加氢反应器失效因素分析

石油化工行业加氢反应器主要损伤类型及主要因素，一般人不知道！

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石油化工技术水平的重要标志之一。

1. 温氢腐蚀

①高温氢腐蚀形式

内部脱碳与开裂，表面脱碳不产生裂纹，表面脱碳的影响一般很轻，其钢材的强度和硬度局部有所下降而延性提高。

内部脱碳是由于氢扩散侵入到钢中发生反应生成甲烷，即Fe3C+2H2→CH4+ 3Fe 。甲烷聚集于晶界空穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力，使钢材产生龟裂、裂纹或鼓泡，并使钢材强度和韧性显著下降。由于这种损伤是发生化学反应的结果，所以它具有不可逆的性质，也称永久脆化现象。其实际的进展是甲烷气泡在晶界形核、成长及气泡串通产生晶间微裂纹，最终这些微裂纹能够连通而形成断裂通道。

这里要引出一个“孕育期”(或称潜伏期)的概念。就是对于处在形成甲烷气泡，但成长速度缓慢且没有串通的阶段，钢材的力学性能不发生明显改变的这段时间称为“孕育期”。 “孕育期”的概念对于工程上的应用是非常重要的。它可被用来确定设备和管道所采用的钢材的大致安全使用时间。“孕育期”的长短取决于许多因素，包括钢种、氢压、温度、冷作程度、杂质元素含量和作用应力等。

② 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。 加氢反应器

2. 氢脆

①氢脆现象的特征

所谓氢脆，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。氢脆是可逆的，也称作一次脆化现象。氢脆发生的温度一般在150 ℃以下。所以，实际装置中氢脆损伤往往都是发生在装置停工过程的低温阶段。

②防止产生氢脆的有关要点

氢脆的敏感性一般是随钢材强度的提高而增加；钢的显微组织对氢脆也有影响。

253中国设备工程China PlantEngineering

中国设备工程 2022.06 (下)某加氢精制装置以焦化汽柴油为原料，在适当的温度、压力、氢油比和空速条件下，原料油和H2在催化剂的作用下进行反应，使油品中的杂质，即硫、氮、氧化物转化成为相应的烃类及易于除去的H2S、NH3和H2O而脱除，同时，一部分不饱和烃(包括芳烃)得到加氢饱和，改进油品质量，生产出安定性、燃烧性较好的精制柴油产品；该装置在运行中反应器出口管线底部接管发生开裂。管道介质主要是油气、H2、H2S其他烃类，见表1。1 检验分析1.1 接管宏观、低倍分析接管开裂位置已切割下来，见图1、2，接管加强管座的上端连接着出口管线的底部，接管加强管座的下端连接导淋阀，裂纹集中出现在接管与出口管线底部连接的焊缝区域，见图2。 图1 接管加强管座 图2 接管加强管座纵截面宏观形貌 横截面宏观形貌在接管加强管座与出口管线之间的环形接管焊缝处（横截面）有多条裂纹存在，裂纹由接管内壁向外扩展，并有分叉，呈树枝状，具有奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂的特征，见图3。图3 接管的低倍形貌1.2 接管材质分析从接管（焊缝）上切取块状样品，依据相关标准，加氢反应器出口管线底部接管开裂修复及分析吕佳琪（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）摘要：介绍某加氢装置反应器出口管线底部接管开裂情况，对开裂焊缝进行失效分析，裂纹起源于接管内壁，由内向外穿晶扩展，有分枝，呈树枝状，在应力作用下焊缝发生开裂，针对这一问题提出应对策略及解决办法。关键词：反应器；TP321；应力腐蚀；失效分析中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2022）06（下）-0253-02使用光谱仪等，对材质进行化学分析。结果表明，接管材质成分符合321不锈钢标准要求；焊缝材质是304L不锈钢，见表2。表2 接管（焊缝）材质化学分析（wt%）1.3 金相分析在接管上切取金相样品，经预磨、抛光、腐刻后，在显微镜下分析，裂纹起源于接管的内壁，由内向外穿晶扩展；裂纹有分枝，呈树枝状，接管管壁金相组织为奥氏体+少量铁素体，金相分析表明，接管开裂失效性质为为奥氏体不锈钢的应力腐蚀破坏，见图4。图4 接管金相组织1.4 接管断口的电镜分析使用扫描电镜，对接管断口形貌观察和元素成分能谱分析。接管断口上覆盖着腐蚀产物，可见沿晶断裂的痕迹，为脆性断裂，具有不锈钢应力腐蚀破坏特征；能谱分析表明，接管断口表面产物主要由C、O、Na、S、Fe、Cr、Ni等元素构成，其中S含量很高，未检测到Cl，见图5。2 综合分析接管开裂位置在接管加强管座与管线底部的焊缝处及附近，裂纹具有应力腐蚀破坏特征，其主要影响因素有：管线内的腐蚀性介质、接管加强管座与管线焊接处的应力状态、接管及焊缝的材质性质等。（1）接管内的介质构成为H2、H2S、HCl、油气等，表1 管道基本情况操作介质温度（℃）压力（MPa）管线材质管线规格（mm）焊丝（条）材质焊接工艺油气、烃、H2、H2S3989.3TP321Ф457×30H08Cr20Ni10Nb/A137钨极氩弧焊打底/手工电弧焊盖面

