图10.4.1.2-3
10.4.1.3 上集气管
由于工艺介质进口温度较低，上集气管直径一般较小，材质也较低。为了解决热补偿问题，一般采用固定支座和轴向滑动支座相结合的支撑方式。当总集气管的膨胀可能引起支集气管三维位移时，支集气管宜采用恒力弹簧悬吊，并对支集气管采取适当的限位措施。
10.4.1.4 下集气管
下集气管的支集气管一般采用热壁结构，外保温或与下尾管一起置于保温箱内。一般在支集气管的中间采用固定支座，两端采用滑动支座。往总集气管去的连接管也置于中间，连接管只承受总集气管热膨胀引起的位移，而总集气管一般采用冷壁结构。
冷壁结构的总集气管一般为三层结构，承压的外壳一般采用碳钢或低合金钢，中间是保温层，内部是高合金的25-20或Incoloy800H衬套以防止气流对保温层的冲刷。内衬套只承受高温，不承受压力，一般采用承插式结构，并开有排气孔以排出保温材料中残留的水气。值得指出的是保温层所用的非金属材料，因其要与高温含氢气流接触，这就存在“硅迁移”的问题。
在800℃以上的氢气流中，保温材料中的二氧化硅被还原成挥发性的一氧化硅；而在温度低于700℃时，一氧化硅又被氧化成固态的二氧化硅：
SiO2+H2 大于800℃ SiO↑+H2O
SiO+1/2O2 小于700℃ SiO2↓
“硅迁移”的结果，会使总集气管后续的设备（如转化气余热锅炉）被二氧化硅堵
塞，同时保温材料也因二氧化硅被大量“迁走”而丧失机械强度，以致松散脱落，使承压的外壳遭受高温气流的威协。
解决“硅迁移”的办法是要求保温材料中二氧化硅含量不得大于0.5%，一般采用三氧化二铝含量大于99%的泡沫氧化铝。近年来的试验证明，莫来石耐火纤维中呈结晶状态的SiO2在1200℃以下没有“硅迁移”问题，因此莫来石纤维可塑料可望成为成本较低的防“硅迁移”的保温材料。
第二个值得注意的问题是保温材料中一般都含有大量的水份，施工时应将这些水份烘干或至少应是70%以上水气烘出后才能施工内衬套，否则在高温气流的作用下，大量的水气蒸发对内衬套和外壳均是威协。
第三个值得注意的问题是,为了避免氯离子对不锈钢的腐蚀,保温材料的氯离子和氟离子应符合《覆盖奥氏体不锈钢用绝热材料规范》GB/T17393的要求。
第四个值得注意的问题是保温材料的导热系数在氢气氛下要比空气气氛下高得多，这对保温厚度和外壁温度的计算极其重要。 10.4.2 转化管管系的材料选用
转化管管系的材料选用主要是根据其各部位的金属工作温度和压力以及材料的高温力学性能来进行的。
上集气管、上尾管，甚至转化管的上部伸出段及其法兰，工作温度在450～550℃，一般选用碳钼钢或低铬钼钢。
转化管的加热段和下部伸出段一般选用高合金离心铸管HK-40或HP-40Nb。新设计的制氢炉转化管加热段大都选用HP-40Nb而不再选用HK-40，这主要因为前者的高温性能比后者好得多的原故，见表10.4.2-1。在操作条件和外径相同的条件下，采用HP-40Nb管壁比HK-40薄得多,这可大大的减少管壁热应力,有利于延长转化管的使用寿命，同时也因转化管内径变大可提高生产能力。
表10.4.2-1 高温许用应力 MPa
温度℃ HK-40 HP-40Nb 850 17 24.5 900 11 20.5 950 7.2 14 1000 4.6 9 下尾管和热壁的下集气支管除要较高的高温强度外，还应有良好的高温韧性。一般选用ASTM B407中的UNSN08810（Incoloy-800H）。
下集气总管承压外壳采用碳钢或低合金钢，内衬套采用Cr25Ni20或 Incoloy-800H。转化管管系的常用材料见表10.4.2-2。
表10.4.2-2 转化管管系常用材料
管段名称 上集气管 上尾管 转化管加热段 转化管上伸出段，法兰 下尾管 下集气支管（热壁） 下集气 总管 外壳 保温 内衬套 常用材料 15CrMo，P11，P22，Cr5Mo 15CrMo，P11，P22，Cr5Mo HK-40，HP-40Nb 15CrMo，P11，P22，Cr5Mo UNSN08810（Incoloy-800H） UNSN08810（Incoloy-800H） 碳钢，16MnR，P11 泡沫氧化铝（Al2O3≥99%，SiO2<0.5%）,莫来石纤维可塑料 0Cr25Ni20、UNSN08810（Incoloy-800H） 10.4.3 转化管管系焊接材料的选用
转化管管系的材质品种繁多,因此,其焊接材料的选用也比较复杂.转化管管系焊接材料的选用应遵守下列原则:
1） 同种材质的焊接应选用化学成份和力学性能与母材相当的焊接材料.
