RU2725405C1 - Способ ремонта диффузионного отделителя водорода - Google Patents
Способ ремонта диффузионного отделителя водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725405C1 RU2725405C1 RU2019127726A RU2019127726A RU2725405C1 RU 2725405 C1 RU2725405 C1 RU 2725405C1 RU 2019127726 A RU2019127726 A RU 2019127726A RU 2019127726 A RU2019127726 A RU 2019127726A RU 2725405 C1 RU2725405 C1 RU 2725405C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- hydrogen
- frame
- diffusion
- separator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/08—Flat membrane modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
- B01D65/106—Repairing membrane apparatus or modules
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к водородной энергетике, в частности к мембранным технологиям получения особо чистого водорода из газовых смесей, содержащих водород. При этом для получения особо чистого водорода предпочтительно используют тонкие плоские мембраны из палладия и его сплавов, скрепленные с конструктивными деталями мембранного элемента с помощью пайки или сварки. При работе возможно возникновение разгерметизации в области крепления мембраны к конструктивным деталям мембранного элемента. Кроме того, разгерметизация возможна по следующим причинам: - не выдержан режим сварки в связи с потерей вакуума или сбоя работы автоматики, т.е. при любом браке сварного шва; - появление при эксплуатации складок и заломов мембраны по всей поверхности мембраны, что неизбежно приведет к преждевременной потере плотности. Настоящее изобретение предлагает способ восстановления работоспособности диффузионного отделителя водорода, имеющего негерметичность в районе приварки палладиевой мембраны к рамке и проявляющуюся в процессе изготовления, испытаний или эксплуатации. При ремонте вырезается лазерной, плазменной или механической обработкой мембрана из палладия или его сплавов по диаметру Dменьше внутреннего диаметра Dрамки. Дальнейшее восстановление (сборка) диффузионного отделителя водорода производится известным способом, при этом внутренний диаметр D'вновь изготовленных рамок вычисляется по формулам:где D- внутренний диаметр стенки рамки диффузионного отделителя водорода, имеющего негерметичность (неплотность); D- наружный диаметр мембраны из палладия или палладиевого сплава после ее вырезки из рамки стенки диффузионного отделителя водорода, имеющего негерметичность (неплотность); D'- внутренний диаметр рамки диффузионного отделителя водорода вновь изготовленной для сборки диффузионного отделителя водорода; n - коэффициент (n>1). Таким образом, предлагаемое изобретение за счет использования мембран из палладия и его сплавов, извлеченных из диффузионного отделителя водорода, имеющего негерметичность (неплотность) в районе приварки палладиевой мембраны к рамке диффузионного отделителя водорода, позволяет восстановить его работоспособность. 2 ил.
Description
Изобретение относится к водородной энергетике, в частности к мембранным технологиям получения особо чистого водорода из газовых смесей, содержащих водород, и может использоваться в энергетических установках, потребляющих водород, например, в установках на топливных элементах, а также в химической, электронной и других отраслях промышленности.
В настоящее время основным способом промышленного производства водорода является риформинг углеводородного сырья с последующим фильтрационным выделением водорода из полученного в результате риформинга синтез-газа. При этом для получения особо чистого водорода предпочтительно используются тонкие плоские мембраны из палладия, его сплавов и других способных избирательно пропускать водород водородопроницаемых металлов, присоединенные к конструктивным деталям мембранного элемента с помощью сварки, пайки или склеивании.
Известно техническое решение «Водородопроницаемая мембрана, фильтрующий элемент и мембранный аппарат» (патент РФ №2416460 от 09.08.2005 г.), в котором устройство содержит водородопроницаемую мембрану на основе палладиевого сплава с рельефной наружной поверхностью с чередующимися выступами и окружающими каждый выступ впадинами. Мембрана со стороны подачи газовой смеси скреплена с металлической рамкой.
Данный аналог имеет следующий недостаток: не раскрыт способ выполнения ремонта в случае непредвиденных отклонений в изготовлении и в начальной (отладочной) стадии эксплуатации диффузионного отделителя водорода с потерей герметичности (плотности) присоединения мембран к рамке. Представлена только возможность утилизации мембраны из палладиевого сплава из дефектного фильтрующего элемента.
