Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A mathematical model of two-stage Solid Oxide Fuel Cell, SOFC, stacks for dynamic simulation of Combined Heat and Power system fed by natural gas

Palus Mateusz, Pianko-Oprych Paulina

Polish Journal of Chemical Technology

|

2021

|

Vol. 23, nr 2

1--11

EN

Zero-dimensional two-stage SOFC stacks dynamic model was developed to investigate the effect of operating parameters on stacks performance. The model resolves spatially thermal and thermo-electrochemical behaviour for electrochemical reactions, Catalytic Partial Oxidation and Steam Reforming processes. Design variables and thermo-electrochemical properties were obtained from in-house-fabricated SOFCs carried out by project partners. The completed SOFCs based Combined Heat and Power, CHP, system model was validated by data18 and numerical results obtained at steady-state mode showing its high-fidelity. A parametric study with respect to key operating parameters including changes in fuel utilization, lambda number and current density values was conducted. The global CHP system dynamic response, in term of the current/voltage delivered by two-stage SOFC stacks, under a fi xed fuel utilization, has been determined resulting in greater variations in the voltage of a single cell in the first stack in comparison to the corresponding values in the second stack.

2

Numerical analysis of a serial connection of two staged SOFC stacks in a CHP system fed by methane using Aspen TECH

Pianko-Oprych Paulina, Palus Mateusz

Polish Journal of Chemical Technology

|

2019

|

Vol. 21, nr 1

33--43

EN

The objective of the study was to develop a steady-state system model in Aspen TECH using user-defined subroutines to predict the SOFC electrochemical performance. In order to achieve high overall fuel utilization and thus high electrical efficiency, a concept of Combined Heat and Power system with two-stage SOFC stacks of different number of cells was analyzed. The concept of two-stage SOFC stacks based system was developed in the framework of the FP7 EU-funded project STAGE-SOFC. The model was validated against data gathered during the operation of the proof-of-concept showing good agreement with the comparative simulation data. Following model validation, further simulations were performed for different values of fuel utilization to analyze its influence on system electrical performance. Simulation results showed that the concept of two-stage SOFC stacks configuration was viable and reliable. The model can be useful for development the optimal control strategy for system under safe conditions.

3

Effect of Ovality in Inlet Pigtail Pipe Bends Under Combined Internal Pressure and in-Plane Bending for Ni-Fe-Cr B407 Material

Ramaswami P., Senthil Velmurugan P., Rajasekar R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1881--1887

EN

The present paper makes an attempt to depict the effect of ovality in the inlet pigtail pipe bend of a reformer under combined internal pressure and in-plane bending. Finite element analysis (FEA) and experiments have been used. An incoloy Ni-Fe-Cr B407 alloy material was considered for study and assumed to be elastic-perfectly plastic in behavior. The design of pipe bend is based on ASME B31.3 standard and during manufacturing process, it is challenging to avoid thickening on the inner radius and thinning on the outer radius of pipe bend. This geometrical shape imperfection is known as ovality and its effect needs investigation which is considered for the study. The finite element analysis (ANSYS-workbench) results showed that ovality affects the load carrying capacity of the pipe bend and it was varying with bend factor (h). By data fitting of finite element results, an empirical formula for the limit load of inlet pigtail pipe bend with ovality has been proposed, which is validated by experiments.

4

Solutionizing of IN 519 superalloy after long-term exposure

Jasiński W.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2008

|

Vol. 32, nr 1

69-80

EN

Hydrogen used for ammonia synthesis in chemical plants is received as a result of endothermic thermal-catalytic decomposition of methane with water steam. The process is carried out in reformer pipes made from austenitic cast steel with nickel catalyst under pressure up to 4.0 MPa and temperature up to 900 °C [1]. The mechanical properties and phase composition of these tubes changed during a long service. The precipitation of intermetallic phases in alloyed austenite matrix and at grain boundaries are spheroidizated. The stable dendritic microstructure disappears. This results in a decrease of mechanical properties of the pipe material as well as in the intensification of creeping. In order to regenerate the tube material a solution heat treatment was applied. The author presents results of LMA, XRD and mechanical property investigation of IN 519 samples taken from a centrifugal cast pipe which worked in a catalytic reformer for 120760 hours and was solutionized.

