專利名稱：煤凈化設備變換管道線路及其防裂方法
技術領域：
本發(fā)明涉及煤制氫及煤化工領域，具體地涉及煤制氫及煤化工中采用的煤凈化設備變換管道線路的防裂方法及用于此的煤凈化設備變換管道線路。
背景技術：
在煤制氫及煤化工領域中采用的凈化設備在進行投料時需要開停車，此過程中凈化設備的變換管道內經(jīng)歷氮氣循環(huán)過程，以對變換爐中的催化劑進行加熱。在開停車過程中，由于變換管道與送入的工藝氣體之間有顯著溫差，導致凈化設備的變換管道系統(tǒng)很容易發(fā)生應力腐蝕開裂，出現(xiàn)顯著的貫穿性裂紋，由此導致變換管道破裂，被迫停產(chǎn)。這既導致變換管道系統(tǒng)壽命縮短，還同時影響了凈化設備的操作效率。因此，需要提出一種防止凈化設備變換管道開裂的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種煤凈化設備變換管道線路的防裂方法及相應的煤凈化設備變換管道線路，其能夠有效地防止凈化設備開停車投料過程中變換管道的開裂， 延長管道的使用壽命，提高整個凈化設備的操作效率。針對上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了一種煤凈化設備變換管道線路防裂方法，其中，一種煤凈化設備變換管道線路防裂方法，變換管道線路中從上游至下游包括通過變換管道連接的循環(huán)氮氣風機、開工加熱爐、電動閥、變換爐，其特征在于，方法包括a) 通過循環(huán)氮氣風機對進入其中的氮氣加壓；b)氮氣進入循環(huán)氮氣風機下游的開工加熱爐， 在開工加熱爐內加熱至第一溫度；c)氮氣進入開工加熱爐下游的電動閥加熱至低于第一溫度的第二溫度，第二溫度高于變換管道的露點溫度；d)氮氣進入電動閥下游的變換爐， 將變換爐內的催化劑加熱至第二溫度；e)將具有預定壓力的工藝氣體送入變換管道線路。具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，在步驟e)包括el)在變換管道線路的起始處，將預定壓力的工藝氣體以第一流速送入變換管道線路，預定壓力在0. 2 0. 5Mpa范圍內，第一流速在14. 86 18m/s的范圍內；或者el)在工藝氣體通過變換爐以后，將工藝氣體的壓力保持在第一壓力且流速保持在第一流速，將工藝氣體送入變換管道線路在變換爐下游的部分。具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，在步驟el)之后執(zhí)行 e2)在整個變換管道線路的溫度升至露點溫度以上后，將工藝氣體的流速調整至小于第一流速的第二流速，并將工藝氣體的壓力保持在預定壓力，第二流速在6. 6 10m/S的范圍內。具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，第一流速為14.86m/s， 第二流速為6. 6m/sο具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，預定壓力為0. 2MPA。具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，第一溫度在250 3000C的范圍內，第二溫度在220 250°C的范圍內。具體地，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道防裂方法，其中，利用氮風機對變換管道系統(tǒng)進行加熱。根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了一種煤凈化設備變換管道線路，其用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道線路防裂方法，變換管道線路中的部件通過變換管道相連，變換管道線路包括循環(huán)氮氣風機，布置在變換管道線路的上游，對進入其中的氮氣加壓；開工加熱爐，布置在循環(huán)氮氣風機下游，將進入其中的氮氣加熱至第一溫度；電動閥，布置在開工加熱爐下游，將進入其中的氮氣加熱至高于第一溫度的第二溫度；變換爐，布置在電動閥下游，變換爐內的催化劑被進入變換爐的氮氣加熱至第二溫度。