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反应器是加氢裂化装置中的核心设备，在高温（操作温度约410℃） 、高压（操作压力约18MPa） 、临氢及H 2S腐蚀条件下操作，配管设计的合理性对反应器的安全运行、检修以及整个装置的正常运行都至关重要。介质在反应器中反应会释放大量的热，为控制催化剂床层温度，维持其活性，需向反应器注入冷氢，从而控制反应器的温度，以保证反应的顺利进行。本文从管口方位、管道布置、柔性、支架等方面，对加氢反应器急冷氢管系的设计进行分析。
1?开口方位的确定
急冷氢入口在反应器床层的上部，一般开在设备的侧面。方位的确定要根据急冷氢管口内构件与热电偶的相对关系要求统一进行规划。为方便检修时抽出和插入，急冷氢管口水平方向应留有一定的操作空间，且竖直方向应与上下平台横梁保持足够的空间，以保证生产过程中反应器本体受热向上膨胀时，管道不会与框架平台梁相碰。此外，还应考虑急冷氢调节阀组的安放位置和管道的走向。
2?管道的布置
冷氢注入管线设计温度与压力一般以止回阀为界，止回阀后设计温度与同反应器内的介质温度一致，设计压力为15.9MPa；单向阀前设计温度为89℃、设计压力为16.62MPa。由于止回阀本身不可能完全止回的特点，造成止回阀前操作温度可能大于200℃，所以急冷氢管道上的止回阀应尽量靠近反应器的急冷氢管口，以减小热介质在急冷氢管道中的行程，从而减小管道的受力及降低投资。
急冷氢管道上的盲板尽量靠近反应器布置，开停车检修时能够把反应器单独隔离，但因盲板法兰处常作为材质分界点（盲板后管道材质一般为不锈钢，盲板前管道材质为碳钢），故要求盲板距离止回阀有足够的长度，使工艺介质冷却至200℃以下从而降低材质要求。因而须根据工艺热力衰减核算确定盲板位置。
急冷氢管道上的调节阀组应尽量安装于地面，以便在紧急状态下方便操作。调节阀组的切断阀有单阀、双阀两种，安装双阀时宜紧密相连，手轮错开这样既减少焊口又便于操作。
3?柔性设计
急冷氢注入反应器前的温度为200℃左右，反应器内
的油气温度为420℃，一冷一热交汇使得管道受力不均，另外反应器筒体受热向上膨胀会把急冷氢管道（靠近反应器部分）提起来，造成管道倾斜，局部地方应力集中，易使管道产生裂纹及法兰泄漏。因此需在急冷氢管口布置一
π型补偿弯。如图1所示。
图1?π型补偿热胀变化
π型补偿尽量置于急冷氢管口所在的框架平台下面，留够管道热胀后与框架平台的梁底间距即可。这可使如图2所示中的⑼-⒀管段尽量长，使管道本身的热位移尽量大，有利于管系的平衡。设置在框架平台下，支吊架生根
于框架梁，稳定性较好。
图2?急冷氢管系的布置
4?支吊架设置
为防止管系坍塌且考虑热膨胀位移的影响，故在②、⑦点设置弹簧支吊架，弹簧支吊架的形式根据布置空间和反应器框架形式来定。
浅析加氢反应器急冷氢管系设计
王李梅?
胜帮科技股份有限公司 上海 200000
摘要：本文结合某项目高压加氢裂化装置，从管口方位、管件布置、柔性设计、支吊架布置等方面，对加氢反应器急冷氢管系的设计进行简单分析。
关键词：加氢反应器?急冷氢?热膨胀?管道设计
Design?of?quenched?hydrogen?piping?system?in?hydrogen?reactor
Wang?Limei
Spang Technologies Co ，Ltd.，Shanghai 200000，China
Abstract：This?article?introduces?the?design?of?quenched?hydrogen?piping?system?in?hydrogen?reactor?of?a?high?pressure?hydrocracking?unit，which?includes?the?nozzle?orientation，piping?layout，flexibility?design，supports?and?hangers?placement.?
Keywords：hydrogen?reactor；?quenched?hydrogen；?thermal?expansion；?piping?design （下转第40页）
炔烃液相选择加氢固定床床反应器设计计算 由于固定床反应器具有结构简单、操作方便、 操作弹性大、建设投资低等优点，而广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域。将碳四馏分液相加氢新工艺就是采用单台固定床绝热反应器进行催化选择加氢脱除碳四馏分中的乙基乙炔和乙烯基乙炔等。在工业装置中，由于实际所采用的流速足够高，流体与催化剂颗粒间的温差和浓差，除少数强放热反应外，都可忽略。对于固定床反应器来讲最重要的是处理好床层中的传热和催化剂粒子内扩散传质的影响。 一、固定床反应器设计 碳四馏分选择性加氢反应器一般采用绝热固定床反应器。在工程上要确定反应 器的几何尺寸，首先得确定出一定生产能力下所需的催化剂容积，再根据高径比确定反 应器几何尺寸。 反应器的设计主要依据试验结果和技术要求确定的参数，对反应器的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。 1. 设计参数 反应器进口温度： 20℃ 进口压力：0.1MPa 进料量(含氢气进料组分) 体积流量：197.8m 3/h 质量流量：3951kg/h 液相体积空速：400h -1 2. 催化剂床层设计计算 正常状态下反应器总进料量为2040m 3/h 液体体积空速400h -1 则催化剂用量3R V V V /S 2040/400 5.1m ===总 催化剂堆密度3850/B kg m ρ= 催化剂质量850 5.14335B B R m V kg kg ρ=?=?= 求取最适宜的反应器直径D: 设不同D 时，其中高径比一般取2-10，设计反应器时，为了尽可能避免径向的影响， 取反应器的长径比5，则算出反应器的直径和高度为：按正常进料量3 2040m h ／及液体 空速400h -1，计算反应器的诸参数： 取床层高度L=5m ，则截面积2R S V /L 5.1/51.02m === 床层直径 1.140D m == 因此,圆整可得反应器内径可以选择1200mm
