加氫設(shè)備與選材

1、加氫設(shè)備與選材加氫設(shè)備與選材 中國石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司中國石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司 黎國磊黎國磊2004 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 序言序言 加氫裝置的臨氫設(shè)備操作條件相當(dāng)苛刻。加氫裝置的臨氫設(shè)備操作條件相當(dāng)苛刻。 從損傷角度說，可能會發(fā)生一些全體裝從損傷角度說，可能會發(fā)生一些全體裝 置設(shè)備不會有或不容易有的腐蝕或損傷置設(shè)備不會有或不容易有的腐蝕或損傷 現(xiàn)象。另外，由于有氫氣存在，一旦泄現(xiàn)象。另外，由于有氫氣存在，一旦泄 露易引起爆炸及發(fā)生二次災(zāi)害。露易引起爆炸及發(fā)生二次災(zāi)害。 制造條件要求高，造價昂貴，一般動、制造條件要求高，造價昂貴，一般動、 靜高壓設(shè)備費(fèi)用約占整個

2、裝置建設(shè)投資靜高壓設(shè)備費(fèi)用約占整個裝置建設(shè)投資 的的30%40%。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 序言序言 所以對這些設(shè)備的設(shè)計和制造都很重所以對這些設(shè)備的設(shè)計和制造都很重 視，提出至少要滿足以下幾點(diǎn)要求：視，提出至少要滿足以下幾點(diǎn)要求： 1. 滿足工藝過程各種運(yùn)行方案的需滿足工藝過程各種運(yùn)行方案的需 要；要； 2. 使用可靠性高使用可靠性高 ； 3. 維護(hù)檢修方便，所需時間短；維護(hù)檢修方便，所需時間短； 4. 投資費(fèi)用較低。投資費(fèi)用較低。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 一一. 加氫裂化裝置主要設(shè)備結(jié)構(gòu)與加氫裂化裝置主要設(shè)備結(jié)構(gòu)與 特點(diǎn)特點(diǎn) (一一) 反應(yīng)器反應(yīng)器 加氫反應(yīng)器是

3、加氫裝置的核心設(shè)備。操作條加氫反應(yīng)器是加氫裝置的核心設(shè)備。操作條 件苛刻，技術(shù)難度大。所以，反應(yīng)器的設(shè)計件苛刻，技術(shù)難度大。所以，反應(yīng)器的設(shè)計 和制造成功，在某種意義上說體現(xiàn)一個國家和制造成功，在某種意義上說體現(xiàn)一個國家 總體技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一?？傮w技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。 1. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概 隨著加氫工藝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加氫工藝設(shè)隨著加氫工藝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加氫工藝設(shè) 備特別是反應(yīng)器技術(shù)相應(yīng)得到很快的發(fā)展與備特別是反應(yīng)器技術(shù)相應(yīng)得到很快的發(fā)展與 顯著的進(jìn)步。主要表現(xiàn)：顯著的進(jìn)步。主要表現(xiàn)： 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 1. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概反應(yīng)器技術(shù)發(fā)

4、展梗概 (1) 安全使用性能越來越高。這也是整個技術(shù)安全使用性能越來越高。這也是整個技術(shù) 發(fā)展過程所圍繞的核心問題發(fā)展過程所圍繞的核心問題 * 設(shè)計方法的更新設(shè)計方法的更新 n由由“常規(guī)設(shè)計常規(guī)設(shè)計”即即“規(guī)則設(shè)計規(guī)則設(shè)計” 以以“應(yīng)力應(yīng)力 分析為基礎(chǔ)的設(shè)計分析為基礎(chǔ)的設(shè)計”，即，即“分析設(shè)計分析設(shè)計” * 設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進(jìn) n本體結(jié)構(gòu)：單層本體結(jié)構(gòu)：單層 多層多層 更高級的單層更高級的單層 n使用狀態(tài)：冷壁結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)：冷壁結(jié)構(gòu) 熱壁結(jié)構(gòu)熱壁結(jié)構(gòu) n細(xì)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)細(xì)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 1. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概 * 材料制造技術(shù)的發(fā)

5、展，質(zhì)量明顯提高材料制造技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)量明顯提高 n體現(xiàn)在冶煉技術(shù)、熱處理技術(shù)、分析體現(xiàn)在冶煉技術(shù)、熱處理技術(shù)、分析 技術(shù)等等方面。最終反映在材料的內(nèi)技術(shù)等等方面。最終反映在材料的內(nèi) 質(zhì)特性質(zhì)特性(純潔性、致密性、均質(zhì)性純潔性、致密性、均質(zhì)性)非非 常優(yōu)越常優(yōu)越 * 制造技術(shù)的進(jìn)步制造技術(shù)的進(jìn)步 n如制造裝備、制造工藝、焊接技術(shù)如制造裝備、制造工藝、焊接技術(shù)(含含 堆焊技術(shù)堆焊技術(shù))、熱處理技術(shù)、檢測技術(shù)等、熱處理技術(shù)、檢測技術(shù)等 等都有很大進(jìn)步。等都有很大進(jìn)步。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 (2) 為了獲得較佳的經(jīng)濟(jì)效益，裝置日為了獲得較佳的經(jīng)濟(jì)效益，裝置日 趨大型化帶來了反應(yīng)設(shè)備

6、的大型化。趨大型化帶來了反應(yīng)設(shè)備的大型化。 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的進(jìn)展歷程熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的進(jìn)展歷程 時時 期期 技術(shù)特征技術(shù)特征 備備 注注 第一代第一代 1972年以前年以前 開發(fā)初期開發(fā)初期 第二代第二代 19731980 改進(jìn)期改進(jìn)期 第三代第三代 19811987 成熟期成熟期 第四代第四代 1988現(xiàn)在現(xiàn)在 更新期更新期 以開發(fā)成功新的以開發(fā)成功新的Cr-Mo鋼為標(biāo)志鋼為標(biāo)志 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變 階段階段 起止起止 時間時間 技術(shù)技術(shù) 特征特征 技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題 第第 一一 階階 段段 19

7、721972 年年 以以 前前 開發(fā)開發(fā) 初期初期 設(shè)計：由常規(guī)設(shè)計設(shè)計：由常規(guī)設(shè)計分析設(shè)計。設(shè)計對材料只提分析設(shè)計。設(shè)計對材料只提 出滿足力學(xué)性能及抗氫腐蝕和硫化氫腐蝕的出滿足力學(xué)性能及抗氫腐蝕和硫化氫腐蝕的 要求；要求； 材料：冶煉由平爐材料：冶煉由平爐電爐，材料純凈度和均質(zhì)性電爐，材料純凈度和均質(zhì)性 較差；堆焊：采用較差；堆焊：采用SAWSAW工藝（末期開發(fā)出淺工藝（末期開發(fā)出淺 熔深堆焊工藝）；使用中層出現(xiàn)過熔深堆焊工藝）；使用中層出現(xiàn)過Cr-MoCr-Mo鋼鋼 的回火脆化現(xiàn)象和不銹鋼的氫脆損傷問題。的回火脆化現(xiàn)象和不銹鋼的氫脆損傷問題。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 熱壁加氫

