一种制氢转化炉集合管的制作方法

1.本发明属于石油化工技术领域，具体的说是一种制氢转化炉集合管。


背景技术：

2.制氢转化炉是在高温、高压的条件下，以天然气、油田气、焦炉气、炼厂尾气或轻油为原料，借助转化炉管内镍基催化剂的作用，促使原料与水蒸气在转化炉管内部进行转化反应制取氢气的设备。
3.公开号为cn203959811u的一项中国专利公开了一种制氢转化炉出口集合管，包括热壁集合管、冷壁集合管支管和冷壁集合管总管，热壁集合管的两端封闭，每排转化炉的炉管与多根热壁集合管连接，且每根热壁集合管上连接有相邻布置的多根炉管，与一排炉管连接的多根热壁集合管与一根冷壁集合管支管连接，多根冷壁集合管支管的一端与一根冷壁集合管总管连接，每根冷壁集合管支管的另一端封闭，炉管与热壁集合管垂直设置，热壁集合管与冷壁集合管支管平行设置，冷壁集合管支管与冷壁集合管总管垂直设置。该实用新型通过热壁集合管与冷壁集合支管相连，有效地降低了出口集合管的管系应力，制氢转化炉可长期安全操作。
4.目前现有技术中，tp347h材料广泛应用于大型制氢装置转化炉集合管， tp347h不锈钢高温条件下存在mx相析出，mx相一方面钉扎在晶界阻碍晶粒长大，同时，含nb脆性质点往往不能与基体协调变形，从而在与基体的边界和基体割裂，逐渐形成微裂纹，不锈钢焊缝中的δ相铁素体在375-875℃温度范围内长期使用产生σ相，使焊缝的冲击韧度急剧下降产生裂纹，导致集合管频繁产生裂纹。
5.为此，本发明提供一种制氢转化炉集合管。


技术实现要素：

6.为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种制氢转化炉集合管，该集合管包括主管、支管台和支管；所述支管台设置为嵌入式结构，且支管台采用整体锻件加工的加工方式；所述主管与支管台之间采用对接焊缝的连接方式；所述支管台与支管之间采用对接焊缝的连接方式；所述主管和支管的材质为sa312 tp347h；所述支管台的材质为sa182 f347h；目前现有技术中，tp347h材料广泛应用于大型制氢装置转化炉集合管， tp347h不锈钢高温条件下存在mx相析出，mx相一方面钉扎在晶界阻碍晶粒长大，同时，含nb脆性质点往往不能与基体协调变形，从而在与基体的边界和基体割裂，逐渐形成微裂纹，不锈钢焊缝中的δ相铁素体在375-875℃温度范围内长期使用产生σ相，使焊缝的冲击韧度急剧下降产生裂纹，导致集合管频繁产生裂纹；此时本发明通过设置嵌入式支管台，嵌入式支管台采用整体锻件加工，不存在支管台内部的焊缝，使得支管台本体不存在缺陷，支管台的结构可以通过应力分析，单独计算各个工况下的应力值，并且对应力值大的地方，采用圆滑过渡的形式，进行优化设计，降低应力值，提高支管台整体的可靠度，降低管内裂纹出
现的几率。
8.优选的，该集合管采用tgf347焊丝进行根部打底焊，焊3道，且对打底焊缝进行100％rt
‑ⅱ
检测；采用er16-8-2焊丝填充及盖面，层间温度快速冷却，每层每道间温度不超过60℃；焊接完成后对焊缝进行100％rt
‑ⅱ
检测；焊缝表面硬度小于190hv，控制晶粒度4-7级，铁素体4-8％；不进行热处理，焊态下使用；通过全新的焊接工艺，采用er16-8-2焊丝能够有效降低焊缝中铁素体的含量，同时，通过在焊态下使用，避免固溶处理等措施，均能够有效避免焊缝材质中脆性相的析出，降低开裂风险，并且取消焊后热处理过程，避免热处理过程中有害相大量析出导致材质劣化的问题。
9.优选的，所述主管和支管的连接处套设有保护壳，且保护壳设置为t形；所述保护壳通过对半分体式结构安装在主管、支管台和支管的外侧，并做好密封处理；所述主管、支管与保护壳之间安装有密封圈；连接处的焊缝一旦产生裂纹，集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，通过在主管和支管的连接处套设保护壳，并做好密封处理，溢出后的气体会保存在保护壳内部，有效减小气体的外泄，降低对环境的污染。