В известном техническом решении «Диффузионный отделитель водорода» (патент РФ №189769 от 27.12.2018 г.) указан способ изготовления диффузионного отделителя водорода при котором диффузионный отделитель водорода состоит из двух рамок с мембранами из металла, способного избирательно пропускать водород, газонепроницаемого разделителя, установленного между мембранами, и патрубка отвода чистого водорода, сваренных в единую газоплотную конструкцию. При этом мембрана является плоской и находится в напряженном состоянии растяжения.
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что не раскрыт способ выполнения ремонта в случае непредвиденных отклонений в изготовлении и в начальной (отладочной) стадии эксплуатации диффузионного отделителя водорода с потерей герметичности (плотности) присоединенных мембран к рамке.
В известном техническом решении, принятым за прототип «Диффузионный отделитель водорода» (патент RU 2697454 от 26.04.2018 г.) указан способ (критерии) выбора материала рамок и мембраны, при котором при котором в материале мембраны достигаются напряжения, не приводящие к ее разрыву и короблению.
К недостаткам известного технического решения следует отнести то, что не раскрыт способ выполнения ремонта в случае непредвиденных отклонений в изготовлении и в начальной (отладочной) стадии эксплуатации диффузионного отделителя водорода с потерей герметичности (плотности) присоединенных мембран к рамке; ремонт диффузионного отделителя водорода не регламентирован и стоимость дорогостоящих материалов теряется полностью за вычетом стоимости утилизированных отходов.
Под отклонениями в изготовлении можно понимать, например, последствия некачественной сварки (пайки, склеивания) мембраны к рамке, которые могут быть вызваны большим количеством причин, в частности, плохим качеством свариваемых поверхностей (наличием рисок на поверхностях, некачественным обезжириванием и т.д.), сбоем режима сварки (потерей вакуума, изменением усилия прижима или температуры в процессе диффузионной сварки) и т.п. В настоящее время отсутствуют методы объективного контроля, позволяющие в момент изготовления выявить брак, да и проявиться он может позже (например, уже после сварки двух рамок с мембранами в диффузионный отделитель водорода) при проверке на гелиевую плотность при высоком давлении гелия. Поэтому риск получения массового брака сварного (паяного или склеенного) соединения достаточно велик, особенно в период отработки крупносерийного производства диффузионных отделителей водорода. Брак при сварке мембраны с рамкой можно получить не только в сварном соединении, но и в сварной конструкции в целом. Например, в случае необеспечения заданной оптимальной исходной формы и заданного оптимального исходного напряженного состояния мембраны, зависящего от коэффициента температурного расширения материала мембраны и рамки, и условий эксплуатации диффузионного отделителя водорода (температура конструкции, парциальное давление водорода). Очевидно, что ремонт диффузионного отделителя водорода возможен только в случае использования плоских негофрированных мембран.
Задачей изобретения является осуществление способа ремонта диффузионного отделителя водорода, который позволит восстановить его работоспособность за счет повторного использования мембран из дорогостоящих металлов из дефектного диффузионного отделителя водорода.
Поставленная задача решается благодаря тому, в способе ремонта диффузионного отделителя водорода, состоящего из двух стенок, образуемых рамками, с присоединенными к ним мембранами из водородопроницаемых металлов, способных избирательно пропускать водород, газопроницаемого разделителя, установленного между стенками, и патрубка отвода чистого водорода, сваренных в единую герметичную конструкцию, имеются следующие отличия: при обнаружении неплотности (негерметичности), образующуюся в процессе изготовления, испытаний и эксплуатации, в кольцевом соединительном шве мембраны с рамкой и/или в прилегающей к нему зоне мембраны производится ремонт за счет вырезки мембраны с использованием лазерной, плазменной технологии или механическим способом из рамки по диаметру, меньшему чем внутренний диаметр рамки стенки диффузионного отделителя водорода, с последующим соединением со вновь изготовленными рамками, у которых внутренний диаметр обеспечивает присоединение вырезанной мембраны и соответствует условиям:
D0-D1=Δ
D'0=D1-(n×Δ),
где D0 - внутренний диаметр рамки диффузионного отделителя водорода до обнаружения неплотности (негерметичности);
D1 - наружный диаметр мембраны после ее вырезки из рамки стенки диффузионного отделителя водорода;
D'0 - внутренний диаметр вновь изготовленной для сборки рамки диффузионного отделителя водорода диффузионного отделителя водорода;
n - коэффициент (n>1).