8、反應(yīng)器技術(shù)演變熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變 階段階段 起止起止 時間時間 技術(shù)技術(shù) 特征特征 技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題 第第 二二 階階 段段 19731973 19801980 改改 進(jìn)進(jìn) 期期 設(shè)計：分析設(shè)計應(yīng)用較普遍。設(shè)計對材料已提出控制回火脆化設(shè)計：分析設(shè)計應(yīng)用較普遍。設(shè)計對材料已提出控制回火脆化 的要求的要求( (如控制如控制J J系數(shù)和系數(shù)和X X系數(shù)系數(shù)) )。結(jié)構(gòu)設(shè)計已有所改進(jìn)，一。結(jié)構(gòu)設(shè)計已有所改進(jìn)，一 是盡量減小應(yīng)力集中，二是方便在役檢測；材料：冶煉由是盡量減小應(yīng)力集中，二是方便在役檢測；材料：冶煉由 電爐電爐(+(+保溫爐保溫爐) ) 電爐電爐+ +爐外精煉

9、技術(shù)爐外精煉技術(shù)( (如真空碳脫氧工藝如真空碳脫氧工藝 及其它新的冶煉工藝的應(yīng)用及其它新的冶煉工藝的應(yīng)用) )可以冶煉出低可以冶煉出低SiSi或低或低P P，甚至，甚至 超低超低P P的鋼；的鋼； 焊接：由常規(guī)的焊接焊接：由常規(guī)的焊接窄間隙焊接。窄間隙焊接。 堆焊：由較普遍采用的淺熔深堆焊堆焊：由較普遍采用的淺熔深堆焊改進(jìn)的單層或雙層改進(jìn)的單層或雙層( (帶極帶極) ) 堆焊。而且在有關(guān)部位采取了堆焊。而且在有關(guān)部位采取了PWHTPWHT后才堆焊后才堆焊Tp.347Tp.347的方法；的方法； 制造：可制造出大型反應(yīng)器用整體封頭，鍛造筒體的縮口技術(shù)制造：可制造出大型反應(yīng)器用整體封頭，鍛造筒體的

10、縮口技術(shù) 開發(fā)。這一階段的反應(yīng)器，回火脆化問題已基本得到解決。開發(fā)。這一階段的反應(yīng)器，回火脆化問題已基本得到解決。 但在此階段末發(fā)現(xiàn)了堆焊層氫致剝離現(xiàn)象。但在此階段末發(fā)現(xiàn)了堆焊層氫致剝離現(xiàn)象。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變 階段階段 起止起止 時間時間 技術(shù)技術(shù) 特征特征 技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題 第第 三三 階階 段段 19811981 19871987 成成 熟熟 期期 綜合應(yīng)用針對使用中出現(xiàn)的各種損傷所開展的多項研究成綜合應(yīng)用針對使用中出現(xiàn)的各種損傷所開展的多項研究成 果，在反應(yīng)器的細(xì)部結(jié)構(gòu)果，在反應(yīng)器的細(xì)部結(jié)構(gòu)(

11、 (如保溫結(jié)構(gòu)如保溫結(jié)構(gòu)) )上又有進(jìn)一步上又有進(jìn)一步 改進(jìn)，材料的純凈度進(jìn)一步提高，改進(jìn)，材料的純凈度進(jìn)一步提高，J-J-系數(shù)和系數(shù)和X X系數(shù)的控系數(shù)的控 制不斷趨嚴(yán)；焊接方面，由于焊接設(shè)備、焊接材料和制不斷趨嚴(yán)；焊接方面，由于焊接設(shè)備、焊接材料和 焊接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，焊縫質(zhì)量大有提高。堆焊技術(shù)由于焊接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，焊縫質(zhì)量大有提高。堆焊技術(shù)由于 采用了高焊速、大電流的堆焊工藝，提高了堆焊層金采用了高焊速、大電流的堆焊工藝，提高了堆焊層金 屬的韌性。其結(jié)果各種損傷發(fā)生極少。但由于有更加屬的韌性。其結(jié)果各種損傷發(fā)生極少。但由于有更加 高溫高壓加氫新工藝的出現(xiàn)，存在著現(xiàn)用的反應(yīng)器材高溫高壓加氫新工藝

12、的出現(xiàn)，存在著現(xiàn)用的反應(yīng)器材 料難以適應(yīng)的問題。料難以適應(yīng)的問題。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變 階段階段 起止起止 時間時間 技術(shù)技術(shù) 特征特征 技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題技術(shù)進(jìn)步內(nèi)涵與存在問題 第第 四四 階階 段段 19881988 現(xiàn)在現(xiàn)在 更更 新新 期期 以開發(fā)新的以開發(fā)新的Cr-MoCr-Mo鋼，并很快得到推廣應(yīng)用將加氫反應(yīng)器技鋼，并很快得到推廣應(yīng)用將加氫反應(yīng)器技 術(shù)推進(jìn)到一個新的階段。術(shù)推進(jìn)到一個新的階段。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征 單層結(jié)構(gòu)單層結(jié)構(gòu) n鋼板卷焊結(jié)構(gòu)鋼板卷焊

13、結(jié)構(gòu) n鍛焊結(jié)構(gòu)鍛焊結(jié)構(gòu) 多層結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu) n繞帶式繞帶式 n熱套式熱套式 等等等等 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征 我國華南工大針對國外我國華南工大針對國外80年代初所開發(fā)的年代初所開發(fā)的 一種多層結(jié)構(gòu)存在的某些缺點(diǎn)開發(fā)出了多層一種多層結(jié)構(gòu)存在的某些缺點(diǎn)開發(fā)出了多層 夾緊式結(jié)構(gòu)。夾緊式結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)形式的選擇一般是依據(jù)使用條件、反應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的選擇一般是依據(jù)使用條件、反應(yīng) 器尺寸、經(jīng)濟(jì)性和制造周期等諸因素來確定。器尺寸、經(jīng)濟(jì)性和制造周期等諸因素來確定。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征 單層結(jié)構(gòu)中的

14、鋼板卷焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)的選擇，主單層結(jié)構(gòu)中的鋼板卷焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)的選擇，主 要取決于制造廠的加工能力與條件以及經(jīng)濟(jì)上的合要取決于制造廠的加工能力與條件以及經(jīng)濟(jì)上的合 理性和用戶的需要。但鍛焊結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)更多。理性和用戶的需要。但鍛焊結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)更多。 n鍛件的內(nèi)質(zhì)特性鍛件的內(nèi)質(zhì)特性(純潔性、致密性、均質(zhì)性純潔性、致密性、均質(zhì)性)好；好； n焊縫少，特別是沒有縱焊縫，從而提高了反應(yīng)器耐周向焊縫少，特別是沒有縱焊縫，從而提高了反應(yīng)器耐周向 應(yīng)力的可靠性；應(yīng)力的可靠性； n制造裝配易保證，制造周期短；制造裝配易保證，制造周期短； n可設(shè)計和制造成對于防止某些脆性損傷很有好處的結(jié)構(gòu)；可設(shè)計和制造成對于防止某

