第40卷第6期化工機(jī)械825合成氣變換爐的選材和應(yīng)用譚立平(中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司)擴(kuò)要在媒化工工廠,變換裝夏是制取氬氣氣化工段后續(xù)工段,對最終制取數(shù)氣起到重要的作用,而變換爐是變換裝中最重要的設(shè)備之一,其選樹受到多種工藝工況的制約,其選樹的好壞,直接影響到裝王的長周期運(yùn)行。關(guān)鍵詞合成氣變換爐復(fù)合板氫氣硫化氬中圖分類號TQ054·.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號02546094(2013)060825404在煤化工工廠,變換裝置是制取氫氣氣化工2變換爐選材分析段的后續(xù)工段,而變換爐是變換裝置中最重要的變換爐是CO變換裝置的關(guān)鍵設(shè)備。變換氣設(shè)備之一,由于變換工藝介質(zhì)多、工況復(fù)雜,多為中的CO和H2O(氣態(tài))在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為高溫、中壓工況,因此變換爐選材受到多種因素的CO2和H2。由表1可知,選擇制造變換爐的材料制約,采用何種材料制造變換爐需要從強(qiáng)度、腐需要既能抗H2腐蝕又能抗高溫H2S腐蝕。蝕、經(jīng)濟(jì)性及長周期運(yùn)行等方面綜合考慮。2.1抗氫材料選擇1變換爐參數(shù)高溫臨氫壓力容器的殼體材料應(yīng)根據(jù)容器的第一變換爐按熱壁爐設(shè)計,爐內(nèi)裝進(jìn)口催化設(shè)計溫度(已考慮28℃的裕量)和設(shè)計氫分壓在劑,反應(yīng)床為絕熱軸向催化劑裝填的結(jié)構(gòu)形式, Nelson曲線中選取,并遵照HC20581《鋼制化工內(nèi)裝約50m3催化劑。催化劑由型鋼梁上的柵板容器材料選用規(guī)定》6.7.3節(jié)的規(guī)定。第一變換支撐,氣體進(jìn)口設(shè)置氣體分布器催化劑床反應(yīng)溫爐的設(shè)計壓力3.9MPa,爐內(nèi)的設(shè)計溫度485℃,度由床層內(nèi)的熱電偶測量。第一變換爐的工藝參根據(jù)爐內(nèi)氫氣的組成計算出氫氣的分壓為數(shù)為1.287MPa。利用 Nelson曲線分析,設(shè)備處于臨氫基層材料SA387Grl1c2狀態(tài)殼體需采用抗氫腐蝕材料。目前在中壓范復(fù)層材料0Crl8 Nill Nb(TP347)圍內(nèi)臨氫設(shè)備采用的抗氫鋼主要有:1Cr0.5Mo,設(shè)備凈重62125Cr0.5Mo和2.25Cr-1M設(shè)備容積83.5m根據(jù)氫分壓和設(shè)計溫度,查 Nelson曲線,得幾何尺寸3600mmx9700mm知1Cr0.5M鋼在此工況下雖然不會產(chǎn)生氫腐設(shè)計壓力蝕,但會產(chǎn)生表面脫碳現(xiàn)象,材料的強(qiáng)度不能保設(shè)計溫度485℃證,且采用 Nelson曲線有l(wèi)度左右的誤差,所以爐內(nèi)工藝介質(zhì)組成成分見表1。lCr05M鋼不能選為此工況下的設(shè)備用材。查GB150表41發(fā)現(xiàn)1.25Cr0.5Mo(國產(chǎn)代表1變換爐內(nèi)工藝介質(zhì)組成%表鋼種14 Crl MoR)在各個高溫階段材料的高溫H2sCO其他屈服強(qiáng)度低于SA387 Grl1C12。另外,據(jù)調(diào)查23.1~33.10.2.114CrMR用于國內(nèi)該工況變換爐的實例不多國內(nèi)目前沒中國煤化工x54沒列人,CNMHG*譚立平,男,1962年12月生,工程師。北京市,100011826化工機(jī)械2013年GB7132008列入),GB150也只將14CrMR列是鋼板成分控制要求;控制焊接時回火脆性敏感入附錄A中,國內(nèi)舞陽鋼廠、武漢鋼廠和重慶鋼性;需作步冷試驗。故SA387G22C不是變換爐廠處于試生產(chǎn)階段,故不宜作為在此工況下的最材料的最佳選擇。佳材料采用1.25Cr0.5Mo的國外牌號材料GB150沒將2.25Cr1Mo的國內(nèi)材料SA387 Grl1c12,查 Nelson曲線,該材料滿足設(shè)計12C2MolR列入其中。