对加氢反应器配管设计的几点分析 摘要本文主要分析了加氢反应器配管设计的要点，主要从反应器平面布置、管道布置以及顶平台设计三方面分析了反应器配管设计方式，保证加氢反应器配管设计的准确性。 关键词加氢装置；配管设计；反应器 1 反应器平面布置 反应器的平面布置设计工作有如下多个要点： 第一，加氢反应器的平面布置位置设计需将加氢进料加热炉以及加氢反应产物换热器所处位置纳入考虑范围当中，对反应器位置进行综合考虑。反应器同反应集料加热炉均为容易引发火灾的设备，因此多不放置于装置的边缘位置且临近消防通道，并处于液化氢、甲B类型液体物质设备风向频率最低區域的下风侧，且需将反应器放置于地质条件相对良好的位置，以保证其基础的稳定[1]。 第二，加氢反应器同加氢进料加热炉之间应保持一定的距离，但需要尽可能缩短距离，两者间距不可少于 4.5m。按照流程是布置原则，反应产物换热设备必须安设于反应器临近区域之内。通常情况下，反应器布设位置应位于反应产物换热设备与加氢反应加热炉之内。 第三，由于加氢反应设备自重较重，就目前而言，我国反应器自重最大值可达到1600t，因此，对反应器所处位置地质条件有较高的要求。 2 反应器管道布置工作 2.1 防火与工艺设计需求 反应器工业管道布置工作对进料管道有一定要求，需要进料管道气体、液体两者的混合更为均匀，某设备要求材料在进路之前便完成混氢工作，所以原料同氢气的混合点同地面布置之间较为接近，而且原料管道呈水平布设，氢气管道从上至下同原料管道相连，同时确保立管的长度不超过 1.5m，混氢点前后直管段直径需为公称直径的10倍，氢气管道中的单向阀安设于水平管之上，且需要尽可能临近注入点[2]。 2.2 保证装置运行的稳定性 工艺管道布设设计必须保证设备在运行中的安全性以及稳定性。设备在运行过程中，可能产生高温，所以需要管道具有一定耐热性。固支反应器进口以及出口管道均为高温、高热管道，因此在布置管道过程中，避免法兰、阀门等处于操作通道上方，以免上述设备因高温影响而对人体构成伤害。不仅如此，设计反应
加氢反应器的应用与设计 李浩波 （宁波市化工研究设计院有限公司，宁波 315040） 摘要:本文结合实例阐述了煤焦油加氢项目中加氢反应器在高温、高压、临氢工况下的设计参数、结构设计等方面的内容。 关键词：新型抗氢钢；临氢设备；选材 中图分类号：TE966 文献标识码：A 1前言 在炼油化工行业中，为提高出油率和油的品位，60年代就开始采用“加氢”技术。目前在我国炼油行业广泛应用的“加氢”技术设备，主要为加氢精制及裂化装置。 加氢反应器是用于高温、高压，并在含有氢或氢加硫化氢介质条件下工作的重要炼油工艺设备，其操作条件极为苛刻，一旦发生事故将造成严重损失；另外其设备的造价比较昂贵，制造周期又长，所以，从设备的设计、制造及使用都必须予以极大地重视。 反应器按使用状态分为冷壁结构反应器和热壁结构反应器。在60年代及70年代初期，由于当时的冶金及制造工业水平所限（厚板的制造工艺技术、力学性能指标的保证、不锈钢堆焊技术等），为保证安全操作，从设计上多选择冷壁结构形式，即在反应器壳体内壁装焊保温钉增设一定厚度的隔热内衬层，以保证壳体的壁温一般不超过300o C，故称为冷壁加氢反应器。 热壁加氢反应器与冷壁加氢反应器的不同在于，壳体设计取消了内壁表面的隔热内衬层。这样，壳体将直接与反应器内部介质接触，从而使壳体在工作条件下的壁温升高，目前一般设计壁温已达450 o C左右，因此对壳体材料在化学成分及力学性能，尤其是高温力学性能方面有着更高、更严格的要求。 2反应器的设计参数 加氢精制反应器（R-0101）设计参数：设计压力18MPa，设计温度450o C；介质为油气、氢气、硫化氢，其中硫化氢含量为0.1%；氢分压15MPa；反应器内径1800mm，切线长度17400mm。 相对而言，与目前国内正运行的反应器相比，这两台反应器的压力较大，温度较高。 3反应器材料的选择 根据反应器的设计温度和氢分压，按照API 抗氢曲线（临氢作业用钢防止脱碳和微裂的操作极限）和SH/T 3096-2012 《高硫原油加工装置设备和管道设计选材导则》，反应器壳体基层可选用2.25Cr-1Mo-0.25V钢。 热壁加氢反应器的壳体材料在使用中经受不了反应过程中高温、高压条件下氢和硫化氢的腐蚀，为此设计采用在其内壁堆焊耐腐蚀不锈钢层的措施。目前具体应用于产品的有单层堆焊及双层堆焊两种结构。单层堆焊为只堆一层T.P.347L，双层堆焊是先堆焊一层T.P.309L成分的不锈钢作为过渡层，再堆焊一层T.P.347成分的不锈钢。采用单层或双层堆焊结构，其关键是堆焊的工艺技术水平能否保证设计技术条件对不锈钢堆焊层的性能指标要求。本设备采用双层堆焊层：厚度为3mm的E309L和厚度为3.5mm的E347。 4反应器结构特点 加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应，欲使反应进料（气、液两相）与催化剂（固
过程装备制造与检测课程设计说明书题目：加氢反应器筒体制造工艺设计 学生姓名： 学号： 院（系）： 专业： 指导教师：