具體地，根據(jù)本發(fā)明第二方面的煤凈化設備變換管道線路，其中，還包括流速控制閥，布置在變換管道線路的起始處，或者布置在變換爐的出口端處，其中，流速控制閥在整個變換管道線路的溫度升至其露點溫度之前將工藝氣體的流速控制為第一流速，在整個變換管道線路的溫度升至其露點溫度以上后將工藝氣體的流速調整至第二流速。具體地，根據(jù)本發(fā)明第二方面的煤凈化設備變換管道線路，其中，還包括第一中溫換熱器，布置在開工加熱爐與電動閥之間，在開工加熱爐加熱的氮氣的溫度高于第一溫度的情況下，第一中溫換熱器回收氮氣中多余的熱量使氮氣的溫度回到第一溫度。具體地，根據(jù)本發(fā)明第二方面的煤凈化設備變換管道線路，其中，還包括依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器、變換廢熱鍋爐、第二中溫換熱器，布置在電動閥與變換爐之間， 在電動閥加熱的氮氣的溫度高于第二溫度的情況下，依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器、變換廢熱鍋爐、第二中溫換熱器回收氮氣中多于的熱量使氮氣的溫度回到第二溫度。本發(fā)明具有以下技術效果本發(fā)明的變換管道防裂方法采用了改進的工藝流程，使得在進行投料操作時，變換管道系統(tǒng)的管壁溫度已經(jīng)高于露點溫度，由此有效防止管道由于露點腐蝕而導致的開裂。本發(fā)明的變換管道防裂方法延長了升溫過程，由此減小了應力導向氫致開裂的可能性。 此外，本發(fā)明的變換管道防裂方法在開停車過程中擴大了氮風的輸入范圍，將整個變換管道系統(tǒng)全部涵蓋到氮風加熱范圍內，從而進一步改善了防裂效果。應該理解，以上的一般性描述和以下的詳細描述都是列舉和說明性質的，目的是為了對要求保護的本發(fā)明提供進一步的說明。


附圖構成本說明書的一部分，用于幫助進一步理解本發(fā)明。這些附解了本發(fā)明的一些實施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表示。附圖中圖1和圖2示出了現(xiàn)有技術中變換管道的管壁發(fā)生開裂的金相圖；圖3示出了采用根據(jù)本發(fā)明的變換管道防裂方法后的未發(fā)生開裂的變換管道的金相圖；圖4示出了現(xiàn)有技術中采用的變換管道中的氮氣循環(huán)流程圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的變換管道防裂方法后，變換管道中的氮氣循環(huán)流程具體實施例方式下面將結合附圖通過示例性實施方式對根據(jù)本發(fā)明的變換管道防裂方法和裝置進行詳細說明。在對本發(fā)明進行說明之前，首先對采用現(xiàn)有技術的工藝時變換管道開裂的情況進行簡要說明。以便本領域的技術人員更全面的理解本發(fā)明的設計原理。首先參照圖1和圖2，其中示出了采用現(xiàn)有技術工藝流程的變換管道開裂的金相圖。從金相圖中可以看到，管壁中的裂紋穿晶且分叉較少，經(jīng)金相分析證實裂紋屬于應力腐蝕開裂，硫化物腐蝕特征明顯。進而，在利用腐蝕液處理金相試件時發(fā)現(xiàn)，裂紋中散發(fā)出強烈的硫化氫氣味，這說明裂紋中殘留大量硫或硫化物。在顯微鏡下觀察，裂紋末梢有氫空穴，拐點處有粗大結節(jié)，也表現(xiàn)出應力導向氫致開裂。為了防止這種應力導向氫致開裂，就需要消除開裂的直接原因，通過對整個工藝流程進行分析后，認為開停車過程中管壁溫度低于露點溫度(Dew point)以及熱變形應力疊加到焊縫殘余應力之上，是管壁開裂的直接誘因。