咨询热线
13601876610
ARTICLE/ 技术文章
首页  >  技术文章  >  吸热式气体发生器常见问题解答

吸热式气体发生器常见问题解答

发布时间:2021-06-21浏览:250次
  吸热式气体发生器已在热处理行业应用了几十年。它在热处理行业的最早用途是为中性或渗碳气氛稳定提供非氧化性富碳气体。
 
  随着化学成分稳定的天然气向生产设施的供应越来越可靠,吸热式气体的吸引力显著增大。向多台热处理炉连续提供成分可控并可预测的气体,能够确保提高工艺质量。
 
  吸热式气体发生器将一种富碳气体(在北美通常是甲烷)和空气以一定比例混合,在加热和使用催化剂的情况下生成一种“载气”,并且稳定地提供给需要非氧化性、中性或富碳气体的气氛炉。
 
  根据这一介绍,人们可能会提出许多问题:
 
  气体应当是什么成分?
 
  怎样控制原料气体的波动?
 
  气体的合适比例是多少?
 
  主要有哪些注意事项?
 
  气体成分
 
  在理想情况下,即反应气体的露点为40˚F时,气体的化学成分应当大致为40%氢气、40%氮气、20%一氧化碳以及少量的甲烷和二氧化碳(见下式)。
 
  当气体和空气的混合物被加热时,在催化剂的作用下发生气体反应,从而达到期望的成分。假定混合比例正确,反应温度合适,催化剂状态正常,可以使用非色散红外气体分析仪进行气体成分测量,以保证化学成分准确。必须注意的是,发生气体一定要得到冷却,以免发生逆反应。否则,发生器出口管路就会产生过多积炭,气体成分也将不准确。
 
  使用天然气时,理想的空/气比是2.7:1。不过,由于有很多影响因素——环境温度,相对湿度,大气压力,海拔高度,天然气成分,催化剂状态,发生器的温度均匀性,气体冷却器的效率,等等——发生气体的成分将会波动。由于这些因素有时难以控制,空/气比有可能低至2.4:1,高至3.6:1。
 
  吸热式气体的反应温度可能低至1,700˚F。不过,理想的反应温度建议采用1,900˚F。气体的成分随催化剂的温度而改变,因此需要精确地测量反应室和催化剂的温度以进行控制。如果发生器的运行温度发生变化(超过50˚F),可能需要改变空/气比,以使吸热式气体保持合适的化学成分。
 
  如果甲烷的含量大于0,说明反应进行得不充分。原因可能包括:
 
  1.发生器反应室的温度没有高到足以使反应充分进行。吸热式气体发生器的典型运行温度为1,850˚F–1,950˚F。
 
  2.气体比例设置不当。如果气体混合物中富气过多,可能没有足够的空气用于反应,使甲烷残留在反应气体中。
 
  3.催化剂中的镍被耗尽。催化剂是用耐火材料浸镍制成的,其中的镍会被消耗,导致反应无法进行。在这种情况下,必须更换催化剂。
 
  4.催化剂被积炭覆盖。如果发生器运行时富气过多,或者烧除积炭的间隔时间太长,炭黑会沉积在催化剂上。这使得镍起不到应有的作用,需要进行烧炭操作。
 
  如果反应气体中一氧化碳含量低,表明气体混合物中的碳氢化合物数量不足。这时应当检查空/气比。要记住,不同的吸热式气体输出量可能需要不同的空/气比。举例来说,吸热式气体发生器流量下限附近的空/气比可能低于流量上限附近的指标(对特殊的反应室更是如此)。
 
  在露点为40˚F的典型值时,二氧化碳的含量平均在0.200%左右(通常在0.175–0.25%范围内)。如果二氧化碳含量低,表明吸热式气体的露点低,需要改变空/气比。相反,如果二氧化碳含量高,就表明吸热式气体的露点高,需要将空/气比调低。
 
  影响气体成分准确性的其他因素可能还包括冷却器。如前所述,反应生成的吸热式气体在提供给热处理炉之前需要冷却。如果不进行冷却,温度很高的气体可能会发生逆反应,使一氧化碳含量降低。如果采用水冷式冷却器,一旦冷却器出现泄漏,水就会与气体发生反应,造成二氧化碳含量升高。在这种情况下,控制器将开始调节空/气比以增加富气,但这有可能在催化剂上甚至气体管路中产生积炭。对水冷式冷却器必须定期进行压力检查,而无论水冷还是风冷式冷却器都必须保持清洁,这样才能保证反应生成的吸热式气体得到适当的冷却。
 
  原料气体流量和成分的波动
 
  原料气体向混合系统的供应受到很多因素的影响:天然气成分,供气压降,供气压力波动,等等。所有这些因素都可能对发生器的性能和气体的反应产生相当大的不利影响。
 
  “峰值抑制”(或称削峰)是需求量过大时经常遇到的一个问题,在美国北方的冬季,天然气中往往含有一些添加剂,容易造成吸热式气体成分不准,积炭过多,镍消耗过快。遗憾的是,除了进行监测和根据需要调节空/气比,这个问题没有什么好的补救方法。
 
