一种用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器的制作方法

1.本实用新型涉及天然气制氢技术领域，尤其涉及一种用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器。


背景技术：

2.在制氢装置的转化气中，有较大组分的酸性气组分和水蒸汽，随着温度的降低，水蒸汽发生冷凝后，酸性气体溶于冷凝的水中，形成酸性液体，酸性液体会发生露点腐蚀，对设备产生诸多不利影响。
3.制氢装置的转化气蒸汽转换器的换热管管束和冷端挠性管板一般采用铬钼钢材料，该材料不耐露点腐蚀；而这一段正好处于降温后露点腐蚀易发生的区域；因此露点腐蚀对转化气蒸汽转化器的换热管冷端和冷端挠性管板影响尤甚，之前的同类设备出现过挠性管板因露点腐蚀失效的案例。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中制氢装置的转化气蒸汽转换器的换热管冷端和冷端挠性管板容易产生露点腐蚀，进而导致设备运行不稳定，甚至出现泄漏的问题，本实用新型提供一种用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器，包括依次设置的热端管箱、蒸汽转换器壳体和冷端管箱、换热管管束和挠性管板；
6.换热管管束包括若干换热管，若干换热管沿蒸汽转换器壳体的轴向方向设置于蒸汽转换器壳体内，若干换热管内壁为光亮化内壁，且靠近冷端管箱一侧的内壁上还设置有第一保护层；
7.挠性管板位于换热管管束的两端，挠性管板上开设有若干管孔，若干换热管通过管孔与挠性管板固定连接，挠性管板靠近冷端管箱的一侧设置有堆焊层，堆焊层上设置有第二保护层。
8.采用上述技术方案，通过在换热管靠近冷端管箱一侧的内壁上设置第一保护层，由于换热管内靠近冷端管箱一侧温度较低，在此处设置第一保护层可以起到对换热管内壁的保护作用，减少此处发生露点腐蚀对换热管内壁产生的损伤。进一步地，在挠性管板靠近冷端管箱的一侧设置堆焊层，同样可以起到对挠性管板的保护作用，减少此处发生露点腐蚀对挠性管板产生损伤，且由于挠性管板靠近冷端管箱一侧温度更低，发生露点腐蚀更严重，在堆焊层上再设置第二保护层，可以进一步起到对挠性管板的保护作用。
9.进一步地，第一保护层沿换热管轴向的长度至少为1.5m，第一保护层的厚度为0.03mm-0.06mm。
10.进一步地，堆焊层的厚度为1.5mm～2.5mm。
11.进一步地，第二保护层的厚度为0.03mm～0.06mm。
12.进一步地，挠性管板的总厚度为25mm～35mm。
13.进一步地，堆焊层为高镍铬合金层。
14.进一步地，第一保护层为第一镀铬层。
15.进一步地，第二保护层为第二镀铬层。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，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：
17.图1为本实用新型实施例中用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器的结构示意图。
18.图2为本实用新型实施例中挠性管板的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例中挠性管板与换热管连接部结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.现有技术中，在制氢装置中，制氢转化器内温度一般为830～960度，压力为2.5mpa～3.5mpa，转化器内的转化气一般包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气和少量的甲烷及惰性气体，另有少于粉尘，转化气在转换器内经过热量交换后，温度会降到300度左右，低负荷时温度会更低，在此过程中，在换热管靠近冷端管箱的一端，以及挠性管板靠近冷端管箱的一侧由于温度降低，可能会发生水蒸汽冷凝，转换气中的酸性气体例如二氧化碳会与冷凝水结合，形成酸性的碳酸液体，由于制氢装置内的温度和压力等特殊环境，碳酸液体会对设备产生露点腐蚀，对设备产生诸多不利影响。
22.依照传统的经验，所采取的措施主要有如下几点：
23.(1)通过设置中心旁路等办法，严格控制工艺参数，使转化气蒸汽转换器的出口温度在露点腐蚀温度之上；
