加氢反应器范文（精选8篇）
加氢反应器 第1篇
关键词：热壁加氢反应器,回火脆化,氢腐蚀,堆焊层剥离,风险检验
在炼化行业中,为提高油品的出油率和质量,在1960 年代初开始了采用 “加氢”技术,随后大量的加氢反应器应用于炼化行业。加氢反应器初始采用冷壁结构形式,冷壁加氢反应器一般指金属设计壁温在300 ℃ 以下的反应器,在壳体内通过装设隔热内衬层[1],达到冷壁的效果。随着钢材冶金水平和制造工艺( 尤其是不锈钢堆焊材料和堆焊技术) 的不断提高,从20 世纪70 年代开始,热壁加氢反应器逐渐增多,即取消内壁的隔热层,金属壁温从300 ℃ 以下提高至450 ℃ 以上。相比于冷壁加氢反应器,热壁加氢反应器有以下优良特点: ( 1) 同尺寸条件下,内部容积更大; ( 2) 避免冷壁隔热层脱落导致的外壁材料损伤及停工修复。所以目前国内炼化行业中普遍应用的均为热壁加氢反应器,本文主要从热壁加氢反应器的结构特点、使用环境及检验修复等方面进行论述。
1 热壁加氢反应器的结构特点及选材
图1 为热壁加氢反应器的一般结构图,该容器为板焊结构,内壁堆焊不锈钢,所有接管均采用整体补强结构,裙座为对接结构,内部有凸台等结构。
加氢反应器的筒体基层选材一般以耐高温和氢腐蚀的Cr -Mo钢为主,根据操作工况,考虑到氢损伤问题,需要将操作时的最高氢分压和操作温度提高,再参考nelson曲线进行选材,复层的选材一般以TP309L + TP347 为主,内件以304 为主[2,3]。1Cr - 0. 5Mo、1. 25Cr - 0. 5Mo、2. 25Cr - 1Mo、2. 25Cr- 1Mo - V、3Cr - 1Mo - V是常用的加氢反应器的基层材料,2. 25Cr - 1Mo - V和3Cr - 1Mo - V与两外三种材料相比性能较好,主要体现在: ( 1) 更好的抗氢腐蚀能力。3Cr - 1Mo - V锻钢的抗氢温度比2. 25Cr - 1Mo高50 ℃ ,2. 25Cr - 1Mo - V比2. 25Cr - 1Mo高56 ℃ 。( 2) 具有更高的强度。可以使设备质量减轻,节省相应的费用[4]。
2 热壁加氢反应器的腐蚀
由于热壁加氢反应器具有使用压力高( 最高可达20 MPa) 、温度高( 壁温可达450 ℃ ) 、壁厚大( 最高可达250 mm) 及介质较为苛刻( 含有较高的氢分压、H2S等) 等特点,反应器的基材和堆焊层在制造及使用过程中会产生多种损伤形式。
2. 1 基材损伤( 以Cr - Mo钢为主)
2.1.1制造缺陷
(1)回火脆化
材料中的化学成分P、Sn、As、Sb等元素对钢材的回火脆性影响较大,Si、Mn对回火脆化起促进作用,Cr、Mo、Cu、V在一定的范围内对回火脆化起促进作用。另外Cr - Mo钢焊后需要经多次回火及焊后热处理过程,热处理的保温时间对回火脆化有一定的影响。相关研究人员通过计算回火参数P. t值来计算材料的最佳韧性,当P. t≤18. 3 时,能保证最终热处理回火参数值落在最佳区域内[5]。
( 2) 冷裂纹
加氢反应器筒体基材厚度大、淬硬性高、所以Cr - Mo钢焊接后的应力也较高,焊接后的冷裂纹倾向比较明显。
( 3) 再热裂纹
内层不锈钢在堆焊过程中,在焊道搭接处下方基层容易发生开裂。
2.1.2运行过程缺陷
(1)回火脆化
当Cr - Mo钢长期处于375 ~ 575 ℃ 温度范围内工作或在这一温度中缓慢通过,材料将产生韧性下降的现象,由于这一现象类似于回火处理,故称为回火脆化。可逆性和可消失性是回火脆化的两个特征: 将已发生脆化的材料重新加热到一定温度以上,材料的韧性和晶间裂纹分别可以恢复和消失; 回火脆性可以通过回火脆化量来进行计算[6],也有研究人员[7]采取控制化学元素组成和严格操作工艺规程等措施避免了回火脆性的发生。
( 2) 氢腐蚀
在高温、高压环境下,材料中的氢与内部碳化物反应生成CH4,生成的甲烷无法逸出,在晶界或不连续结构处聚集,压力逐渐增高,导致氢鼓泡、微裂纹、脱碳的产生,材料的各项力学指标明显下降。氢腐蚀一般要经过潜伏期、生长期和饱和状态三个阶段,限制条件参考nelson曲线[8,9]。
影响氢腐蚀的材料因素主要有材料中的强碳化形成元素、杂质含量、材料的热处理过程及介质中H2O和H2S的影响等[8]。
( 3) 氢脆
焊接遗留的氢会引起材料脆化,材料的塑性指标会明显下降,因此焊接时应选低氢类焊材,焊接完成后应立即进行消氢热处理。
2. 2 堆焊层损伤
2. 2. 1 制造过程损伤
( 1) 堆焊层的热裂纹和 σ 相脆化
