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1、加氫反應(yīng)器 及催化裂化 反應(yīng)器介紹 加氫反應(yīng)器是各類加氫工藝的關(guān)鍵設(shè)備 加氫過程分類： 1.加氫處理（進(jìn)料分子基本無變化，使烯烴飽和及脫硫） 2.加氫精制（約 10%原料分子降低分子量） 3.加氫裂化（有 10%原料分子轉(zhuǎn)化為小分子） 加氫反應(yīng)器分類（按照工藝流程及結(jié)構(gòu)分類） 1. 固定床反應(yīng)器 2. 移動(dòng)床反應(yīng)器 3. 流化床反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器使用最為廣泛（氣液并流下流式） 一 .加氫反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器： 床層內(nèi)固體催化劑處于靜 止?fàn)顟B(tài)。 特點(diǎn)：催化劑不宜磨損， 催化劑在不失活情況下可 長(zhǎng)期使用。 主要適于加工固體雜質(zhì)、 油溶性金屬含量少的油品 移動(dòng)床反應(yīng)器： 生產(chǎn)過程中催化劑連 續(xù)或間
2、斷移動(dòng)加入或 卸出反應(yīng)器。 主要適于加工有較高 金屬有機(jī)化合物及瀝 青質(zhì)的渣油原料，可 避免床層堵塞及催化 劑失活問題。 流化床反應(yīng)器： 原料油及氫氣自反應(yīng) 器下部進(jìn)入通過催化 劑床層，使催化劑流 化并被流體托起。 主要也適于加工有較 高金屬有機(jī)化合物、 瀝青質(zhì)及固體雜質(zhì)的 渣油原料。 按反應(yīng)器使用狀態(tài)分類： 使用狀態(tài)下高溫介質(zhì)是否與器壁接觸，分為冷壁結(jié)構(gòu) 及熱壁結(jié)構(gòu)。 冷壁反應(yīng)器 熱壁反應(yīng)器 冷熱壁結(jié)構(gòu)反應(yīng)器特征及應(yīng)用 按反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)分類： 分為單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)包括鋼板卷焊及 鍛焊結(jié)構(gòu)；多層結(jié)構(gòu)一般有繞帶式及熱套式。 煅焊 結(jié)構(gòu) 反應(yīng) 器制 造過 程 加氫過程由于存在有氣、液、
3、 固三相的放熱反應(yīng)，欲使反應(yīng)進(jìn)料 （氣、液兩相）與催化劑（固相） 充分、均勻、有效地接觸，加氫反 應(yīng)器設(shè)計(jì)有多個(gè)催化劑床層，在每 個(gè)床層的頂部都設(shè)置有分配盤，并 在兩個(gè)床層之間設(shè)有溫控結(jié)構(gòu)（冷 氫箱），以確保加氫裝置的安全平 穩(wěn)生產(chǎn)和延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有入口擴(kuò)散器、 積垢籃、卸料管、催化劑支撐盤、 出口捕集器、氣液反應(yīng)物流分配盤、 冷氫箱、熱電偶保護(hù)管和出口收集 器等反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件。 1. 入口擴(kuò)散器 來自反應(yīng)器入口的介質(zhì)首先經(jīng)過入口擴(kuò)散 器，在上部錐形體整流后，經(jīng)上下兩擋板的 兩層孔的節(jié)流、碰撞后被擴(kuò)散到整個(gè)反應(yīng)器 截面上。 其主要作用為：一是將進(jìn)入的介質(zhì)擴(kuò)散到反 應(yīng)器的整個(gè)
4、截面上；二是消除氣、液介質(zhì)對(duì) 頂分配盤的垂直沖擊，為分配盤的穩(wěn)定工作 創(chuàng)造條件；三是通過擾動(dòng)，促使氣液兩相混 合 2. 分配盤 目前，國(guó)內(nèi)加氫反應(yīng)器所使用的反應(yīng)物流分配器，按其作用原理大致可分為溢流 式和抽吸噴射式兩類；反應(yīng)物流分配盤應(yīng)不漏液，安裝后須進(jìn)行測(cè)漏試驗(yàn)，即在 分配盤上充水至 100mm高，在 5分鐘內(nèi)其液位下降高度，以不大于 5mm為合格；分配 盤安裝的水平度要求，對(duì)于噴射式的分配器，包括制造公差和在載荷作用下的繞 度在內(nèi)，其分配盤的水平度應(yīng)控制為 5mm 6mm；對(duì)于溢流式的分配器，其分配 盤安裝的水平度要求更嚴(yán)格一些。 在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應(yīng)介質(zhì)，改善其流動(dòng)