因此，分析認為，如果能夠在開停車過程中對變換管道系統(tǒng)進行合理的預熱，就可以顯著消除管壁開裂的問題?；诖?，本發(fā)明對凈化設備中氮氣循環(huán)的流程進行了改進，由此提出了一種變換管道線路防裂方法以及為了實現(xiàn)該防裂方法而改進的變換管道線路。根據(jù)本發(fā)明的變換管道線路防裂方法，其基本的出發(fā)點就在于在以工作流速將工藝氣體(例如粗煤氣)引入凈化設備的變換管道線路之前，保證整個變換管道線路的溫度升至其露點溫度以上。這種預升溫主要通過一下兩個方面的任一個或者兩者一起實現(xiàn)。一方面，對變換管道線路進行改造，使得加熱至預定高溫(第二溫度)的氮氣能夠首先對一部分管線進行加熱，使其達到露點溫度以上；另一方面，控制送入工藝氣體的速度，首先讓低壓的工藝氣體以低流速通過整個或部分變換管道線路，對流經(jīng)的變換管道線路進行緩慢的預升溫，低壓低流速的預熱能夠保證對變換管道的熱沖擊不會導致管道發(fā)生氫至開裂，在變換管道經(jīng)過預熱而達到其露點溫度以上之后，正式送入工藝氣體，即，以工作流速送入工藝氣體。在線路設置上，變換管道線路的基本改造方式如下將電動閥146MV104布置在變換爐146R101上游，由此使得加壓的氮氣首先進入開工加熱爐146E114加熱，然后再通過換熱器146E103，進而經(jīng)過電動閥146MV104加熱至預定高溫后才進入變換爐146R101。進一步，為了獲得更優(yōu)的效果，對引入工藝氣體的工藝操作流程進行經(jīng)調整，調整后的流程基本如下打開排凝閥排除積液(如果存在積液的話)——低壓預熱(例如，在 0. 2MPa下升溫)——變換管道線路達到175 180°C (高于露點溫度)——增大流速—— 正式引入工藝氣體(例如，粗煤氣)。通過這種方式，使得工藝氣體在正式(以工作流速)進入變換管道系統(tǒng)之前， 變換管道的管壁已經(jīng)升高至管道線路的露點腐蝕溫度(例如，在采用不銹鋼(材質成分 OCrlSNilOTi)材料的情況下，為175°C )以上，從而避免了硫、氯等有害物質的露點腐蝕，以及由此導致的應力導向氫致開裂，并且還防止由于管壁溫度顯著低于工藝氣體溫度而在管道內形成凝液。實際操作證明，采用了上述本防裂方法后變換管道系統(tǒng)中沒有發(fā)生應力腐蝕開裂。對管壁進行金相分析時可以看到管壁的金相組織良好，晶界清晰正常，完全沒有任何開裂，如圖3所示。此外本發(fā)明的改進工藝流程采用低壓升溫過程，以降低管線熱變形應力水平，并減小了應力導向氫致開裂的可能性。這將在下文中參照本發(fā)明的改進工藝處理流程圖(圖 5)進行說明?；谏鲜鲈?，根據(jù)本發(fā)明第一方面的變換管道線路防裂方法基本包括如下步驟a)通過循環(huán)氮氣風機146C001對氮氣加壓；b)氮氣進入循環(huán)氮氣風機146C001下游的開工加熱爐146E114，在開工加熱爐 146E114內加熱至第一溫度；c)氮氣進入開工加熱爐146E114下游的電動閥146MV104加熱至低于第一溫度的
第二溫度，第二溫度高于變換管道線路的露點溫度；d)氮氣進入電動閥146MV104下游的變換爐146R101，將變換爐146R101內的催化
劑加熱至第二溫度；e)將具有預定壓力的工藝氣體送入變換管道線路。進一步地，結合本發(fā)明的第二方面，變換管道線路防裂方法具體還包括el)在變換管道線路的起始處，將所述預定壓力的工藝氣體以第一流速送入變換管道線路，其中，預定壓力在0. 2 0. 5Mpa范圍內，第一流速在14. 86 18m/s的范圍內； 或者el)在工藝氣體通過變換爐146R101以后，將壓力為第一壓力的工藝氣體的流速保持在第一流速，將所述工藝氣體送入所述變換管道線路在變換爐146R101下游的部分。 更進一步地，在步驟el)之后執(zhí)行如下步驟e2)在整個變換管道線路的溫度升至露點溫度以上后，將工藝氣體的流速調整至小于第一流速的第二流速，并將工藝氣體的壓力保持在上述預定壓力下，其中，第二流速在 6. 