PL

Wodór do syntezy amoniaku w zakładach chemicznych uzyskuje się w endotermicznym procesie cieplno-katalitycznego rozkładu metanu parą wodną pod ciśnieniem do 4 MPa w temperaturze do 900 stopni C. Proces prowadzi się w reformerze wykonanym z nadstopu IN 519 z rur odlewanych odśrodkowo i wypełnionych katalizatorem niklowym. Długotrwała eksploatacja powoduje przemiany fazowe i strukturalne w austenitycznej osnowie nadstopu: sferoidyzację wydzieleń faz międzymetalicznych oraz w eutektyce na granicach ziarn. Odlewnicza mikrostruktura dendrytyczna ulega zanikowi. Następuje koagulacja wydzieleń faz międzymetalicznych, powodując zmiany właściwości mechanicznych nadstopu IN 519, także intensyfikując proces pełzania. W celu regeneracji materiału rury (IN 519) prowadzono jego przesycanie. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych, metalograficznych i rentgenograficznych nadstopu IN 519 pobranego z rury po 120760 h eksploatacji i przesycaniu.

5

Solutionizing of IN 519 superalloys after long-term service.

Jasiński W.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2006

|

Vol. 30, nr 4

41-48

EN

The hydrogen to ammonia synthesis in the chemical plants is received in process of endothermic thermal-catalytic decomposition of methane with water steam. The process is carried out in reformer pipes made from austenitic cast steel with nickel catalyst under pressure up to 4.0 MPa and temperature up to 900 degrees C [1]. The long-lasting influence of raised temperature causes structural and phase changes, spheroidization precipitation of the intermetallic phases in alloyed austenite matrix and at grain boundaries. The dendritic microstructure disappears [2]. This results in a decrease of mechanical properties of the pipe material as well as in the intensification of the creeping. In order to regenerate tube material the solution heat treatment was applied. The author presents results of LMA, XRD and mechanical property investigation of IN 519 material from centrifugal cast pipe which worked in catalytic reformer for 120760 hours and was solutionized.

PL

Wodór do syntezy amoniaku w zakładach chemicznych otrzymuje się w endotermicznym procesie cieplno-katalitycznego rozkładu metanu parą wodną pod ciśnieniem do 4 MPa w temperaturze do 900 stopni C. Proces jest prowadzony w reformerze, w odlewanych odśrodkowo rurach z austenitycznego staliwa wypełnionych katalizatorem niklowym. Długotrwała eksploatacja powoduje przemiany fazowe i strukturalne, sferoidyzację wydzieleń faz międzymetalicznych w osnowie austenitycznej i w eutektyce na graniach ziarn. Stabilna odlewnicza mikrostruktura dendrytyczna ulega zanikowi. Następuje koalescencja i koagulacja wydzieleń faz międzymetalicznych powodująca zarówno zmiany właściwości mechanicznych wysokostopowego staliwa, jak również intensyfikację procesu pełzania. W celu regeneracji materiału rury prowadzono przesycanie. Autor przedstawia wyniki badań właściwości mechanicznych, mikrokrystalicznych i rentgenowskich nadstopu IN 519 pobranego z rury po 120760 h eksploatacji i przesycaniu.

6

Degradacja materiału rur katalitycznych

Jasiński W.

Problemy Eksploatacji

|

2004

|

nr 2

125-132

PL

W zakładach chemicznych wodór do syntezy amoniaku otrzymywany jest w procesie termiczno-katalitycznego rozkładu metanu z parą wodną pod ciśnieniem do 4 MPa w staliwnych austenitycznych rurach wypełnionych katalizatorem niklowym. W warunkach eksploatacji następują zmiany strukturalne i fazowe w materiału rury, prowadzące do istotnych zmian właściwości mechanicznych. Stabilna odlewnicza mikrostruktura dendrytyczna ulega zanikowi. Wydzielają się fazy międzymetaliczne wywołujące kruchość stopu i następuje inicjacja procesu pełzania.