奥氏体不锈钢焊接可能会产生焊接过程的热裂纹,当焊缝金属为奥氏体+ 铁素体双相组织,且铁素体含量3% ~ 10%时[10],不易发生焊接热裂纹。有研究人员通过试验[11]发现,渗氢后的反应器材料断裂应力和塑性显著下降,裂纹扩展以穿晶为主。
( 2) 过渡区材质脆化和开裂
堆焊时堆焊层会出现脆性马氏体带,在堆焊及进行热处理时,由于熔合区两侧材料热膨胀系数不同,容易产生较大的焊接残余应力,导致裂纹和堆焊层剥离缺陷产生[10]。
( 3) 堆焊层下冷裂纹和再热裂纹。
通过检验已运行十年、二十年的汽油、柴油加氢反应器,未发现堆焊层下冷裂纹和再热裂纹缺陷,但国内其他类型加氢反应器在凸台附近出现过类似缺陷,这也是停工检验检查的重点。
2.2.2使用中产生的缺陷
(1)高温硫化物腐蚀
高温硫化物腐蚀发生在存在硫化物、硫化氢介质时的腐蚀减薄,奥氏体加铁素体双相组织钢具有较好的耐蚀性能。
( 2) 硫化物应力腐蚀开裂
硫化物应力腐蚀开裂( SSCC) 一般在装置停工或设备停车期间,由于介质中的硫被空气氧化成连多硫酸导致的,采用抗裂敏感性高的双相组织堆焊层不锈钢、降低硫含量可以避免开裂的发生。
( 3) 堆焊层的剥离
堆焊层的剥离多发生于氢在堆焊层和母材界面聚集,剥离原因可能在制造、使用中、停工冷却时,由于聚集氢浓度突然增加或逐步增加导致堆焊层和母材剥离,在制造时进行消氢处理、减少介质中硫化氢的含量及正确的停工操作可以避免堆焊层剥离的发生。
( 4) 堆焊层表面裂纹
堆焊时产生的 σ 相在反应器使用中会溶解氢,从而引起衬里层塑性的下降,当浓度达到一定程度时会在在 σ 相附近形成裂纹并扩展,有研究人员[12]进行总结发现,基材的断裂韧性是影响堆焊层裂纹扩展的重要条件。
3 热壁加氢反应器的检验
根据加氢反应器的特点和损伤模式状况,一般采取宏观检查、壁厚测定、磁粉检测、渗透检测、超声检测、硬度检测、金相分析、铁素体含量测定、紧固件检测、安全附件检验方法进行检验。在全面检验的过程中重点需对运行中产生的缺陷、活性缺陷等进行检测。
3. 1 基材Cr - Mo钢材料的检验
3. 1. 1 表面缺陷检测
采用渗透、磁粉等检测方法从外壁进行检测,检测范围至少包含: 筒体环焊缝及其上下表面一定范围( 根据壁厚) ,裙座与反应器本体连接角焊缝。人孔、接管角焊缝及其热影响区。
3. 1. 2 内部缺陷检测
先采用单晶直探头从外壁对焊缝及其两侧一定范围内的母材进行扫查,记录发现的体积型缺陷、未熔合、裂纹等面型缺陷、母材中的体积型缺陷、面积缺陷等。再采用斜探头从外壁沿平行于焊缝和垂直于焊缝两个方向进行扫查。
3. 2 堆焊层检测
3. 2. 1 堆焊层剥离及未熔合
先从外壁采用超声直探头进行检测,发现较大尺寸缺陷时在内壁进行复查。
3. 2. 2 表面缺陷检测
采用渗透检测方法对内表面进行检测,检测范围至少包含: 本体内壁环焊缝、凸台、凸台附近堆焊层、接管( 含人孔) 、热电偶套管及法兰密封面等部位。
3. 2. 3 堆焊层内和层下缺陷检测
从外壁采用单晶直探头、单晶横波斜探头、单晶纵波斜探头对堆焊层内部缺陷进行检测,并从内壁采用双晶直探头和双晶纵波斜探头对发现的的缺陷进行复验。
3. 3 硬度、金相及铁素体含量检测
对反应器的筒体与上下封头母材、焊缝及热影响区、堆焊层进行硬度抽查( 减少堆焊层表面的硬度测试) ,返修部位和超温部位也应进行硬度检测。
金相检测的重点是判断晶界碳化物析出情况,是否存在应力腐蚀微裂纹及氢腐蚀裂纹、球化及石墨化是否存在及严重程度等。对硬度检测发现的异常部位、无损检测发现裂纹的部位、铁素体含量超标部位、制造过程中的返修部位和使用过程中的超温部位应进行金相检测。
4 基于RBI技术的加氢反应器的检验
以某石化装置60 万吨/年加氢裂化装置加氢反应器为例,介绍加氢反应器基于RBI风险评估技术[13]的基本检验过程。
4. 1 加氢反应器的腐蚀计算及检验策略
采集设备的基础数据及工艺物流数据后,将数据输入软件中进行腐蚀计算,腐蚀计算的过程基于API581 标准进行,腐蚀计算可以得到设备各个部件的损伤类别、损伤机理、敏感性或腐蚀速率( 表1) ,根据损伤类别和损伤敏感性或腐蚀速率就可以制定相应的检验策略,检验策略的选择主要是降低评价出的损伤类别带来的风险。
根据风险评估中腐蚀计算的结果,制定出相应的检验策略,见表2,因为计算出的损伤类别是减薄、损伤机理是高温硫/环烷酸腐蚀,所以检验策略中仅需要测厚检测及内部的宏观检查便能有效的识别出计算损伤。
4. 2 加氢反应器的检验策略修正