6 10m/s的范圍內。在優(yōu)選實施方式中，第一流速為14.86m/s，第二流速為6.6m/s。第一壓力為 0. 2MPA。第一溫度為 250-280°C，第二溫度為 220_250°C。另外，為了更進一步保證預熱效果，利用氮風機對變換管道系統(tǒng)進行加熱。也就是，相對于現(xiàn)有技術而言，擴大了氮風的輸入范圍，之前是僅對爐區(qū)(獨立于變換管道線路)進行加熱，而本發(fā)明則將整個變換管道線路全部涵蓋于氮風加熱范圍內。由此，進一步增強了預熱效果，避免露點腐蝕的發(fā)生。同時，針對上述的防裂方法，本發(fā)明還提供了一種改進的變換管道線路，該變換管道線路中的部件通過變換管道相連。具體地，該變換管道線路包括循環(huán)氮氣風機 146C001，布置在變換管道線路的上游，對進入其中的氮氣加壓力；開工加熱爐146E114，布置在循環(huán)氮氣風機146C001下游，將進入其中的氮氣加熱至第一溫度；電動閥146MV104， 布置在開工加熱爐146E114下游，將進入其中的氮氣加熱至低于第一溫度的第二溫度；變換爐146R101，布置在電動閥146MV104下游，變換爐146R101內的催化劑被進入變換爐 146R101的氮氣加熱至第二溫度。進一步，本變換管道線路還包括流速控制閥(未示出)，布置在變換管道線路的起始處，或者布置在變換爐146R101的出口端處，其中，流速控制閥在整個變換管道線路的溫度升至其露點溫度之前將工藝氣體的流速控制為第一流速，在整個變換管道線路的溫度升至其露點溫度以上后將工藝氣體的流速調整至第二流速。在優(yōu)選實施方式中，本變換管道防裂線路還可以包括第一中溫換熱器146E103，布置在開工加熱爐146E114與電動閥146MV104之間，在被開工加熱爐146E114加熱的氮氣的溫度高于第一溫度的情況下，第一中溫換熱器146E103回收氮氣中多余的熱量，以使氮氣的溫度回到第一溫度。替換地或者附加地，變換管道防裂線路還包括依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器146E106、變換廢熱鍋爐146E104、第二中溫換熱器146E103，布置在電動閥 146MV104與變換爐146R101之間，在被電動閥146MV104加熱的氮氣的溫度高于第二溫度的情況下，依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器146E106、變換廢熱鍋爐146E104、第二中溫換熱器146E103回收氮氣中多余的熱量，以使氮氣的溫度回到第二溫度。下面，將參照圖4和圖5，通過一個具體的實施例以對比方式對本發(fā)明的變換管道防裂方法和改進的變換管道線路進行詳細說明。圖4中示出了現(xiàn)有技術中采用的變換管道中氮氣循環(huán)的流程圖，圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方式
的改進的氮氣循環(huán)流程圖。首先參照圖4，示出了現(xiàn)有技術中所用的氮氣循環(huán)流程圖，其中在開車投料前在變換爐中用氮氣將催化劑升溫到250°C。圖4中的氮氣循環(huán)流程的操作方式簡要說明如下。通過循環(huán)氮氣風機146C001 將氮氣加壓至0. 2MPA，加壓的氮氣經(jīng)由工藝氣管線從循環(huán)氮氣風機146C001進入換熱器 146E103，然后通過換熱器146E103，進而經(jīng)由開工加熱爐146E114加熱至(例如)250°C，然后進入變換爐146R101對其內部的催化劑進行升溫。隨后進入變換爐146R101之后的管線， 按照圖4中所示的流程方框圖的順序進行流動，高溫氮氣經(jīng)過凈化設備中的其他處理裝置 (如圖4中所示，作用將在下文所示的表格中說明)，氮氣的溫度降到40°C后回到氮氣循環(huán)壓縮機146C001進行循環(huán)。