10.优选的，所述保护壳外侧固接有触发器；所述保护壳内部设有监控单元，且监控单元与触发器连接；所述触发器一侧固接有警报器；所述触发器内部滑动连接有活动板，且活动板采用导电材料制成；所述活动板一侧与触发器端部之间固接有一号弹簧；所述触发器内部远离一号弹簧的端部通过二号弹簧固接有一对触点，且触点通过电源与警报器电性连接；若保护壳内部的监控单元检测到焊缝泄露，会向触发器内部充入气体，进而推动活动板在触发器内部滑动，然后活动板将一对触点接通，使得警报器发出报警信号，该操作可以对集合管的焊缝进行全时检测，并在焊缝泄露时自动触发报警信号，提示工作人员进行检修。
11.优选的，所述监控单元包括挡板、折叠气囊和受力板；所述保护壳内部靠近主管与支管台之间的焊缝处均匀固接有一组挡板；所述挡板靠近焊缝的一侧固接有折叠气囊，且折叠气囊内部填充有气体；所述折叠气囊靠近焊缝的一侧固接有受力板，且受力板设置为弧形结构；所述触发器靠近一号弹簧的腔体通过管路与折叠气囊连通，且折叠气囊的容积大于触发器的容积；通过均布设置的挡板、折叠气囊和受力板，若主管与支管台之间的焊缝出现裂纹，则集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，并作用在受力板表面，进而推动受力板朝挡板移动并挤压折叠气囊，折叠气囊内部的气体通过管路充入触发器内部，推动活动板滑动并将触点接通，通过设置折叠气囊的容积大于触发器的容积，保证折叠气囊内部的气体进入触发器后，可以将活动板推动预定的行程。
12.优选的，所述受力板靠近焊缝的一侧固接有导柱；所述导柱表面均布有一组一号弹片；通过设置导柱和一号弹片，焊缝处的裂纹溢出气体时，气体会同步作用在导柱和一号弹片上，吹动多个一号弹片震动并发出声音，从而便于工作人员检修时，对泄露位置进行快速定位。
13.优选的，所述受力板远离焊缝的一侧固接有橡胶囊；所述橡胶囊位于折叠气囊内部，且橡胶囊内部添加有复合染料；所述导柱内部开设有喷孔，且喷孔与橡胶囊连通；通过设置橡胶囊，受力板朝挡板移动时会挤压橡胶囊，进而橡胶囊内部的复合染料会通过喷孔喷出，喷涂在漏气的焊缝表面，从而对漏气点进行染色标记，进一步便于工作人员对泄露位置进行快速定位，提高工作人员的检修效率。
14.优选的，所述橡胶囊设置为水滴形结构，且橡胶囊较细的一端靠近受力板；所述橡
胶囊靠近受力板的一端内部设有球塞；所述球塞与橡胶囊内侧壁之间固接有一对弹性绳，且弹性绳处于绷紧状态；通过弹性绳拉扯球塞，使得球塞紧密贴合橡胶囊的侧壁，从而对橡胶囊进行密封，避免其内部的复合染料泄露，当橡胶囊受到受力板和挡板的挤压时，其内部的复合染料压力增大，进而将球塞向外推开，并顺利通过喷孔向外喷出。
15.优选的，所述支管台内部通过支架转动连接有叶轮；所述叶轮的叶片上固接有磁性块；所述橡胶囊内部放置有磁性球；通过设置磁性块和磁性球，二者之间会产生吸引力，集合管正常运行时，气流会推动叶轮转动，叶轮表面的磁性块间歇式对磁性球产生吸引力，并带动磁性球在橡胶囊内部晃动，促进其内部的复合染料混合均匀，避免复合染料长时间存放在橡胶囊内部，导致成分沉积失效的问题，确保焊缝发生泄露时，复合染料可以顺利喷出并将泄露点染色标记。
16.优选的，所述磁性球设置为空心结构，且磁性球表面均匀开设有一组通孔；所述磁性球表面均匀固接有一组二号弹片；通过设置多个二号弹片，使得磁性块带动磁性球晃动时，磁性球撞击到橡胶囊内壁会反弹，从而进一步促进搅拌混合的效果，通过将磁性球设置为空心结构并开设通孔，使得复合染料可以从磁性球内部通过，避免磁性球将橡胶囊的喷口堵塞后，导致复合染料无法顺利喷出的问题。
17.本发明的有益效果如下：