15、些脆性損傷很有好處的結(jié)構(gòu)； n使用過程中對焊縫檢查維護(hù)的工作量少，無損檢測容易。使用過程中對焊縫檢查維護(hù)的工作量少，無損檢測容易。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征 鍛造結(jié)構(gòu)的材料利用率比板焊結(jié)構(gòu)低，當(dāng)壁鍛造結(jié)構(gòu)的材料利用率比板焊結(jié)構(gòu)低，當(dāng)壁 厚較薄時，其制造費(fèi)用相對較高。一般，厚厚較薄時，其制造費(fèi)用相對較高。一般，厚 度大于度大于150mm時采用較合適，壁厚越時采用較合適，壁厚越 厚，鍛造結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性更顯優(yōu)越。厚，鍛造結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性更顯優(yōu)越。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 3. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用 反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計性能

16、的優(yōu)劣將與催化劑性能反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計性能的優(yōu)劣將與催化劑性能 一道體現(xiàn)出所采用加氫工藝的先進(jìn)性。一道體現(xiàn)出所采用加氫工藝的先進(jìn)性。 對于氣液并流下流式反應(yīng)器的內(nèi)件，通常都對于氣液并流下流式反應(yīng)器的內(nèi)件，通常都 設(shè)有入口擴(kuò)散器、氣液分配器、積垢籃、冷設(shè)有入口擴(kuò)散器、氣液分配器、積垢籃、冷 氫箱、熱電偶和出口收集器等。氫箱、熱電偶和出口收集器等。 主要內(nèi)件的作用、典型結(jié)構(gòu)及注意要點(diǎn)主要內(nèi)件的作用、典型結(jié)構(gòu)及注意要點(diǎn) 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 入入 口口 擴(kuò)擴(kuò) 散散 器器 或或 稱稱 預(yù)預(yù) 分分 配配 器器 防止高速流體直接

17、沖擊液防止高速流體直接沖擊液 體分配盤，影響分配效果，體分配盤，影響分配效果， 從而起到預(yù)分配的作用。從而起到預(yù)分配的作用。 對于圖示的對于圖示的(b)型，還可型，還可 起到積存進(jìn)料中的一些銹起到積存進(jìn)料中的一些銹 垢的作用。垢的作用。 見圖見圖5 (a)(b) (a)型：型： 進(jìn)料方向應(yīng)垂直于入口擴(kuò)進(jìn)料方向應(yīng)垂直于入口擴(kuò) 散器上的兩條開孔；散器上的兩條開孔； 兩層水平檔板上的開孔應(yīng)兩層水平檔板上的開孔應(yīng) 對中；對中； 水平擋板上的開孔應(yīng)垂直水平擋板上的開孔應(yīng)垂直 于板面。于板面。 (b)型：型： 根據(jù)液體及沉積物量確定根據(jù)液體及沉積物量確定 長槽孔的大小、數(shù)量和位長槽孔的大小、數(shù)量和位 置置

18、 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 氣氣 液液 分分 配配 盤盤 使進(jìn)入反應(yīng)器的物料均勻使進(jìn)入反應(yīng)器的物料均勻 分散，與催化劑顆粒有效分散，與催化劑顆粒有效 地接觸，充分發(fā)揮催化劑地接觸，充分發(fā)揮催化劑 的作用。的作用。 目前國內(nèi)外所用的分配器目前國內(nèi)外所用的分配器 按其作用機(jī)理大致可分為按其作用機(jī)理大致可分為 溢流型和溢流型和(抽吸抽吸)噴射型兩噴射型兩 類或二者機(jī)理兼有的綜合類或二者機(jī)理兼有的綜合 型。型。 見圖見圖6 (a)(b) 應(yīng)保證分配盤上不漏夜應(yīng)保證分配盤上不漏夜,可采用可

19、采用 有關(guān)填料墊密。安裝后充水有關(guān)填料墊密。安裝后充水 100mm高，在高，在5分鐘內(nèi)液位降分鐘內(nèi)液位降 低小于低小于25mm為合格；為合格； 控制安裝水平度。對于噴射型，控制安裝水平度。對于噴射型， 包括制造公差和梁在荷載作用包括制造公差和梁在荷載作用 下的撓度在內(nèi)可按下的撓度在內(nèi)可按 5mm6mm控制，對于控制，對于 溢流型，要求還應(yīng)稍嚴(yán)；溢流型，要求還應(yīng)稍嚴(yán)； 配盤的設(shè)計荷載，應(yīng)包括通過配盤的設(shè)計荷載，應(yīng)包括通過 分配盤的壓力降分配盤的壓力降P、盤上的液、盤上的液 量及分配盤自重量及分配盤自重(按最大的操作按最大的操作 溫度考慮溫度考慮)。 此外，還要考慮到檢修的工況，此外，還要考慮到檢

20、修的工況， 其支承件至少同時要滿足常溫其支承件至少同時要滿足常溫 下承受下承受120kg集中荷載的要求。集中荷載的要求。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 積積 垢垢 籃籃 積垢籃置于催化劑床層的頂積垢籃置于催化劑床層的頂 部，系由各種規(guī)格不銹鋼金部，系由各種規(guī)格不銹鋼金 屬絲網(wǎng)與骨架構(gòu)成的籃框。屬絲網(wǎng)與骨架構(gòu)成的籃框。 它為反應(yīng)器進(jìn)入物料提供更它為反應(yīng)器進(jìn)入物料提供更 多的流通面積，使催化劑床多的流通面積，使催化劑床 層可聚集更多的銹垢和沉積層可聚集更多的銹垢和沉積 物而不致引起床層壓

21、降過分物而不致引起床層壓降過分 地增加。地增加。 現(xiàn)已不太采用?，F(xiàn)已不太采用。 見圖見圖7 積垢籃在裝入反應(yīng)器內(nèi)時，積垢籃在裝入反應(yīng)器內(nèi)時， 其籃內(nèi)應(yīng)是空的。在裝填催其籃內(nèi)應(yīng)是空的。在裝填催 化劑時一定要注意這一點(diǎn)；化劑時一定要注意這一點(diǎn)； 積垢籃按三角形排列，安裝積垢籃按三角形排列，安裝 時用鏈條將其連在一起，并時用鏈條將其連在一起，并 栓到上面的分配器支承梁上，栓到上面的分配器支承梁上， 其栓緊鏈條要有足夠的長度其栓緊鏈條要有足夠的長度 裕量以適應(yīng)催化劑床層的下裕量以適應(yīng)催化劑床層的下 沉沉(按下沉按下沉5考慮考慮)。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有

