氮氢保护气体设施设计(production faciIities design of nitrogen and hydrogen protective gas)

制备氮氢混合保护气体的设施设计。氮氢混合保护气体常作钢材加热或热处理炉的控制气体。保护气体亦称控制气体。氮氢保护气体中氮气是防止钢材表面发生氧化或脱碳的惰性成分，通常是保护气体中的基本组分。氢气是还原性气体，其含量取决于钢材品种和加热炉型式，一般在2％～75％。氮氢保护气体的允许最大含氧量为10×10^-6，露点范围为-40～-70℃。氮氢保护气体一般分为氮氢混合保护气体、氨分解与氨燃烧气体、可燃物不完全燃烧制氮氢保护气体三类。

氮氢混合保护气体     将从氢气站来的氢气和从氧气站来的氮气按照保护气体的质量标准进行脱氧与干燥后混合成一定含氢量的氮氢气体。脱氧在装有催化剂的脱氧器内进行，氢氧在催化剂表面反应生成水，反应热和部分水在冷却器内移走，剩余的水分通过吸附干燥器除去。当需要的吸附剂数量较大时，吸附干燥器前可增设冷冻脱水器，以减轻吸附干燥器的负荷。常用的催化剂是以三氧化二铝为载体的钯催化剂，常用的吸附剂有硅胶和分子筛等。当从氧气站来的氮气质量符合保护气体要求时也可不设氮气净化装置。其混合流程见图1。

氨分解与氨燃烧气体      以液氨为原料，通过催化热分解或空气不足时氨燃烧所得的氮氢保护气体。

(1)氨分解气体。蒸发液氨在镍催化剂和温度为650～850℃条件下分解得到含氢75％、氮25％的保护气体。该气体可直接使用，也可与氧气站来的氮气进一步混合得到其他含氢量的保护气体。其混合流程见图2。

(2)氨燃烧气体。气态氨在空气不足的情况下部分燃烧生成氮气和水，未燃烧的气态氨在一定温度和催化剂存在的条件下分解成氢和氮，氢、氮混合气体经吸附干燥后得到的氮氢保护气体。控制空气与气态氨的比例可以控制两个反应的进程，从而改变保护气体的含氢量。其工艺流程见图3。该法用于没有氮气供应的工厂，氨燃烧产生的热量可用于未燃气态氨的分解，而不消耗电能。

可燃物不完全燃烧制氮氢保护气体      可燃气体或液体在空气不足的情况下燃烧、转换获得的氮氢保护气体。这些可燃物有焦炉煤气、发生炉煤气、天然气、图2氨分解保护气体工艺流程图低d丙烷以及煤油、汽油、柴油等。燃烧产物有一氧化碳、二氧化碳、氮气和水，一氧化碳在催化剂存在的条件下与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气。二氧化碳可用羟基乙胺(MEA)水溶液等吸收剂洗涤除去。在经过冷冻和吸附干燥除水后即可得到氮氢保护气体。其工艺流程见图4。

站区设计要点     主要包括：(1)设备能力一般按平均用气量确定，用保护气体储罐和设备的变负荷能力来适应用户用量的波动。(2)保护气体站宜为独立建筑，布置在工厂常年最小频率风向的上风侧，尽量靠近用户并远离有明火和散发火花的地点，与建(构)筑物的防火间距须符合有关规程规范要求。(3)设备应按防爆和非防爆要求分类集中布置。(4)氢气管道可采用无缝钢管，高纯氢管道连接采用焊接。(5)车间入口及去备用户的支管上须设切断阀。其他有关氢气的安全要求见氢气站设计。