目录 1.设计题目 (1) 2.设计背景 (1) 3.设备介绍及其发展 (1) 4.设计相关内容 (1) 4.1引用的主要标准及规范 (1) 4.2主要技术参数 (2) 4.3产品特点及问题分析 (2) 5.加氢反应器筒体制造 (3) 5.1筒体制造过程简明流程图 (3) 5.2筒体制造工艺过程卡片 (4) 5.3工艺设计 (5) 5.3.1选材 (5) 5.3.2材检 (5) 5.3.3划线 (7) 5.4 下料 (8) 5.5筒节的成形 (8) 5.5.1筒节弯卷成形分析 (8) 5.5.2成形设备分析 (10) 5.5.3弯卷成形的设计及相关计算 (9) 5.6装焊纵缝 (11) 5.7筒体内壁堆焊 (11) 5.6.1堆焊原理 (11) 5.6.2工艺参数选择 (12) 5.6.3优缺点及应用范围 (13) 5.6.4堆焊工艺设计 (14) 6.心得体会 (15)
参考文献 (16) 一设计题目 氢反应器筒体制造工艺设计 二设计背景 工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。 由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。 三设备介绍及其发展 石油工业中常用的加氢反应器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。另一类反应器用于气相连续加氢过程。反应器的类型可以是列管式或塔式。根据化工生产的实际情况，相应选择合理的结构形式。 加氢反应器是石油化工行业的关键设备，通常是在高温(350-480℃)、高压(0一 25MPa)、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶劣工作条件下运行。早期由于冶金水平和制造工业水平有限，多采用冷壁结构形式的加氢反应器。所谓冷壁一般指设计金属壁温在300℃以下的加氢反应器，为保持温度，一般在反应器壳体内壁装焊保温钉增设一定厚度的隔热内衬层。20世纪70年代以来，随着冶金、轧制、锻造工艺技术的不断提高，已能够生产出既严格控制化学成分又能保证良好综合力学性能的优质、大厚度加氢用钢板或大型锻件，且先进的可保证特殊技术要求的不锈钢堆焊材料和堆焊技术、工艺技术也已经成熟，近30年来，加氢技术发展迅速，热壁加氢反应器的应用更加广泛。热壁加氢反应器与冷壁加氢反应器相比具有以下显著优点:(1)在相同外形尺寸条件下，增大了反应器内部的有效容积，提高了生产能力;(2) 由于无内衬隔热层，避免了内衬板易破坏造成壳体局部超温导致局部鼓泡破坏;(3) 避免了上述原因造成设备频繁停车修复所造成经济和产量上的损失。因此，热壁加氢反应器逐步取代了冷壁加氢反应器，且具有越来越大型化的趋势。 四设计相关内容
加氢反应器 分类号：TE966文献标识码：A 文章编号：1000-7466（2000）02-0010-03 Safety analyses on operating condition for hydrogenation reactor YANG Huo-sheng DONG Shao-ping CAO Shui-quan (Zhenhai Refining & Chemical Company Limited,Ninbo 315207,China) LIN Jian-ho ng CHEN Jin (East China University of Science and Technology, Shanghai 200237,China) Abstract：On the basis of the dissection results for specimen block, the estimation of the minimum pressurization temperature was conducted, the flaw that exists in the reactor was also evaluated with fracture mechanics method. The results showed that reactor has enough safety tolerance. Key words：hydrogenation reactor；minimum pressurization tem perature；safety assessment▲由于制作热壁加氢反应器的2.25Cr-1Mo钢是Cr-Mo钢中回火脆化敏感性较高的钢种，而热壁加氢反应器的操作温度又长期处在325～575℃的回火脆化温度区。因此，热壁加氢反应器投入使用后，其材料的回火脆化是不可避免的。在反应器开停工过程中，当器壁温度较低时，器壁材料的韧性就有可能由于氢脆和回火脆共同作用而大幅度下降。此时，如果反应器器壁中的应力水平较高，就有可能诱发脆性破坏事故。为了避免此类事故发生，通常采取的措施是设定反应器的最低升压温度。即当反应器内温度低于最低升压温度时，内压力不能超过预先设定的压力限。对于加氢裂化反应器，通常规定在床层温度低于135℃时，压力不得超过反应器设计压力的1/3。由于在热壁加氢反应器的服役过程中，其材质劣化状况会随着服役时间的增长而逐渐增加，这使得在反应器投用初期偏于安全的限压升温措施到了反应器服役的后期就可能变得危险。因此，根据反应器的材质劣化状况来准确地推断反应器的使用安全状态，并确定合理的最低升压温度，对于保障热壁加氢反应器长期使用的安全性是十分重要的。 根据对试板材料性能所开展的一系列研究结果可以确定，反应器在经过近3万h的运行后，其材料没有发生明显的回火脆化，在现行工况条件下运行发生氢致开裂的可能性也很小。因此，加氢反应器的运行安全更多要取决于操作条件的变化状况。 1最低升压温度估算 1.1估算最低升压温度方法 目前比较传统的确定热壁加氢反应器的最低升压温度的方法，是采用如图1所示的安全分析线图。采用这种方法设定最低升压温度时需要具备材料的脆性系数J、材料屈服强度σ0.2和材料的上平台冲击功CNV-us。推算过程按下面的基本步骤进行。 （1）根据材料的脆性系数J，由图1a推算出反应器长期服役后材料的FATT。 图1确定最低升压温度的安全分析线图 （2）根据材料的屈服强度σ0.2和上平台冲击功CNV-us，由Rolfe-Novak关联式推算出材料在上平台温度下断裂韧度K IC-US。Rolfe-Novak关联式为： （KIC/σ0.2）2=0.6478(CNV-us/σ0.2-0.0098) (3)根据材料的屈服强度σ0.2，由图1d求出在屈服应力σ0.2作用下反应器中对应于裂纹长度为a cr的假定裂纹所具有的应力强度因子KIC。 (4)根据以上推算所得的FATT、K IC-US和K IC，即可通过图1b和图1c推算出含有长度为a cr假想裂纹的反应器不发生脆性破坏的最低升压温度。 1.2最低升压温度估算 为了在进行最低升压温度估算时有对比性，以反应器为对象，假设其内表面存在