在此過程中，換熱器146E103以后至146MV104的這段管線未處于加熱狀態(tài)，所以一直處于冷態(tài)中。這樣，在高溫氮氣進入這段管線后，很容易造成上文所述的應力腐蝕開裂。進而參照圖5，其中示出了本發(fā)明的改進氮氣循環(huán)流程圖，同樣地，在開車投料前在變換爐中用氮氣將催化劑升溫到250°C，然而同時，在開車投料前將整個變換管道升溫至露點溫度以上。圖5中的改進氮氣循環(huán)流程的操作方式簡要說明如下。與圖4類似，先通過循環(huán)氮氣風機146C001將氮氣加壓至0. 2MPA。接著，加壓的氮氣首先進入開工加熱爐146E114 加熱，然后再進入并通過換熱器146E103，進而經(jīng)過電動閥146MV104加熱至250°C，隨后進入變換爐146R101對其內部的催化劑進行加熱，將催化劑升溫至250°C。高溫氮氣離開變換爐146R101后就按圖5中所示的后續(xù)流程框圖的順序流動。高溫氮氣經(jīng)過各級換熱器和分離器后，溫度降至40°C，之后回到循環(huán)氮氣風機146C001進行又一次的循環(huán)升溫。此流程的特點是，將從換熱器146E103的出口端經(jīng)由電動閥146MV104直至變換爐146R101的這段管線全部加熱至工藝氣體的露點溫度(如，175°C)以上了，這樣，在引入粗煤氣的過程中避開了 138°C這個硫化物露點腐蝕的敏感點，避免了變換管道的應力開裂，且也不會在變換管道中形成凝液。特別地，對于變換爐146R101之后的管道線路，采用低壓低流速的工藝氣體對其進行預熱，從而與線路改造相結合，實現(xiàn)整個變換管道線路的安全預熱。下表列出了圖4和圖5中的氮氣加熱循環(huán)線路所用的各個模塊的名稱以及工藝作用。
權利要求
1.一種煤凈化設備變換管道線路防裂方法，所述變換管道線路中從上游至下游包括通過變換管道連接的循環(huán)氮氣風機(146C001)、開工加熱爐(146E114)、電動閥(146MV104)、 變換爐(146R101)，其特征在于，所述方法包括a)通過所述循環(huán)氮氣風機(146C001)對進入其中的氮氣加壓；b)所述氮氣進入所述循環(huán)氮氣風機(146C001)下游的所述開工加熱爐(146E114)，在所述開工加熱爐(146E114)內加熱至第一溫度；c)所述氮氣進入所述開工加熱爐(146E114)下游的所述電動閥(146MV104)加熱至低于所述第一溫度的第二溫度，所述第二溫度高于所述變換管道的露點溫度；d)所述氮氣進入所述電動閥(146MV104)下游的所述變換爐(146R101)，將所述變換爐 (146R101)內的催化劑加熱至所述第二溫度；e)將具有預定壓力的工藝氣體送入所述變換管道線路。
2.根據(jù)權利要求1所述的變換管道線路防裂方法，其特征在于，在所述步驟e)包括 el)在所述變換管道線路的起始處，將所述預定壓力的工藝氣體以第一流速送入所述變換管道線路，所述預定壓力在0. 2 0. 5Mpa范圍內，所述第一流速在14. 86 18m/s的范圍內；或者el)在所述工藝氣體通過所述變換爐(146R101)以后，將所述工藝氣體的壓力保持在所述第一壓力且流速保持在所述第一流速，將所述工藝氣體送入所述變換管道線路在所述變換爐(146R101)下游的部分。
3.根據(jù)權利要求2所述的變換管道線路防裂方法，其特征在于，在所述步驟el)之后執(zhí)行e2)在整個所述變換管道線路的溫度升至所述露點溫度以上后，將所述工藝氣體的流速調整至小于所述第一流速的第二流速，并將所述工藝氣體的壓力保持在所述預定壓力， 所述第二流速在6. 6 lOm/s的范圍內。
4.根據(jù)權利要求3所述的變換管道防裂方法，其特征在于，所述第一流速為14.86m/s, 所述第二流速為6. 6m/s。
5.根據(jù)權利要求1所述的變換管道線路防裂方法，其特征在于，所述預定壓力為 0. 2MPA。