2） 不同强度级别的铁素体钢（低碳钢、碳锰低合金钢、铬钼耐热钢）之间的异种钢焊接，宜选用与合金含量较低一侧的母材相匹配的焊接材料，并保证焊接接头的力学性能应不低于两种母材标准规定值的较低者。焊前预热温度应按淬硬倾向大的母材要求来确定。焊后热处理温度应按合金含量较高的母材确定，且不得高于合金成份较低一侧母材的下临界点。焊接有淬火倾向的不同铬钼钢时，焊后应立即热处理。
3） 不同奥氏体钢的焊接，宜选用保证熔敷金属中合金元素含量不低于合金含量较低一侧母材标准规定的下限值的焊材，焊后一般不进行热处理。
4） 奥氏体钢与铁素体钢焊接，当使用温度在450～550℃，且焊接接头承受高应力水平时，应选用高铬镍奥氏体焊条（如A502，A507）；当使用温度高于550℃，且焊接接头承受较高应力水平时，应选用镍基焊接材料。焊后一般不进行热处理。
转化管管系常用的焊接材料列于表10.4.3。
表10.4.3 制氢炉常用焊接材料
母材 焊条 16MnR 焊丝 焊条 15CrMo，P11 16MnR 中 美 中 美 中 美 中 美 15CrMo P11 Cr5Mo 0Cr18Ni9Ti 0Cr25Ni20 HK-40 HP-40Nb UNSN08810 （Incoloy800H） E5015G J507RE7015 E347?15 A137E347-15 E310?15 A407E310-15 ER50-2 ER70S-2 H0Cr20Ni10Nb ER347 H0Cr26Ni21 ER310 E5515?B2 R307E8016-B2 E5515?B2 R307E8016-B2 E310?15 A407E310-15 E310?15 A407E-310-15 E310?15 A407E310-15 A462 TEW25/35（德） HP-Nb※ R-P1※※ TEW25/35/SG（德） 焊丝 ER55-B2 ER55-B2 H0Cr26Ni21 H0Cr26Ni21 H0Cr26Ni21 ER80S-B2 ER80S-B2 ER310 ER310 ER310 续上表 母材 16MnR 15CrMo P11 Cr5Mo 0Cr18Ni9Ti 0Cr25Ni20 HK-40 HP-40Nb UNSN08810 （Incoloy800H） 焊条 Cr5Mo 焊丝 中 美 中 美 中 E1?5MoV?15 R507E310?15 A407E310?15 A407E310?15 A407 A462 TEW25/35（德） E502-16 H1Cr5Mo ER502 E310-15 H0Cr26Ni21 ER310 E310-15 H0Cr26Ni21 ER310 E310-15 H0Cr26Ni21 ER310 HP-Nb※ R-P1※※ TEW25/35/SG（德） 焊条 0Cr18Ni19Ti E347?15 A137E347-15 H0Cr20Ni10Nb Er347 E310?15 A407E310-15 H0Cr26Ni21 ER310 E310?15 A407E310-15 H0Cr26Ni21 ER310 A462 TEW25/35（德） HP-Nb※ R-P1※※ Tew25/35/SG（德） ENiCrFe?2 Ni357ENiCrFe-2 ERNiCr-3 因康镍82 TEW21/33/SG（德） 美 中 焊丝 美
加热炉设计导则