加氢反应器材和焊接 近30年来，加氢技术发展迅速，加氢反应器由内部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为壳体内壁堆焊不锈钢层的热壁结构即热壁加氢反应器。热壁加氢反应器具有有效体积利用率高、施工周期短、生产维护方便、器壁不易过热及安全可靠等特点，因此为世界各国普遍应用。我国从20世纪80年代初开发热壁加氢反应器获得成功后，近20年来，由兰州石油化工机器总厂（简称兰石厂）、第一重机厂（简称一重）和上海锅炉厂（简称上锅厂）等单位制造了板焊式、锻焊式结构的热壁加氢反应器近百台，满足了国内使用厂家的需求，这些设备已投入使用多年，运行情况良好。加氢反应器在10～25MPa高压、400～480℃高温、临氢及硫化氢等条件下工作，为防止氢脆、氢腐蚀、硫化物腐蚀、Cr－Mo钢回火脆化以及难焊层的剥离等严重损伤，对该设备设计要求高、难度大，制造工艺复杂，对材料、焊接技术以及焊接质量都有很高要求。 1 壳体材料应用及发展 在热壁加氢反应器壳体内壁堆焊不锈钢防蚀层，形成双金属结构。其壳体材料在临氢条件下工作，主要依据耐尔逊（Nelson）曲线来确定，自20世纪60年代以来， 2．25Cr－1Mo钢被广泛应用于加氢设备上，是热壁加氢反应器主选材料。随着人们对设备损伤认识上的深入以及冶炼技术的不断提高，该钢的纯洁性、均质性、抗氢性和综合力学性能不断得到改善和提高，表1为不同时期对板焊式加氢反应器钢板化学成分的要求。
表1 不同时期对板焊式加氢反应器钢板化学成分要求％ ┌─────────────┬──────────────────────┐ │化学成分80年代90年代│化学成分80年代90年代│ ├─────────────┼──────────────────────┤ │C ≤0．15 ≤0．15│ Ni ≤0．18 │ │Si ≤0．25 ≤0．10│ Cu ≤0．20 │ │Mn 0．3～0.6 0.3～0.6│ As ≤0．016 │ │S ≤0．010 ≤0.010│ Sn ≤0．015 │ │P ≤0．012 ≤0.012│ Sb ≤0．003 │ │Cr 2．0～2.5 2.0～2.5│X／×10－6 ≤25 ≤20 │ │Mo 0．9～1.1 0.9～1.1│ J ≤200 ≤150 │ └─────────────┴──────────────────────┘ 注：X=（Si＋Mn）（P＋Sn）×104；J=（10P＋Sb＋4Sn＋As）×10－2。从表1可看出，为减小长期在高温下工作的回火脆化倾向，对用于热壁加氢反应器2．25Cr-1Mo的含Si量及含P量控制的很低，且对一些微量元素的影响也作了相应的控制。为了评定材料抗回火脆化性能，世界各国均用步冷处理前后韧性的变化来衡量。在20世纪80年代初，回火脆化指标为VTr54＋1．5△VTr54≤38℃，90年代 初为VTr54＋2．5△VTr54≤38℃，而目前设计要求更高，即VTr54+2．5△VTr54≤10℃或VTr54＋3△VTr54≤24℃， X与J系数也提高到X ≤15×10－6，J≤100。（VTr54为步冷处理前相对于54J冲击功的转变温度，△VTr54。为步冷处理后转变温度的增量）。对材料的韧性指标要求也在提高，20世纪80年代要求-10℃的复比，冲击功为61J，而90年代要求-30℃的AKV为55J。随着加氢装置规模不断扩大，反应器尺寸也越来越大，同时设备的设计条件更加苛刻，若采用一般的2．25Cr－1Mo来制造大型反应器，往往会造成器壁太厚，反应器总质量过大，给制造、运输和安装都带来了很大困难，当然也会使综合投资增加。从抗氢性能和抗蠕变性能考虑，2．25 Cr
加氢反应器的设计 一：加氢反应器的设计背景 工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。 二：加氢反应器的发展背景： 加氢反应器是石油化工行业的关键设备，通常是在高温(350— 480℃)、高压(0一25MPa)、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶劣工作条件下运行。近30年来，加氢技术发展迅速，加氢反应器由内部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为壳体内壁堆焊不锈钢层的热壁结构即热壁加氢反应器。热壁加氢反应器与冷壁加氢反应器相比具有以下显著优点:(1)在相同外形尺寸条件下，增大了反应器内部的有效容积，提高了生产能力;(2) 由于无内衬隔热层，避免了内衬板易破坏造成壳体局部超温导致局部鼓泡破坏;(3) 避免了上述原因造成设备频繁停车修复所造成经济和产量上的损失。因此，热壁加氢反应器逐步取代了冷壁加氢反应器，且具有越来越大型化的趋势。随着工业技术的发展，加氢反应器的用途也越来越多，在石油炼制工业中除用于加氢裂化外,还广泛用于加氢精制,以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。 在有机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等。 三加氢反应器的主要设计参数 1：引用的主要标准及规范
