重整器中或用于重整器的管監(jiān)測器以及工藝測量和控制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及重整器中或用于重整器的管監(jiān)測器，例如，但不限于可在甲醇的生產(chǎn)中使用的蒸汽重整器。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及用于在重整器中或用于重整器的過熱監(jiān)測和/或保護和/或管壽命預測的管監(jiān)測器，例如，但不限于可在甲醇的生產(chǎn)中使用的蒸汽重整器。
【背景技術(shù)】
[0003]甲醇的生產(chǎn)方法利用重整器階段。在重整器階段中，天然氣和水混合物移動通過加熱的管。每根管含有氧化镲(N1)催化劑。這允許發(fā)生吸熱重整反應。
[0004]這種方法也被稱為蒸氣重整(SR)，有時被稱為蒸氣甲烷重整(SMR)。
[0005]外部來源的熱氣被用于在其中發(fā)生催化反應的熱管(重整器管)。該反應將蒸氣和輕烴(例如甲烷)轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳(合成氣)。這個過程的典型產(chǎn)物包括H2+C0+C02 (+H2O)的混合物。
[0006]重整器管為在反應器(爐膛)中通常以多行垂直懸掛的中空管。爐子可以為15m高且25m見方，例如，容納一些700管，每根管約為12-14m高。爐中的重整器管通常通過位于管上方的從掛架落下的彈簧(或平衡物)而懸置。
[0007]工藝操作溫度參見經(jīng)歷900至950攝氏度范圍內(nèi)溫度的管。對于工藝效率而言，大致最優(yōu)的溫度為930°C。低于此溫度的溫度會導致顯著的甲烷未轉(zhuǎn)化(甲烷逸出，methaneslip)，這可影響工廠運轉(zhuǎn)的效率。反之，高于930°C的溫度會導致蠕變增加并縮短管壽命。從930°C至950°C，管壽命縮短約一半。
[0008]管的壽命由其在高溫下緩慢膨脹(蠕變)來確定。管蠕變是軸向和徑向(沿直徑，diametrically)。主要影響管壽命的是徑向蠕變。在過熱的條件下操作重整器會縮短管的壽命并且因此會發(fā)生過早和不期望失效從而增加成本。一個管中的泄漏就能夠?qū)е轮車艿膿p壞。目前，每個管可價值大約20，000美元。而且，替換失效的管需要整個工廠關(guān)閉，有可能造成數(shù)百萬美元的生產(chǎn)損失。
[0009]用于防止SMR過熱的常用方法是測量進入爐內(nèi)的能量和從爐離開的能量，以確保不會造成過高的管溫。通常，通過調(diào)節(jié)所有燃燒器的燃料氣壓來控制爐內(nèi)整體溫度。通過每個燃燒器處的燃料氣流閥(經(jīng)由調(diào)整(trim))來控制單個管溫度。因此，調(diào)整一個燃燒器可降低相鄰管中的溫度，但之后會導致爐中其他位置的溫度峰值。
[0010]由于操作人員失誤或設(shè)備故障，這種整體方法并不總是保護單個管或小組管。因此，這種過熱保護方法并不是完全有效的，并且有時會發(fā)生且確實會發(fā)生重整器燒毀。已經(jīng)報道了利用這種方法造成的大量失敗。
[0011]測量單個管的溫度通常通過貫通爐壁的視窗(sight port)來實現(xiàn)。該視窗是開放的或者能夠被打開以使得紅外儀器能夠進入以確定并測量管的溫度。然而，打開該視窗(無玻璃窗)會使得冷空氣進入到爐中和/或熱空氣外溢，并且能夠?qū)е乱暣案浇墓苤械臏囟茸兓?。此外，這種測量的精確度低且儀器的讀數(shù)可在±20°C變化。另外，以這樣的手工方式進行溫度測量非常費時(例如，對于繞著重整器測量溫度的操作人員而言，會花費40分鐘至I小時的時間)。因此，測量的頻率非常低并且在24小時時段內(nèi)可能只進行幾次。
[0012]另外，由于一些管因為爐的耐火襯層的厚度而模糊不清，因此視窗不能看到所有的管。因此，一些管(尤其是邊界周圍的管)不能被監(jiān)測到，準確地說，完全不能被監(jiān)測到。還發(fā)現(xiàn)這種類型的溫度測量在不同的操作人員之間可能會有很大不同，這進一步影響溫度數(shù)據(jù)的精確度和可靠性。