22、關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 冷冷 氫氫 箱箱 用以控制加氫放熱反應(yīng)引起用以控制加氫放熱反應(yīng)引起 的催化劑床層溫升，圖示的的催化劑床層溫升，圖示的 冷氫箱結(jié)構(gòu)由冷氫管、冷氫冷氫箱結(jié)構(gòu)由冷氫管、冷氫 盤、再分配盤組成，可使來盤、再分配盤組成，可使來 自上面床層的反應(yīng)物料和起自上面床層的反應(yīng)物料和起 冷卻作用的冷氫充分混合，冷卻作用的冷氫充分混合， 而又將具有均勻溫度的氣液而又將具有均勻溫度的氣液 混合物再均勻分配到下部的混合物再均勻分配到下部的 催化劑床層上。催化劑床層上。 見圖見圖8 冷氫管內(nèi)設(shè)置的隔檔板應(yīng)使冷氫管內(nèi)設(shè)置的隔檔板應(yīng)使 從兩個開孔中噴出的

23、氫氣量從兩個開孔中噴出的氫氣量 是相當(dāng)?shù)模皇窍喈?dāng)?shù)模?為發(fā)揮冷氫的作用效果，冷為發(fā)揮冷氫的作用效果，冷 氫盤和冷氫箱部分應(yīng)用填料氫盤和冷氫箱部分應(yīng)用填料 填密，以保證不漏液，可按填密，以保證不漏液，可按 氣液分配盤的試漏標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收；氣液分配盤的試漏標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收； 冷氫盤和噴射盤的安裝水平冷氫盤和噴射盤的安裝水平 度，包括制造公差、荷載作度，包括制造公差、荷載作 用下的撓度等在內(nèi)，可按用下的撓度等在內(nèi)，可按 6mm控制。再分配盤的控制。再分配盤的 要求與氣液分配盤同。要求與氣液分配盤同。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式

24、結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 熱熱 電電 偶偶 為監(jiān)視加氫放熱反應(yīng)引起床為監(jiān)視加氫放熱反應(yīng)引起床 層溫度升高及床層截面溫度層溫度升高及床層截面溫度 分布狀況等而對操作溫度進(jìn)分布狀況等而對操作溫度進(jìn) 行管理。熱電偶的安裝有從行管理。熱電偶的安裝有從 筒體上徑向插入和從反應(yīng)器筒體上徑向插入和從反應(yīng)器 頂封頭上垂直方向插入。徑頂封頭上垂直方向插入。徑 向水平插入的有橫跨整個截向水平插入的有橫跨整個截 面的和僅插入一定長度的。面的和僅插入一定長度的。 見圖見圖9 (a)(b)(c) 對徑向水平插入的熱電偶套對徑向水平插入的熱電偶套 管要注意由于操作過程催化管要注意由于操作過程催化 劑下沉和檢修卸出催化劑

25、時劑下沉和檢修卸出催化劑時 可能引起被壓彎的問題；可能引起被壓彎的問題； 頂部垂直插入的熱電偶套管，頂部垂直插入的熱電偶套管， 當(dāng)長度較長時，要適當(dāng)設(shè)置當(dāng)長度較長時，要適當(dāng)設(shè)置 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以利操作受熱時導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以利操作受熱時 伸長不受阻礙。伸長不受阻礙。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)件內(nèi)件 名稱名稱 設(shè)置目的及有關(guān)說明設(shè)置目的及有關(guān)說明 典型典型 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式 注意要點(diǎn)注意要點(diǎn) 出出 口口 收收 集集 器器 用于支承下部的催化劑床層，用于支承下部的催化劑床層， 以減輕床層的壓降和改善反以減輕床層的壓降和改善反 應(yīng)物料的分配。應(yīng)物料的分配。 見圖見圖10 出口收集器與下封頭的下

26、沿出口收集器與下封頭的下沿 或與其連接的定心環(huán)圓周上或與其連接的定心環(huán)圓周上 應(yīng)設(shè)數(shù)個缺口，以便停工時應(yīng)設(shè)數(shù)個缺口，以便停工時 排液用。排液用。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 3. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用 在反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計中最關(guān)鍵的一點(diǎn)是要使反在反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計中最關(guān)鍵的一點(diǎn)是要使反 應(yīng)進(jìn)料應(yīng)進(jìn)料(氣液相氣液相)與催化劑顆粒與催化劑顆粒(固相固相)有效地有效地 接觸，在催化劑床層內(nèi)不發(fā)生流體偏流現(xiàn)象。接觸，在催化劑床層內(nèi)不發(fā)生流體偏流現(xiàn)象。 從設(shè)備設(shè)計角度說，有兩點(diǎn)是特別值得注意從設(shè)備設(shè)計角度說，有兩點(diǎn)是特別值得注意 的：的： n內(nèi)件要具有高效和穩(wěn)定操作的性能；內(nèi)件要具

27、有高效和穩(wěn)定操作的性能； n最大限度地利用反應(yīng)器容積。最大限度地利用反應(yīng)器容積。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 （二）高壓換熱器（二）高壓換熱器 1. 加氫裝置常用的高壓換熱器型式加氫裝置常用的高壓換熱器型式 通常有以下通常有以下3種型式：種型式： * 普通大法蘭型換熱器普通大法蘭型換熱器 * 密封蓋板封焊式換熱器密封蓋板封焊式換熱器 * 螺紋環(huán)鎖緊式換熱器螺紋環(huán)鎖緊式換熱器 應(yīng)該根據(jù)不同的使用條件合理地進(jìn)行選擇。應(yīng)該根據(jù)不同的使用條件合理地進(jìn)行選擇。 對于高溫高壓場合，選用后對于高溫高壓場合，選用后2種型式較為合種型式較為合 理。一般大致按壓力大于理。一般大致按壓力大于8010MPa

28、時選時選 用后用后2種。種。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2. 螺紋環(huán)鎖緊式高壓換熱器結(jié)構(gòu)及使用注意要點(diǎn)螺紋環(huán)鎖緊式高壓換熱器結(jié)構(gòu)及使用注意要點(diǎn)： （1）主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （a） 密封性能可靠 * 螺栓載荷小，故螺栓小，便于擰緊。 不同結(jié)構(gòu)換熱器螺栓大小的對比情況如下： 不同型式換熱器用螺栓比較不同型式換熱器用螺栓比較 設(shè)計條件 壓力：17.65MPa 溫度：430 內(nèi)徑：900mm 螺栓規(guī)格數(shù)量 法法 蘭蘭 型型 ：M8520根 螺紋環(huán)鎖緊式：螺紋環(huán)鎖緊式：M3840 根 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 * 在運(yùn)轉(zhuǎn)中如管殼程間發(fā)生串漏有消除 泄漏的手段 * 法蘭聯(lián)接

