重整器中或用于重整器的管監(jiān)測(cè)器以及工藝測(cè)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(cè)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(guò)熱監(jiān)測(cè)和/或保護(hù)和/或管壽命預(yù)測(cè)的管監(jiān)測(cè)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(dòng)通過(guò)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(yīng)。
[0004]這種方法也被稱為蒸氣重整(SR)，有時(shí)被稱為蒸氣甲烷重整(SMR)。
[0005]外部來(lái)源的熱氣被用于在其中發(fā)生催化反應(yīng)的熱管(重整器管)。該反應(yīng)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(gè)過(guò)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(yīng)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)經(jīng)歷900至950攝氏度范圍內(nèi)溫度的管。對(duì)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(huì)導(dǎo)致顯著的甲烷未轉(zhuǎn)化(甲烷逸出，methaneslip)，這可影響工廠運(yùn)轉(zhuǎn)的效率。反之，高于930°C的溫度會(huì)導(dǎo)致蠕變?cè)黾硬⒖s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(lái)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(guò)熱的條件下操作重整器會(huì)縮短管的壽命并且因此會(huì)發(fā)生過(guò)早和不期望失效從而增加成本。一個(gè)管中的泄漏就能夠?qū)е轮車艿膿p壞。目前，每個(gè)管可價(jià)值大約20，000美元。而且，替換失效的管需要整個(gè)工廠關(guān)閉，有可能造成數(shù)百萬(wàn)美元的生產(chǎn)損失。
[0009]用于防止SMR過(guò)熱的常用方法是測(cè)量進(jìn)入爐內(nèi)的能量和從爐離開(kāi)的能量，以確保不會(huì)造成過(guò)高的管溫。通常，通過(guò)調(diào)節(jié)所有燃燒器的燃料氣壓來(lái)控制爐內(nèi)整體溫度。通過(guò)每個(gè)燃燒器處的燃料氣流閥(經(jīng)由調(diào)整(trim))來(lái)控制單個(gè)管溫度。因此，調(diào)整一個(gè)燃燒器可降低相鄰管中的溫度，但之后會(huì)導(dǎo)致?tīng)t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(hù)單個(gè)管或小組管。因此，這種過(guò)熱保護(hù)方法并不是完全有效的，并且有時(shí)會(huì)發(fā)生且確實(shí)會(huì)發(fā)生重整器燒毀。已經(jīng)報(bào)道了利用這種方法造成的大量失敗。
[0011]測(cè)量單個(gè)管的溫度通常通過(guò)貫通爐壁的視窗(sight port)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該視窗是開(kāi)放的或者能夠被打開(kāi)以使得紅外儀器能夠進(jìn)入以確定并測(cè)量管的溫度。然而，打開(kāi)該視窗(無(wú)玻璃窗)會(huì)使得冷空氣進(jìn)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４送?，這種測(cè)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(jìn)行溫度測(cè)量非常費(fèi)時(shí)(例如，對(duì)于繞著重整器測(cè)量溫度的操作人員而言，會(huì)花費(fèi)40分鐘至I小時(shí)的時(shí)間)。因此，測(cè)量的頻率非常低并且在24小時(shí)時(shí)段內(nèi)可能只進(jìn)行幾次。
[0012]另外，由于一些管因?yàn)闋t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(cè)到，準(zhǔn)確地說(shuō)，完全不能被監(jiān)測(cè)到。還發(fā)現(xiàn)這種類型的溫度測(cè)量在不同的操作人員之間可能會(huì)有很大不同，這進(jìn)一步影響溫度數(shù)據(jù)的精確度和可靠性。
[0013]當(dāng)通過(guò)紅外儀器監(jiān)測(cè)到不利的管溫度時(shí)，需要對(duì)該管溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)所有燃燒器上的燃料氣體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐的溫度控制。通過(guò)到適合的鄰近燃燒器的專用氣流閥能夠控制(調(diào)整)單個(gè)管的溫度。一個(gè)管具有高溫時(shí)，利用紅外儀器進(jìn)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(lái)降低管的溫度。這種方法可以是反復(fù)的且持續(xù)的在爐中的所有管中進(jìn)行。這可能部分是由于調(diào)節(jié)一個(gè)管中的溫度變化可能會(huì)對(duì)爐中其他管的溫度造成不利影響。