Мембрана может быть выполнена из палладия, его сплавов или из других водородопроницаемых металлов, способных избирательно пропускать водород.
Далее производится сборка диффузионного отделителя водорода.
Сущность предложенного способа ремонта диффузионного отделителя водорода заключается в повторном использовании в диффузионном отделителе водорода дорогостоящей мембраны из водородопроницаемых металлов, способных избирательно пропускать водород (палладия или палладиевого сплава) имеющего неплотность (негерметичность) в кольцевом шве соединения (сварки, пайке, склеивании) мембраны к рамке и/или в прилегающей к нему зоне мембраны образующуюся в процессе изготовления, испытаний и эксплуатации.
Технический результат изобретения достигается при соблюдении следующих критериев:
где D0 - внутренний диаметр рамки диффузионного отделителя водорода до обнаружения неплотности (негерметичности);
D1 - наружный диаметр мембраны после ее вырезки из рамки стенки диффузионного отделителя водорода;
D'0 - внутренний диаметр вновь изготовленной для сборки рамки диффузионного отделителя водорода диффузионного отделителя водорода;
n - коэффициент (n>1).
Конструктивно восстановление диффузионного отделителя водорода иллюстрируется чертежами фиг. 1 и фиг. 2. На чертежах обозначено:
На фиг. 1
1 - рамка;
2 - патрубок отвода водорода;
3 - мембрана;
4 - газопроницаемый разделитель;
На фиг. 2
1 - рамка;
2 - патрубок отвода водорода;
3 - мембрана;
4 - газопроницаемый разделитель;
5 - рамка отремонтированного диффузионного отделителя водорода;
6 - мембрана, вырезанная из дефектного диффузионного отделителя водорода.
Диффузионный отделитель водорода состоит из корпуса, сформированного из двух рамок 1, и патрубка отвода водорода 2, двух мембран 3 и газопроницаемого разделителя 4, расположенного в пространстве между мембранами.
После сборки диффузионного отделителя водорода, при обнаружении неплотности (негерметичности) в кольцевом соединительном шве (сварки, пайке, склеивании) мембраны к рамке и/или в прилегающей к нему зоне мембраны, вырезается с использованием лазерной, плазменной технологии или механическим способом мембрана 6 по диаметру D1 меньшем чем внутренний диаметр D0 рамки 1. Дальнейшее восстановление (сборка) диффузионного отделителя водорода производится известным способом, при этом внутренний диаметр D'0 вновь изготовленных рамок 5 вычисляется по формулам (1) и (2).
Таким образом, предлагаемый способ ремонта диффузионного отделителя водорода за счет повторного использования мембран из палладия, его сплавов или из других водородопроницаемых металлов, способных избирательно пропускать водород, извлеченных из диффузионного отделителя водорода, имеющего неплотность (негерметичность) в кольцевом соединительном шве (сварки, пайки, склеивании) мембраны к рамке и/или в прилегающей к нему зоне мембраны, позволяет восстановить его работоспособность.