29、點(diǎn)少，減少了許多可泄漏點(diǎn)。 (b) 拆裝方便 可在短時間內(nèi)完成，所需時間比法可在短時間內(nèi)完成，所需時間比法 蘭型少三分之一以上。蘭型少三分之一以上。 (c) 金屬用量少 (d) 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，公差與配合要求較 嚴(yán)。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 （2）設(shè)計、使用中應(yīng)注意的問題）設(shè)計、使用中應(yīng)注意的問題 (a) 由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在設(shè)計中務(wù) 必進(jìn)行仔細(xì)的計算。 (b) 要保證有足夠的管箱端部螺紋嚙合高 度（不小于毫米）及盡量限制螺紋嚙合 高度的變化。 (c) 管束拆裝要使用專門工夾具，以保護(hù) 好管箱大螺紋。 (d) 使用過程務(wù)必保證管殼程間的壓差不 超過

30、設(shè)計規(guī)定值。 ( 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 (e) 在檢修中，發(fā)現(xiàn)有關(guān)零件的變形或損傷在檢修中，發(fā)現(xiàn)有關(guān)零件的變形或損傷 超過規(guī)定值時，務(wù)必及時更換。超過規(guī)定值時，務(wù)必及時更換。 （三）高壓空冷器 1. 高壓空冷器的結(jié)構(gòu)型式與優(yōu)缺點(diǎn) * 一般采用的管箱結(jié)構(gòu)有： (a) 絲堵式管箱 （應(yīng)用較多） 0 鍛造式結(jié)構(gòu) 0 板焊式結(jié)構(gòu) (b) 集合管式管箱 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 * 傳熱管用翅片型式：傳熱管用翅片型式： L 型 LL 型 KL 型 G 型 DR 型 應(yīng)根據(jù)操作溫度、使用環(huán)境及經(jīng)濟(jì)性能等要 求來選擇。下表是幾種翅片管的適用溫度與 有關(guān)性能的對比情況： 中國石化集

31、團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 主要翅片管型式對比主要翅片管型式對比 L LL KL G DR 最高使 150 170 250 350 280 用溫度 抗大氣 可可 中等中等 中等中等 差差 好好 腐蝕性 能 傳熱 差差 略好略好 好好 很好很好 很好很好 性能 價格 低低 略高略高 略高略高 較高較高 高高 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 2.高壓空冷器使用注意要點(diǎn)高壓空冷器使用注意要點(diǎn) 此類空冷器過去使用中曾發(fā)生過的突此類空冷器過去使用中曾發(fā)生過的突 出損傷問題是管子的腐蝕穿孔（因有出損傷問題是管子的腐蝕穿孔（因有 NH4HSNH4HS水溶液存在）。這是設(shè)計、使用中水溶液存在）。這是設(shè)計

32、、使用中 最值得注意的問題。最值得注意的問題。 可從選材、控制工藝條件、結(jié)構(gòu)可從選材、控制工藝條件、結(jié)構(gòu) 設(shè)計和空冷器與管線的布置上采取一些設(shè)計和空冷器與管線的布置上采取一些 相應(yīng)措施使腐蝕減至最小相應(yīng)措施使腐蝕減至最小。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 （四）（四） 高壓分離器高壓分離器 加氫裝置設(shè)置高壓分離器（高分），是為將加氫裝置設(shè)置高壓分離器（高分），是為將 反應(yīng)器流出物中的氣液相進(jìn)行分離。為此，反應(yīng)器流出物中的氣液相進(jìn)行分離。為此， 需要有合適的氣相分離空間和充分的液相停需要有合適的氣相分離空間和充分的液相停 留時間。留時間。 隨著裝置所采用的高分流程的不同，高分也隨著裝置所采

33、用的高分流程的不同，高分也 相應(yīng)地分為熱高分和冷高分兩類。相應(yīng)地分為熱高分和冷高分兩類。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 四、加氫反應(yīng)器主要損傷型式與材料選擇四、加氫反應(yīng)器主要損傷型式與材料選擇 加氫裝置由于操作條件的特殊性，所以反應(yīng)器有加氫裝置由于操作條件的特殊性，所以反應(yīng)器有 可能發(fā)生一些特殊的損傷現(xiàn)象。為防止這些破壞性可能發(fā)生一些特殊的損傷現(xiàn)象。為防止這些破壞性 的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設(shè)計與選材，而且與的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設(shè)計與選材，而且與 正確的制造工藝和正確的操作維護(hù)關(guān)系極大。正確的制造工藝和正確的操作維護(hù)關(guān)系極大。 下面介紹熱壁加氫反應(yīng)器可能發(fā)生的主要損傷型式下面介

34、紹熱壁加氫反應(yīng)器可能發(fā)生的主要損傷型式 及其對策。及其對策。 n高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 n氫脆氫脆 n高溫硫化氫腐蝕高溫硫化氫腐蝕 n鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 n連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂 n奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) (1) 高溫氫腐蝕形式高溫氫腐蝕形式 n表面脫碳表面脫碳 n內(nèi)部脫碳與開裂內(nèi)部脫碳與開裂 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，表面脫碳的影響一般表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，表面脫碳的影響一般 很輕，其鋼材的

35、強(qiáng)度和硬度局部有所下降而很輕，其鋼材的強(qiáng)度和硬度局部有所下降而 延性提高。延性提高。 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 內(nèi)部脫碳是由于氫擴(kuò)散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)內(nèi)部脫碳是由于氫擴(kuò)散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng) 生成甲烷，即生成甲烷，即Fe3C+2H2CH4+ 3Fe 。 甲烷聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成很甲烷聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成很 高的局部應(yīng)力，使鋼材產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓高的局部應(yīng)力，使鋼材產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓 泡，并使鋼材強(qiáng)度和韌性顯著下降。由于這泡，并使鋼材強(qiáng)度和韌性顯著下降。由于這 種損傷是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以它具有種

36、損傷是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以它具有 不可逆的性質(zhì)，也稱不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆化現(xiàn)象永久脆化現(xiàn)象。其實(shí)際。其實(shí)際 的進(jìn)展是甲烷氣泡在晶界形核、成長及氣泡的進(jìn)展是甲烷氣泡在晶界形核、成長及氣泡 串通產(chǎn)生晶間微裂紋，最終這些微裂紋能夠串通產(chǎn)生晶間微裂紋，最終這些微裂紋能夠 連通而形成斷裂通道。連通而形成斷裂通道。 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 這里要引出一個這里要引出一個“孕育期孕育期”(或稱或稱潛伏期潛伏期)的概念。的概念。 就是對于處在形成甲烷氣泡，但成長速度緩

37、慢且沒就是對于處在形成甲烷氣泡，但成長速度緩慢且沒 有串通的階段，鋼材的力學(xué)性能不發(fā)生明顯改變的有串通的階段，鋼材的力學(xué)性能不發(fā)生明顯改變的 這段時間稱為這段時間稱為“孕育期孕育期”。 “孕育期孕育期”的概念對于工程上的應(yīng)用是非常重要的概念對于工程上的應(yīng)用是非常重要 的。它可被用來確定設(shè)備和管道所采用的鋼材的大的。它可被用來確定設(shè)備和管道所采用的鋼材的大 致安全使用時間。致安全使用時間。“孕育期孕育期”的長短取決于許多因的長短取決于許多因 素，包括鋼種、氫壓、溫度、冷作程度、雜質(zhì)元素素，包括鋼種、氫壓、溫度、冷作程度、雜質(zhì)元素 含量和作用應(yīng)力等。含量和作用應(yīng)力等。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工

