您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
吸熱式氣體發(fā)生器常見問題解答
閱讀：1734 發(fā)布時間：2021-6-21
吸熱式氣體發(fā)生器已在熱處理行業(yè)應用了幾十年。它在熱處理行業(yè)的最早用途是為中性或滲碳氣氛穩(wěn)定提供非氧化性富碳氣體。
隨著化學成分穩(wěn)定的天然氣向生產(chǎn)設施的供應越來越可靠，吸熱式氣體的吸引力顯著增大。向多臺熱處理爐連續(xù)提供成分可控并可預測的氣體，能夠確保提高工藝質量。
吸熱式氣體發(fā)生器將一種富碳氣體(在北美通常是甲烷)和空氣以一定比例混合，在加熱和使用催化劑的情況下生成一種“載氣”，并且穩(wěn)定地提供給需要非氧化性、中性或富碳氣體的氣氛爐。
根據(jù)這一介紹，人們可能會提出許多問題：
氣體應當是什么成分？
怎樣控制原料氣體的波動？
氣體的合適比例是多少？
主要有哪些注意事項？
氣體成分
在理想情況下，即反應氣體的露點為40?F時，氣體的化學成分應當大致為40%氫氣、40%氮氣、20%一氧化碳以及少量的甲烷和二氧化碳(見下式)。
當氣體和空氣的混合物被加熱時，在催化劑的作用下發(fā)生氣體反應，從而達到期望的成分。假定混合比例正確，反應溫度合適，催化劑狀態(tài)正常，可以使用非色散紅外氣體分析儀進行氣體成分測量，以保證化學成分準確。必須注意的是，發(fā)生氣體一定要得到冷卻，以免發(fā)生逆反應。否則，發(fā)生器出口管路就會產(chǎn)生過多積炭，氣體成分也將不準確。
使用天然氣時，理想的空/氣比是2.7:1。不過，由于有很多影響因素——環(huán)境溫度，相對濕度，大氣壓力，海拔高度，天然氣成分，催化劑狀態(tài)，發(fā)生器的溫度均勻性，氣體冷卻器的效率，等等——發(fā)生氣體的成分將會波動。由于這些因素有時難以控制，空/氣比有可能低至2.4:1，高至3.6:1。
吸熱式氣體的反應溫度可能低至1,700?F。不過，理想的反應溫度建議采用1,900?F。氣體的成分隨催化劑的溫度而改變，因此需要精確地測量反應室和催化劑的溫度以進行控制。如果發(fā)生器的運行溫度發(fā)生變化(超過50?F)，可能需要改變空/氣比，以使吸熱式氣體保持合適的化學成分。
如果甲烷的含量大于0，說明反應進行得不充分。原因可能包括：
1.發(fā)生器反應室的溫度沒有高到足以使反應充分進行。吸熱式氣體發(fā)生器的典型運行溫度為1,850?F–1,950?F。
2.氣體比例設置不當。如果氣體混合物中富氣過多，可能沒有足夠的空氣用于反應，使甲烷殘留在反應氣體中。
3.催化劑中的鎳被耗盡。催化劑是用耐火材料浸鎳制成的，其中的鎳會被消耗，導致反應無法進行。在這種情況下，必須更換催化劑。
4.催化劑被積炭覆蓋。如果發(fā)生器運行時富氣過多，或者燒除積炭的間隔時間太長，炭黑會沉積在催化劑上。這使得鎳起不到應有的作用，需要進行燒炭操作。
如果反應氣體中一氧化碳含量低，表明氣體混合物中的碳氫化合物數(shù)量不足。這時應當檢查空/氣比。要記住，不同的吸熱式氣體輸出量可能需要不同的空/氣比。舉例來說，吸熱式氣體發(fā)生器流量下限附近的空/氣比可能低于流量上限附近的指標(對特殊的反應室更是如此)。
在露點為40?F的典型值時，二氧化碳的含量平均在0.200%左右(通常在0.175–0.25%范圍內)。如果二氧化碳含量低，表明吸熱式氣體的露點低，需要改變空/氣比。相反，如果二氧化碳含量高，就表明吸熱式氣體的露點高，需要將空/氣比調低。
影響氣體成分準確性的其他因素可能還包括冷卻器。如前所述，反應生成的吸熱式氣體在提供給熱處理爐之前需要冷卻。如果不進行冷卻，溫度很高的氣體可能會發(fā)生逆反應，使一氧化碳含量降低。如果采用水冷式冷卻器，一旦冷卻器出現(xiàn)泄漏，水就會與氣體發(fā)生反應，造成二氧化碳含量升高。在這種情況下，控制器將開始調節(jié)空/氣比以增加富氣，但這有可能在催化劑上甚至氣體管路中產(chǎn)生積炭。對水冷式冷卻器必須定期進行壓力檢查，而無論水冷還是風冷式冷卻器都必須保持清潔，這樣才能保證反應生成的吸熱式氣體得到適當?shù)睦鋮s。
原料氣體流量和成分的波動
原料氣體向混合系統(tǒng)的供應受到很多因素的影響：天然氣成分，供氣壓降，供氣壓力波動，等等。所有這些因素都可能對發(fā)生器的性能和氣體的反應產(chǎn)生相當大的不利影響。
“峰值抑制”(或稱削峰)是需求量過大時經(jīng)常遇到的一個問題，在美國北方的冬季，天然氣中往往含有一些添加劑，容易造成吸熱式氣體成分不準，積炭過多，鎳消耗過快。遺憾的是，除了進行監(jiān)測和根據(jù)需要調節(jié)空/氣比，這個問題沒有什么好的補救方法。
