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
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。
XQL 施工技术方案加氢裂化装置 齐鲁炼油改扩建工程 140万吨/年加氢裂化装置 反应器R-401/R-402内件施工方案 编制：丁洪波 施工技术审核：孙功先 质量保证审核：焦光胜 安全技术审核：薛力 审定：杜振东 中国石化集团第十建设公司 齐鲁炼油改扩建工程项目部 二000年三月
齐鲁炼油改扩建工程 140万吨/年加氢裂化装置 反应器R-401/R-402内件施工方案 建设单位： 审批： 中国石化集团第十建设公司 齐鲁炼油改扩建工程项目部 二000年三月
目次 1.概述 (3) 2.编制依据 (4) 3.施工程序 (4) 4.施工准备 (4) 5.开箱检验 (4) 6.施工技术要求 (5) 7.设备清洗封闭 (6) 8.应遵循的主要质量程序文件 (6) 9.质量保证措施 (7) 10.安全技术措施 (7) 11.工程交工技术文件 (8) 12. 劳动力组织及施工计划 (8) 13.主要施工机具 (9) 14.主要施工手段用料 (9) 附图：反应器内件布置示意图 (10)
1.概述 140万吨/年加氢裂化装置，为齐鲁炼油改扩建工程的一个新建装置，本装置由北京设计院设计，中国石化第十建设公司承建；本装置共有反应器两台，分别为：精制反应器R-401（Φ3800×32441）和裂化反应器R-402（Φ3800×36955），反应器本体及其附件均由中国第一重型机械集团供货，本设备为整体热处理设备，设备内壁堆焊复合层材质为E347L，外壳壁温测点堆焊层材质为INCO182，内件材质主要以0C r18N i10T i为主，内件安装以螺栓连接为主，少量焊接为辅；主要安装工作量见表1； 1.1安装工作量 所有角接与搭接焊缝脚高等于两相焊件较薄件厚度。 1.3工程特点
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
加氢反应器内件安装 摘要：加氢反应器的设计、制造、安装在整个加氢装置的建设过程中占据了举足轻重的地位。本文仅结合自己在施工过程中的切身经历阐述在加氢反应器的检修安装过程中如何实现内件的“安全、优质、高效”安装，确保装置按预定开停工期进行交接。 关键词：加氢反应器；设备内件；安装； 由于加氢反应器在加氢装置的工艺流程中起着核心作用， 2009年9月乌石化公司炼油厂加氢装置停工检修时对加氢反应器进行了整体更换，加氢装置日产1920吨柴油，加氢油比不加氢油价格差按 3000元／吨计算，检修时间提前一天可实现增加利润576万元。在整个检修过程中，由于加氢反应器内件安装的技术要求十分严格，所以加氢反应器的更换最大难点就是新反应器的内件安装。加氢反应器的内件一般由分配盘、冷氢盘、催化剂支持盘等部件组成，这几部分的安装质量直接关系到能否实现工艺流程和达到设计产量的要求，安装质量还对产品的成本（能耗）有很大的关系。由于是在装置停工检修期间进行加氢反应器的更换，内件安装的效率高低也是决定本次施工成败的关键。为实现内件的“安全、优质、高效”安装，确保装置按预定开停工期进行交接，在装置的检修安装过程中我们主要进行了以下工作，提供一些经验介绍，以此能对以后的类似反应器的更换检修施工提供一些参考。 1安装准备（技术准备、机具材料准备、水平度测量仪制作） 施工单位一般在正式施工前很长一段时间就会拿到设计院的设备施工图纸，在拿到图纸之后施工单位应进行一系列的施工前的准备工作；技术人员应仔细阅读设备图纸，弄清设备的构造，特别是关键部件的结构，为内件的现场安装做好技术准备，编制内件的安装施工方案，与经验丰富的钳工师傅一道研究最具操作性的施工方法，做好施工前的技术交底。技术人员在弄清图纸和初步确定好施工方法后，还应积极与设计人员联系，了解设计人员对安装是否有特殊的技术要求和一些关键尺寸的要求。如有特殊要求，应与设计人员一道商讨在安装过程中采取何种措施来实现这些要求。