6.根據(jù)權利要求1所述的變換管道線路防裂方法，其特征在于，所述第一溫度在250 300°C的范圍內，所述第二溫度在220 250°C的范圍內。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的變換管道線路防裂方法，其特征在于，利用氮風機對所述變換管道系統(tǒng)進行加熱。
8.一種煤凈化設備變換管道線路，其特征在于，用于執(zhí)行根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的變換管道線路防裂方法，所述變換管道線路中的部件通過變換管道相連，所述變換管道線路包括循環(huán)氮氣風機(146C001)，布置在所述變換管道線路的上游，對進入其中的氮氣加壓； 開工加熱爐(146E114)，布置在所述循環(huán)氮氣風機(146C001)下游，將進入其中的氮氣加熱至第一溫度；電動閥(146MV104)，布置在所述開工加熱爐(146E114)下游，將進入其中的氮氣加熱至高于所述第一溫度的第二溫度；變換爐(146R101)，布置在所述電動閥(146MV104)下游，所述變換爐(146R101)內的催化劑被進入所述變換爐(146R101)的氮氣加熱至第二溫度。
9.根據(jù)權利要求8所述的變換管道防裂線路，其特征在于，還包括流速控制閥，布置在所述變換管道線路的起始處，或者布置在所述變換爐(146R101) 的出口端處，其中，所述流速控制閥在整個所述變換管道線路的溫度升至其露點溫度之前將所述工藝氣體的流速控制為所述第一流速，在整個所述變換管道線路的溫度升至其露點溫度以上后將所述工藝氣體的流速調整至所述第二流速。
10.根據(jù)權利要求8所述的變換管道防裂線路，其特征在于，還包括第一中溫換熱器(146E103)，布置在所述開工加熱爐(146E114)與所述電動閥 (146MV104)之間，在所述開工加熱爐(146E114)加熱的氮氣的溫度高于所述第一溫度的情況下，所述第一中溫換熱器(146E103)回收所述氮氣中多余的熱量使所述氮氣的溫度回到所述第一溫度。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的變換管道防裂線路，其特征在于，還包括依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器(146E106)、變換廢熱鍋爐(146E104)、第二中溫換熱器(146E103)，布置在所述電動閥(146MV104)與所述變換爐(146R101)之間，在所述電動閥加熱的氮氣的溫度高于所述第二溫度的情況下，依次串聯(lián)布置的低壓蒸汽過熱器 (146E106)、變換廢熱鍋爐(146E104)、第二中溫換熱器(146E103)回收所述氮氣中多于的熱量使所述氮氣的溫度回到所述第二溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種煤凈化設備變換管道線路及其防裂方法。在本發(fā)明的煤凈化設備變換管道線路防裂方法中，變換管道線路中從上游至下游包括通過變換管道連接的循環(huán)氮氣風機、開工加熱爐、電動閥、變換爐，本方法包括a)通過循環(huán)氮氣風機對進入其中的氮氣加壓；b)氮氣進入循環(huán)氮氣風機下游的開工加熱爐，在開工加熱爐內加熱至第一溫度；c)氮氣進入開工加熱爐下游的電動閥加熱至低于第一溫度的第二溫度，第二溫度高于變換管道的露點溫度；d)氮氣進入電動閥下游的變換爐，將變換爐內的催化劑加熱至第二溫度；e)將具有預定壓力的工藝氣體送入變換管道線路。
文檔編號B01J8/00GK102500282SQ20111034678
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權日2011年11月4日
發(fā)明者羅澤林, 賈燕中 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司, 神華集團有限責任公司