Claims (7)
- Способ ремонта диффузионного отделителя водорода, состоящего из двух стенок, образуемых рамками, с присоединенными к ним мембранами из водородопроницаемых металлов, способных избирательно пропускать водород, газопроницаемого разделителя, установленного между стенками, и патрубка отвода чистого водорода, сваренных в единую герметичную конструкцию, отличающийся тем, что при потере герметичности в кольцевом соединительном шве мембраны с рамкой и/или в прилегающей к нему зоне мембраны, ремонт производится за счет вырезки мембраны из рамки по диаметру, меньшему, чем внутренний диаметр рамки, с последующим соединением со вновь изготовленными рамками, у которых внутренний диаметр обеспечивает присоединение вырезанной мембраны и соответствует условиям:
- D0-D1=Δ
- D'0=D1-(n×Δ),
- где D0 - внутренний диаметр рамки диффузионного отделителя водорода до обнаружения негерметичности;
- D1 - наружный диаметр мембраны после ее вырезки из рамки стенки диффузионного отделителя водорода;
- D'0 - внутренний диаметр вновь изготовленной для сборки рамки диффузионного отделителя водорода диффузионного отделителя водорода;
- n - коэффициент (n>1).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127726A RU2725405C1 (ru) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Способ ремонта диффузионного отделителя водорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019127726A RU2725405C1 (ru) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Способ ремонта диффузионного отделителя водорода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725405C1 true RU2725405C1 (ru) | 2020-07-02 |
Family
ID=71509987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019127726A RU2725405C1 (ru) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | Способ ремонта диффузионного отделителя водорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725405C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1611421A1 (ru) * | 1989-01-25 | 1990-12-07 | Предприятие П/Я А-1813 | Мембранный элемент дл выделени особо чистого водорода |
WO2000056425A1 (en) * | 1999-03-22 | 2000-09-28 | Idatech, Llc | Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same |
RU2416460C2 (ru) * | 2005-08-09 | 2011-04-20 | Дмитрий Ипполитович Словецкий | Водородопроницаемая мембрана, фильтрующий элемент и мембранный аппарат |
RU189769U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-06-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Диффузионный отделитель водорода |
RU2697454C1 (ru) * | 2018-04-26 | 2019-08-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Диффузионный отделитель водорода |
-
2019
- 2019-09-02 RU RU2019127726A patent/RU2725405C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1611421A1 (ru) * | 1989-01-25 | 1990-12-07 | Предприятие П/Я А-1813 | Мембранный элемент дл выделени особо чистого водорода |
WO2000056425A1 (en) * | 1999-03-22 | 2000-09-28 | Idatech, Llc | Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same |
RU2416460C2 (ru) * | 2005-08-09 | 2011-04-20 | Дмитрий Ипполитович Словецкий | Водородопроницаемая мембрана, фильтрующий элемент и мембранный аппарат |
RU2697454C1 (ru) * | 2018-04-26 | 2019-08-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Диффузионный отделитель водорода |
RU189769U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-06-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Диффузионный отделитель водорода |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3208198A (en) | Method for hydrogen diffusion | |
JP5379008B2 (ja) | 燃料電池を連続製造するための方法および装置 | |
AU2011380049B2 (en) | Fluid separation device and selective separation method for mixed fluid | |
JP5395322B2 (ja) | 水素分離用エレメント | |
US9433889B2 (en) | Palladium alloy membrane unit, storage structure thereof, and method of purifying hydrogen by using the same | |
EP1137477B1 (en) | Hydrogen separation membrane assembly | |
WO2013084804A1 (ja) | 円筒管の支持構造及び円筒管のシール方法 | |
RU2725405C1 (ru) | Способ ремонта диффузионного отделителя водорода | |
US7353982B2 (en) | Diffusion bonding for metallic membrane joining with metallic module | |
AU5409501A (en) | A device for recovery of hydrogen | |
JP2008155118A (ja) | 水素分離用複合膜と、この水素透過膜を用いた水素分離用モジュール | |
CN102721605B (zh) | 一种用于无法兰密封的开口接管的试压工装 | |
KR102512692B1 (ko) | 반응성 가스 서비스를 위한 가스 분리 멤브레인 모듈 | |
RU2697454C1 (ru) | Диффузионный отделитель водорода | |
US20100283213A1 (en) | Sealing device for prismatic body | |
KR102512455B1 (ko) | 반응성 가스 서비스를 위한 가스 분리 멤브레인 모듈 | |
JP3082279B2 (ja) | 実機の余寿命予測用小型試験片の製作方法 | |
Al-Shamari et al. | Root cause analysis of cracking in a stainless steel clad plate in a gas scrubber unit | |
JPH10297905A (ja) | 平板型水素分離膜モジュール | |
RU2196668C1 (ru) | Способ контроля контактно-точечных сварных соединений | |
JP3684330B2 (ja) | 配管耐圧封止方法 | |
Edlund | Engineering Scale‐up for Hydrogen Transport Membranes | |
JP2009195873A (ja) | 水素分離膜モジュールの製造方法 | |
JP2008215848A (ja) | 応力腐食割れ付与試験体製造方法 | |
JP2017100098A (ja) | ガスフィルターエレメント |