18.1.本发明所述的一种制氢转化炉集合管，通过设置嵌入式支管台，嵌入式支管台采用整体锻件加工，不存在支管台内部的焊缝，使得支管台本体不存在缺陷，支管台的结构可以通过应力分析，单独计算各个工况下的应力值，并且对应力值大的地方，采用圆滑过渡的形式，进行优化设计，降低应力值，提高支管台整体的可靠度，降低管内裂纹出现的几率。
19.2.本发明所述的一种制氢转化炉集合管，通过全新的焊接工艺，采用 er16-8-2焊丝能够有效降低焊缝中铁素体的含量，同时，通过在焊态下使用，避免固溶处理等措施，均能够有效避免焊缝材质中脆性相的析出，降低开裂风险，并且取消焊后热处理过程，避免热处理过程中有害相大量析出导致材质劣化的问题。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步说明。
21.图1是本发明的立体图；
22.图2是本发明的剖视图；
23.图3是本发明中触发器的结构示意图；
24.图4是图2中a处局部放大图；
25.图5是图4中b处局部放大图；
26.图6是本发明中磁性球的结构示意图；
27.图中：主管1、支管台2、支管3、保护壳4、密封圈5、触发器6、警报器7、活动板8、一号弹簧9、二号弹簧10、触点11、挡板12、折叠气囊13、受力板14、导柱15、一号弹片16、橡胶囊17、喷孔18、球塞19、弹性绳20、叶轮21、磁性块22、磁性球23、通孔24、二号弹片25。
具体实施方式
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结
合具体实施方式，进一步阐述本发明。
29.实施例一
30.如图1至图5所示，本发明实施例所述的一种制氢转化炉集合管，该集合管包括主管1、支管台2和支管3；所述支管台2设置为嵌入式结构，且支管台2采用整体锻件加工的加工方式；所述主管1与支管台2之间采用对接焊缝的连接方式；所述支管台2与支管3之间采用对接焊缝的连接方式；所述主管1和支管3的材质为sa312 tp347h；所述支管台2的材质为sa182 f347h；目前现有技术中，tp347h材料广泛应用于大型制氢装置转化炉集合管，tp347h不锈钢高温条件下存在mx相析出，mx相一方面钉扎在晶界阻碍晶粒长大，同时，含nb脆性质点往往不能与基体协调变形，从而在与基体的边界和基体割裂，逐渐形成微裂纹，不锈钢焊缝中的δ相铁素体在375-875℃温度范围内长期使用产生σ相，使焊缝的冲击韧度急剧下降产生裂纹，导致集合管频繁产生裂纹；此时本发明通过设置嵌入式支管台2，嵌入式支管台2 采用整体锻件加工，不存在支管台2内部的焊缝，使得支管台2本体不存在缺陷，支管台2的结构可以通过应力分析，单独计算各个工况下的应力值，并且对应力值大的地方，采用圆滑过渡的形式，进行优化设计，降低应力值，提高支管台2整体的可靠度，降低管内裂纹出现的几率。
31.该集合管采用tgf347焊丝进行根部打底焊，焊3道，且对打底焊缝进行 100％rt
‑ⅱ
检测；采用er16-8-2焊丝填充及盖面，层间温度快速冷却，每层每道间温度不超过60℃；焊接完成后对焊缝进行100％rt
‑ⅱ
检测；焊缝表面硬度小于190hv，控制晶粒度4-7级，铁素体4-8％；不进行热处理，焊态下使用；通过全新的焊接工艺，采用er16-8-2焊丝能够有效降低焊缝中铁素体的含量，同时，通过在焊态下使用，避免固溶处理等措施，均能够有效避免焊缝材质中脆性相的析出，降低开裂风险，并且取消焊后热处理过程，避免热处理过程中有害相大量析出导致材质劣化的问题。
32.所述主管1和支管3的连接处套设有保护壳4，且保护壳4设置为t形；所述保护壳4通过对半分体式结构安装在主管1、支管台2和支管3的外侧，并做好密封处理；所述主管1、支管3与保护壳4之间安装有密封圈5；连接处的焊缝一旦产生裂纹，集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，通过在主管1和支管3的连接处套设保护壳4，并做好密封处理，溢出后的气体会保存在保护壳4内部，有效减小气体的外泄，降低对环境的污染。