24.(2)对冷端管箱耐火衬里的厚度进行精准计算控制，使设备外壁温度保持在露点腐蚀温度之上。
25.这两种方式实际控制起来并不容易，因为中心旁路一般调节范围有限，在设备低负荷运行情况下，难以做到精准控制；对设备外壁温度因素的影响因素除耐火衬里的厚度外，还和环境温度、风速等相关，因此难以做到严格控制外壁温度。
26.避免露点腐蚀的最佳办法是还有采用抗露点腐蚀的材料，理想的抗露点腐蚀的材料为奥氏体不锈钢。但是采用这些材料也存在问题：(1)挠性管板不宜采用奥氏体不锈钢材料，采用挠性薄管板的目的是为了通过减少管板厚度，从而降低热应力，而奥氏体不锈钢的导热性能远不及碳钢；(2)奥氏体不锈钢等材料在氯离子大于20ppm的时候，易发生孔蚀；由于蒸汽发生器的特殊性，炉水在设备内大多变为蒸汽(超过98％)，少部分排污，炉水中的各种离子较脱盐水浓缩50倍以上，因此炉水中的氯离子的浓度难以达到20ppm以下。
27.为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种用于制氢装置中的转化气蒸汽转换器，包括依次设置的热端管箱1、蒸汽转换器壳体2和冷端管箱3、换热管管束4和挠性
管板5；
28.换热管管束4包括若干换热管41，若干换热管41沿蒸汽转换器壳体2的轴向方向设置于蒸汽转换器壳体2内，若干换热管41内壁为光亮化内壁，且靠近冷端管箱3一侧的内壁上还设置有第一保护层42。
29.挠性管板5位于换热管管束4的两端，挠性管板5上开设有若干管孔51，若干换热管通过管孔与挠性管板固定连接。挠性管板5靠近冷端管箱3的一侧设置有堆焊层53，堆焊层53上设置有第二保护层54。应理解，挠性管板5在转化气蒸汽转换器内的固定方式为现有技术中常用的固定方式。示例的，一挠性管板5位于蒸汽转化器壳体2与热端管箱1连接处，挠性管板5的两端可以分别通过轴节52与蒸汽转化器壳体2和热端管箱1等厚连接。当然位于蒸汽转化器壳体2与冷端管箱3连接处的另一挠性管板5的连接方式可以参考如上，此处不再赘述。
30.采用上述技术方案，通过在换热管靠近冷端管箱一侧的内壁上设置第一保护层，由于换热管内靠近冷端管箱一侧温度较低，在此处设置第一保护层可以起到对换热管内壁的保护作用，减少此处发生露点腐蚀对换热管内壁产生损伤。进一步地，在挠性管板靠近冷端管箱的一侧设置堆焊层，同样可以起到对挠性管板的保护作用，减少此处发生露点腐蚀对挠性管板产生损伤，且由于挠性管板靠近冷端管箱一侧温度更低，发生露点腐蚀更严重，在堆焊层上再设置第二保护层，可以进一步起到对挠性管板的保护作用。
31.如图1和图3所示，结合上述技术方案，本实施例中，进一步限定了换热管内壁的第一保护层42沿换热管41轴向的长度至少为1.5m。这是由于换热管41内由靠近热端管箱1一端向冷端管箱3的一端温度逐渐降低，也就是越靠近冷端管箱3温度越低，此处越容易产生露点腐蚀，经验证，当第一保护层42沿换热管41轴向的长度至少为1.5m时，可以明显减少换热管41靠近冷端管箱3一端的内壁受露点腐蚀的影响，提高换热管41运行稳定性和使用寿命。此外，第一保护层42的厚度不能太厚，第一保护层42厚度过厚会影响换热管热交换性能，当然第一保护层42的厚度也不能太薄，否则起不到保护作用。经试验验证，第一保护层42的厚度为0.03mm-0.06mm时，例如，当第一保护层42的厚度选择0.03mm、0.04mm、0.05mm或0.06mm时，即可以使换热管41的热交换效率达到最优，还可以很好地对换热管41内壁起到保护作用。示例性的，第一保护层42可以为第一镀铬层。
32.如图1和图2所示，结合上述技术方案，本实施例中，在挠性管板靠近冷端管箱的一侧设置厚度为1.5mm～2.5mm的堆焊层，例如，堆焊层53的厚度为1.5mm、2.0mm或2.5mm时，由于堆焊层的厚度较薄，在不影响挠性管板强度和温差应力的前提下，即可以起到对挠性管板的保护作用，减少此处发生露点腐蚀对挠性管板产生损伤。
33.如图1和图2所示，由于挠性管板靠近冷端管箱一侧温度更低，更易发生露点腐蚀。因此，本实施例中，进一步在堆焊层上再设置厚度为0.03mm～0.06mm的第二保护层，第二保护层54也可以为第二镀铬层。由于第二保护层仅为0.03～0.06mm，第二保护层54选择此厚度时，不会影响挠性管板5的导热性能，因此，不会增加挠性管板5两侧的温差应力，还可以很好地起到对挠性管板5的保护作用，减少其受露点腐蚀的影响。