SA387Gn22Cn屬于工藝參數(shù)要求,查ASME標(biāo)準(zhǔn)-材料性能D篇表2.25Cr1Mo鋼種系列國外牌號,此鋼種價格較1,SA387Grl1c在各高溫階段許用應(yīng)力材料較貴,且因材料強(qiáng)度高,含鉻量達(dá)2%以上,在370~為穩(wěn)定,且此材料國內(nèi)用于變換反應(yīng)器和氣化爐590℃回火的過程中容易產(chǎn)生回火脆性,材料訂貨的實例較多,如神華寧煤和包頭煤制烯烴的煤制時不能完全按ASMEⅡ的SA387標(biāo)準(zhǔn)正文去訂氫變換爐所用材料均為SA387 GrlIcl,其化學(xué)成貨。為了控制回火脆性必須增加一些附加要求:分和力學(xué)性能分別見表23。表2SA387Gr11Cl2的化學(xué)成分%項目Mn熔煉分析0.05~0.170.40~0.650.0350.0350.50-0.801.00~1.500.45~0.65成品分析0.04-0.170.35-0.730.0350.0350.44-0.860.9-1.560.40~0.70表3SA387 GarLic的力學(xué)性能析決定設(shè)備殼體材料采用不銹鋼復(fù)合板。復(fù)合層抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長率/%伸長率/%不銹鋼和基層鉻鑰鋼采用爆炸復(fù)合(鋸齒連接)。MPaMP(標(biāo)距200)(標(biāo)距50)設(shè)備復(fù)層采用奧氏體不銹鋼較合適,由于奧氏體515-69031018不銹鋼塑性及韌性好,和異種鋼焊接不會產(chǎn)生裂紋。為了保證復(fù)層鋼材一定的高溫強(qiáng)度,復(fù)合層22鉻鋸抗氫鋼抗氫的理論基礎(chǔ)奧氏體不銹鋼含碳量應(yīng)不小于0.04%,故復(fù)層選因為氫原子在高溫狀態(tài)下有滲透性,鋼中的擇TP347(0Cr18N1Nb)奧氏體不銹鋼,基層采用碳與滲入鋼中的氫原子生成甲烷,使其強(qiáng)度和韌SA387 Grllcl2。性明顯降低2),反應(yīng)進(jìn)行的過程降低了該區(qū)域的3焊接材料的選擇和焊接方法碳濃度,局部區(qū)域甲烷量不斷增多,形成阻力使該設(shè)備因直徑大,容器壁較厚,設(shè)備為整體運(yùn)區(qū)域產(chǎn)生裂紋,即產(chǎn)生氫膽和組織中的碳元素組輸故設(shè)備的焊接工作主要在制造廠完成。設(shè)備成化合物的趨勢,造成材料力學(xué)性能下降。為了的主要縱環(huán)焊縫為自動焊。焊接工藝評定為:其避免這種事情的發(fā)生,在鋼中增加鉻鉬元素阻止基層焊絲為 HIl CrMo45A,焊劑為CHF603,復(fù)合氫進(jìn)入組織中,在晶界上形成碳化鉻和碳化鋁的板不銹鋼部分的焊接采用焊條HOCr20NoTi,基化合物,組織中游離的氫有所減少。層和復(fù)層之間的焊接采用E310Mo-15。2.3抗硫化氫腐蝕材料選擇表4為H1CrMo45A焊絲的化學(xué)成分,經(jīng)比根據(jù)介質(zhì)中硫化氫的含量(0.1%),筆者分對,各化學(xué)成分符合控制要求。表4 Hll CrMo45A焊絲的化學(xué)成分項目供應(yīng)值0.060.230.0090.0041.260.520.05復(fù)驗值00.570.190.0130.0051.120.140.510.18珠光體耐熱鋼應(yīng)采用低氫型焊條或焊絲,基或焊絲,復(fù)TYH中國煤化工層相應(yīng)的焊層與基層材料焊接應(yīng)選擇同基層材料相應(yīng)的焊條條或焊絲CNMHG再焊過渡層,第40卷第6期化工機(jī)械827最后焊復(fù)層的基本要求。復(fù)層奧氏體不銹鋼347國內(nèi)生產(chǎn)廠家有上鋼因變換爐的外部接管采用304材料,而設(shè)備的五廠及山西太鋼等,各廠家都有成熟的冶煉和制補(bǔ)強(qiáng)鍛件材料為SA336FlC3鋼,設(shè)備和外部管道造工藝。此臺設(shè)備復(fù)層鋼板347供貨廠家為瑞典連接采用焊接,因SA336F1lC3鋼含碳量在01%奧拓坤普。0.4%正火狀態(tài)下的組織主要是珠光體。珠光體與4.3CrMo鋼+襯里不銹鋼的復(fù)合板廠家奧氏體的線膨脹系數(shù)不同,在焊接時會產(chǎn)生很大的目前國內(nèi)鋼廠生產(chǎn)復(fù)合板的廠家主要有:四應(yīng)力不銹鋼與珠光體低碳鋼的直接焊接(堆焊例川驚雷大連爆炸復(fù)合所及太鋼等廠家。將基層外)極易產(chǎn)生裂紋,焊接時應(yīng)在SA336 Flick3鋼上堆材料和復(fù)層材料進(jìn)行爆炸復(fù)合,選擇焊一層高鎳奧氏體焊條(如A302),完成后再用低鉻SA387 GriCe+347的爆炸復(fù)合廠家為大連爆炸奧氏體鋼焊條(如A132)焊接。也可采用鎳基焊條復(fù)合所。爆炸方法為直接爆炸法。