加氢反应器介绍 加氢反应器是加氢裂化装置的核心设备，它操作于高温、高压、临氢(含H2S)环境下，且进入反应器内的物料中往往含有硫和氮等杂质。由于加氢反应器使用条件苛刻，在反应器的发展历史上主要围绕提高反应器使用的安全性。所以无论是设计还是制造，除了需要强调使用性能外，还必须强调其安全性能。 1.影响加氢过程的因素 1.1氢气分压 提高氢分压有利于加氢过程反应的进行，加快反应速度。在固定反应温度及其他条件下，压力对转化深度有正的影响。产品的质量受氢分压影响较大。 1.2 反应温度 影响反应速率和产品的分布和质量。 1.3 空速 空速影响反应器的体积和催化剂用量，降低空速对于提高加氢过程反应的转化率是有利的。 1.4 氢油比 氢油比对加氢过程的影响主要有三个方面：影响反应的过程；影响催化剂使用寿命；过高的氢油比将增加装置的操作费用及设备投资。 2.加氢反应器可能发生的主要损伤型式有哪些呢？ 2.1 高温氢腐蚀 在高温高压操作状态下，侵入并扩散在钢中的氢与固溶碳或不稳定的碳化物发生化学反应，生成甲烷； 即Fe3C+4[H]→CH4+3Fe。 影响高温氢腐蚀的主要因素温度、压力和暴露时间的影响、合金元素和杂质元素的影响、热处理的影响、应力的影响。 2.2 氢脆 氢脆是由于氢残留在钢中所引起的脆化现象。产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩率显著下降。 2.3 高温H2S腐蚀 硫化氢和氢气共存条件下，比硫化氢单独存在时对钢材产生的腐蚀还要更为剧烈和严重。其腐蚀速度一般随着温度的升高而增加。 2.4 连多硫酸应力腐蚀开裂
连多硫酸(H2SXO6，x＝3-6)与作用对象中存在的拉应力共同作用发生的开裂现象。 2.5 铬钼(Cr-Mo)钢的回火脆性 铬钼钢在325~575℃温度范围内长时间保持或从此温度范围缓慢地冷却时，其材料的破坏韧性就引起劣化的现象，这是由于钢中的微量杂质元素和合金元素向原奥氏体晶界偏析，使晶界凝集力下降所至。 2.6 奥氏体不锈钢堆焊层的剥离 反应器本体材料的Cr-Mo钢和堆焊层用的奥氏体不锈钢具有不同的氢溶解度和扩散速度，使堆焊层过渡区的堆焊层侧出现了很高的氢浓度；在高温高压操作状态下氢向反应器器壁侵入，在停工时氢会从器壁中逸出。从而导致奥氏体不锈钢堆焊层的剥离。 2.加氢反应器的设计方法 设计方法主要有常规设计和分析设计两种计算方法。 2.1 常规设计法 常规设计基于弹性失效准则，可供使用的规范有美国ASME《锅炉及压力容器规范》第Ⅷ卷第一册以及我国GB150－2011《压力容器》等。 常规设计主要计算机辅助软件有: 针对ASME规范的PVElite-2017 针对GB150的SW6-2011 2.2 分析设计法 分析设计基于塑性失效准则，可供使用的规范有美国ASME 锅炉及压力容器规范》第Ⅷ卷第二册以及我国JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》等。 “分析设计”要求对反应器的有关部位的应力进行详细计算及按应力的性质进行分类，并对各类应力及其组合进行评价，同时对材料、制造、检验提出了比“常规设计”更高的要求，从而提高了设计的准确性与使用可靠性，但相对设计费用大大增加。
加氢反应器盖板、吊耳设计计算书 1.吊盖盖板厚度 1.1材料选用16MnD-Z25 δ＞100时、δS=255N/mm2 [δ]= δS/1.6=255/1.6=159.375 N/mm2 1.2设计计算重力W （1）设备净重W0=270t W=K×W0 K-计算系数、吊耳设计计算系数1.2-1.65 取K=1.4 W=1.4×270t=378t （2）吊盖受力模型 按圆板中心受一个局部均布荷载且螺栓不产生弯矩，计算公式见“建筑结构计算手册”中国建筑工业出版社1975版。 （3）局部均布载荷 均布荷载范围取800×160、即耳板形成的范围。成圆形时，当量半
径为r。 r=a+b1/4×0.875=800+160/4×0.875=274.3mm 均布荷载q=W/πr2=378×104/π×274.32=16.0N/mm2 1.3盖板应力计 (1)盖板计算半径为螺栓圆半径R=635mm (2)β=r/R=274.3/635=0.432 (3)б=(6 /h2)×(qr2/16)[4-（1-μ）β2-4（1+μ）Inβ] 式中μ-泊桑比μ=0.3 h盖板厚度取h=160mm б=(6/2002) ×（16×274.32/16）[4-（1-0.3）×0.4322-4（1+0.3）In0.432] =11.286×(3.869+4.365)=92.929N/mm2＜159.375N/mm2 2耳板尺寸 2.1采用单耳板形式尺寸见图2
2.2危险断面应力计标（设备直立状态时） （1）A-A断面、按曲梁计算 M=pl/8 式中p-每个耳板受力p=k1×W 式中k1-双吊耳受力不均匀系数k1=1.1 单吊耳k1=1.0 P=W=378t l-耳板环梁中径 l=(700-188)/2+188=444mm M=378×104×444/8=20979×104N·mm W=b1h12/6=160×2562/6=5747627mm3 б=M/W=120.04N/mm2＜［б］=159.375N/mm2 (2)焊缝处拉应力 б=p/a×b1×k2 式中a耳板长a=800 b1-耳板厚b1=160 k2-焊缝系数k2=0.7 б=378×104/800×160×0.7=42.19N/mm2＜［б］安全3设备起吊时耳板抗弯计标 3.1起吊时耳板根部骤变.见图2 B-B截面 设起吊时起吊力为1/2设备吊装计算应力 μ=(p/2)×l1=378×104×400/2=75600×104 N·mm W=b1a2/6=160×8002/6=1707×104mm3 б=M/W=44.29N/mm2＜［б］ 4设备起吊时设备管口骤变