技术人员在全面熟悉图纸和设计意图之后还应对以前编制的施工方案和技术交底进行细化和修改，使方案和交底对安装更具指导性和实用性。在方案确定之后，技术员应及时申报安装所需的施工机具和辅助用材，如根据图纸确定安装螺栓用的各种规格的扳手，用于塔盘找平的各种规格的与塔盘材质相同的垫片。由于塔盘水平度要求较高，我们专门制作了一个如图所示的专用水平度测量仪， 有了这个仪器对后续的安装精确度的保证起了至关重要的作用，因为有了储水罐就减少了水在不同的测点的流动性而实现测量的准确性，使用较硬的塑料管就保证了在不同的测点水不会因管子的变形而导致测量不准，使用蓝色液体便于在设备内部由于光线不足而不致发生读数不准确。
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。
机械设备 固定床加氢反应器内构件的开发与应用 王兴敏 洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003) 摘要:介绍了国内外固定床加氢反应器内构件的主要类型及其特点,详细叙述了洛阳石油化工工程公司(LPEC)开发的内构件及其在目前国内规模最大的加氢精制(反应器内径为3800mm)和渣油加氢脱硫(反应器内径为4200mm)装置上的应用情况。内径为3800mm的加氢精制反应器床层径向温差基本小于3 ,效果良好;内径为4200mm的渣油固定床加氢脱硫反应器床层径向温差为1~7 ,优于国内引进同类装置水平。 主题词:加氢反应器 固定床反应器 内构件 开发 应用 加氢工艺技术水平的高低,主要取决于催化剂性能的先进性,而催化剂性能的充分发挥,则在很大程度上取决于反应器内部结构的先进性和合理性。设计合理的加氢反应器内构件应具有如下功能和特点:反应物流混合充分,催化剂床层温度分布均匀;压力降小,占用反应器空间小,装卸催化剂方便,检修检测方便,操作安全和投资低。随着加氢装置的大型化及加氢设备制造能力的提高,反应器直径的不断增大,对反应器内构件的反应物流分配效果要求越来越高。如果反应器内构件设计不合理,分配效果差,会造成催化剂床层径向温差大,催化剂利用率降低,甚至造成反应产物质量达不到要求。因此国内外对加氢反应器内构件的研究和工程开发一直非常重视,许多工程公司都开发了自己的成套技术。洛阳石油化工工程公司(LPEC)多年来一直致力于加氢工程技术的开发,并将开发出的多项先进技术成功地应用于工业生产。 1 内构件类型及其特点 典型加氢反应器内构件包括:入口扩散器、气液分配盘、积垢篮筐、冷氢箱、出口收集器、催化剂支撑和液体再分配盘等。 1.1 入口扩散器 入口扩散器置于反应器入口处,起到气液预分配的作用,并能减缓气液介质对分配盘或催化剂床层的冲击。国内外入口扩散器的几种主要型式见表1。 表1 国内外入口扩散器的几种主要型式 扩散器型式说明 螺旋喷头型 流体线速高,易使 催化剂粉碎,已少用 盘式适用于直径较小的反应器 拉杆式适用于硫化氢腐蚀较小场合 双层多孔板与多锥体组合可兼作分配盘 中心板与多孔板组合多用于轻质油品加氢反应器 带过滤的多管式对进料有一定过滤作用 锥体与双层多孔板组合分配效果良好 LPEC设计的入口扩散器为锥体与双层多孔板组合扩散器,图1 为结构示意图。 图1 入口扩散器结构示意 该扩散器上设定位槽以固定位置,锥形体上开槽孔,锥体下设两层带孔的水平挡板。反应进料流向必须与锥体上槽孔垂直。反应油气通过槽孔进入锥体,起到缓冲作用,再通过水平挡板的碰撞、节流,扩散到下面的分配盘上。 收稿日期:2001-06-29;修改稿收到日期:2001-07-16。 作者简介:高级工程师,1982年毕业于石油大学(华东)石油炼制系,长期从事炼油工程设计和管理工作,现为该公司副经理。 炼 油 设 计 2001年8月 PE TROLE UM REFINERY ENGINEERING 第31卷第8期
《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