[0014]為了通過(guò)調(diào)整在整個(gè)重整器中保持相對(duì)均衡的溫度，操作管理優(yōu)選努力控制燃燒器。經(jīng)過(guò)良好調(diào)整的重整器通常會(huì)使得重整過(guò)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(shí)測(cè)量蠕變。這可能為大約每四年測(cè)量一次。當(dāng)工廠已經(jīng)關(guān)閉時(shí)，諸如US2005/0237519中所示的裝置能夠沿每個(gè)管的長(zhǎng)度測(cè)量其內(nèi)徑?？蓪⒃摂?shù)據(jù)與其為新管時(shí)的數(shù)據(jù)相比較。由于舊管有可能在下一個(gè)四年循環(huán)中失效的統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，因此當(dāng)所測(cè)量的蠕變的程度超出某一預(yù)定限度時(shí)，就能夠決定廢棄該管并用新管替換它。
[0016]然而，僅當(dāng)工廠關(guān)閉時(shí)可獲得這些數(shù)據(jù)，如果備用管不足的話，關(guān)閉時(shí)就已經(jīng)太晚以致于無(wú)法訂購(gòu)新管。來(lái)源于單個(gè)管增長(zhǎng)測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)可被用于計(jì)算消耗的管壽命并且因此使得在計(jì)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(gè)目的可以是提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重整器管的溫度的改進(jìn)方法。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)目的還可以是提供監(jiān)測(cè)器以提供重整器的溫度分布的實(shí)時(shí)指示。
[0019]因此，本發(fā)明的一個(gè)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(shí)時(shí)過(guò)熱監(jiān)測(cè)/保護(hù)。
[0020]本發(fā)明的一個(gè)目的還可以是提供重整器中的或用于重整器的管增長(zhǎng)監(jiān)測(cè)器和/或過(guò)程測(cè)量和/或控制，和/或?yàn)楣娞峁┯杏玫倪x擇。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，寬泛地涉及我們監(jiān)測(cè)重整器反應(yīng)器中的重整器管的溫度的方法，該方法包括:
[0022]測(cè)量所述管的長(zhǎng)度，
[0023]利用所測(cè)量的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算所述溫度。
[0024]根據(jù)進(jìn)一步的方面，測(cè)量所述管的所述長(zhǎng)度包括測(cè)量支撐所述管的掛架的位移。
[0025]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所述掛架支撐多個(gè)管。
[0026]根據(jù)進(jìn)一步的方面，隨時(shí)間進(jìn)行所述長(zhǎng)度測(cè)量，并且計(jì)算長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化。
[0027]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所述隨時(shí)間進(jìn)行所述長(zhǎng)度測(cè)量，并且由所述長(zhǎng)度隨所述時(shí)間的變化來(lái)計(jì)算溫度隨時(shí)間的變化。
[0028]根據(jù)進(jìn)一步的方面，本發(fā)明寬泛地包括監(jiān)測(cè)包括多個(gè)分散的管的重整器反應(yīng)器中的溫度分布的方法，包括:
[0029]利用前述條款中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法來(lái)測(cè)量所述管中的至少一些。
[0030]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所述重整器中的大多數(shù)所述管被監(jiān)測(cè)。
[0031]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所述管的所述長(zhǎng)度測(cè)量通過(guò)位移轉(zhuǎn)換器(transducer)自動(dòng)地(autonomously)進(jìn)行。
[0032]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所述位移轉(zhuǎn)換器將測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至接收器。
[0033]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所測(cè)量的長(zhǎng)度和/或所計(jì)算的溫度以反映所述反應(yīng)器中所述管的位置的方式顯示。
[0034]根據(jù)進(jìn)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(jìn)一步的方面，在移動(dòng)設(shè)備上顯示所述顯示的結(jié)果。
[0036]根據(jù)進(jìn)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(yīng)器中的一個(gè)或多個(gè)燃燒器。
[0037]根據(jù)進(jìn)一步的方面，儲(chǔ)存所述長(zhǎng)度測(cè)量值和所述計(jì)算的溫度。
[0038]根據(jù)進(jìn)一步的方面，所測(cè)量的長(zhǎng)度和/或所計(jì)算的溫度被用于調(diào)整所述重整器反應(yīng)器中的一個(gè)或多個(gè)燃燒器。
[0039]根據(jù)進(jìn)一步的方面，如果所測(cè)量的長(zhǎng)度或所計(jì)算的溫度超過(guò)第一預(yù)定閾值，則所述方法觸發(fā)第一警報(bào)。
[0040]根據(jù)進(jìn)一步的方面，如果預(yù)定數(shù)目的管的所測(cè)量的長(zhǎng)度或所計(jì)算的溫度