加氢反应器 中国石化集团洛阳石油化工工程公司黎国磊@2004 加氢反应器是加氢装置的核心设备。其操作条件相当苛刻。技术难度大，制造技术要求高，造价昂贵。所以人们对它备无论在设计上还是使用上都给予极大的重视。反应器的设计和制造成功，在某种意义上说是体现一个国家总体技术水平的重要标志之一。 对于这样重要、使用条件又很苛刻的设备，应该至少要满足以下几点要求： 应满足工艺过程各种运作方案的需要。 使用可靠性高。具体应体现在： 1.满足力学强度要求 2.具有可靠的密封性能 3.有较好的环境强度适应性 应便于维护和检修，所需时间短。 投资费用较低。 一、反应器技术发展梗概 随着加氢工艺技术的广泛应用，加氢工艺设备特别是反应器技术相应得到很快的发展与显著的进步。主要表现： 1安全使用性能越来越高。这也是整个技术发展过程所围绕的核心问题。 a)设计方法的更新 由“常规设计”即“规则设计”→以“应力分析为基础的设计”，即“分析设计” b)设计结构的改进 本体结构：单层→多层→更高级的单层 使用状态：冷壁结构→热壁结构 细部结构的改进 c)材料制造技术的发展，质量明显提高 体现在冶炼技术、热处理技术、分析技术等等方面。最终反映在材料的内质特性(纯洁性、致密性、均质性)非常优越 d)制造技术的进步 如制造装备、制造工艺、焊接技术(含堆焊技术)、热处理技术、检测技术等等都有很大进步。 2 为了获得较佳的经济效益，装置日趋大型化带来了反应设备的大型化。 具体见表格：
二、反应器本体结构特征 单层结构 钢板卷焊结构 锻焊结构 多层结构 绕带式 热套式 我国华南工大针对国外80年代初所开发的一种多层结构存在的某些缺点开发出了多层夹紧式结构。结构形式的选择一般是依据使用条件、反应器尺寸、经济性和制造周期等诸因素来确定。单层结构中的钢板卷焊结构和锻焊结构的选择，主要取决于制造厂的加工能力与条件以及经济上的合理性和用户的需要。但锻焊结构优点更多。 ?锻件的内质特性(纯洁性、致密性、均质性)好； ?焊缝少，特别是没有纵焊缝，从而提高了反应器耐周向应力的可靠性； ?制造装配易保证，制造周期短； ?可设计和制造成对于防止某些脆性损伤很有好处的结构； ?使用过程中对焊缝检查维护的工作量少，无损检测容易。 锻造结构的材料利用率比板焊结构低，当壁厚较薄时，其制造费用相对较高。一般，厚度大于～150mm时采用较合适，壁厚越厚，锻造结构的经济性更显优越。 三、反应器内件型式及作用 反应器内件设计性能的优劣将与催化剂性能一道体现出所采用加氢工艺的先进性。对于气液并流下流式反应器的内件，通常都设有入口扩散器、气液分配器、积垢篮、冷氢箱、热电偶和出口收集器等。 主要内件的作用、典型结构及注意要点
高温高压临氢2－1/4Cr和3Cr钢制厚壁压力容器材料和制造要求 API推荐规程934 第一版2000年12月 美国石油协会
目录 1 引言 1.1 适用范围 2 应用文件 3 名词定义 3.1 名词定义 3.2 缩写 4 设计 5 母材要求 5.1 材料规范 5.2 炼钢 5.3 化学成分 5.4 热处理 5.5 机械性能 6 焊接材料 6.1 材料要求 6.2 机械性能 7 焊接、热处理和产品试验7.1 一般焊接要求7.2 母材焊接 7.3 堆焊层 7.4 最终焊后热处理 8 无损检验（NDE） 8.2 制造前NDE 8.3 制造中NDE 8.4 制造完成后最终PWHT前NDE 8.5 最终PWHT后NDE 9 水压试验 10 装运准备 11 文件 图 7-1——维氏硬度测量部位 表 4-1——母材规范 5-1——试样热处理
高温高压临氢21/4Cr和3Cr钢制厚壁 压力容器材料和制造要求 1引言 本推荐规程适用于炼油、石油化工行业中新建的在高温和高压，氢和含氢流体介质条件下运行的厚壁压力容器。它是根据这些行业几十年来对这些设备的操作经验和制造厂商和用户的试验结果制订的。具有这些厚壁压力容器过程装置的业主和认可证颁发者可以修改或补充这个推荐规程，提出附加要求。 1.1 适用范围 本推荐规程提出了用于高温高压临氢的新的2 1/4Cr和3Cr钢制压力容器的材料和制造要求，适用于按照ASME规范第Ⅷ卷第2分卷，包括附录26 Cr-Mo钢焊接和热处理的附加要求的强制规则以及ASME 规范案例2151设计、制造、认证和颁发执照的压力容器。 本推荐规程涉及的材料有普通钢材包括标准的2-1/4Cr-1Mo钢, 标准的3Cr-1Mo钢和改进型钢包括增强的2-1/4Cr-1Mo钢、2-1/4C-1rMo-1/4V钢、3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B钢和3Cr-1Mo-1/4V-Cb-Ca钢。这些厚壁压力容器的内表面可能有奥氏体不锈钢堆焊层以提供附加的耐腐蚀性能。
第1章绪论 1.1 概述 1.1.1 催化裂化工业的意义与作用 石油工业是国民经济中最重要的支柱产业之一，是提供能源，尤其是提供交通运输燃料和有机化工原料的最重要的工业。据统计，全世界总能源需求的40%依赖于石油产品[1]。然而作为一种不可再生资源，石油的产量在不断的下降，而社会生产，人民生活却需要大量的汽油，柴油等轻质油品，但是石油不能直接作为产品使用,必须经过各种加工过程,炼制成多种符合使用要求的各种石油产品。而原油经过第一步加工只能得到少部分轻质油，大部分仍为渣油，因此需要对重质油进一步加工，催化裂化是对重质油加工的主要手段。 以我国目前的需要情况为例，对轻质燃料油，重质燃料油和润滑油三者需要的比例是20：6：1。另一方面，由于内燃机的发展对汽油的质量提出更高的要求，而直馏汽油一般难以满足这些要求。同时由于石油价格上涨和石油资源逐渐枯竭，许多国家都在努力寻找能替代石油的新能源。寻找新能源的工作近年来虽然取得很大的进展，但是至少在几十年内，由石油生产的轻质液体燃料仍然是不可能被替代的，而且对它的需求量还不断增大。所有的这一切都促使了石油的催化裂化工业的产生和发展。 1.1.2 催化裂化技术国内外发展现状 催化裂化是最重要的重质油轻质化过程之一,在汽油和柴油等轻质油品的生产中占有重要的地位。在一些原油加工深度较大的国家,例如德国和美国,催化裂化的处理能力达原油加工能力的30%以上。在我国,由于多数原油偏重,氢碳比（H/C）相对较高而金属含量相对较低,因此催化裂化过程,尤其是重油催化裂化过程的地位就显得更为重要。 在我国国内最早的工业催化裂化装置出现于1936年。几十年来,无论
