5. Выбор и обоснование конструкции основного аппарата

Основным аппаратом в процессе конверсии метана, является трубчатая печь, в которой происходит собственно сама конверсия водяным паром (рисунок 5. 1).

Рисунок 5. 1 – Общий вид топочной (радиационной) камеры многорядной трубчатой печи: 1 - вспомогательные горелки; 2 - секционный коллектор; 3 - реакционные трубы; 4 - корпус печи; 5 - футеровка корпуса печи; 6 - смотровые окна; 7 - футерованный свод печи; 8 - коллектор парогазовой смеси; 9 - система подвески реакционных труб; 10 - газоотводящая секционная труба; 11 - общий футерованный коллектор конвертированного газа; 12 - основные горелки трубчатой печи; 13 - сборный газоход.

Конструктивной особенностью трубчатых печей является большое число (от нескольких десятков до нескольких сотен) одинаковых трубчатых реакторов реакционных труб, образующих трубные экраны. Трубы заполнены катализатором и объединены коллектором парогазовой смеси на входе и конверт тированного газа на выходе. Конструкция трубчатых печей требует сложной системы коллекторов, равномерного обогрева труб и распределения по ним исходной парогазовой смеси.

Трубчатые печи отличаются применяемым рабочим давлением, типом трубных экранов, формой топочных камер, способом обогрева, конструкцией газоотводящих труб, способом компенсации термического удлинения реакционных труб, формой газоходов, расположением камер конвективного подогрева исходных потоков (газа, пара, воздуха, питательной воды и др. ). Трубчатые печи оборудованы смотровыми окнами, люками-лазами, взрывными панелями, отверстиями для запальников, площадками для обслуживания. Для монтажа, ремонта и обслуживания трубчатых печей используют подвижные или стационарные подъемные краны.

Топочное пространство печи и газоходы футеруют несколькими слоями огнеупорных и теплоизоляционных материалов. Большинство печей закрывают снаружи металлической обшивкой, температура которой во время работы не должна превышать 60 °С.

Каждая труба печи является самостоятельным реактором, в котором в присутствии катализатора углеводороды взаимодействуют с водяным паром за счет тепла, подводимого через стенку трубы. Применяют реакционные трубы различных конструкций.

Реакционные трубы для конверсии под давлением (25-40) ∙ 10⁵ Па изготавливают из материала, который должен обладать хорошей свариваемостью, длительной прочностью и высоким сопротивлением ползучести при рабочей температуре. Для труб, работающих при 900 °С и давлении (30 -32) ∙ 10⁵ Па срок службы должен составлять от 7 до 10 лет. Центробежным литьем изготовляют отрезки труб длиной 1, 7-4 м; для получения трубчатого реактора длиной 10-14 м отрезки труб сваривают электродуговым методом.

При аварии в реакционных трубах появляются продольные трещины, а затем большая щель. Выходящий из нее газ воспламеняется, образуется факел, который при достаточно большой ширине щели начинает перегревать соседние трубы и разрушать футеровку топочной камеры.

Прямоточная реакционная труба (рисунок 5. 2), работающая под давлением до 32 ∙ 10 Па⁵, снабжена верхним и нижним приварными фланцами с крышками. Фланцы уплотнены металлическими кольцами или специальными плоскими асбометаллическими прокладками. Верхняя и нижняя бобышки 8и5 сваркой соединены с газоподводящей и газоотводящей трубками. Установленный на нижнюю крышку опорный стакан 7 и приваренная к нему опорная коническая катализаторная решетка из жаропрочной стали 12предназначены для отвода конвертированного газа. Для этой же цели служит боковое окно над слоем бетона в стенке стакана. Нижняя часть опорного стакана заполнена теплоизоляционным бетоном для защиты нижней крышки трубы от воздействия высокой температуры.

Рисунок 5. 2 – Реакционная прямоточная труба, работающая под давлением до 32∙ 105 Па: 1- нижняя крышка; 2 - опорный стержень; 3 - фланец; 4- корпус трубы; 5 - бобышка к газоотводящей трубке: 6 - плакун для крепления распределителей (сепараторов) трубного экрана; 7 - опорный стакан катализаторной решетки; 8 - бобышка к газоподводящей трубке; 9- уплотняющие кольца; 10 - серьги для подвески реакционной трубы; 11 - верхняя крышка; 12 - коническая катализаторная решетка; 13 - теплоизоляционный блок из бетона

Выше газоотводящего штуцера в наружной стенке реакционной трубы приварены четыре плакуна 6 для крепления деталей (сепараторов), фиксирующих интервалы между реакционными трубами. К нижнему фланцу приварен стержень (палец) 2, которым реакционная труба свободно опирается на несущую балку. К верхнему фланцу приварены две серьги 10 для подвески трубы с противовесом к траверсе, воспринимающей около 95 % веса четырех труб, загруженных катализатором. [10]