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
热壁加氢反应器材料及焊接技术 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△VT r54≤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
加氢反应器的工作原理 是什么 Revised as of 23 November 2020
加氢反应器的工作原理是什么 .工艺原理 1、加氢精制的反应原理 加氢精制的主要反应有以下几种: 一、烯烃饱和：是不饱的单烯、双烯通过加氢后，变成饱和的烷烃。 如：１、R-C=C-R+H2→R-C-C-R....+Q ２、R-C=C-C=C-R'+H2→R-C=C-C-C-R'+H2→R-C-C-C-C-R' 二、脱硫反应 在反应条件下，原料中含硫化合物进行氢解，转化成相应的烃和硫化氢，从而 硫原子被脱除。 如：硫醇：R-S-H+H2→R-H2+SH2 硫醚：R-S-R'+H2→R-S-H+R'-H+H2→R-H+R'-H+SH2 二硫化物：R-S-S-R'+H2→R-S-H+R'-S-H+2H2→R-H+R'-H+2SH2 二硫化物加氢转化为烃和硫化氢需经过生成硫醇的中间阶段，即首先在s-s键上断裂，生成硫醇，再进一步加氢生成烃和硫化氢，中间生成的硫醇也转化成 硫醚。 而噻吩环状含硫物，在加氢脱硫时首先定环中双键，发生饱和，然后再发生断环脱硫，脱硫反应速度因分子结构按以下顺序递减：RSH>RSSR>RSR'>噻吩 三、加氢脱氮反应 石油馏分中的含氮化合物可分为三类： １、脂肪胺及芳香胺类；
２、吡啶、喹啉类型的碱性杂环化合物； ３、吡咯、茚入咔唑型的非碱性氮化物，氮化物加氢发生氢解反应生成NH3和 烃 如：胺类：R-NH2+H2→RH+NH3 （1）吡啶 (2)喹啉 由此可见：所有的含氮化合物氢解时都要向胺转化，再进一步氢解生成烃和氨。反应速度：脂肪胺〉芳香胺〉吡啶类型碱性杂环化合物〉吡咯类型的非碱 性氮化物。 由于氮化物的分子结构都比较复杂，且都很稳定，故而氢解反应需要的条件比较苛刻，要求氢分压在15Mpa，温度在400℃，能脱除96％左右的氮，故此加氢裂化设计压力为16Mpa，而且精制的空速不能过高。 四、脱氧反应 原油中含氧化合物有环烷酸、脂肪酸酯和醚、酚等，含氧化合物发生氢解反应 后生成烃和水。 这些含氧化合物在加氢精制的条件下很快发生分解。从反应速度上来看，硫化 物>氧化物>氮化物 五、加氢脱金属反应 原料中含有少量的金属杂质，如：砷、铝、磷、铜、铁、镍、矾等，他们有的来自原油，有的来源于贮存或上游装置的加工过程的腐蚀。这些金属化合物在
热壁加氢反应器运行中材质劣化现象分析 热壁加氢反应器运行中材质劣化现象分析 摘要：分析了加氢反应器运行中导致材质劣化的几种脆性现象，介绍评价材料脆性程度的方法，对几种脆性现象的相互影响做了分析并给出了安全评价方法，提出了反应器运行中应遵循的操作要点。 关键词：加氢反应器材料脆化安全分析 一、概述 随着加氢工艺的迅速发展，热壁加氢反应器的数量迅速增加，全面正确的认识加氢反应器中安全运行的影响因素，防止反应器发生脆性失效事故是十分必要的。使用过程中的材质劣化是加氢反应器面临的重大安全问题，原因一方面与加氢反应器的材料特性和制造质量有关，另一方面与其运行历程也有关系。不注重提高反应器制造材料的性能和制造质量，忽视反应器运行时操作规程的严格执行都可能加快反应器材质的劣化进程。 本文着重分析反应器材质劣化的三个表现： 1.回火脆化； 2.氢腐蚀及氢脆； 3.蠕变脆化。 二、回火脆化 经过淬火的钢材，在特定温度区回火或者在该温度区保温时，其低温冲击值有显著降低的现象，称为回火脆性。热壁加氢反应器用材，主要是从材料具有好的高温性能和抗氢性能出发，采用低Cr-Mo合金钢，这种钢在制造过程中基本不产生回火脆性，主要是长期在回火脆性温度范围内使用而产生的脆性。 1.低Cr-Mo合金钢的回火脆性一般特征如下： 1.1马氏体或贝式体针状组织的低合金钢，其杂质元素P、Sn、As、Sb等含量对材料的回火敏感性有很大影响。 1.2产生脆化温度区为375℃-575℃，在此区域内保温、冷却时