《文献综述》结课作业题目：鼓泡床加氢反应器的研究进展 学生姓名： 学号： 专业班级 指导教师： 2014年 9月1日
鼓泡床加氢反应器的研究进展 摘要 综述了我国炼油加氢反应器研制建造，发展历程和取得的成就，指出国内加氢反应器制造技术在以下几方面所面临的挑战: 压力容器新标准的颁布实施，需亟待完善加氢设备用材料的基础性能数据; 超大厚度和超大型筒节锻件及设备制造技术有待进一步完善; 尽早开展加氢反应器服役后的材料性能研究，为即将到来的设备延寿做好技术准备关键词：加氢反应器；材料；技术；进展 Research progress of bubbling bed hydrotreating reactor Abstract Review our refinery hydrogenationreactor designconstruction, development and achievements, pointed out that the manufacturing technology of domestichydrogenation reactor in the following aspects: thechallenge of new pressure vessel standards promulgated and implemented, needs to be perfected with theperformance data based hydrogen equipment; large thickness and super large cylinder forgings andequipment manufacturing technology to be further improved; as soon as possible to carry out and Study on material properties of the hydrogenation reactor after service, to prepare for the upcoming equipment life. Keywords：Hydrogenation reactor; Material; technology; Progress
有机硫加氢有关计算 一、有机硫加氢内容要点 1、各种原料对硫的限制 表1 工业催化剂工艺气中最低硫含量的要求 工艺气硫含量要求/mg.m-3 （标） CO耐硫变换催化剂入口 H 2 S≥80 CO中变催化剂入口 H 2 S <300 IGCC燃气 H 2 S≤20 管道输送气（天然气、煤气等）总硫≤20 碳酸丙烯酯法、本菲尔法、NHD法脱CO 2 H 2 S≤5 铜洗法脱除微量CO，CO 2 H 2 S≤5 CO低变催化剂入口总硫<1 甲烷化脱除微量CO，CO 2 总硫≤1 氨合成新鲜气总硫≤1 甲醇合成气总硫≤ 0.1 F-T合成油原料气总硫≤ 0.1 醋酸合成气总硫≤ 0.1 醇醚合成气总硫≤ 0.1 MCFC气体总硫≤ 0.1 富CO 2合成甲醇新鲜气硫（以H 2 S计）≤ 0.06 水蒸气制氢预转化催化剂入口总硫≤ 0.05 煤制油低温甲醇洗后合成气总硫≤ 0.05 焦炉气合成LNG 总硫≤ 0.05 2、有机硫加氢副反应 原料或H2中有CO、CO2存在时，可发生甲烷化副反应或羰基硫水解的逆反应等。有CO、CO2和水蒸汽同时存在时，发生CO变换反应。CO 浓度很高时，还可发生歧化副反应，这些都是应该尽量避免的。 CO+3H2CH4+H2O
CO2+H2S COS+H2O CO2+H2CO+H2O CO+H2O CO2+H2 2CO CO2+C 歧化反应生成的碳以碳黑形式沉积在催化剂上，使催化剂的活性降低。 3、加氢反应原理分析 大部分有机硫加氢反应的平衡常数相当大，随温度升高而降低。但由于平衡常数相当大，甚至温度高至500℃时平衡常数仍为正值。所以在工业操作条件下（不大于427℃）反应基本不可逆，不存在热力学限制，即采用较高的操作温度也不致因化学平衡的限制而影响脱硫效果。 加氢反应按反应速率大小，有以下规律： 脱金属> 二烯烃饱和> 脱硫> 脱氧> 单烯烃饱和> 脱氮> 芳烃饱和 噻吩类和其它几种有机硫加氢反应的速度有明显的差别。在被处理的烃中含有几种硫化物时，其加氢速度被其中最难反应的硫化物（实际上就是噻吩类化合物）所控制。 4、催化剂中各种组分的作用 就形态而言，催化剂组份分为三类： （1）无催化活性的Al2O3、CoAl2O4（深蓝色的尖晶石结构，不易被硫化）； （2）具有中等活性的CoO、MoO3和CoMoO4（紫色，在加热及含硫化氢的氢气中能硫化生成Co9S8和MoOS的混合物，MoOS通常认为它是MoO2和MoS2的混合物）； （3）催化活性较高的钴、钼氧化物的复合物。 催化剂在氧化态时显示出一定的活性，但在变成硫化态以前不可能达到最佳活性。在所有活性组份中，真正的"活性"催化剂是被不可还原的钴促进的MoS2，这是一种四面体结构的络合物。从微观结构上考虑，有机硫化物在钴钼催化剂活性表面上的反应复杂，涉及到硫原子与钼原子的吸附成键，C-S键的断裂，生成烃分子的脱附等诸多步骤。 研究表明，Co-Mo系催化剂中各化学组分的作用如下： （1）MoS2是活性相。 （2）CoO使MoS2晶体分离，减少熔结，使表面积不减少，从而避免活性减退。 （3）Al2O3不仅提供了较大的表面积和孔容，而且由于它的酸性比较弱，减少了烃类的裂解反应和积碳。