34.结合上述技术方案，本实施例中，进一步限定了挠性管板5的总厚度为25mm～35mm。示例性的，挠性管板5的总厚度可以为25mm、28mm、30mm、32mm或35mm。应理解，挠性管板5的总厚度为挠性管板5、堆焊层53和第二保护层54的厚度的总和。在此总厚度下，由于堆
焊层厚度不超过2.5mm，第二保护层的厚度不超过0.06mm，因此，挠性管板的厚度可以达到22.44至32.44mm，此厚度下，一方面可以保证挠性管板5的强度满足使用要求，另一方面可以保证挠性管板5两侧的温差应力在规定范围内，同时还可以很好地起到抗露点腐蚀的作用，提高蒸汽转换器整体的性能。
35.本实用新型实施例还进一步给出蒸汽转化器中换热管内壁形成第一保护层和挠性管板上形成堆焊层和第二保护层的示例性方法，包括如下步骤：
36.s1、对换热管内壁进行光亮化处理，获得具有光亮化内壁的换热管。应理解，光亮化处理工艺采用现有技术中常用工艺处理即可。
37.s2、在所述光亮化内壁上电镀第一保护层，所述第一保护层位于所述换热管内壁靠近冷端管箱的一侧。
38.作为一种可能的实现方式，换热管主要为铬钼钢材质，第一保护层主要为第一镀铬层。电镀第一保护层主要包括：在铬钼钢材质的换热管的光亮化内壁上电镀铬层，具体电镀工艺可以参考如下：
39.镀铬层的采用的镀液成分为：铬酐140～150g/l、硫酸1.0～1.2g/l、硫酸铬5～7g/l、甲酸3～5g/l、硫酸钠6～8g/l。电镀铬层的工艺为：ph3.5～4，在温度为35～45℃，电流密度为44～48a/dm2，电镀时间30～40min。在上述工艺条件下，可以在换热管的光亮化内壁上获得厚度为0.03mm～0.06mm的第一镀铬层。
40.s3、对挠性管板靠近冷端管箱的一侧进行堆焊处理，形成堆焊层。
41.作为一种可能的实现方式，在进行堆焊处理前，可以先对挠性管板进行预热，本发明实施例中预热温度限定在80℃～100℃。
42.预热完成后，对挠性管板进行堆焊处理。具体实施时，采用熔化极气体保护焊工艺进行堆焊处理，熔化极气体保护焊工艺参数如下：焊接时采用药芯焊丝，焊材牌号为enicrmo3t1～4，直径为1.2mm，电流直流反接，堆焊过程中，控制层间温度≤80℃，控制电流160～220a,焊接速度30～15cm/min。由于堆焊过程中，层间温度控制较低，仅在不超过80℃条件下进行堆焊处理。层间温度的设置，结合预热温度的限定，可以最大限度的加快铬钼钢的冷却速度，减少高镍铬合金(堆焊层)和母材(铬钼钢)之间的过渡层，在获得较薄厚度的堆焊层的同时保障堆焊层的耐腐蚀性。实际操作时，堆焊层的初始厚度可以为2～3mm，堆焊完成后，经打磨平整之后，保留1.5mm～2.5mm的堆焊层，在大大减小挠性管板上形成的堆焊层的厚度的同时，可以实现抗露点腐蚀的作用。
43.作为一种可能的实现方式，对挠性管板靠近冷端管箱的一侧进行堆焊处理，形成堆焊层后，还包括：对堆焊层进行消氢处理，消氢处理的温度为325～375℃，时间为2～3小时。
44.s4、在所述堆焊层上电镀第二保护层。
45.作为一种可能的实现方式，在堆焊层上电镀第二保护层，第二保护层主要为第二镀铬层。电镀第二保护层的电镀工艺可以参考如下：
46.镀铬层的采用的镀液成分为：铬酐140～150g/l、硫酸1.0～1.2g/l、硫酸铬5～7g/l、甲酸3～5g/l、硫酸钠6～8g/l。电镀铬层的工艺为：ph3.5～4，在温度为35～45℃，电流密度为44～48a/dm2，电镀时间30～40min。在上述工艺条件下，可以在堆焊层上获得厚度为0.03mm～0.06mm的第二镀铬层。
47.应理解，上述处理工艺中，可以先对换热管进行光亮化处理和电镀铬处理形成第一保护层，再对挠性管板进行堆焊层处理，在堆焊层上进行电镀铬处理形成第二保护层，然后再按照现有组装工艺，将经过上述工艺处理的换热管、挠性管板和蒸汽转换器的其他结构进行组装，形成具有抗露点腐蚀的蒸汽转换器。
48.采用上述工艺制备得到换热管和挠性管板后，按照蒸汽转换器的组装工艺，将换热管、挠性管板与蒸汽换转换器的其他结构部件，例如蒸汽转换器壳体、热端管箱、和冷端管箱等进行组装，即得具有防露点腐蚀的蒸汽换转换器。该蒸汽转换器在天然气制氢装置中，经过一年的稳定运行，未发现发生露点腐蚀。
49.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。