибденовые сплавы, а облицовка из нержавеющей стали или сплошная аустенитная конструкция используются в наиболее суровых условиях эксплуатации.

В: Чем отличается проектирование для водорода от проектирования для природного газа?

О: Четыре вещи. Воспламеняемость: водород воспламеняется в диапазоне от 4,0 до 75% по объему против примерно 5-15% для метана, а его минимальная энергия воспламенения примерно в десять раз меньше, поэтому утечки, которые были бы безвредны для природного газа, опасны для водорода, и требования к классификации оборудования и заземлению соответственно строже. Утечка: молекулы водорода малы и легко диффундируют, поэтому соединения, которые герметичны для природного газа, могут пропускать водород, поэтому предпочтительны сварные конструкции и гелиевое испытание на герметичность. Деградация материалов: водород охрупчивает сталь и вызывает высокотемпературную водородную коррозию, ни одно из которых не происходит с метаном. Видимость пламени: водород горит почти невидимым пламенем, поэтому обнаружение пожара должно быть тепловым, ультрафиолетовым или инфракрасным, а не визуальным.