大多數(shù)發(fā)生器都配有調節(jié)器，能夠將供氣壓力調節(jié)到某個較低值以保證設備穩(wěn)定運行。不過，壓力變化過大會影響調節(jié)器的出口壓力，使天然氣流量減小。因此，為了保證吸熱式氣體能夠達到期望的化學成分，需要改變空/氣比。出現(xiàn)這種情況的原因可能是工廠在增加設備時沒有考慮現(xiàn)有天然氣管道的限制，或者是供應商降低了供氣壓力。
另外，如果氣體調節(jié)器使用已久或缺少維護，可能難以準確控制出口壓力，因此也會引起波動。配備了大功率加熱系統(tǒng)的吸熱式氣體發(fā)生器如果供氣流量設置不當，可能會在每次加熱系統(tǒng)需要氣體時都產(chǎn)生波動。根據(jù)已知壓力正確地選擇供氣流量，并且定期進行檢查和維修，對保持空/氣比穩(wěn)定至關重要。
露點的控制一般是通過一個氣閥向進入催化劑的氣體混合物中添加少量空氣或氣體的方式來實現(xiàn)，具體由PID回路進行控制。露點控制的目的是，在日常使用中條件變化的情況下保持吸熱式氣體成分穩(wěn)定。不過，正常使用時如果遇到嚴重干擾，可能需要改變空/氣比。這些干擾可能包括需求出現(xiàn)劇烈變化，或者大氣條件發(fā)生了影響反應所用空氣化學成分的變化。
何時改變空/氣比和怎樣進行調節(jié)
雖然吸熱式氣體的化學成分應當定期進行檢查，比如每天甚至每班，但空/氣比不應當這樣頻繁地改變。不過，一旦需要改變，就應當由受過良好訓練的人以適當?shù)姆绞竭M行調節(jié)。另外，為了正確進行調節(jié)，必須使用便攜式露點分析儀和多組分氣體分析儀。調節(jié)時主要應當注意兩個方面：
•改變幅度應當盡可能小。0.01–0.02的小幅變化就可能對露點產(chǎn)生高達5?F的影響。
•調節(jié)時，耐心是關鍵！首*行小幅調節(jié)，等待至少30分鐘，然后再進行下一步調節(jié)。在發(fā)生器以低流量制造氣體時，這一點尤其重要。
使用多組分氣體分析儀能夠比露點傳感器更快地看到這些改變的結果。二氧化碳可能很快出現(xiàn)變化，表明調節(jié)已經(jīng)生效。要注意，一氧化碳和二氧化碳不會*穩(wěn)定下來，可能一直保持振蕩。不過，關鍵是要形成一種穩(wěn)態(tài)振蕩。如果甲烷含量很高，可能需要較長時間才能使其降低。提高空/氣比能夠很快改變一氧化碳、二氧化碳和露點，但甲烷的改變可能需要幾個小時。
常見問題
如果發(fā)生器出現(xiàn)了故障，必須讓它們盡快恢復制造氣體。充分了解設備的運行狀態(tài)及其安全裝置，對保障設備正常運行至關重要。反應氣體壓力開關，混合泵和反應室壓力開關，逆火止回閥，等等，都是監(jiān)測設備及其運行的關鍵裝置。對發(fā)生器的壓力點應當定期進行檢查，并對照原始文件來判定是否需要維修。
反應氣體壓力開關用于監(jiān)測供給混合系統(tǒng)的天然氣壓力。如前所述，供應壓力保持穩(wěn)定對確保吸熱式氣體穩(wěn)定反應至關重要。
•低壓壓力開關能夠保證氣體供應足以維持反應的進行。如果氣體壓力過低，空/氣比會朝貧化方向改變，導致氣體過早點火并回燒反應管路。此時逆火止回閥將發(fā)揮作用。
•高壓壓力開關能夠保證參與反應的氣體不致過量，而且壓力不會超過安全裝置的額定壓力指標。如果氣體壓力過高，空/氣比將朝富化方向改變，使催化劑被積炭覆蓋。
混合泵和反應室壓力開關監(jiān)測混合泵的出口壓力和/或冷卻器的出口壓力。高壓和低壓壓力開關共同保證了發(fā)生器的安全運行。
•混合泵出口可以安裝一個低壓開關，以保證混合泵正常運轉且通往混合系統(tǒng)的天然氣切斷閥打開。另外，這個壓力開關還能保證不會發(fā)生大問題(比如管路泄漏或密封墊破損)，使混合泵能夠按照需要向系統(tǒng)正常供氣。
•混合泵出口和/或冷卻器的出口管路上可以安裝一個高壓開關，以保證反應管路內的壓力不會超標。另外，它還能防止混合泵因背壓過大而損壞。這些壓力開關可以打開一個泄壓閥，將氣體導入放散管，從而降低反應氣體的壓力。
近年來，系統(tǒng)都配備了幫助消除過量氣體的功能。這些方案使吸熱式氣體發(fā)生器的調節(jié)比在不進行任何氣體放散的條件下從傳統(tǒng)的2-3:1增大到6-7:1。更*的系統(tǒng)還不需要任何維護，也不需要操作人員對混合器、壓力控制器或露點控制回路進行任何人工調節(jié)。
這些系統(tǒng)采用了*技術，能夠快速測量并調節(jié)空氣和氣體的流量，從而在需求大幅改變時保證嚴格的空/氣比和露點控制。