38、工程公司 (2) 影響高溫氫腐蝕的主要因素影響高溫氫腐蝕的主要因素 n溫度、壓力和暴露時間的影響溫度、壓力和暴露時間的影響 n合金元素和雜質(zhì)元素的影響合金元素和雜質(zhì)元素的影響 n熱處理的影響熱處理的影響 n應(yīng)力的影響應(yīng)力的影響 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 (3) 抗高溫氫腐蝕的材料選用及注意要點(diǎn)抗高溫氫腐蝕的材料選用及注意要點(diǎn) 多少年來都是按照原稱為多少年來都是按照原稱為“納爾遜納爾遜 (Nelson)曲線來選擇抗氫材料?，F(xiàn)為曲線來選擇抗氫材料。現(xiàn)為API RP(推薦準(zhǔn)則推薦準(zhǔn)則)941(第第5版版)“煉油廠和石油煉油廠和

39、石油 化工廠用高溫高壓臨氫作業(yè)用鋼化工廠用高溫高壓臨氫作業(yè)用鋼”標(biāo)準(zhǔn)上的標(biāo)準(zhǔn)上的 一個圖線。一個圖線。 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 在應(yīng)用這個圖線進(jìn)行選材時，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：在應(yīng)用這個圖線進(jìn)行選材時，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)： n本圖線只涉及到材料抗高溫氫腐蝕的性能，它并不本圖線只涉及到材料抗高溫氫腐蝕的性能，它并不 考慮在高溫時其它重要因素引起的損傷。考慮在高溫時其它重要因素引起的損傷。 n 由于納爾遜曲線已經(jīng)過多次修訂，使用時務(wù)必按照由于納爾遜曲線已經(jīng)過多次修訂，使用時務(wù)必按照 最新版的曲線選用，才能保證使用的可靠性。最

40、新版的曲線選用，才能保證使用的可靠性。 n在實(shí)際應(yīng)用中，焊縫部位的氫腐蝕更是不可忽視的。在實(shí)際應(yīng)用中，焊縫部位的氫腐蝕更是不可忽視的。 n在依據(jù)此圖線進(jìn)行選材時，應(yīng)盡量減少不利影響的在依據(jù)此圖線進(jìn)行選材時，應(yīng)盡量減少不利影響的 雜質(zhì)元素含量，注意控制非金屬夾雜物的含量和作雜質(zhì)元素含量，注意控制非金屬夾雜物的含量和作 用應(yīng)力水平以及進(jìn)行充分的回火和焊后熱處理等對用應(yīng)力水平以及進(jìn)行充分的回火和焊后熱處理等對 提高鋼材抗高溫氫腐蝕都是有好處的。提高鋼材抗高溫氫腐蝕都是有好處的。 高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕 (HAHydoqgen Attack) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 氫脆氫脆 (HEHyd

41、rogen mbrittlement) (1) 氫脆現(xiàn)象的特征氫脆現(xiàn)象的特征 n所謂所謂氫脆氫脆，是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化，是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化 現(xiàn)象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收現(xiàn)象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收 縮率顯著下降。氫脆是可逆的，也稱作一次脆縮率顯著下降。氫脆是可逆的，也稱作一次脆 化現(xiàn)象。氫脆發(fā)生的溫度一般在化現(xiàn)象。氫脆發(fā)生的溫度一般在150以下。以下。 所以，實(shí)際裝置中氫脆損傷往往都是發(fā)生在裝所以，實(shí)際裝置中氫脆損傷往往都是發(fā)生在裝 置停工過程的低溫階段。置停工過程的低溫階段。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 氫脆氫脆 (HEHydrogen

42、 mbrittlement) (2) 防止產(chǎn)生氫脆的有關(guān)要點(diǎn)防止產(chǎn)生氫脆的有關(guān)要點(diǎn) n氫脆的敏感性一般是隨鋼材強(qiáng)度的提高而增加氫脆的敏感性一般是隨鋼材強(qiáng)度的提高而增加 n 鋼的顯微組織對氫脆也有影響鋼的顯微組織對氫脆也有影響 n 鋼材的氫脆化程度與鋼中的氫含量密切相關(guān)鋼材的氫脆化程度與鋼中的氫含量密切相關(guān) (可以認(rèn)為，在可能發(fā)生氫脆的溫度下，會存在可以認(rèn)為，在可能發(fā)生氫脆的溫度下，會存在 著不引起亞臨界裂紋擴(kuò)展的氫濃度，稱之為安著不引起亞臨界裂紋擴(kuò)展的氫濃度，稱之為安 全氫濃度。它與鋼材的強(qiáng)度水平、裂紋尖端的全氫濃度。它與鋼材的強(qiáng)度水平、裂紋尖端的 拉應(yīng)力大小以及裂紋的幾何尺寸有關(guān)拉應(yīng)力大小以

43、及裂紋的幾何尺寸有關(guān)) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 氫脆氫脆 (HEHydrogen mbrittlement) 對于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的反應(yīng)器，在操作狀態(tài)對于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的反應(yīng)器，在操作狀態(tài) 下，器壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，若下，器壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，若 冷卻速度太快，使吸藏的氫來不及擴(kuò)散出來，造成過冷卻速度太快，使吸藏的氫來不及擴(kuò)散出來，造成過 飽和氫殘留在器壁內(nèi)，就有可能引起亞臨界裂紋擴(kuò)展，飽和氫殘留在器壁內(nèi)，就有可能引起亞臨界裂紋擴(kuò)展， 對設(shè)備的安全使用帶來威脅。對設(shè)備的安全使用帶來威脅。 為避免氫脆發(fā)生，可注意以下要點(diǎn)：為避免氫脆

44、發(fā)生，可注意以下要點(diǎn)： n鋼材強(qiáng)度不要超過設(shè)計規(guī)定值。且要注意降低焊接鋼材強(qiáng)度不要超過設(shè)計規(guī)定值。且要注意降低焊接 熱影響區(qū)的硬度熱影響區(qū)的硬度(2Cr-1Mo鋼應(yīng)控制鋼應(yīng)控制220HB) n通過無損檢測消除宏觀缺陷通過無損檢測消除宏觀缺陷 n消除殘余應(yīng)力使負(fù)荷應(yīng)力降低消除殘余應(yīng)力使負(fù)荷應(yīng)力降低 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 氫脆氫脆 (HEHydrogen mbrittlement) 在加氫反應(yīng)器等臨氫設(shè)備中還存在不銹鋼氫脆損在加氫反應(yīng)器等臨氫設(shè)備中還存在不銹鋼氫脆損 傷的現(xiàn)象傷的現(xiàn)象(有的還兼有有的還兼有相脆化相脆化)，其部位多發(fā)生在，其部位多發(fā)生在 反應(yīng)器催化劑支持圈的角焊縫上以

