一种应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备的制作方法

1.本实用新型涉及化工领域，具体讲是一种应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备。


背景技术：

2.中频炉加热是通过中频电磁感应来加热金属的非标感应加热设备，具有自动化程度高、加热速度快且节能环保等特点，可以配套plc控制系统以及红外测温系统实现中频炉加热的智能化，成为中频锻前加热、圆钢轧制和表面淬火的首选加热设备。
3.中频炉加热设备的加热过程是，中频炉在加热前，首先要把被加热金属工件放置在中频炉的感应线圈内或者叫做中频炉加热的炉子内，通过中频炉的晶闸管变频电源产生变频电流，这个变频电流的频率为中频100hz
‑‑
8000hz之间，中频电流流经螺旋形感应线圈就会产生交变磁场，线圈内金属接受交变磁场的切割就会在金属内部产生涡流，根据焦耳楞次定律，涡流的平方乘以时间和系数就是金属工件所产生的热量，中频炉就是根据这一原理向被加热件提供热量的。
4.传统的中频炉加热设备应用广泛，适应于有色和黑色金属工件的加热，特别适合锻造行业的模锻工序连续加热生产、圆钢、钢坯轧制前加热工序、圆钢、钢管调质热处理的加热工序以及钢板热冲压前加热等冶金行业。
5.天然气转化制氢是利用天然气和水蒸汽在约850左右的高温下在催化剂存在的条件下重整产生氢气、二氧化碳、少量氧化碳及少量未反应的甲烷气体，再经过psa分离提纯得到需要的纯氢气的过程。天然气和水蒸汽的重整反应为高温下的强吸热反应，需要大量外供热量。目前，国外在天然气制氢小型撬装化方面作得最好的日本、希腊、荷兰等均采用的燃气加热炉供热方式为天然气水蒸汽重整反应供热。燃气炉供热方式的加热炉结构复杂、体积大、设备费用高、运输不方便。同时还需要考虑烟气余热回收和烟气排放达标的问题，但对大型装置仍然是最好的选择。随着氢能源的普及和氢气应用的领域的不断扩展，氢气小规模使用情况越来越广范，小型制氢装置的需求将会越来越多。对于小型的天然气制氢装置来说，市场更渴望有一种制氢机式的小体积方便运输和使用的制氢装置。显然采用燃气加热炉是满足不了这一要求的。