预加氢反应器压降增大原因分析及应对措施

预加氢反应器的压降增大可能是由以下几个原因导致的：

1. 催化剂活性降低：催化剂是预加氢反应的关键组成部分，如果催化剂活性降低，会导致反应速率减慢，从而增加反应器内气体流动的阻力，进而导致压降增大。这可能是由于催化剂中的活性组分失活、物理或化学变形等原因引起的。

2. 催化剂中堵塞物的积聚：在反应过程中，催化剂表面可能会积聚一些堵塞物，例如杂质或反应生成物的沉积物。这些堵塞物会阻碍气体的流动，从而增加预加氢反应器的压降。

3. 反应器管道堵塞：由于管道内积聚了一些沉积物，如杂质、催化剂颗粒、蜡等，会阻塞气体的流动，从而导致反应器的压降增大。

4. 气体中不期望的反应产物的生成：预加氢反应器中可能存在一些不期望的反应，例如气体的氧化、聚合等，这些反应会产生大量的气体或固体产物，进而引起气体流动的阻力增加，压降增大。

针对预加氢反应器压降增大的问题，可以采取以下一些应对措施：

1. 催化剂更换和再生：当催化剂活性降低时，可以考虑更换催化剂或进行催化剂的再生。更换催化剂可以恢复反应活性，从而减少压降的增大；而进行催化剂的再生可以去除催化剂表面的堵塞物，恢复催化剂的活性。

2. 清洗反应器管道：定期清洗反应器管道，去除其中的沉积物，可以减少管道堵塞带来的压降增大。

3. 优化反应条件：通过优化反应条件，例如调整温度、压力、气体流速等参数，可以减少不期望反应的发生，从而降低压降增大的可能性。

4. 定期维护和保养：定期对反应器进行维护和保养，例如清理催化剂床层、更换堵塞的滤网等，可以有效预防压降增大的问题。

对于预加氢反应器压降增大的问题，需要及时分析原因，并采取相应的应对措施，以确保反应器的正常运行。定期的维护和保养工作也至关重要，可以减少压降增大的概率。

奄　镘｜　｜◇一　｜　

文章编号：１６７１—０７１　１（２０１２）０５—００４０—０３　维护与修理　

重整预加氢换热器腐蚀失效分析及对策　

孙卫华　

（中石化武汉分公司机动处，湖北武汉４３００８２）　

摘要：阐述了催化重整装置预加氢系统预加氢进料及反应产物换热器（Ｅ一１０３）腐蚀现状，通过分析该　系统腐蚀形成的原因、机理及腐蚀介质来源，提出了相应的防腐蚀措施。　

关键词：重整加氢；腐蚀；铵盐结晶　中图分类号：ＴＧ１７４．２　文献标识码：Ｂ　

一、前言　中石化武汉分公司催化重整（半再生）装置于２００２年９　月建成投产，现有生产能力４０万ｔ／年。催化重整装置主要由　

预加氢部分与重整部分组成，装置原料主要是常顶直馏石　脑油和加氢后的焦化汽油，原料经过预加氢部分处理后脱　除了原料中的Ｎ、Ｓ、Ｃ１、Ａｓ及重金属等杂质。再经过预加　氢反应后转化成ＨＣ１、Ｈ２ｓ等，对设备产生强烈的腐蚀，而　且生成的ＨＣＩ与预加氢反应后的氮化物作用生成ＮＨ４Ｃｌ，在　

低温部位结晶后易堵塞换热器管束及系统管道。　近年来，装置在运行过程中，曾多次发生预加氢反应　器系统压降增大、换热器管程堵塞、管束腐蚀泄漏等故障，　

导致停工处理，严重影响了装置正常生产。因此，加强催　化重整装置预加氢系统设备的防腐工作，对装置长周期安　全、稳定生产具有切实的意义。　

二、　预加氢系统工艺状况　１．预加氢系统工艺流程　

预加氢进料与混氢压缩机来的氢气混合，经进料及反应　产物换热器Ｅ一１０３（壳程）加热后进入加热炉Ｆ一１０２加热至　２８０～２９０￣Ｃ，进预加氢反应器Ｒ一１０１形成反应产物，经预加　

氢脱氯罐Ｒ一１０２／１０３后，再经Ｅ一１０３（管程）与预加氢进料换　热至１７０％，进空冷Ａ一１０２冷却至４０℃，最后在气液分离罐　

Ｄ一１０２分离，分离出的氢气供加氢使用。工艺简图见图１。　２．Ｅｌ０３主要工艺参数（见表１）　３．催化重整装置原料组成状况　重整装置原料主要由常减压装置提供的直馏石脑油馏