33.所述保护壳4外侧固接有触发器6；所述保护壳4内部设有监控单元，且监控单元与触发器6连接；所述触发器6一侧固接有警报器7；所述触发器6 内部滑动连接有活动板8，且活动板8采用导电材料制成；所述活动板8一侧与触发器6端部之间固接有一号弹簧9；所述触发器6内部远离一号弹簧9的端部通过二号弹簧10固接有一对触点11，且触点11通过电源与警报器7电性连接；若保护壳4内部的监控单元检测到焊缝泄露，会向触发器6内部充入气体，进而推动活动板8在触发器6内部滑动，然后活动板8将一对触点11接通，使得警报器7发出报警信号，该操作可以对集合管的焊缝进行全时检测，并在焊缝泄露时自动触发报警信号，提示工作人员进行检修。
34.所述监控单元包括挡板12、折叠气囊13和受力板14；所述保护壳4内部靠近主管1与支管台2之间的焊缝处均匀固接有一组挡板12；所述挡板12 靠近焊缝的一侧固接有折叠气囊13，且折叠气囊13内部填充有气体；所述折叠气囊13靠近焊缝的一侧固接有受力板14，且受力板14设置为弧形结构；所述触发器6靠近一号弹簧9的腔体通过管路与折叠气囊13连
通，且折叠气囊13的容积大于触发器6的容积；通过均布设置的挡板12、折叠气囊13和受力板14，若主管1与支管台2之间的焊缝出现裂纹，则集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，并作用在受力板14表面，进而推动受力板14朝挡板 12移动并挤压折叠气囊13，折叠气囊13内部的气体通过管路充入触发器6 内部，推动活动板8滑动并将触点11接通，通过设置折叠气囊13的容积大于触发器6的容积，保证折叠气囊13内部的气体进入触发器6后，可以将活动板8推动预定的行程。
35.所述受力板14靠近焊缝的一侧固接有导柱15；所述导柱15表面均布有一组一号弹片16；通过设置导柱15和一号弹片16，焊缝处的裂纹溢出气体时，气体会同步作用在导柱15和一号弹片16上，吹动多个一号弹片16震动并发出声音，从而便于工作人员检修时，对泄露位置进行快速定位。
36.所述受力板14远离焊缝的一侧固接有橡胶囊17；所述橡胶囊17位于折叠气囊13内部，且橡胶囊17内部添加有复合染料；所述导柱15内部开设有喷孔18，且喷孔18与橡胶囊17连通；通过设置橡胶囊17，受力板14朝挡板12移动时会挤压橡胶囊17，进而橡胶囊17内部的复合染料会通过喷孔18 喷出，喷涂在漏气的焊缝表面，从而对漏气点进行染色标记，进一步便于工作人员对泄露位置进行快速定位，提高工作人员的检修效率。
37.所述橡胶囊17设置为水滴形结构，且橡胶囊17较细的一端靠近受力板 14；所述橡胶囊17靠近受力板14的一端内部设有球塞19；所述球塞19与橡胶囊17内侧壁之间固接有一对弹性绳20，且弹性绳20处于绷紧状态；通过弹性绳20拉扯球塞19，使得球塞19紧密贴合橡胶囊17的侧壁，从而对橡胶囊17进行密封，避免其内部的复合染料泄露，当橡胶囊17受到受力板14和挡板12的挤压时，其内部的复合染料压力增大，进而将球塞19向外推开，并顺利通过喷孔18向外喷出。
38.所述支管台2内部通过支架转动连接有叶轮21；所述叶轮21的叶片上固接有磁性块22；所述橡胶囊17内部放置有磁性球23；通过设置磁性块22和磁性球23，二者之间会产生吸引力，集合管正常运行时，气流会推动叶轮21 转动，叶轮21表面的磁性块22间歇式对磁性球23产生吸引力，并带动磁性球23在橡胶囊17内部晃动，促进其内部的复合染料混合均匀，避免复合染料长时间存放在橡胶囊17内部，导致成分沉积失效的问题，确保焊缝发生泄露时，复合染料可以顺利喷出并将泄露点染色标记。
39.实施例二