技术实现要素：

6.因此，基于上述背景下，本实用新型在此提供一种体积小、加热快、热效率高、没有烟气产生、且运输方便的应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备，该加热设备能够替代传统的燃气加热炉；通过改进将依托窝流感应生热的加热方式成功安全应用于天然气转化制氢。
7.具体的，一种应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备，包括石墨管，被加热金属管，陶瓷管和感应线圈加热组件，
8.所述石墨管内部形成有炉膛，
9.所述被加热金属管固定安装于所述炉膛内，并在内部形成加热区；
10.所述陶瓷管固定安装于所述石墨管的外壁；
11.所述感应线圈加热组件套于所述陶瓷管的外围，并与频率为中频100hz
‑‑
8000hz的变频电流连接。
12.进一步，所述感应线圈加热组件包括内线夹、感应线圈电缆和外线夹，
13.所述内线夹固定安装于所述陶瓷管的外围，所述感应线圈电缆绕于所述内线夹的外壁，所述外线夹固定连接于所述内线夹的外壁，将感应线圈电缆固定于内线夹和外线夹之间。
14.进一步，所述感应线圈电缆的轴向高度小于所述被加热金属管的轴向长度，
15.并且所述被加热金属管分为加热段和位于两端的冷端，其中加热段外壁具有感应线圈电缆。
16.进一步，所述石墨管与所述陶瓷管之间填充有高纯复合氧化铝纤维填充料。
17.进一步，石墨管两端通过圆环固定件a安装于所述陶瓷管内部，并通过圆环固定件a挡住高纯复合氧化铝纤维填充料。
18.进一步，所述内线夹与所述陶瓷管之间填充有保温棉，所述被加热金属管与圆环固定件a之间填充有保温棉。
19.进一步，所述感应线圈电缆与保温棉之间预留mm间隙。
20.进一步，本实用新型还包括用于检测石墨管内壁中心温度的测温热电偶；在加热过程中热电偶检测石墨管内壁中心温度，信号反馈到外接的加热电源控制系统，控制加热电源输出功率大小，达到恒温的目的。
21.本实用新型具有如下优点：
22.本实用新型设计合理，体积小、加热选择间接加热方式，加热快、热效率高、没有烟气产生、且运输方便能够替代传统的燃气加热炉；
23.本实用新型合理的设计石墨管，该石墨管从耐温、温度恒定、塑性变形等方面均优于钢管；采用间接加热方式，幅射到被加热件的温度更加均匀，解决了因感应线圈缠绕间隙造成的线温高面温低的现象出现。
24.同时合理的选用感应线圈，常规感应线圈为空心铜管，工作中管内通循环水冷却，能耗高，裸露通电的铜管处在爆炸危险区域内不符合防爆要求且缠绕时必须预留一定的间隙作为空气绝缘保证安全，温度不均匀，存在加热死区；而本实用新型选用耐高温感应电缆，电缆有绝缘层和护套层，可紧挨缠绕布置，且电缆本身可安全用于爆炸危险区域。
25.本实用新型对线圈缠绕方式进行合理设计，缠绕时线圈与保温层间预留10mm间隙，即保证了炉体外温不会加热电缆，又使空气无动力自由对流散热减少了能耗。
26.本实用新型采取分体设计组装，石化行业中类似的电加热器、管道炉等工艺设备均采用一体式设计,即被加热介质直接与加热设备接触，造成设备外型增大，整体防爆设计增加投资等弊端；本实用新型采用分体设计间接加热方式，炉体与工艺主设备分体，具有能耗低，结构简单，重量轻，使用安全，运行维护简便等优点，更加有利于工艺设备结构型式多样化的设计，针对同行业和相近行业对设备结构样式的适应性更强。
27.本实用新型整体结构设计巧妙，常规加热部份仅为螺旋铜管，结构简单，热散失严重，防护措施简陋等；而本实用新型设计成整体炉子型式，充分考虑了设备结构稳定，安装
固定措施，对周边的辐射影响，热量使用最大化，自身结构件间防护和外部对人体的防护措施等，是一套完整、安全、性能优良的加热炉产品。
附图说明
28.图1是本实用新型的装配示意图；
29.图2是图1中m的局部放大示意图；
30.图中：1、被加热管；2、保温棉；3、测温热电偶；4、高纯复合氧化铝纤维填充料；5、压板b；6、圆环固定件a；7、压板a；8、感应线圈电缆；9、陶瓷管；10、石墨管；11、炉膛；12、圆环固定件b；13、内线夹；14、外线夹；15、电缆固定件。
具体实施方式
31.下面将结合附图1-图2对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.如图1和图2所示，一种应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备，包括石墨管10，被加热金属管1，陶瓷管9和感应线圈加热组件15，
33.所述石墨管10内部形成有炉膛11，
34.所述被加热金属管1固定安装于所述炉膛内，并在内部形成加热区；
35.所述陶瓷管9固定安装于所述石墨管10的外壁；
36.所述感应线圈加热组件15套于所述陶瓷管9的外围，并与频率为中频100hz
‑‑
8000hz的变频电流连接。
37.在该实施例中，所述感应线圈加热组件包括内线夹13、感应线圈电缆8和外线夹14，
38.所述内线夹13固定安装于所述陶瓷管9的外围，所述感应线圈电缆8绕于所述内线夹13的外壁，所述外线夹14固定连接于所述内线夹的外壁，将感应线圈电缆8固定于内线夹13和外线夹14之间。
39.在该实施例中，所述感应线圈电缆8的轴向高度小于所述被加热金属管1的轴向长度，
40.并且所述被加热金属管1分为加热段和位于两端的冷端，其中加热段外壁具有感应线圈电缆8。
41.在该实施例中，所述石墨管10与所述陶瓷管9之间填充有高纯复合氧化铝纤维填充料4。
42.在该实施例中，石墨管10两端通过圆环固定件a6安装于所述陶瓷管9内部，并通过圆环固定件a6挡住高纯复合氧化铝纤维填充料4。
43.在该实施例中，所述内线夹13与所述陶瓷管9之间填充有保温棉2，所述被加热金属管1与圆环固定件a6之间填充有保温棉2。
44.在该实施例中，所述感应线圈电缆8与保温棉2之间预留10mm间隙。
45.在该实施例中，还包括用于检测石墨管10内壁中心温度的测温热电偶3。
46.本实用新型在实施时，整个应用于天然气转化制氢的中频炉感应加热设备为圆柱体，总长为1500mm，内净空直径为160mm，加热段净长度为1200mm，两端冷端各为150mm。敞开状态下加热段1200mm内壁中心温度为1300℃及以上，加热段1200mm范围内两端长度各100mm范围内内壁温度为1200℃及以上。
47.所述石墨管10外部套一个内径260mm,外径280mm，长度1500mm的陶瓷管9，陶瓷管9与石墨管10之间填充高纯复合氧化铝纤维填充料4隔热，陶瓷管9外部缠绕60mm厚氧化铝保温棉，保温棉表面外侧采用30mm厚绝缘板制作线夹（有内线夹和外线夹组成），耐温200℃的高温绞合线绕制于线夹的卡槽内作为加热线圈8，线圈外侧采用40mm
×
40mm绝缘条16与线夹使用不锈钢螺栓固定，防止线圈松动，加热线圈与保温棉之间留有10mm间隙，保证自然通风良好，防止线圈长期连续工作过程中感应电缆温度超高降低使用寿命和烧损，石墨管10两端在陶瓷管9内部由圆环固定件a6固定，防止石墨管10松动，并保证高纯复合氧化铝纤维填4充料不会露出。压板a7的卡槽将陶瓷管9固定，同时压住圆环固定件a6，压板a7由螺栓与绝缘条连接，使加热组件成为一个整体。运输过程中，保证各个部件不会松动和移位，压板a通过螺栓与现场钢支架固定安装，待被加热件（108
×
10不锈钢管）穿过石墨管后，两端由圆环固定件b12塞入固定，两端填充保温棉2，然后通过压板b5固定在压板a上7。
48.本实用新型在加热时，通过中频炉的晶闸管变频电源产生变频电流，这个变频电流的频率为中频100hz
‑‑
8000hz之间，中频电流流经螺旋形感应线圈就会产生交变磁场，线圈内金属接受交变磁场的切割就会在金属内部产生涡流，根据焦耳楞次定律，涡流的平方乘以时间和系数就是金属工件所产生的热量，从而在被加热金属管1内部的加热区形成热量，当物品通入该加热区时，实现加热。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。