2．制氢装置中主要部分的管道选材 2．1 进料系统 制氢装置常用的原料有天然气、炼厂尾气、液化石油气和轻质油(如石脑油)等，因原料来源不同，一般都含有或多或少的硫化物。进料系统的管道由于介质的操作温度、操作压力都不高，基本无腐蚀，管道主材一般选用20号碳钢。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力，硬度值应低于HB200。 2．2 脱硫部分 进入脱硫部分的原料气经原料气预热炉预热至380℃左右，压力约1．85MPa，进入加氢反应器发生反应，使有机硫化合物转化为硫化氢后进入氧化锌脱硫反应器被脱除掉，然后进入转化部分。从原料气预热炉出口到加氢反应器—— 脱硫反应器— — 转化炉入口的管道等都直接与氢气相接触，故部分管道应按操作温度、氢分压等条件选用抗氢钢种。由于精制后的气体硫含量非常少，高温H2+H2s的腐蚀可以不加考虑。这部分管道主材一般可选用CrSMo钢。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力。 2．3转化部分 精制后的原料气按一定的水碳比与自产的3．5MPa水蒸气混合，经转化炉对流段预热至500℃进入转化炉辐射段，在催化剂的作用下，发生复杂的水蒸气转化反应。整个反应过程是吸热反应，所需热量由转化炉提供。出转化炉840℃高温转化气经转化气蒸汽发生器换热后，温度降至360℃，进入中温变换部分。 这部分的管道为经转化气蒸汽发生器换热后，到中变换反应器入口的部分，操作温度为360℃，压力1．2MPa。其管道主材一般可选用Cr5Mo。由于临氢，还要进行焊后热处理以消除残余应力。 2．4 变换部分 来自转化气蒸汽发生器约360℃的转化气进入中温变换反应器，在催化剂的作用下发生变换反应，将变换气中CO含量降至3％左右。中变气经锅炉给水第二换热器温度降至l80℃左右，然后进入低变反应器，经过锅炉给水第一换热器温度降至l50℃左右，再经过除氧用蒸汽发生器、脱盐水预热器进行热交换回收大部分余热后，经低变气空冷器、低变气水冷却器冷却至40~C，并经分水后进入PSA单元。从中变反应器出口到锅炉给水第二换热器入口部分的管道，操作温度为420℃，压力1． 0MPa，这部分管道一般可选用Cr5Mo钢。从锅炉给水第二换热器出口
一、全装置物料平衡 1、物料平衡 本设计的处理量为95万吨/年，反应阶段为其末期，每年开工时数按8000小时计算。 入方：①原料油=8000 % 10010109534???=118750公斤/小时 = 248000 % 10010954???=2850吨/天 ②重整氢=8000 % 70.210109534???=3206公斤/小时 = 248000 % 70.210954???=77吨/天 出方：①精制柴油=118750×96.95%=115128公斤/小时 = 2850×96.95%=2763吨/天 ②粗汽油=118750×1.52%=1805公斤/小时 =2850×1.52%=43吨/天 ③高分排放气=118750×1.78%=2114公斤/小时 =2850×1.78%=51吨/天 ④低分排放气=118750×0.31%=368公斤/小时 =2850×0.31%=8.8吨/天 ⑤回流罐排放气=118750×2.084%=2475公斤/小时 =2850×2.084%=59吨/天 ⑥溶于水中的硫化氢=118750×0.022%=26公斤/小时 =2850×0.022%=0.6吨/天 ⑦溶于水中的氨气=118750×0.024%=28.5公斤/小时 =2850×0.024%=0.7吨/天 ⑧设备漏损=118750×0.01%=12公斤/小时 =2850×0.01%=0.3吨/天 2、化学耗氢量计算 ①计算杂质脱除率 a) 硫脱除率 = 1800180 1800-×100% = 90% b) 氮脱除率 = 26158 261-×100% = 77.8% c) 硫醇硫脱除率 = 15 1 15-×100% = 93.3% d) 氧脱除率（以酸度计算）
兰州石化80万吨/年催化裂化汽油加氢脱硫装置设计 摘要 本设计采用了采用法国Axens 公司的Prime － G +工艺进行了兰州石化公司80Mt/a催化汽油加氢脱硫装置工艺设计。随着汽车尾气排放标准的日益严格,我国对汽油的硫含量也提出了严格的限制。拟议中的国Ⅳ汽油排放标准要求汽油中硫质量分数不大于50μg /g。Prime—G+是采用固定床双催化剂的加氢脱硫技术,HR － 845 和HR － 806 新型催化剂工业应用结果表明: 催化汽油脱硫效果显著，混合汽油产品总硫小于65 μg /g，满足京Ⅳ汽油标准; 并且汽油辛烷值损失小，具有反应压力低、温度缓和、便于操作和控制等优点，催化裂化全馏分汽油脱硫率可达到98％。设计结果,(填写设计结论，如催化剂装量、反应器个数、几何尺寸等)。 关键词：固定床，选择性加氢脱硫，辛烷值损失，催化剂 Abstract This design uses the company by the French Axens Prime - G + technology of Lanzhou Petrochemical Company 80Mt / a catalytic gasoline hydrodesulfurization unit process design , the process includes a full distillate selective hydrogenation unit (SHU) and fractionation unit , heavy gasoline hydrodesulfurization (HDS) unit in two parts .