45、及法蘭梯型槽反應(yīng)器催化劑支持圈的角焊縫上以及法蘭梯型槽 密封面的槽底拐角處。防止此類損傷的發(fā)生，主密封面的槽底拐角處。防止此類損傷的發(fā)生，主 要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計上、制造過程中和生產(chǎn)操作方面要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計上、制造過程中和生產(chǎn)操作方面 采取如下措施：采取如下措施： n盡量減少應(yīng)變幅度，降低熱應(yīng)力和避免應(yīng)力集中；盡量減少應(yīng)變幅度，降低熱應(yīng)力和避免應(yīng)力集中； n盡量保持盡量保持Tp.347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。 n裝置停工時盡量使鋼中吸藏的氫釋放出去。裝置停工時盡量使鋼中吸藏的氫釋放出去。 n盡量避免非計劃的緊急停工。盡量避免非計劃的緊急停工。 中國石化集團(tuán)公司洛

46、陽石油化工工程公司 高溫硫化氫腐蝕高溫硫化氫腐蝕 (H2+ H2S腐蝕腐蝕) 加氫裝置中的高溫硫化氫腐蝕是指加氫裝置中的高溫硫化氫腐蝕是指H2S在氫在氫 氣流中對設(shè)備和管道的腐蝕。硫化氫和氫共氣流中對設(shè)備和管道的腐蝕。硫化氫和氫共 存條件下，比硫化氫單獨(dú)存在時對鋼材產(chǎn)生存條件下，比硫化氫單獨(dú)存在時對鋼材產(chǎn)生 的腐蝕還要更為劇烈和嚴(yán)重。其腐蝕速度一的腐蝕還要更為劇烈和嚴(yán)重。其腐蝕速度一 般隨著溫度的升高而增加。般隨著溫度的升高而增加。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 高溫硫化氫腐蝕高溫硫化氫腐蝕 (H2+ H2S腐蝕腐蝕) 影響高溫硫化氫腐蝕的主要因素是溫度和影響高溫硫化氫腐蝕的主要因素是

47、溫度和H2S濃度。濃度。 一般來說，溫度是影響腐蝕速率的主要因素。不過，一般來說，溫度是影響腐蝕速率的主要因素。不過， 在較低的在較低的H2S濃度下，濃度比起溫度來更顯突出。濃度下，濃度比起溫度來更顯突出。 H2S濃度與腐蝕程度的關(guān)系大致如下：濃度與腐蝕程度的關(guān)系大致如下： H2S 濃度，濃度，%(體體) 腐腐 蝕蝕 速速 度度 0.01 0.1 急劇地增加急劇地增加 0.1 1.0 增加的程度稍為減慢增加的程度稍為減慢 1.0 10.0 提高的程度很小提高的程度很小 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 高溫硫化氫腐蝕高溫硫化氫腐蝕 (H2+ H2S腐蝕腐蝕) 硫化氫和氫共存條件下的材料選擇

48、硫化氫和氫共存條件下的材料選擇 n按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) n按照柯珀按照柯珀(Couper)曲線估算曲線估算 n另外，作為抗高溫硫化氫腐蝕的有效措施之一另外，作為抗高溫硫化氫腐蝕的有效措施之一 是采用滲鋁鋼。但要注意的是，不同的滲鋁工是采用滲鋁鋼。但要注意的是，不同的滲鋁工 藝，其抗腐蝕的性能是大不一樣的。藝，其抗腐蝕的性能是大不一樣的。(最好采用最好采用 高溫擴(kuò)散滲透法高溫擴(kuò)散滲透法)。 濕硫化氫環(huán)境損傷濕硫化氫環(huán)境損傷 （1）濕硫化氫環(huán)境的定義）濕硫化氫環(huán)境的定義 按NACE MRO175-97D的定義為： 有水存在下，對于酸性氣來說， 總壓總壓 0.4MPa 氣體中的硫化氫分壓氣體中的硫化

49、氫分壓0.0003MPa (2) 濕硫化氫環(huán)境的損傷形式濕硫化氫環(huán)境的損傷形式 (a) 氫鼓泡(HB) 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 (b) 氫致開裂 (HIC) (C) 硫化物應(yīng)力腐蝕開裂 (SSCC) (d) 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂 (SOHIC) （3）防止對策與選材）防止對策與選材 因因4種損傷形式發(fā)生的機(jī)理不完全相同，種損傷形式發(fā)生的機(jī)理不完全相同， 所以影響因素和防止對策也不完全一樣。所以影響因素和防止對策也不完全一樣。 但實(shí)際上又難以嚴(yán)格分開，甚至幾種損但實(shí)際上又難以嚴(yán)格分開，甚至幾種損 傷同時存在傷同時存在。 一般的看法： a)為抗SSCC，選材時要控制鋼材的強(qiáng)度 （2）防止

50、對策與選材（續(xù)）防止對策與選材（續(xù)） 水平，水平，應(yīng)避免屈服強(qiáng)度超過618MPa。設(shè) 備制造后應(yīng)進(jìn)行PWHT，碳鋼：硬度 200HB; Cr-Mo鋼：硬度220HB。 b)為抗HB和HIC，對于濕硫化氫環(huán)境不太 嚴(yán)重者，可選用普通的碳鋼（鎮(zhèn)靜鋼）； 濕硫化氫環(huán)境較嚴(yán)重時，應(yīng)采用專門的抗 HIC鋼；環(huán)境條件很苛刻的，可采用“隔 絕”的方法（襯里、堆焊或涂層）。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 4 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂 (1) 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂特征與起因連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂特征與起因 連多硫酸連多硫酸(H2SxO6，X=36)應(yīng)力腐蝕開應(yīng)力腐蝕開 裂也屬硫化物應(yīng)力腐蝕

51、開裂，一般為晶間裂裂也屬硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，一般為晶間裂 紋。連多硫酸的形成是由于設(shè)備在含有高溫紋。連多硫酸的形成是由于設(shè)備在含有高溫 硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化鐵，而當(dāng)硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化鐵，而當(dāng) 設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)或停工檢修時，它與出現(xiàn)的水設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)或停工檢修時，它與出現(xiàn)的水 份和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的結(jié)份和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的結(jié) 果。果。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 4 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂 3FeS+5O2Fe2O3FeO+3SO2 SO2+H2OH2SO3 H2SO3+O2H2SO4 FeS+H2SO3mH2SxO6+nF

52、e+ FeS+H2SO4FeSO4+H2S H2SO3+H2SmH2SxO6+nS 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 4 連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂 (2) 防止對策防止對策 在設(shè)計上要選用合適的材料。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計在設(shè)計上要選用合適的材料。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計 上應(yīng)盡量避免有應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。上應(yīng)盡量避免有應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。 制造上要盡量消除或減輕由于冷加工和焊接制造上要盡量消除或減輕由于冷加工和焊接 引起的殘余應(yīng)力，并注意加工成不形成應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力，并注意加工成不形成應(yīng)力 集中或應(yīng)力集中盡可能小的結(jié)構(gòu)。集中或應(yīng)力集中盡可能小的結(jié)構(gòu)。 使用上主要是緩和環(huán)境條件。使用上主要是緩和環(huán)境條