除软件分析给出的主导腐蚀机理外,反应器在使用过程中还可能出现连多硫酸应力腐蚀( 停工时发生) 、人孔密封槽底应力腐蚀开裂、堆焊层 σ 相脆化、回火脆化、蠕变等几种损伤机理。软件计算值与实际中出现的损伤有时不一致,导致不一致的原因有多种,一方面是由于软件本身在评价某些损伤机理时存在固有的局限,另一方面是RBI计算的前提条件是基于装置、设备在设计和制造过程中无缺陷,在实际中是很难做到的。
为了客观、准确的制定出反应器的检验策略,需要根据以往检验经验、同行业的检验经验进行补充。补充内容如下:( 1) 反应器检验以内外部宏观检查、测厚和内部堆焊层渗透( PT) 为主,PT检查的重点部位为内部凸台、接管、热电偶套管角焊缝和人孔密封槽底以及铁素体含量不正常部位; ( 2) 当热电偶套管变形角度达到45°以上时应及时更换; ( 3) 内部凸台、接管、热电偶套管角焊缝和人孔密封槽底等部位应进行100% 的PT检查; 堆焊层表面抽查20% ,重点为铁素体含量不正常部位、补焊、手工堆焊部位; ( 4) 当怀疑可能存在堆焊层剥离,应增加超声波扫查; ( 5) 对铁素体含量超标部位应进行铁素体含量测定,并进行金相检查。
5 结语
热壁加氢反应器由于使用条件苛刻,在检验过程中需充分考虑环境变化导致的反应器损伤问题,制定检验策略时应多向设备管理人员询问设备使用过程中的压力、温度及介质变化情况,变化发生和持续的时间,根据操作变化情况结合历次检验情况来选择有效的检验方法。
加氢反应器 第2篇
研究了贵金属改性的Co/γ-Al2O3催化剂上的肉桂醛选择加氢反应. 结果表明,通过Pt,Pd和Ru贵金属改性,提高了催化剂的活性,但只有Pt改性的催化剂具有较高的选择性. w(Pt)<0.5%时,催化剂的活性随着Pt含量的增加呈直线升高,当w(Pt)=0.5%时,催化剂活性可提高近5倍,但催化剂的选择性变化很小. XRD结果表明,催化剂经还原后,γ-Al2O3上的钴主要为α-Co0. TPR结果表明,Pt的.加入提高了Co3O4的还原性能,且Pt含量越高,Co3O4的还原温度越低. XPS结果表明,Pt改性的催化剂样品,其Co3O4大部分被还原为Co0. 由于Pt与Co具有协同效应,故Pt改性的Co/γ-Al2O3催化剂既具有较高的活性,又具有很高的选择性.
作 者：刘百军 熊国兴 潘秀莲 盛世善 杨维慎 作者单位：刘百军(石油大学,北京,中国石油天然气集团公司催化重点实验室,北京,102249)
熊国兴,潘秀莲,盛世善,杨维慎(中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连,116023)
中国一重签10台加氢反应器合同 第3篇
日前, 由中国一重为中国石油广西石化公司400万吨/年渣油加氢脱硫项目制造10台加氢反应器战略采购合同签约仪式, 在北京举行。
中国一重此前与中国石油广西石化公司曾有过良好的合作, 为后者制造了世界最大的石油加工用1600吨锻焊结构和400吨板焊结构的加氢反应器。此次签约的项目, 是中国一重与中国石油签订战略合作协议以后的第一个大项目, 对中国一重与中国石油展开合作具有重要的示范作用。这10台反应器具有较高的科技含量, 产品总重近9000吨, 首次在国内采用新容标轻量化设计方案, 对完善国家重装设备相关法规, 节能减排等方面具有深远的社会意义。
温度对加氢反应器配管设计的影响 第4篇
加氢反应器是加氢装置中非常重要的核心设备, 操作条件比较苛刻, 具有高温、高压、临氢等特点。与反应器关联的管道多采用不锈钢, 合金钢管线, 因此反应器配管的合理性关系到整个加氢装置的安全生产及节约工程投资。而温度是影响加氢反应器配管的主要因素, 本文通过某加氢装置加氢反应器的配管过程总结了在温度影响下的配管设计要点。
1 温度对反应器构架平台设置的影响
1.1 反应器构架中间平台的设置
反应器构架中间各层平台的设置应根据反应器冷油注入口、热点偶口、催化剂中间卸料口及压力表口等管嘴及其连接管道的操作和检修的要求进行确定, 但在确定平台标高时应充分考虑到因反应器的热膨胀而引起设备管嘴上移的现象, 防止各管嘴与构架平台梁相碰。
以反应器上的热电偶口为例, 通常反应器外壁热电偶口较多, 且热电偶口垂直间距通常为1100mm左右, 而构架平台间距通常为4000mm左右, 因此通常容易造成热电偶口距离上层平台梁较近的情况, 在此情况下我们不但应满足反应器冷态安装情况下其设备本体上的热电偶口法兰不与平台梁相碰撞, 而且应该满足在最苛刻条件下反应器向上膨胀后, 其热电偶法兰上边缘与上层平台梁不碰撞, 且至少有50mm的间隙。
1.2 反应器构架顶平台的设置
反应器构架顶平台的设置根据以下几点确定:
(1) 反应器及其顶部入口管道在操作工况下会发生向上的位移, 因此通常需要在入口管底设置弹簧, 且通常为恒力弹簧, 因此入口管道管底与顶平台的间距应能满足弹簧的安装要求, 通常为800mm左右; (2) 反应器顶入口管道距离顶平台的高度应便于管线上的仪表和阀门的检修操作; (3) 反应器顶人孔法兰盖应露出顶平台, 顶人孔螺栓的安装与拆卸应比较方便, 通常顶平台的高度应设置在距反应器顶人孔法兰螺栓最下端100mm处; (4) 由于反应器内介质温度较高, 引起反应器向上的热位移也较大, 因此在考虑顶平台开洞时不但要考虑其安装工况下洞口的尺寸, 还要考虑到其最苛刻工况即温度最高的工况下反应器的向上热位移, 开洞的大小应能避免在最苛刻的操作条件下反应器与顶平台梁相碰。一般顶平台的开洞大小可按反应器热胀后平台高度处反应器外壁+保温厚度+50mm设计。计算方法如下:
计算反应器向上的热位移是可将反应器看做一端固定的直管, 由常温 (20℃) 受热后将沿着轴向膨胀, 其向上热位移可根据以下公式进行计算:
Δt——管系的热胀量, cm;
ΔT——管系的温升, ℃;
αt——线膨胀系数, 由20℃至t℃的每m温升1℃的平均膨胀量,
cm/m·℃, 见《工艺管道安装设计手册》第一册表17-1-12;
L——管系的长度, m;
et——单位线膨胀量, 由20℃至t℃的每m热膨胀量, cm/m。
2 温度对反应器的管道布置的影响
2.1 反应器进出口管道
(1) 反应器出入口管道通常口径较大, 温度较高, 管系应做详尽的应力分析, 使进出口管嘴受力合理, 过大将可能增加反应器壁厚, 过小将可能使管线增长, 弯头增多, 因此管道设计专业应与设备专业协商反应器进出口管嘴受力大小, 使其在合理的范围内; (2) 在管道设计布置时要充分考虑其热位移, 避免操作工况时管道和构架梁及斜撑相碰。 (3) 为避免管道的轴向位移受到限制, 导向支架不宜选用管卡的, 应选用框式导向支架, 且框式导向支架应避免管道因热位移过大而使管托脱离导向框。
2.2 冷氢管道
(1) 冷氢管道的介质操作温度不高, 自身的热胀量不大, 但反应器冷氢口的管嘴会随反应器的热胀而升高, 为保证冷油管嘴法兰安全无泄漏, 冷氢管道设计时应有足够的柔性并进行应力分析, 在操作工况下容易脱空的位置设置弹簧支架。
(2) 由于靠近冷氢注入口设备管嘴处温度比较高, 冷氢管道等级一般以止回阀为界, 氢气总管到止回阀前管道为碳钢, 从止回阀到冷氢管嘴见管道为不锈钢。为防止高温对止回阀前管道的影响, 从止回阀到冷氢管嘴间管道一般不小于2m, 为节约材料也不宜过长。
3 温度对应力分析的影响
不同工况的分析, 由于加氢反应器设备本身及其管道具有高温、高压的特点, 因此在正常工况下设备和管道会自身进行热膨胀, 若不进行一定的热补偿, 管道部分支撑可能会脱空, 造成设备管嘴受力超限或管道局部应力增大, 不利于管系及装置的安全运行, 因此我们要对温度高的管道进行详尽的应力分析。
4 结语
本文在构架平台设置, 管道布置及应力分析等方面阐述了温度对反应器配管设计中的影响, 熟练掌握这些内容能够避免出现设计错误, 加快设计进度, 并能够确保加氢装置的安全运行。
摘要：本文通过阐述温度对加氢装置中加氢反应器构架平台的设置, 管道布置的影响, 总结了加氢反应器在温度影响下的配管设计要点。
关键词：温度,加氢反应器,构架平台设置,管道布置,应力分析
参考文献
加氢反应器 第5篇
1 预加氢反应的反应过程
预加氢反应的反应过程主要包括了反应前的准备与正式投入反应两个部分, 其中反应前的准备主要是对预加氢反应装置的检查以及相应催化剂的填充, 而正式投入反应则主要是指将未经加氢精制过程的焦化汽油通过加氢精制设备, 进行相应的加氢精制处理。而通过对该石化分公司的预加氢反应过程的分析, 其主要的工艺参数包括如下:
1.1 预加氢反应装置的检查与催化剂装填
通常在进行加氢精制流程之前, 需要对预加氢反应装置进行细致的检查, 确保装置的每一部分都能够正常工作, 特别是对于装置中存在着密封不严的情况的话, 要进行及时的处理, 否则可能会在反应过程中出现焦化汽油的泄漏。在确保了反应装置的正常工作之后, 再向装置中填入催化剂, 本文所选用的催化剂为FH-5催化剂, 这种催化剂为直径2mm左右的球状固体, 堆积密度为1.1㎏/L, 耐压强度在4.5Pa以上。而将这种催化剂填充进入预加氢反应装置的时候, 还需要同时依次填入三种不同规格瓷球, 来达到过滤焦化汽油的目的。通过对该反应装置的填充情况调查得知, 直径为6mm的瓷球的填充量为0.6t, 填充高度为220mm, 直径为11mm的瓷球的填充量为0.3t, 填充高度为110mm, 直径为20mm的瓷球的填充量为0.3t, 填充高度为210mm。而催化剂的主要组成部分, FH-5催化剂的填充量则为8.8t, 填充高度为3090mm。