[0013]當通過紅外儀器監(jiān)測到不利的管溫度時，需要對該管溫進行調(diào)節(jié)。通過所有燃燒器上的燃料氣體壓力來實現(xiàn)整個爐的溫度控制。通過到適合的鄰近燃燒器的專用氣流閥能夠控制(調(diào)整)單個管的溫度。一個管具有高溫時，利用紅外儀器進行觀察的人能夠例如調(diào)小位于鄰近燃燒器處的該專用閥門來降低管的溫度。這種方法可以是反復的且持續(xù)的在爐中的所有管中進行。這可能部分是由于調(diào)節(jié)一個管中的溫度變化可能會對爐中其他管的溫度造成不利影響。
[0014]為了通過調(diào)整在整個重整器中保持相對均衡的溫度，操作管理優(yōu)選努力控制燃燒器。經(jīng)過良好調(diào)整的重整器通常會使得重整過程具有最高的效率。
[0015]蠕變影響管的壽命。管的通常壽命為大約11年。目前每次在工廠關(guān)閉時測量蠕變。這可能為大約每四年測量一次。當工廠已經(jīng)關(guān)閉時，諸如US2005/0237519中所示的裝置能夠沿每個管的長度測量其內(nèi)徑?？蓪⒃摂?shù)據(jù)與其為新管時的數(shù)據(jù)相比較。由于舊管有可能在下一個四年循環(huán)中失效的統(tǒng)計學知識，因此當所測量的蠕變的程度超出某一預定限度時，就能夠決定廢棄該管并用新管替換它。
[0016]然而，僅當工廠關(guān)閉時可獲得這些數(shù)據(jù)，如果備用管不足的話，關(guān)閉時就已經(jīng)太晚以致于無法訂購新管。來源于單個管增長測量的溫度數(shù)據(jù)可被用于計算消耗的管壽命并且因此使得在計劃工廠關(guān)閉期間具有足夠的管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]因此，本發(fā)明的一個目的可以是提供實時監(jiān)測重整器管的溫度的改進方法。
[0018]本發(fā)明的一個目的還可以是提供監(jiān)測器以提供重整器的溫度分布的實時指示。
[0019]因此，本發(fā)明的一個目的可以是提供重整器管或重整器爐內(nèi)的管的溫度的實時過熱監(jiān)測/保護。
[0020]本發(fā)明的一個目的還可以是提供重整器中的或用于重整器的管增長監(jiān)測器和/或過程測量和/或控制，和/或為公眾提供有用的選擇。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，寬泛地涉及我們監(jiān)測重整器反應器中的重整器管的溫度的方法，該方法包括:
[0022]測量所述管的長度，
[0023]利用所測量的長度來計算所述溫度。
[0024]根據(jù)進一步的方面，測量所述管的所述長度包括測量支撐所述管的掛架的位移。
[0025]根據(jù)進一步的方面，所述掛架支撐多個管。
[0026]根據(jù)進一步的方面，隨時間進行所述長度測量，并且計算長度隨時間的變化。
[0027]根據(jù)進一步的方面，所述隨時間進行所述長度測量，并且由所述長度隨所述時間的變化來計算溫度隨時間的變化。
[0028]根據(jù)進一步的方面，本發(fā)明寬泛地包括監(jiān)測包括多個分散的管的重整器反應器中的溫度分布的方法，包括:
[0029]利用前述條款中任意一項或多項所述的方法來測量所述管中的至少一些。
[0030]根據(jù)進一步的方面，所述重整器中的大多數(shù)所述管被監(jiān)測。
[0031]根據(jù)進一步的方面，所述管的所述長度測量通過位移轉(zhuǎn)換器(transducer)自動地(autonomously)進行。
[0032]根據(jù)進一步的方面，所述位移轉(zhuǎn)換器將測量數(shù)據(jù)無線傳輸至接收器。
[0033]根據(jù)進一步的方面，所測量的長度和/或所計算的溫度以反映所述反應器中所述管的位置的方式顯示。
[0034]根據(jù)進一步的方面，所述顯示的結(jié)果(display)為熱量等值線圖。
[0035]根據(jù)進一步的方面，在移動設(shè)備上顯示所述顯示的結(jié)果。
[0036]根據(jù)進一步的方面，所述顯示結(jié)果被用于調(diào)整所述重整器反應器中的一個或多個燃燒器。
[0037]根據(jù)進一步的方面，儲存所述長度測量值和所述計算的溫度。
[0038]根據(jù)進一步的方面，所測量的長度和/或所計算的溫度被用于調(diào)整所述重整器反應器中的一個或多個燃燒器。
[0039]根據(jù)進一步的方面，如果所測量的長度或所計算的溫度超過第一預定閾值，則所述方法觸發(fā)第一警報。
[0040]根據(jù)進一步的方面，如果預定數(shù)目的管的所測量的長度或所計算的溫度