作為填充金屬(ERNC3)因鎳基的膨脹系數(shù)和鉻鉬5技術(shù)規(guī)格書中材料的要求鋼接近,界面處產(chǎn)生的應(yīng)力比用奧氏體焊條作為填在確定了材料以后,需編寫鋼板的采購技術(shù)充金屬的小。規(guī)格書。因ASME規(guī)范鋼板-SA387GrLC的4國內(nèi)外鋼廠的供貨情況正文后面有很多補(bǔ)充的技術(shù)要求,用戶或設(shè)計單初步選定材料后,需要了解國內(nèi)外都有哪些位要根據(jù)具體用途進(jìn)行選擇和補(bǔ)充。文中所采用廠家能生產(chǎn)制造,筆者分別從基層復(fù)層和復(fù)合板的是SA387GrC正火板(抗拉強(qiáng)度為515供貨廠家進(jìn)行可行性分析。690MPa,屈服強(qiáng)度不小于310MPa,伸長率為4.1基層CrMo板材的供貨廠家22%),和國內(nèi)的14Cr1MoR材料性能相當(dāng)。由于國內(nèi)生產(chǎn)變換爐的抗氫CrMo鋼主要有:ASME規(guī)范中SA387Gr11Cl的化學(xué)成分中控制12cr2MolR、14 Crl Mor和1CMoR。生產(chǎn)CrMo的硫、磷含量高于國內(nèi)同種材料14cMoR,沖擊中厚板材廠家主要是:河南舞陽鋼廠、武漢鋼廠和功低于14 CrI MoR,那么訂貨時SA387GlLC2正重慶鋼廠。經(jīng)過考察知舞陽是國內(nèi)生產(chǎn)中厚板火板的化學(xué)成分和沖擊功值應(yīng)不低于14cMoR較著名廠家,它的鋼板生產(chǎn)厚度和沖擊功優(yōu)于其的數(shù)值這些都應(yīng)在技術(shù)規(guī)格書中寫明。他兩個廠家,但是14CMoR還處于試生產(chǎn)階段為了控制SA387 Grl1C2材料的回火脆性,在(還沒批量生產(chǎn)),對于12C2Mo1R鋼板以上3家鋼板釆購的技術(shù)規(guī)格書中要求熔煉分析除應(yīng)符合企業(yè)還處于研發(fā)階段。規(guī)定外,還有如下限制:國外生產(chǎn)變換爐抗氫CrMo鋼板材料主要a.Cr含量應(yīng)大于1.0%(產(chǎn)品分析)是SA387Gr22C12SA387Grl1CI2和b.P含量應(yīng)不大于0.01%,如有特殊要求SA387Gr12C。鋼板根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造,需在設(shè)計圖紙的技術(shù)要求中注明其主要生產(chǎn)企業(yè)是日本神戶制鋼以及德國C.(S%+Mn%)不大于1.1%;DILLINGER等,經(jīng)了解這兩家都有多年生產(chǎn)d.J系數(shù)不高于120,J=(S%+Mn%)SA387GC2的經(jīng)驗,此臺設(shè)備基材選擇供應(yīng)廠(P%+Sn%)×10000。家為德國 DILLINGER?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果(表5)和碳當(dāng)量計算結(jié)果4.2復(fù)層襯里不銹鋼的供貨廠家應(yīng)在材料合格證書表示。表5 DILLINGER實際供貨材料的化學(xué)成分%C0.0.570.5180.010.00031.3980.1680.5620.1460.000根據(jù)表5數(shù)據(jù)計算得:J=(S%+Mn%)×V)/5×100%合格:Si+Mn=1.09<(P%+Sn%)×10000=108.8<120;碳當(dāng)量1.1%合格。中國煤化工CE =C+Mn/6 + Ni+ Cu)/15 + Cr +Mo因設(shè)備處CNMHG申強(qiáng)度試驗828化工機(jī)械013年(表6)應(yīng)滿足以下要求588>515MPa;Ra=446>310MPa,室溫拉伸強(qiáng)度a.鋼板應(yīng)按SA20的要求進(jìn)行附加拉伸試和屈服強(qiáng)度均滿足 ASME SA387GlC12(表3)驗,高溫拉伸試驗溫度按相關(guān)設(shè)備的設(shè)計溫度并要求。在材料采購單明確,高溫試驗溫度為485℃;6結(jié)束語b.同爐、同種規(guī)格每批鋼板做一個試驗,且目前SA387GllC2鋼板廣泛用于氣化爐、加每張鋼板要求相同熱處理爐次;氫反應(yīng)器和變換爐殼體材料,此設(shè)備隨裝置于c.高溫拉伸強(qiáng)度的最小強(qiáng)度值應(yīng)滿足2008年開車成功運(yùn)行到現(xiàn)在,每次停車檢修期ASME第Ⅱ篇D部分的要求;間,進(jìn)入設(shè)備對其復(fù)合層進(jìn)行檢查,同時對焊縫進(jìn)d.