1.2 预加氢反应装置的正式工作
预加氢反应装置的正式工作也就是将焦化汽油通过该装置, 焦化汽油中的不饱和烃也就会进入加氢精制设备, 在高压环境下, 受到催化剂的作用与氢气发生反应, 从而消除焦化汽油中的不饱和烃, 去除掉氮、硫、氧以及重金属等元素, 使其变成可以使用的汽油。加入了预加氢反应装置之后焦化汽油的加氢精制设备在温度与压力以及氢气纯度上都能够控制在更加合适的范围, 本文中所调查的加氢精制设备在加入了预加氢反应装置后的炉膛内温度为340℃左右, 炉内压强为90k Pa左右, 而参与反应的氢气的纯度最高可达到99%, 能够满足较高质量的加氢精制要求。
2 预加氢反应对焦化汽油加氢精制的主要影响
下表中, ω表示相应组分的质量分数, 从表中可以看出来, 经过预加氢反应之后, 焦化汽油的加氢精制质量有了一定程度的提升, 并且加氢精制过程对于汽油中氮元素以及硫元素的去除效果非常明显, 可以很好地达到汽油的使用要求。并且、由于预加氢反应装置首先去除了一部分的不饱和烃, 因此在预加氢反应装置应用到焦化汽油加氢精制设备当中之后, 成品油中的不饱和烃含量有了显著的降低。另外, 从表中也可以看出, 焦化汽油的加氢精制的脱硫率非常高, 可以很好地减少硫污染。
3 结束语
通过对该石化分公司的预加氢反应装置使用前后的油质指标对比分析可以发现, 相比于传统的焦化汽油加氢精制工艺来说, 加入预加氢反应装置后能够有效提升焦化汽油的净化效率, 更彻底地去除有害物质, 使焦化汽油的成品油质量更高。而在未来的石化工程中, 随着石油储量的逐渐减少, 人们对石油的加工质量必定也会更高, 而预加氢反应装置也必将起到更加重要的作用。
之所以当今的石化加工工艺中焦化汽油加氢精制前经预加氢反应处理能够得到广泛的使用, 是因为该工艺流程能够对焦化汽油加氢精制的质量带来本质上的提高, 使焦化汽油能够高效地应用于众多领域之中。特别是在较好的预加氢反应装置的支持下, 焦化汽油的加氢精制质量能够达到非常高的水平, 使得到的成品汽油在质量上发生巨大的飞跃。比如说在该预加氢反应装置的适宜温度与压力以及氢气纯度的支持下, 所得到的成品油在质量上就会发生非常巨大的变化, 其具体的油质变化指标如下表1:
参考文献
[1]翟琦.焦化汽油加氢精制过程中存在的问题与对策[J].炼油技术与工程, 2009, 10:29-32
[2]肖云鹏, 孙爱国, 王晓璐.焦化汽油加氢装置增设预饱和反应器的工业应用[J].当代化工, 2011, 03:271-275+321
[3]叶剑云, 王北星, 张冰剑, 陈清林.加氢精制装置热联合优化[J].石油石化节能与减排, 2011, 01:10-13
在役热壁加氢反应器的现场检验 第6篇
关键词：加氢反应器,检验,裂纹
1 加氢反应器的特点
加氢反应器多为固定床反应器, 加氢反应属于气液固三相涓流床反应, 加氢反应器分冷壁反应器和热壁反应器两种:冷壁反应器内有隔热衬里, 反应器材质等级较低;热壁反应器没有隔热衬里, 而是采用双层堆焊衬里, 材质多为21/4C r1M o钢。加氢反应器内的催化剂需分层装填, 中间使用急冷氢, 因此加氢反应器的结构复杂, 反应器人口设有扩散器, 内有进料分配盘、集垢篮筐、催化剂支承盘、冷氢管、冷氢箱、再分配盘、出口集油器等内构件。加氢反应器的操作条件为高温、高压、临氢, 操作条件苛刻。所以在设计时应选用合理的结构形式, 改善应力分布, 提高抗裂能力, 以确保反应器的安全运行。下图1为反应器简单结构示意图。
2 检验重点
目前热壁加氢反应器可能存在的主要缺陷有:
产生于铸造、锻造过程中的缺陷, 如夹杂、折叠、白点、裂纹等, 属于母材制造缺陷。
焊接缺陷, 如气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹。
回火脆性开裂, 主要可能发生在热处理过程中。
使用及停工过程中易产生缺陷, 主要有铬钼钢的回火脆化开裂、不锈钢堆焊金属的表面裂纹、铬钼钢的氢脆和氢致裂纹扩展、不锈钢堆焊层剥离、硫化物应力腐蚀开裂开裂、T P321不锈钢焊接管的σ相脆化开裂、铸造不锈钢的脆化开裂、梯形槽法兰槽底圆角处裂纹开裂。
针对其可能存在的潜在缺陷, 确定检验重点部位如下:反应器支撑凸台处、法兰密封槽部位、金相检测发现铁素体超标位置、接管周围的手工焊部位 (堆焊层表面裂纹) 、主体对接环焊缝、热电偶接管焊缝、冷氢接管焊缝、卸剂接管焊缝等。