EN

The hydrogen to ammonia synthesis in the chemical plants is received in process of endothermic thermal-catalytic decomposition of methane with water steam. The process is carried out in reformer tubes made of austenitic cast steel with nickel catalyst under pressure up to 4,0 MPa. The long-lasting influence of raised temperature causes the precipitation of the intermetallic needle-shaped s phases in alloyed austenite matrix. The stable cast dendrite microstructure disappears. This results in decrease of the mechanical properties of the pipe material as well as in the intensification of the creeping.

7

Badanie nieciągłości w materiale rur katalitycznych metodą prądów wirowych

Jasiński W., Zawada P.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2003

|

nr 2

28-30

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań prądami wirowymi i badań metalograficznych przeprowadzonych na odlewanych odśrodkowo rurach fi l56 x 16 wykonanych z austenitycznej stali IN 519 po długotrwałej eksploatacji. Badania wykazały zmiany strukturalne i fazowe w materiale rur. Zmiany te zależne są od temperatury i czasu eksploatacji wpływając na własności mechaniczne rur. Na wewnętrznej powierzchni rur obserwowano wady odlewnicze.

EN

The paper presents the results of eddy current and inelullogruphic investigations of centrifugal casted pipe (1)156 x 16 made from east steel IN 519 after long time operating. The investigations of the pipe samples shows the structural and phase changes in the material of tube. These changes depended on the temperature and time of exploitation and had influence on the. mechanical properties of the pipe. At inner surface of the lube the casting defects were observed.

8

Wpływ nierównomiernego przepływu gazu przez rury katalityczne na parametry pracy reformera

Gołębiowski A., Wróbel W.

Zeszyty Naukowe. Chemia / Politechnika Śląska

|

2001

|

z. 142

29-33

EN

Hydrocarbon steam reforming is one of the most important processes of heavy chemical synthesis. High volume velocities and heat loads are used in modern reformers and working parameters of catalytic tubes are very hard. Life time of tubes depends on maximal wall temperature which is influenced mainly by: the catalyst activity, the gas purity and a non-uniformities in the gas flow. The effect of a non-uniform gas flow through catalytic tubes on reformer performance are presented. Catalysts used nowadays have very good and stable mechanical properties. Nevertheless, gas flow resistance grows gradually during the operation of the reformer. Most often the catalyst is damaged during shut-down operation when it undergoes the influence of strong forces caused by tube dilatation. We have made statistical analysis of resistance changes in individual tubes assuming that they are random and a total resistance of the reformer is calculated as an equivalent resistance of a system the tubes connected parallely. We calculated wall temperature increase caused by reduced gas flow using an appropriately modified program for reformer simulations. An analysis of operational data and of results of the simulations indicates that the differences in gas flow can cause wall temperature increase by about 20 degrees centigrade. In extreme cases, it can shorten tube life-time by a half.

9

Regeneration of 24/24 NB heat resistant steel after long-term service in the range of temperature of [sigma]phase formation.

Wysiecki Mieczysław, Ustasiak Mieczysław, Jasiński Walenty

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2000

|

Vol. 24, nr 4

43-59

EN

Thermal-cathalitic decomposition of methane in process of production of fertilizers is executed in the reformer tubes made from austenitic cast steel 24/24 Nb. The process is carried out in the atmosphere of water vapor at the temperature 850 degrees C under pressure 3,2 MPa. The mechanical properties and phase composition of these tubes were changing during a long service. On the basis of the carried out investigations it was ascertained, that the loss of plasticity of tubes is caused by precipitation of large quantities of sigma phase. The annealing at 1000 degrees C caused the regeneration of tube material.