产生脆化。 1.3脆化发生时表现为材料的夏比冲击断裂韧性值降低，可根据冲击试验时脆性转变温度的上升而判断其脆化程度。 1.4该脆化现象具有可逆性，且对应于某温度存在一最大脆化量——饱和脆化量。将钢材在脆化温度以上的温度下保持短时间，脆化可被恢复而消失。脱脆化处理条件一般是在630-650℃短时加热，以制造时焊后热处理的冷却速度冷却。 2.影响反应器材料回火脆化的因素： 2.1化学成分 回火脆化是钢材中P、Sn、As、Sb等杂质元素的存在所引起的，P是最能增加回火脆化敏感性的元素，Sn次之，而Sb、As等影响较小。钢中添加Si、Mn元素后，显著的促进P的脆化作用，Si、Mn单独不能引起钢材的脆化，因而采用低Si化或高Si超低P化能有效地降低钢材的回火脆化的敏感性。Cr和Mo对回火脆化的促进作用相近，但它们只相当于Si的一半左右，Cr含量增加，回火脆化敏感性增强；Mo含量在0.5-0.7%时，其脆化敏感性最低，超出此范围，或多或少都会导致脆化敏感性的增加。S元素本身就影响材料的韧性，含S低的钢材，其回火脆化后的韧性好。为了反映钢材中杂质元素对回火脆性的影响作用，工程上常用J-系数来衡量钢板及锻件的回火脆化敏感性： J=（Si%+Mn%）·（P%+ Sn%）×104 J-系数越大，材料的回火脆化敏感性就越大。 2.2热处理条件 一般认为奥氏体化温度越高，Cr-Mo钢的回火脆化敏感性就越大。随着钢材淬火冷却速度的增加，脆化敏感性也增大。据资料介绍，当钢材中P+ Sn<0.025%时，无论淬火冷却速度如何，其脆化量均非常小。反应器制造焊后热处理条件对其回火敏感性也有影响。 材料回火脆化程度的评价方法： 加氢反应器回火脆化的敏感性，随着反应器材料性能、制造水平的提高，特别是钢材的J-系数的大幅降低得以大幅降低。回火脆化是经过数万小时长期使用所产生的现象，如何有效地测算长期使用后
加氢反应器操作注意事项 加氢反应器是平推流反应器，溶于水中的4-CBA和氢气扩散到Pt-C催化剂的微孔中，在钯的催化作用下，发生反应。反应的前提是溶解，TA、4-CBA在预热器中加热，随着温度升高慢慢溶解在水中。加氢反应器的操作温度就是由TA在水中的溶解温度决定的，TA 浓度越高，需要的溶解温度越高，具体关系见下表。 INVISTA（原ICI、杜邦）工艺，反应器操作温度比溶解温度高
5度，留这个5度的余量是为了当仪表（E-516出口温度计或V-501密度计）出现小波动时，保证浆料还能够溶解。BP-AMOCO放了4度余量。 氢气也要溶解在水中才能参与反应，氢气溶于水中受几个因素影响，1、温度，温度越高溶解度越小；2、压力，压力越高溶解度越大；3、流量，水量约大，可溶解的氢气越多。当负荷确定后，流量就确定了，温度已经由TA溶解度决定了，提高溶解度的办法只有增加压力，通常情况下，加氢反应器在过量氢气的状态下操作，参与反应的氢气只占总加入量的约1/3，2/3的氢气随物料从V-521→E-514→V-514→V-530放空，氢气分压对PTA的光学品质影响很大，降低b 值最直接的手段就是增加氢气分压，通常情况下，加氢反应器内的氢气分压约11~12Bar，所以加氢反应器压力=操作温度下的水的饱和蒸汽压+11 Bar。 加氢反应器操作最需要关注的是催化剂床层的保护，催化剂损坏的几种常见原因：1、PCV-5403开度过大，压差落在催化剂床层上，将床层压坏；2、TA未完全溶解，堵塞床层，造成床层压差加大，压坏床层；3、加氢反应器内出现沸腾，正常情况下，水以液态的形式存在于催化剂骨架内部，如果压力突然降低，水汽化，将催化剂“炸碎”。所以保持反应器内压力非常重要，任何情况下，都不要突然开大PCV5403，事故情况下，宁愿关小PCV5403，憋高速泵。高速泵出口的所有设备（预热器、V-503、R-520等）的最大操作压力必须大于高速泵的死压头，加氢反应器的防爆膜和压力表的启跳压力也要大于