3 检测对象
对某炼油厂的一台加氢反应器进行了开罐检验, 其基本参数如表1所示。
4 检验内容
4.1 主焊缝的检测
热壁加氢反应器在长期的运行过程中, 由于处于高温、临氢环境中, 筒体母材和焊缝材料易发生回火脆性, 造成韧性降低, 氢的存在易导致氢致开裂, 对加氢反应器的运行造成威胁。因此对主焊缝的检测尤为重要。首先, 检测主焊缝外表面及热影响区是否存在表面裂纹, 采用100%的磁粉检测, 检测过程使用便携式磁粉探伤机并使用黑色磁粉。其次是用超声检测其内部缺陷, 对A、B类焊缝用一种直探头、二种斜探头进行检测, 直探头在磨平的焊缝外表面 (包括热影响区) , 斜探头单面双测, 探头沿垂直焊缝以及与焊缝成45°、135°两个方向扫查。经检测, 共发现10处记录缺陷, 且均在合格范围之内。
4.2 不锈钢堆焊层的检验
对不锈钢堆焊层表面裂纹的检查, 主要采用目视和渗透检测。首先对堆焊层表面进行打磨, 清除污垢及表面铁碳化合物。为了防止不锈钢堆焊层发生卤素应力腐蚀开裂, 本次渗透检测采用核级渗透剂, 检测结束后进行清洁处理。检测中发现在第一层凸台上第四道焊带表面离冷氢管中心向右 (内视) 560mm处有一条长3mm的横向裂纹, 对该裂纹进行打磨, 直至裂纹完全消除, 并再次使用渗透检测确认无裂纹存在, 经测量打磨处深度小于1mm, 其他部位未发现裂纹类缺陷。
不锈钢堆焊层的层下裂纹及剥离采用超声进行检测, 内壁使用2.5P10 (双晶探头) 、外壁使用2.5P14纵波直探头, 探测基准灵敏度在T1和T2型试块上调校完成, 经检测, 在靠近下封头附近发现面积大约为4c m2的堆焊层剥离面积。
4.3 硬度、厚度和金相检查
过高的硬度将会降低焊缝及母材的韧性, 因此本次开罐检验选择在加氢反应器本体主焊缝、冷氢管、热电偶套管等处进行布氏硬度抽查, 实测硬度为HB160~HB195, 符合H B应小于220的要求;测厚抽查未发现异常减薄部位, 在不锈钢堆焊层渗透检测发现的表面裂纹处进行现场复膜金相检查, 如图2示, 其显微组织主要为奥氏体及δ铁素体, 呈树枝状分布, 因此抽查部位金相检验未检异常。
5 结语
该加氢精制反应器原始资料齐全, 表面探伤共发现裂纹10处, 裂纹长3~10mm, 均已打磨消除, 并能满足强度要求, 因此, 可继续安全使用至下一检验周期。超声检测发现4c m2的剥离, 由于其面积较小, 一般不会对下一周期内的安全运行产生重大影响, 但应在下次检验周期内重点监控其扩展状况。热壁加氢反应器是炼油化工的一项关键设备, 其制造、使用和检验都有一定的难度, 应严格执行操作规程, 在发生意外情况下, 必须谨慎处理。开罐检验中, 由于在停工程序中易发生连多硫酸应力腐蚀, 应采用合理的停工程序, 同时可以不断探索和研究新的加氢反应器在线检验技术, 如声发射检测技术等。
参考文献
[1]陈晓玲等, 加氢反应器的发展现状。化工装备技术, 2009;30 (4) [1]陈晓玲等, 加氢反应器的发展现状。化工装备技术, 2009;30 (4)
[2]张克会, 在役热壁加氢反应器堆焊层的超声检验。压力容器, 1992; (4) [2]张克会, 在役热壁加氢反应器堆焊层的超声检验。压力容器, 1992; (4)
[3]李陵钢。加氢反应器的裂纹分析及处理。压力容器。1998; (2) [3]李陵钢。加氢反应器的裂纹分析及处理。压力容器。1998; (2)
加氢反应器 第7篇
公司重整装置K201预加氢第一反应器, 在连续运行两年半后, 设备顶部进料法兰出现泄漏, 且泄漏量逐渐增大。K201预加氢第一反应器 (三类容器) 规格, 内径1200mm, 壁厚17mm, 高10360mm, 容积10.25m3。反应器操作压力2.45MPa, 工作压力2.23MPa, 设计温度385℃, 工作温度370℃, 工作介质是加氢油 (成分主要是C6～C9) , 腐蚀裕度2mm/a。主要构件材料见表1。
二、进料法兰泄漏情况
1. 法兰泄漏情况
泄漏处为设备顶部进料法兰, 材料0Cr13, 标准SH/T 3406-1996, 带颈对焊法兰PN5.0 DN400, 密封形式为椭圆形金属环垫密封, 金属环垫的材料0Cr13, 标准为SH3403-96, 紧固螺栓采用M33260mm规格, 材料35CrMoA/35CrMo的螺栓。
图1是反应器进料法兰照片。由于椭圆形金属环垫与环连接面的接触不连续, 在局部区域形成断点, 造成金属环垫与环连接面之间的密封存在间隙, 形成泄漏通道。经测量, 最长不连续密封弦长约17mm, 该处经物料冲刷形成的径向沟槽最深达0.8mm。