5、狀況，實(shí) 現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進(jìn)而達(dá)到徑向和軸向的均勻分布。 反應(yīng)器頂部分配盤 3. 積垢籃 由不同規(guī)格的不銹鋼金屬網(wǎng)和骨架構(gòu)成的籃框，置于反應(yīng)器上部催化劑床層的頂 部，可為反應(yīng)物流提供更大的流通面積，在上部催化劑床層的頂部撲集更多的機(jī) 械雜質(zhì)的沉積物，而又不致引起反應(yīng)器壓力降過快地增長(zhǎng)；積垢籃框在反應(yīng)器內(nèi) 截面上呈等邊三角形均勻排列，其內(nèi)是空的（不裝填催化劑或瓷球），安裝好后 要須用不銹鋼鏈將其穿連在一起，并牢固地拴在其上部分配盤地支撐梁上，不銹 鋼金屬鏈條要有足夠地長(zhǎng)度裕量（按床層高度下沉 5考慮），以便能適應(yīng)催化劑 床層的下沉。 4. 催化劑支撐盤 催化劑支撐盤由 T形大梁、格柵和絲網(wǎng)
6、組成。大梁的兩邊搭在反應(yīng)器 器壁的凸臺(tái)上，而格柵則放在大梁和凸臺(tái)上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲 網(wǎng)，和一層細(xì)不銹鋼絲網(wǎng)，上面就可以裝填磁球和催化劑了。 催化劑支撐大梁和格柵要有足夠的高溫強(qiáng)度和剛度。即在 420 高溫 下彎曲變形也很小，且具有一定的抗腐蝕性能。因此，大梁、格柵和絲網(wǎng) 的材質(zhì)均為不銹鋼。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮催化劑支撐盤上催化劑和磁球的重 量、催化劑支撐盤本身的重量、床層壓力降和操作液重等載荷，經(jīng)過計(jì)算 得出支撐大梁和格柵的結(jié)構(gòu)尺寸。 4. 催化劑卸料管 固定床反應(yīng)器每一催化劑床層下部均安裝有若干根卸料管，跨過催化劑支撐盤、 物料分配盤及冷氫箱，通向下一床層，作為在反應(yīng)器停工卸除催化劑的卸
7、劑通 道。 5. 冷氫管 烴類加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，對(duì)多床層的加氫反應(yīng)器來說， 油氣和氫氣在上一床層反應(yīng)后溫度將升高，為了下一床層繼續(xù) 有效反應(yīng)的需要，必須在兩床層間引入冷氫氣來控制溫度。將 冷氫氣引入反應(yīng)器內(nèi)部并加以散布的管子被稱為冷氫管。 冷氫加入系統(tǒng)的作用和要求是： 均勻、穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量； 必須使冷氫與熱反應(yīng)物充分混合，在進(jìn)入下一床層時(shí)有一 均勻的溫度和物料分布。 冷氫管按形式分直插式、樹枝狀形式和環(huán)形結(jié)構(gòu)。 對(duì)于直徑較小的反應(yīng)器，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝的直插式 結(jié)構(gòu)即可。 對(duì)于直徑較大的反應(yīng)器，直插式冷氫管打入的冷氫與上層 反應(yīng)后的油氣混合效果就不好，直接影響了冷氫箱的再混合效
8、果。這時(shí)就應(yīng)采用樹枝狀或環(huán)形結(jié)構(gòu)。 6. 冷氫箱 冷氫箱實(shí)為混合箱和預(yù)分配盤的組合體。它是加氫反應(yīng)器內(nèi)的熱 反應(yīng)物與冷氫氣進(jìn)行混合及熱量交換的場(chǎng)所。其作用是將上層流下來 的反應(yīng)產(chǎn)物與冷氫管注入的冷氫在箱內(nèi)進(jìn)行充分混合，以吸收反應(yīng) 熱，降低反應(yīng)物溫度，滿足下一催化劑床層的反應(yīng)要求，避免反應(yīng)器 超溫。 冷氫箱的第一層為擋板盤，擋板上開有節(jié)流孔。由冷氫管出來的 冷氫與上一床層反應(yīng)后的油氣在擋板盤上先預(yù)混合，然后由節(jié)流孔進(jìn) 入冷氫箱。進(jìn)入冷氫箱的冷氫氣和上層下來的熱油氣經(jīng)過反復(fù)折流混 合，就流向冷氫箱的第二層 篩板盤，篩板盤，在篩板盤上再次折 流強(qiáng)化混合效果，然后在作分配。篩板盤下有時(shí)還有一層泡帽分配
9、盤 對(duì)預(yù)分配后的油氣再作最終的分配。 冷氫管 催化劑卸料管 冷氫箱上擋板盤 冷氫箱下?lián)醢灞P 冷氫箱篩板盤 7. 出口收集器 出口收集器是個(gè)帽狀部件，頂部有圓孔，側(cè)壁有長(zhǎng)孔，覆蓋不銹 鋼網(wǎng)。其作用主要是阻止反應(yīng)器底部的瓷球從出口漏出，并導(dǎo)出流體。 反應(yīng)器底部的出口收集器，用于支撐下部的催化劑床層，減小床 層的壓降和改善反應(yīng)物料的分配。出口收集器與下端封頭接觸的下沿 開有數(shù)個(gè)缺口，供停工時(shí)排液用。 8. 熱電偶 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分布狀況 而對(duì)操作溫度進(jìn)行監(jiān)控。 加氫反應(yīng)器常見損傷與對(duì)策 1.高溫氫腐蝕 高溫氫腐蝕是在高溫高壓條件下擴(kuò)散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳 化物發(fā)