53、件。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) (1) 鉻鉻-鉬鋼回火脆性現(xiàn)象及其特征鉬鋼回火脆性現(xiàn)象及其特征 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性是將鋼材長時間地保持在鉬鋼的回火脆性是將鋼材長時間地保持在 325575或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時，或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時， 其材料的斷裂韌性就引起劣化損傷的現(xiàn)象。它產(chǎn)生其材料的斷裂韌性就引起劣化損傷的現(xiàn)象。它產(chǎn)生 的原因是由于鋼中的雜質(zhì)元素和某些合金元素向原的原因是由于鋼中的雜質(zhì)元素和某些合金元素向原 奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降所至。奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降所至。 回火脆性對于抗拉強(qiáng)度和延伸

54、率來說，幾乎沒有反回火脆性對于抗拉強(qiáng)度和延伸率來說，幾乎沒有反 映，主要是在進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)時才能觀測到很大映，主要是在進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)時才能觀測到很大 的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使延脆性轉(zhuǎn)變的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使延脆性轉(zhuǎn)變 溫度向高溫側(cè)遷移。溫度向高溫側(cè)遷移。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) (2) 影響回火脆性的主要因素影響回火脆性的主要因素 影響回火脆性的主要因素很多，如化學(xué)成分、影響回火脆性的主要因素很多，如化學(xué)成分、 制造時的熱處理條件、加工時的熱狀態(tài)、強(qiáng)制造時的熱處理條件、加工時的熱狀態(tài)、強(qiáng) 度大小、塑性

55、變形、碳化物的形態(tài)、使用時度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用時 所保持的溫度等等。而且有些因素相互間還所保持的溫度等等。而且有些因素相互間還 有關(guān)連，情況較為復(fù)雜。有關(guān)連，情況較為復(fù)雜。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 n化學(xué)成分中的雜質(zhì)元素化學(xué)成分中的雜質(zhì)元素(如如P、Sn、As、Sb)和某些合和某些合 金元素金元素(如如Si、Mn等等)對回火脆性影響很大。對回火脆性影響很大。 n在工程應(yīng)用上通常采用兩個與化學(xué)元素有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)式來在工程應(yīng)用上通常采用兩個與化學(xué)元素有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)式來 描述回火脆性的大小。描述

56、回火脆性的大小。 J-系數(shù)系數(shù)，J=(Si+Mn)(P+Sn)104 (%) nJ-系數(shù)中化學(xué)成分按重量百分比計；系數(shù)中化學(xué)成分按重量百分比計； (X)系數(shù)系數(shù)，也稱，也稱Bruscato系數(shù)，即系數(shù)，即 (X)=(10P+5Sb+4Sn+As)10-2 ppm n(X)系數(shù)中化學(xué)成分按系數(shù)中化學(xué)成分按ppm計。計。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) 熱處理工藝的影響熱處理工藝的影響 n熱處理工藝，主要是奧氏體化溫度及其奧氏體熱處理工藝，主要是奧氏體化溫度及其奧氏體 化后的冷卻速度對回火脆性敏感性有很大的影化后的冷卻速度對回火脆性敏感性

57、有很大的影 響。響。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) (3) 回火脆化度的評價回火脆化度的評價 等溫時效等溫時效(Isothermal aging)處理，也處理，也 即等溫脆化處理。即等溫脆化處理。 階梯冷卻或步冷法階梯冷卻或步冷法(Step Cooling)處理，處理， 它在工程上被廣泛地采用。它在工程上被廣泛地采用。 n所謂階梯冷卻法就是將試驗(yàn)材料的試樣置于回所謂階梯冷卻法就是將試驗(yàn)材料的試樣置于回 火脆化溫度范圍內(nèi)階梯式地進(jìn)行保溫與冷卻火脆化溫度范圍內(nèi)階梯式地進(jìn)行保溫與冷卻(一一 般多是采用般多是采用5個階梯個階梯)，使它發(fā)生回

58、火脆化的方，使它發(fā)生回火脆化的方 法。法。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) 作為脆化度的定量表示，通常是通過采用作為脆化度的定量表示，通常是通過采用2毫米毫米V型缺口夏比試驗(yàn)獲型缺口夏比試驗(yàn)獲 得的延性得的延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度vTrs的變化量的變化量vTrs或是以或是以54J(相當(dāng)于相當(dāng)于40 英尺英尺-磅磅)夏比沖擊吸收功的轉(zhuǎn)變溫度夏比沖擊吸收功的轉(zhuǎn)變溫度vTr54的變化量的變化量vTr54來表來表 示。示。vTrs或或vTr54越大，說明回火脆化度就越大。而且通常按越大，說明回火脆化度就越大。而且通常按 下式來評定鋼材下

59、式來評定鋼材(或焊縫或焊縫)的回火脆化傾向。的回火脆化傾向。 式中：式中： nvTr54：脆化處理前：脆化處理前V型缺口夏比沖擊功為型缺口夏比沖擊功為54焦耳時的對應(yīng)溫度，焦耳時的對應(yīng)溫度，； nvTr54：按階梯冷卻工藝進(jìn)行脆化處理后與處理前的：按階梯冷卻工藝進(jìn)行脆化處理后與處理前的V型缺口夏比沖型缺口夏比沖 擊功為擊功為54焦耳時對應(yīng)溫度的增量，焦耳時對應(yīng)溫度的增量，； n：系數(shù)，原來為：系數(shù)，原來為1.5，由于要求越來越嚴(yán)，逐步增大到，由于要求越來越嚴(yán)，逐步增大到2.5或或3.0； n：規(guī)定滿足的溫度值，最早為：規(guī)定滿足的溫度值，最早為38，現(xiàn)已變?yōu)榈陀?，現(xiàn)已變?yōu)榈陀?8，如，如10或或

60、 0等。等。 中國石化集團(tuán)公司洛陽石油化工工程公司 鉻鉻-鉬鋼的回火脆性損傷鉬鋼的回火脆性損傷 (TE) (4) 防止防止2Cr-1Mo鋼設(shè)備發(fā)生回火脆性破壞的若鋼設(shè)備發(fā)生回火脆性破壞的若 干措施干措施 加氫裂化裝置所選用的鉻加氫裂化裝置所選用的鉻-鉬鋼，以鉬鋼，以2Cr-1Mo 鋼為多，而它又是幾種鉻鋼為多，而它又是幾種鉻-鉬鋼中回火脆性敏感性鉬鋼中回火脆性敏感性 較大的鋼種，下面以它作為代表提出防止產(chǎn)生回火較大的鋼種，下面以它作為代表提出防止產(chǎn)生回火 脆性的一些措施。脆性的一些措施。 n盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素 n制造中要選擇合適的熱處理工藝制造