تصميم وبناء فرن إنتاج الهيدروجين
ملخص:
فرن إنتاج الهيدروجين هو فرن تسخين أنبوبي يستخدم البترول والغاز الطبيعي كمواد خام لإنتاج الهيدروجين من خلال تفاعل تكسير الألكان. يشبه هيكل الفرن بشكل أساسي هيكل فرن التسخين الأنبوبي العادي، ويوجد نوعان من الفرن: فرن أسطواني وفرن صندوقي، يتكون كل منهما من حجرة إشعاع وحجرة حمل حراري. تنتقل الحرارة في الحجرة الإشعاعية بشكل رئيسي عن طريق الإشعاع، بينما تنتقل الحرارة في حجرة الحمل الحراري بشكل رئيسي عن طريق الحمل الحراري. تتراوح درجة حرارة عملية تفاعل تكسير الألكان بشكل عام بين 500 و600 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة فرن حجرة الإشعاع 1100 درجة مئوية. بناءً على الخصائص المذكورة أعلاه لفرن إنتاج الهيدروجين، تُستخدم بطانة الألياف بشكل عام فقط لجدران وأعلى حجرة الإشعاع. تُصنع حجرة الحمل الحراري عادةً من مواد قابلة للصب الحراري.
تحديد مواد البطانة:
مع الأخذ في الاعتبار درجة حرارة الفرن (عادةً حوالي 1100 درجة مئوية)درجة مئويةنظرًا لظروف فرن إنتاج الهيدروجين، ووجود جو اختزال ضعيف، بالإضافة إلى خبرتنا الطويلة في التصميم والبناء، وتوزيع عدد كبير من الشعلات في الفرن بشكل عام في أعلى وأسفل وجوانب الجدار، فقد صُممت بطانة فرن إنتاج الهيدروجين لتشمل بطانة من الطوب الخفيف CCEFIRE بارتفاع يتراوح بين 1.8 و2.5 متر. أما الأجزاء المتبقية، فتستخدم مكونات ألياف السيراميك والألومنيوم الزركونيوم CCEWOOL كمادة سطحية ساخنة للبطانة، بينما تستخدم مواد البطانة الخلفية لمكونات ألياف السيراميك والطوب الخفيف بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP.
هيكل البطانة:
وفقا لتوزيع فوهات الموقد في فرن إنتاج الهيدروجين، هناك نوعان من هياكل الفرن: فرن أسطواني وفرن صندوقي، لذلك هناك نوعان من الهيكل.
فرن أسطواني:
بناءً على الخصائص الهيكلية للفرن الأسطواني، يجب تبليط جزء الطوب الخفيف في الجزء السفلي من جدران الفرن في الغرفة المشعة ببطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL، ثم تكديسها مع الطوب الحراري الخفيف CCEFIRE؛ يمكن تبليط الأجزاء المتبقية بطبقتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP، ثم تكديسها مع مكونات ألياف السيراميك المصنوعة من الألومنيوم والزركونيوم في هيكل تثبيت متعرج.
يتكون الجزء العلوي من الفرن من طبقتين من بطانيات الألياف الخزفية CCEWOOL HP، ثم يتم تكديسها مع وحدات الألياف الخزفية المصنوعة من الألومنيوم والزركونيوم في هيكل مرساة معلق بفتحة واحدة بالإضافة إلى وحدات قابلة للطي ملحومة بجدار الفرن ومثبتة بالبراغي.
فرن صندوقي:
بناءً على الخصائص الهيكلية لفرن الصندوق، يجب تبليط جزء الطوب الخفيف في الجزء السفلي من جدران الفرن في الغرفة المشعة ببطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL، ثم تكديسها مع الطوب الحراري الخفيف CCEFIRE؛ يمكن تبليط الباقي بطبقتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP، ثم تكديسها مع مكونات ألياف الألومنيوم الزركونيوم في هيكل مرساة من الحديد الزاوي.
يتكون الجزء العلوي من الفرن من طبقتين من البلاط من بطانيات الألياف الخزفية CCEWOOL HP مكدسة مع وحدات ألياف الخزف المصنوعة من الألومنيوم والزركونيوم في هيكل مرساة معلق بفتحة واحدة.
يتميز هذان الشكلان الهيكليان لمكونات الألياف بمتانة نسبية في التركيب والتثبيت، كما أن تصنيعهما أسرع وأكثر ملاءمة. علاوة على ذلك، يسهل فكهما وتركيبهما أثناء الصيانة. تتميز بطانة الألياف بمتانة عالية، كما تتميز بأداء عزل حراري ممتاز.
شكل ترتيب تركيب بطانة الألياف:
وفقًا لخصائص هيكل تثبيت مكونات الألياف، تعتمد جدران الفرن على مكونات ألياف "متعرجة" أو "حديد زاوية"، مرتبة في نفس اتجاه الطي. تُطوى بطانيات الألياف المصنوعة من نفس المادة بين الصفوف المختلفة على شكل حرف U لتعويض انكماش الألياف.
بالنسبة لمكونات ألياف الرفع ذات الفتحة المركزية، والمثبتة على طول الخط المركزي حتى حافة الفرن الأسطواني في أعلى الفرن، يُعتمد ترتيب "أرضية الباركيه"؛ حيث تُثبّت الكتل القابلة للطي عند الحواف ببراغي ملحومة على جدران الفرن. تتمدد الوحدات القابلة للطي باتجاه جدران الفرن.
تتبنى مكونات رفع الألياف ذات الثقب المركزي في الجزء العلوي من فرن الصندوق ترتيب "أرضية الباركيه".
وقت النشر: ١١ مايو ٢٠٢١