40.如图6所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：所述磁性球23设置为空心结构，且磁性球23表面均匀开设有一组通孔24；所述磁性球23表面均匀固接有一组二号弹片25；通过设置多个二号弹片25，使得磁性块22带动磁性球23晃动时，磁性球23撞击到橡胶囊17内壁会反弹，从而进一步促进搅拌混合的效果，通过将磁性球23设置为空心结构并开设通孔24，使得复合染料可以从磁性球23内部通过，避免磁性球23将橡胶囊17 的喷口堵塞后，导致复合染料无法顺利喷出的问题。
41.工作原理：本发明通过设置嵌入式支管台2，嵌入式支管台2采用整体锻件加工，不存在支管台2内部的焊缝，使得支管台2本体不存在缺陷，支管台2的结构可以通过应力分析，单独计算各个工况下的应力值，并且对应力值大的地方，采用圆滑过渡的形式，进行优化设计，降低应力值，提高支管台2整体的可靠度，降低管内裂纹出现的几率；通过全新的焊接工艺，采用 er16-8-2焊丝能够有效降低焊缝中铁素体的含量，同时，通过在焊态下使用，
避免固溶处理等措施，均能够有效避免焊缝材质中脆性相的析出，降低开裂风险，并且取消焊后热处理过程，避免热处理过程中有害相大量析出导致材质劣化的问题；连接处的焊缝一旦产生裂纹，集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，通过在主管1和支管3的连接处套设保护壳4，并做好密封处理，溢出后的气体会保存在保护壳4内部，有效减小气体的外泄，降低对环境的污染；若保护壳4内部的监控单元检测到焊缝泄露，会向触发器6内部充入气体，进而推动活动板8在触发器6内部滑动，然后活动板8将一对触点11 接通，使得警报器7发出报警信号，该操作可以对集合管的焊缝进行全时检测，并在焊缝泄露时自动触发报警信号，提示工作人员进行检修；通过均布设置的挡板12、折叠气囊13和受力板14，若主管1与支管台2之间的焊缝出现裂纹，则集合管内部的高压气体会通过裂纹溢出，并作用在受力板14表面，进而推动受力板14朝挡板12移动并挤压折叠气囊13，折叠气囊13内部的气体通过管路充入触发器6内部，推动活动板8滑动并将触点11接通，通过设置折叠气囊13的容积大于触发器6的容积，保证折叠气囊13内部的气体进入触发器6后，可以将活动板8推动预定的行程；通过设置导柱15和一号弹片16，焊缝处的裂纹溢出气体时，气体会同步作用在导柱15和一号弹片 16上，吹动多个一号弹片16震动并发出声音，从而便于工作人员检修时，对泄露位置进行快速定位；通过设置橡胶囊17，受力板14朝挡板12移动时会挤压橡胶囊17，进而橡胶囊17内部的复合染料会通过喷孔18喷出，喷涂在漏气的焊缝表面，从而对漏气点进行染色标记，进一步便于工作人员对泄露位置进行快速定位，提高工作人员的检修效率；通过弹性绳20拉扯球塞19，使得球塞19紧密贴合橡胶囊17的侧壁，从而对橡胶囊17进行密封，避免其内部的复合染料泄露，当橡胶囊17受到受力板14和挡板12的挤压时，其内部的复合染料压力增大，进而将球塞19向外推开，并顺利通过喷孔18向外喷出；通过设置磁性块22和磁性球23，二者之间会产生吸引力，集合管正常运行时，气流会推动叶轮21转动，叶轮21表面的磁性块22间歇式对磁性球 23产生吸引力，并带动磁性球23在橡胶囊17内部晃动，促进其内部的复合染料混合均匀，避免复合染料长时间存放在橡胶囊17内部，导致成分沉积失效的问题，确保焊缝发生泄露时，复合染料可以顺利喷出并将泄露点染色标记；通过设置多个二号弹片25，使得磁性块22带动磁性球23晃动时，磁性球23撞击到橡胶囊17内壁会反弹，从而进一步促进搅拌混合的效果，通过将磁性球23设置为空心结构并开设通孔24，使得复合染料可以从磁性球23 内部通过，避免磁性球23将橡胶囊17的喷口堵塞后，导致复合染料无法顺利喷出的问题。
42.上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。