2. 泄漏原因分析
对垫片密封来说, 其泄漏状况与被密封介质的物性、工况条件、法兰密封面的粗糙程度、压紧力及垫片的基本条件、尺寸、加载卸载历程等诸多因素有关。由于上次检修后, 更换的金属环形垫片运行了两年半时间未出现泄漏, 被密封的工艺介质也没有发生变化, 因此可以只考虑工况条件的影响。
(1) 经统计, 反应器上次检验后到发生泄漏的时间段内, 开停车次数20次左右, 在2.45MPa的压力以及370℃的操作条件下, 垫片发生疲劳失效, 泄漏现象发生。
(2) 长期的高温, 造成螺栓及垫片蠕变, 垫片比压下降;螺栓被拉伸, 法兰变形, 此时残余比压若小于某一值 (工作密封比压) 就会发生泄漏。
(3) 泄漏一旦发生后, 高压物料从泄漏点溢出, 泄漏处的密封面发生冲蚀, 导致径向凹坑出现。
三、防泄漏的对策及法兰的修复和装配
(1) 加强工艺操作的平稳性, 尽量减少非计划停车, 避免反应器温度发生急剧变化, 减缓反应器的温度变化梯度。
(2) 由于法兰上的环接触面出现不均匀冲蚀, 需要修复。因为反应器的容器类别是三类在役压力容器, 修理前应遵循国家质量技术监督局颁布的《压力容器安全技术监察规程》。法兰是主要的受压元件, 所以在办理了相关手续且符合《容规》的要求后, 开始修复工作。
法兰盖的修复比较简单, 将法兰盖卡在车床上, 找正后用车刀修复。设备接管法兰与设备本体相连, 不具备用车床修复的条件, 只能在装置现场使用专用工具修复, 图2是修理现场照片。专用工具由支承盘、中轴和刀架3部分组成。将支撑盘固定在法兰接管上, 在支撑盘上对称分布八个顶丝, 用来找正调整刀架;将中轴和刀架安装到支承盘上并找正后, 将车刀安装在刀架上, 通过人力推动刀架在接管法兰上做圆周运动切削环接面, 用23°角度模板校正, 最后再用研磨的方法, 使切面的表面粗糙度达到:槽斜面Ra1.6, 槽底面Ra 6.3。
(3) 法兰装配要点。在装配温度 (环境温度) 下的垫片蠕变, 可通过使用改进的螺栓拧紧补偿方法操作。应该包括首次拧紧后某个时候再次拧紧, 最好在几个小时之后、几天之后最理想。在装置现场采用力矩扳手按照一定顺序及力矩值拧紧螺栓, 随后在升温稳定后8h、24h、72h分别再次拧紧螺栓, 以此来补偿垫片及螺栓在高温下产生的蠕变。
四、修复后运行效果
法兰修复后, 更换新的椭圆形金属环垫, 经现场研磨, 确认环垫与环接面均匀接触, 所形成的密封线连续无断点, 做PT检查合格后安装。经试压、气密试验合格后交付生产, 经过一个大修周期 (3年) 的使用未发生泄漏, 周期检修时拆卸法兰检查密封面, 工作状态良好。
摘要：加氢反应器重整装置主法兰泄漏, 给出法兰密封失效机理, 现场使用专用工具修复法兰。
加氢反应器 第8篇
1 柴油加氢精制反应器主要设计参数
设计/工作压力:8.4/7.0 MPa;
设计/工作温度:415/345 ℃;
容积:79 m3;
介质:汽柴油、H2、H2S、NH3;
筒体材质: 12Cr2MoR;
筒体内径:Φ2 400 mm;
筒体壁厚:76 mm;
堆焊层材质:TP309L+TP347;
堆焊层总厚度:≮6.5 mm(其中TP347厚度≮3 mm)。
2 缺陷形貌及位置
该反应器使用3年后,在检验过程中发现在第一床层的TP347堆焊层上,出现了6～7个直径约Φ2～3 mm小孔缺陷(堆焊带宽度为60 mm),这些小孔聚集在约12 mm×13 mm的范围内,呈“梅花状”集中排列,该缺陷处于相邻堆焊带的熔合线的一侧(见图1)。经初步测量,其中最深的小孔深度为4 mm。缺陷周围其它部位未发现异常。
3 缺陷原因分析
该缺陷属典型的不锈钢氯离子点腐蚀。产生点腐蚀的主要原因是:原料油中含有微量的有机氯化物,经过加氢反应生成氯化氢,也有可能上游装置存在氯离子污染,其馏分油介质中含有了氯离子,总之,氯离子的存在是产生点腐蚀的激发剂;其次,在反应器的制造过程中,堆焊层存在某些焊接方面的缺陷,如夹杂物、贫铬区、晶界、位错、擦伤等,导致该部位堆焊层外表的钝化膜质量存在问题,不够均匀致密,容易出现氯离子穿透破坏,进一步造成局部的氯离子点腐蚀。这种氯离子腐蚀现象一经出现,随着装置运行时间的延长,氯离子会进一步浓缩,腐蚀加剧。随后,硫化氢与氢的腐蚀联合腐蚀也将愈加明显。
4 缺陷处理方案制订及验收依据
处理方案:
(1) 腐蚀深度≥6.0 mm,焊前消氢+焊接+焊后热处理;
(2) 腐蚀深度<6.0 mm,焊前消氢+焊接。
验收依据:
(1)《压力容器安全技术监察规程》(1999);
(2)《钢制压力容器》(GB150—1998);