  大多数发生器都配有调节器,能够将供气压力调节到某个较低值以保证设备稳定运行。不过,压力变化过大会影响调节器的出口压力,使天然气流量减小。因此,为了保证吸热式气体能够达到期望的化学成分,需要改变空/气比。出现这种情况的原因可能是工厂在增加设备时没有考虑现有天然气管道的限制,或者是供应商降低了供气压力。
 
  另外,如果气体调节器使用已久或缺少维护,可能难以准确控制出口压力,因此也会引起波动。配备了大功率加热系统的吸热式气体发生器如果供气流量设置不当,可能会在每次加热系统需要气体时都产生波动。根据已知压力正确地选择供气流量,并且定期进行检查和维修,对保持空/气比稳定至关重要。
 
  露点的控制一般是通过一个气阀向进入催化剂的气体混合物中添加少量空气或气体的方式来实现,具体由PID回路进行控制。露点控制的目的是,在日常使用中条件变化的情况下保持吸热式气体成分稳定。不过,正常使用时如果遇到严重干扰,可能需要改变空/气比。这些干扰可能包括需求出现剧烈变化,或者大气条件发生了影响反应所用空气化学成分的变化。
 
  何时改变空/气比和怎样进行调节
 
  虽然吸热式气体的化学成分应当定期进行检查,比如每天甚至每班,但空/气比不应当这样频繁地改变。不过,一旦需要改变,就应当由受过良好训练的人以适当的方式进行调节。另外,为了正确进行调节,必须使用便携式露点分析仪和多组分气体分析仪。调节时主要应当注意两个方面:
 
  •改变幅度应当尽可能小。0.01–0.02的小幅变化就可能对露点产生高达5˚F的影响。
 
  •调节时,耐心是关键!首先进行小幅调节,等待至少30分钟,然后再进行下一步调节。在发生器以低流量制造气体时,这一点尤其重要。
 
  使用多组分气体分析仪能够比露点传感器更快地看到这些改变的结果。二氧化碳可能很快出现变化,表明调节已经生效。要注意,一氧化碳和二氧化碳不会完全稳定下来,可能一直保持振荡。不过,关键是要形成一种稳态振荡。如果甲烷含量很高,可能需要较长时间才能使其降低。提高空/气比能够很快改变一氧化碳、二氧化碳和露点,但甲烷的改变可能需要几个小时。
 
  常见问题
 
  如果发生器出现了故障,必须让它们尽快恢复制造气体。充分了解设备的运行状态及其安全装置,对保障设备正常运行至关重要。反应气体压力开关,混合泵和反应室压力开关,逆火止回阀,等等,都是监测设备及其运行的关键装置。对发生器的压力点应当定期进行检查,并对照原始文件来判定是否需要维修。
 
  反应气体压力开关用于监测供给混合系统的天然气压力。如前所述,供应压力保持稳定对确保吸热式气体稳定反应至关重要。
 
  •低压压力开关能够保证气体供应足以维持反应的进行。如果气体压力过低,空/气比会朝贫化方向改变,导致气体过早点火并回烧反应管路。此时逆火止回阀将发挥作用。
 
  •高压压力开关能够保证参与反应的气体不致过量,而且压力不会超过安全装置的额定压力指标。如果气体压力过高,空/气比将朝富化方向改变,使催化剂被积炭覆盖。
 
  混合泵和反应室压力开关监测混合泵的出口压力和/或冷却器的出口压力。高压和低压压力开关共同保证了发生器的安全运行。
 
  •混合泵出口可以安装一个低压开关,以保证混合泵正常运转且通往混合系统的天然气切断阀打开。另外,这个压力开关还能保证不会发生大问题(比如管路泄漏或密封垫破损),使混合泵能够按照需要向系统正常供气。
 
  •混合泵出口和/或冷却器的出口管路上可以安装一个高压开关,以保证反应管路内的压力不会超标。另外,它还能防止混合泵因背压过大而损坏。这些压力开关可以打开一个泄压阀,将气体导入放散管,从而降低反应气体的压力。
 
  近年来,系统都配备了帮助消除过量气体的功能。这些方案使吸热式气体发生器的调节比在不进行任何气体放散的条件下从传统的2-3:1增大到6-7:1。更先进的系统还不需要任何维护,也不需要操作人员对混合器、压力控制器或露点控制回路进行任何人工调节。
 
  这些系统采用了先进技术,能够快速测量并调节空气和气体的流量,从而在需求大幅改变时保证严格的空/气比和露点控制。

联系电话:
021-67632300

微信扫一扫

扫一扫访问手机站扫一扫访问手机站
访问手机站