制氢装置材料选择

2．制氢装置中主要部分的管道选材

2．1 进料系统

制氢装置常用的原料有天然气、炼厂尾气、液化石油气和轻质油(如石脑油)等，因原料来源不同，一般都含有或多或少的硫化物。进料系统的管道由于介质的操作温度、操作压力都不高，基本无腐蚀，管道主材一般选用20号碳钢。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力，硬度值应低于HB200。

2．2 脱硫部分

进入脱硫部分的原料气经原料气预热炉预热至380℃左右，压力约1．85MPa，进入加氢反应器发生反应，使有机硫化合物转化为硫化氢后进入氧化锌脱硫反应器被脱除掉，然后进入转化部分。从原料气预热炉出口到加氢反应器—— 脱硫反应器— — 转化炉入口的管道等都直接与氢气相接触，故部分管道应按操作温度、氢分压等条件选用抗氢钢种。由于精制后的气体硫含量非常少，高温H2+H2s的腐蚀可以不加考虑。这部分管道主材一般可选用CrSMo钢。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力。

2．3转化部分

精制后的原料气按一定的水碳比与自产的3．5MPa水蒸气混合，经转化炉对流段预热至500℃进入转化炉辐射段，在催化剂的作用下，发生复杂的水蒸气转化反应。整个反应过程是吸热反应，所需热量由转化炉提供。出转化炉840℃高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后，温度降至360℃，进入中温变换部分。

这部分的管道为经转化气蒸汽发生器换热后，到中变换反应器入口的部分，操作温度为360℃，压力1．2MPa。其管道主材一般可选用Cr5Mo。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力。

2．4 变换部分

来自转化气蒸汽发生器约360℃的转化气进入中温变换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应，将变换气中CO含量降至3％左右。中变气经锅炉给水第二换热器温度降至l80℃左右，然后进入低变反应器，经过锅炉给水第一换热器温度降至l50℃左右，再经过除氧用蒸汽发生器、脱盐水预热器进行热交换回收大部分余热后，经低变气空冷器、低变气水冷却器冷却至40~C，并经分水后进入PSA单元。从中变反应器出口到锅炉给水第二换热器入口部分的管道，操作温度为420℃，压力1．

0MPa，这部分管道一般可选用Cr5Mo钢。从锅炉给水第二换热器出口

一直到酸性水汽提塔的管道，二氧化碳气体和水蒸汽经冷凝冷却后生成的液体形成二氧化碳冷凝液，对碳钢有强烈的腐蚀性，因此不能选用碳钢，根据其腐蚀机理，这部分管道主材一般可选用0Crl8Ni9不锈钢。2．5 PSA单元

来自造气单元压力约2．5MPa(G)、温度40℃的低变气进入界区后，自塔底进入吸附塔中，在其中多种吸附剂的依次选择吸附下，一次性除去氢以外的几乎所有杂质，获得纯度大于99．9％的产品氢气，经压力调节系统稳压后送出装置。从最后一个分水罐出口到PSA单元出口的管道，由于操作温度低，介质中含水量极少，基本无腐蚀性，管道主材一般选用碳钢，但是由于管道承受交变压力，必须验证其抗疲劳破坏的能力。制氢PSA管道系统，一般情况下其设计压力为2．5MPa，设计温度为40℃，管道公称直径为DN150(外径为168mm)，管道材料为20号钢，腐蚀余量按lmm考虑。对于制氢装置的PSA系统，介质的升压、降压频率一般为5分钟一次，每年开工时间为8000小时，设计寿命为l0年，每年开停工按一次计算。那么对PSA管道系统就存在两种循环，每种循环的可预见循环次数分别为：

正常的升压、降压循环：

N1= (60/5)×8000×10=960000(次)；

开停工循环：N2=1 x 10=10(次)。

考虑操作的不稳定性以及临时停车或事故停车等因素的影响，其最大计算循环次数可分别取：

正常的升压、降压循环：

N1`=1．2N1=1．152×l000000(次)；

开停工循环：n2` =1．2N2=l2(次)。

按照疲劳设计曲线可以推算出最大许用应力，将最大许用应力代入管道元件强度计算公式，即可求得需要的管道及其元件壁厚。

2．6 热回收及产汽系统

来自装置外的脱盐水经脱盐水预热器预热后与来自酸性水气提塔的净化水混合后进入除氧器。除氧水经中压锅炉给水泵升压后，再经锅炉给水第一预热器和锅炉给水第二预热器预热后进人中压汽包。锅炉水通过自然循环的方式分别经过转化炉对流段的产汽段、水保护段及转化气蒸汽发生器产生中压蒸汽。所产生的中压蒸汽在转化炉对流段蒸汽过热段过热至440℃离开汽包。一部分蒸汽作为工艺蒸汽使用；另一部分进入全厂中压蒸汽管网。这部分管道设计温度小于425 ℃=的管道主材一般可

选用碳钢，设计温度大于或等于425℃的管道主材一般可选用耐温钢，如15CrMo。