(3)设计院关于加氢反应器的设计技术条件。
5 缺陷部位清除确认腐蚀深度
缺陷清除前,在工具的选择上优先使用电铣,尽量不用电动磨具,既要保证修整后表面整洁无划痕,又要避免清除过程中出现局部超温,导致堆焊层发生氢脆。清除时,首先使用电铣将点腐蚀缺陷逐步清除,清至根部后,再铣削加工成焊接要求的坡口角度,达到与周围金属圆滑过渡。最后通过PT检测,确认缺陷清除干净。清根后测量深度6.0 mm,清除后的缺陷实际尺寸为35 mm×16 mm×≤6 mm。
6 焊接前消氢处理(350～400 ℃×16 h)
反应器局部脱氢工艺要求(见图4)。消氢加热区范围、加热及保温方式、热电偶布置(见图5)。局部脱氢采用履带式加热带,沿缺陷上下两侧、在筒体外壁各750 mm范围内整圈加热;筒体外壁周圈均布热电偶12支,并采用硅酸铝耐火纤维毡内外保温,热电偶与外壁可靠接触保证测量的准确性;过渡区保温为加热区外两侧各700 mm宽度,同样用硅酸铝耐火纤维内外保温。
7 缺陷补焊处理
当消氢后壁温温度降至150 ℃时,对缺陷部位进行补焊。在反应器制造过程当中,对2.25Cr-1Mo钢来说,正火最高温度不得超过968 ℃,最低回火温度不得低于675 ℃。对焊接接头来说,预热温度为150～200 ℃[1]。
(1)清理待堆焊表面;
(2)选用焊条型号:H347L/Φ4 mm;
(3)具体焊接工艺参数:电流110～130 A,电压22～24 V,层间温度≤100 ℃;
(4)PT、UT检测:合格。
注意事项:焊接时严格控制线能量,严禁焊条摆动。
8 最终热处理PWHT(690 ℃×(6～8) h)
反应器堆焊层焊后热处理(PWHT)温度一般为690 ℃,保温时间最少为8 h。因为缺陷最大深度达到6 mm,焊后采取厂家690 ℃×(6～8) h的最终热处理方案。最终热处理注意事项:严格按照温度控制曲线进行控制(见图6),杜绝出现超温和升降温过快现象。加热区域范围、方式及热电偶布置(见图7)。
9 最终检测
(1) PT检测:
合格;
(2) UT检测:
合格;
(3) 硬度(HB)检测:
铬钼钢母材、焊缝的硬度值均≤HB220合格;
(4) 热处理后堆焊层铁素体含量检测:
检测数据见表1(要求范围3%～10%),合格
检测方法:MP30E-S;
检测部位:试件复合层,材质:H347L HT4847;
试件数量:10块(保留一年备查)。
续表
加氢反应器要求堆焊层为奥氏体加铁素体双相组织,焊后状态铁素体含量要控制在3%～10%范围内。从抗腐蚀角度看,双相组织比单相奥氏体组织要好。从防止焊接产生热裂纹也是以双相组织的抗裂性为好,但当铁素体含量大与10%以后,双相不锈钢堆焊层在长期高温使用条件下和在设备制造过程中由于焊后热处理,将会发生δ铁素体的形态转变,由δ铁素体转变为σ铁素体脆化相,这将使堆焊层发生明显脆化,另外还将产生母材中碳向不锈钢堆焊迁移现象,形成的Mo23C6碳化物也将引起堆焊层的脆化。目前,有关加氢反应器堆焊层铁素体含量的检测尚未形成统一认识,法国制造厂商认为:首先,在反应器堆焊后热处理前测定铁素体含量,全部合格后才进行PWHT(焊后热处理)处理,热处理后不再进行测定。但从倾斜试板堆焊试验结果证明在特定情况下,PWHT后确实有马氏体生成,因此,国内制造厂家都进行热处理后的堆焊层铁素体含量的检测。
普遍认为,稀释率是导致PWHT后产生马氏体的主要原因。按赛弗勒图分析,当稀释率小于20%,堆焊层组织为奥氏体加铁素体,堆焊后的δ铁素体含量为5%～10%,在PWHT后不发生组织形态变化,这时铁素体含量没有大的变化;当稀释率在20%～30%时,堆焊层组织为奥氏体加马氏体加铁素体,焊后状态即有马氏体产生,部分δ铁素体转变为σ相;当稀释率在20%左右时,堆焊层组织处于奥氏体加铁素体、奥氏体加马氏体加铁素体两区的交界处,认为是非稳定状态,一部分奥氏体在PWHT处理后转变成了马氏体,这就是一个特定条件,造成焊后合格而PWHT后铁素体含量升高的原因。
10 结 论
加氢精制反应器氯离子腐蚀的防范措施:避免发生尽可能控制物料中的氯离子含量,并在工艺允许条件下,适当降低循环氢中的硫化氢含量,原料中加注合适的缓蚀剂(如CN-、NO-3、SO
摘要：热壁式加氢反应器在使用过程中,堆焊层出现氯离子点腐蚀,点腐蚀产生的主要原因是原料中氯离子超标以及存在堆焊层制造缺陷等。堆焊层腐蚀缺陷的处理方面有较高的技术要求,尤其是在现场处理方面更需要注重实际操作经验,本文详细介绍了缺陷部位清理、焊前消氢、补焊、焊后热处理等整个处理过程,以及相关的理论依据和预防措施。
关键词：加氢反应器,堆焊层腐蚀,氢损伤,缺陷处理
参考文献