PL

W procesie produkcji nawozów sztucznych stosuje sie proces termiczno-katalitycznego rozkładu metanu parą wodną pod ciśnieniem 3,2 MPa, w stemperaturze do 850 stopni C. Proces jest prowadzony w reformetrze w odlewanych odśrodkowo rurach z austenitycznego żeliwa oznaczonego 24/24Nb, zawierającego 24% chromu i 24% niklu. Długotrwała praca powowuje zmiany fazowe i strukturalne w materiale rur oraz w ich wyniku zmiany właściwości mechanicznych. Przeprowadzone badania wykazały, że pogorszenie cech plastycznych materiału rury jest spowodowane wydzieleniami fazy sigma. Wyżarzanie w temperaturze 1000 stopni C umożliwia regeneracje materiału rury.

10

Zmiany mikrostruktury materiału rur katalitycznych reformera.

Jasiński W., Ustasiak M.

Inżynieria Materiałowa

|

1999

|

R. XX, nr 6

620-623

PL

W procesie produkcji nawozów sztucznych w rurach reformera wykonanych odlewaniem odśrodkowym z austenitycznego staliwa 24/24 Nb przeprowadza się katalityczny rozpad metanu parą wodną w temperaturze 850 stopni Celsjusza pod ciśnieniem 3,2 MPa. Rozkład temperatury na długości i na obwodzie rury jest zmienny. Wyższa temperatura o 70 stopni Celsjusza występuje na stronie rury zwróconej do palników, niższa na stronie zacienionej. Na długości rury najwyższa temperatura 850 stopni Celsjusza osiągana jest w odległości 3,5 m od wlotu gazów. W procesie pracy rura uległa wykrzywieniu, a ponadto stwierdzono po 74 200 godzinach pracy zwiększenie średnicy rury z fi 156,1 do 157 mm w obszarze od 6 m do 9 m od wlotu gazów. Badania dyfrakcyjne wykazały obecność fazy sigma, szczególnie w dużej ilości w obszarze 3,5 m od wlotu. Analiza wyników badań własności mechanicznych materiału rur katalitycznych w funkcji temperatury pracy rury (długości rury) wykazała minimum udarności i wydłużenia, a maksimum twardości w obszarze o maksymalnej temperaturze, tzn. około 3,5 m od wlotu. Minimum wytrzymałości lokowało się po 45 100 godzinach pracy także w obszarze najwyższej temperatury, ale po 74 200 godzinach pracy przemieściło się do obszaru odległego 8 m od wlotu, tam gdzie zaobserwowano również zwiększenie średnicy rury. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że utrata plastyczności materiału rur jest wywołana wydzieleniem się dużej fazy sigma. Bardzo niskie własności plastyczne materiału wywołane wydzieleniem się fazy sigma mogą być przyczyną kruchego pękania rur.

EN

Thermo-catalytic decomposition of methane in process of production of fertilizers is executed in the reformer pipes made from austenitic cast steel 24/24Nb. The process is carried on in an atmosphere of water vapor in temperature 850 degrees centigrade under pressure 3,2 MPa. Distribution of temperatures on lengths and on circuit of pipe is variable. Higher temperature about 70 degrees centigrade occur on page of pipe turned to burners, lower one is on the shady page. On the pipe lengths the highest temperature 850 degrees centigrade is obtained in the distance of 3,5 m to inflow of gases. During the exploitation pipe deformed, and after 74 200 hours of work enlargement of diameter of pipe from phi 156.1 to phi 157 mm in the area from 6 m to 9 m from inflow of gases was observed. Diffraction investigations showed presence in the pipe material of phase sigma especially in the distance of 3.5 m from inflow. Analysis of investigations results of mechanical properties of catalytic pipes material in the function of temperature of the pipe (lengths of pipe) showed minimum toughness and extensions, and maximum of hardness in area about maximum temperatures i.e. about 3.5 m from inflow. Minimum tensile strength placed oneself after 45 100 hours of work also in area highest temperatures, but after 74 200 hours in was shifted to the area placed 8 m from the inflow. On the base of the investigations carried on it was ascertained, that loss of plasticity of material of pipes is caused by presipition of large quantities of sigma phase. Very low plasticity of the material caused by emanation of sigma phase can be a reason of bursting fragile of pipes.