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 الألكانات. يشبه هيكل الفرن هيكل فرن التسخين الأنبوبي العادي، وهناك نوعان منه: فرن أسطواني وفرن صندوقي، ويتكون كل منهما من حجرة إشعاع وحجرة حمل حراري. تنتقل الحرارة في حجرة الإشعاع بشكل رئيسي عن طريق الإشعاع، بينما تنتقل في حجرة الحمل الحراري بشكل رئيسي عن طريق الحمل الحراري. تتراوح درجة حرارة عملية تكسير الألكانات عادةً بين 500 و600 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة حجرة الإشعاع عادةً 1100 درجة مئوية. ونظرًا لهذه الخصائص، يُستخدم التبطين الليفي عادةً لجدران وسقف حجرة الإشعاع فقط، بينما تُصنع حجرة الحمل الحراري عادةً من مواد حرارية قابلة للصب.
تحديد مواد التبطين:
مع الأخذ في الاعتبار درجة حرارة الفرن (عادةً حوالي 1100)درجة مئويةنظراً لضعف الأجواء المختزلة في فرن إنتاج الهيدروجين، وخبرتنا الطويلة في التصميم والإنشاء، وتوزيع عدد كبير من الشعلات في الفرن في الأعلى والأسفل وعلى جانبي الجدار، فقد تم اختيار بطانة من الطوب الخفيف CCEFIRE بارتفاع 1.8-2.5 متر لتبطين الفرن. أما الأجزاء المتبقية، فتستخدم مكونات ألياف السيراميك CCEWOOL المصنوعة من الزركونيوم والألومنيوم كمادة للسطح الساخن للبطانة، بينما تستخدم بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP لتبطين مكونات ألياف السيراميك والطوب الخفيف.
الهيكل المبطن:
وفقًا لتوزيع فوهات الموقد في فرن إنتاج الهيدروجين، يوجد نوعان من هياكل الأفران: فرن أسطواني وفرن صندوقي، لذلك يوجد نوعان من الهياكل.
فرن أسطواني:
بناءً على الخصائص الهيكلية للفرن الأسطواني، يجب تبليط الجزء المصنوع من الطوب الخفيف في أسفل جدران الفرن في غرفة الإشعاع ببطانيات من ألياف السيراميك CCEWOOL، ثم تكديسها بطوب حراري خفيف CCEFIRE؛ ويمكن تبليط الأجزاء المتبقية بطبقتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP، ثم تكديسها بمكونات ألياف السيراميك من الزركونيوم والألومنيوم في هيكل تثبيت متعرج.
يعتمد الجزء العلوي من الفرن على طبقتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP، ثم يتم تكديسها مع وحدات ألياف السيراميك من الزركونيوم والألومنيوم في هيكل مرساة معلق بفتحة واحدة بالإضافة إلى وحدات قابلة للطي ملحومة بجدار الفرن ومثبتة بمسامير.
فرن صندوقي:
بناءً على الخصائص الهيكلية لفرن الصندوق، يجب تبليط الجزء المصنوع من الطوب الخفيف في الجزء السفلي من جدران الفرن في غرفة الإشعاع ببطانيات من ألياف السيراميك CCEWOOL، ثم تكديسها بطوب حراري خفيف الوزن CCEFIRE؛ ويمكن تبليط الباقي بطبقتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP، ثم تكديسها بمكونات من ألياف الزركونيوم والألومنيوم في هيكل مرساة من الحديد الزاوي.
يتكون الجزء العلوي من الفرن من طبقتين متداخلتين من بطانيات ألياف السيراميك CCEWOOL HP المكدسة بوحدات ألياف السيراميك من الزركونيوم والألومنيوم في هيكل مرساة معلق بفتحة واحدة.
يتميز هذان الشكلان الهيكليان للمكونات الليفية بثباتهما النسبي أثناء التركيب والتثبيت، مما يجعل عملية البناء أسرع وأكثر ملاءمة. علاوة على ذلك، يسهل فكهما وتركيبهما أثناء الصيانة. تتمتع البطانة الليفية بسلامة جيدة، وأداؤها في العزل الحراري ممتاز.
شكل ترتيب تركيب بطانة الألياف:
وفقًا لخصائص بنية تثبيت مكونات الألياف، تستخدم جدران الفرن مكونات ألياف على شكل "عظم متعرج" أو "زاوية حديدية"، مرتبة في نفس الاتجاه على طول اتجاه الطي. تُطوى طبقات الألياف المصنوعة من نفس المادة بين الصفوف المختلفة على شكل حرف U لتعويض انكماش الألياف.
بالنسبة لمكونات الألياف الرافعة للفتحة المركزية المثبتة على طول الخط المركزي حتى حافة الفرن الأسطواني في أعلى الفرن، تم اعتماد ترتيب "الأرضية الخشبية"؛ حيث يتم تثبيت الكتل القابلة للطي على الحواف بواسطة براغي ملحومة على جدران الفرن. وتتمدد الوحدات القابلة للطي باتجاه جدران الفرن.
تعتمد مكونات الألياف التي ترفع الفتحة المركزية في الجزء العلوي من فرن الصندوق على ترتيب "أرضية الباركيه".
تاريخ النشر: 11 مايو 2021