材料合格證中應(yīng)闡明高溫抗拉強(qiáng)度值,行超聲波抽查,沒有發(fā)現(xiàn)氫腐蝕和材料減薄等問其拉伸試驗的要求應(yīng)不小于485℃下的高溫屈服題。強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)表6 DILLIGER實際供貨材料的部分力學(xué)性能R/MPa/MPaR.2(485℃)/MPa[1] ASME SA387/387M,ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范Ⅱ材料A篇:鐵基材料[S].北京中國石化出版社588.630446.495355,317[2]王非,林英化工設(shè)備用鋼[M].北京:化學(xué)工業(yè)出由表6可以看出:Ra2=317>206MP版社,2004(500℃時的屈服強(qiáng)度),高溫屈服強(qiáng)度合格;Rn=(收稿日期:20130401,修回日期:20130507)(上接第787頁)[7]徐英,于中偉張濤等,V形內(nèi)錐流量計關(guān)鍵參數(shù)9符松,王亮湍流轉(zhuǎn)捩模式研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展對流出系數(shù)的影響[]機(jī)械工程學(xué)報,2008,442007,37(3):409-416(12):105-11l10]成婷婷,張正科,屈科.用轉(zhuǎn)捩模型預(yù)測轉(zhuǎn)捩及確[8] Bakabel A, Hegab A M, Nasr M, et al. Assessment of定最佳粗糙帶高度[J].航空計算術(shù),2012,42(5)Turbulence Modeling for Gas Flow in Two Dimensional75-79Convergent-— Divergent Rocket Nozzle[J]. Applied[11]董志勇射流力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2005Mathematical Modelling, 2011, 35(7): 3408-3422(收稿日期:20130409,修回日期:20130511)Comparison of Two Turbulence Models in Flow Field NumericalCalculation of Multi-orifice Flow MeterZHAO Shan-shan, ZHANG Tao, YU Hong-shi, ZHENG Dan-dan2. School of Electronic and Information Engineering, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China)Abstract Basing on the flow field characteristics of multi-orifice flow meter, both SSt( shear-stress trans-port)4-equation and SST k-o turbulence model were selected to simulate multi-orifice flow meter. Having ef-flux coefficient's calculation results compared with experimental results shows that, with respect to SST turbu-lence model the SST 4-equation turbulence model is more suitable to calculate the flow field of multi-orificeflow meter, and the calculation precision is higher in the case of low Reynolds number; the linearity of the ef-flux coefficient C becomes best and reaches0.8% when k closes to"V凵中國煤化工 arity of the eflux coefficient C becomes worst and reaches 3. 6% when k gets lessCNMHGKey words multi-orifice flow meter, efflux coefficient, turbulence model, simulation