10、生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣泡 (它包含甲烷的成核過程和成長(zhǎng) )， 即 FeC+2H2一 CH4+3Fe，并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，引起鋼 的強(qiáng)度、延性和韌性下降與劣化，同時(shí)發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化 現(xiàn)象是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆 化現(xiàn)象。 高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳；二是內(nèi)部脫碳。 表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，在這點(diǎn)上與鋼材暴露在空氣、氧氣或二氧 化碳等一些氣體中所產(chǎn)生的脫碳相似，表面脫碳的影響 般很輕，其 鋼材的強(qiáng)度和硬度局部有所下降而延性提高。 內(nèi)部脫碳是由于氫擴(kuò)散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)生成了甲烷，而甲烷 又不能擴(kuò)散出鋼外，就聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成
11、了很高的 局部應(yīng)力，使鋼產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓包，其力學(xué)性能發(fā)生顯著的劣 化。 影響高溫氫腐蝕的主要因素 1)溫度、壓力和暴露時(shí)間的影響 溫度和壓力對(duì)氫腐蝕的影響很大，溫度越高或者壓力越大發(fā)生高 溫腐蝕的起始時(shí)間就越早。 2)合金元素和雜質(zhì)元素的影響 在鋼中凡是添加能形成很穩(wěn)定碳化物的元素 (如鉻、鉬、釩、鈦、 鎢等 )，就可使碳的活性降低，從而提高鋼材抗高溫氫腐蝕的能力。 在合金元素對(duì)抗氫腐蝕性能的影響中，元素的復(fù)合添加和各自添 加的效果不同。例如鉻、鉬的復(fù)合添加比兩個(gè)兒素單獨(dú)添加時(shí)可使抗 氫腐蝕性能進(jìn)一步提高。在加氫高壓設(shè)備中廣泛地使用著鉻 -鉬鋼系， 其原因之一也在于此。 3)熱處理的影響
12、鋼的抗氫腐蝕性能，與鋼的顯微組織也有密切關(guān)系。對(duì)于淬火狀 態(tài)，只需經(jīng)很短時(shí)間加熱就出現(xiàn)了氫腐蝕。但是一施行回火，且回火 溫度越高，由于可形成穩(wěn)定的碳化物，抗氫腐蝕性能就得到改善。另 外，對(duì)于在氫環(huán)境下使用的鉻 -鉬鋼設(shè)備，施行了焊后熱處理同樣具有 可提高抗氫腐蝕能力的效果。 4)應(yīng)力的影響 在高溫氫腐蝕中，應(yīng)力的存在肯定會(huì)產(chǎn)生不利的影響。在高溫氫 氣中蠕變強(qiáng)度會(huì)下降。特別是由于二次應(yīng)力 (如熱應(yīng)力或由冷作加工所 引起的應(yīng)力 )的存在會(huì)加速高溫氫腐蝕。 高溫氫腐蝕的防止措施 高溫高壓氫環(huán)境下高溫氫腐蝕的防止措施主要是選用耐高溫氫腐 蝕的材料，工程設(shè)計(jì)上都是按照原稱為 “ 納爾遜 (Nelson)
13、曲線 ” 來選 擇的。 盡量減少鋼材中對(duì)高溫氫腐蝕不利影響的雜質(zhì)元素（ Sn、 Sb）。 制造及在役中返修補(bǔ)焊后必須進(jìn)行焊后熱處理。 操作中嚴(yán)防設(shè)備超溫。 控制外加應(yīng)力水平 。 2.氫脆 所謂氫脆，就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，其延伸率和斷面收縮率顯著下降。這是由于侵人鋼中的原 子氫，使結(jié)晶的原子結(jié)合力變?nèi)?，或者作為分子狀在晶界或夾雜物周 邊上析出的結(jié)果。但是，在一定條件下，若能使氫較徹底地釋放出來， 鋼材的力學(xué)性能仍可得到恢復(fù)。這一特性與前面介紹的氫腐蝕截然不 同，所以氫脆是可逆的，也稱作一次脆化現(xiàn)象。 氫脆的敏感性一般是隨鋼材的強(qiáng)度的提高而增加，鋼的顯微組織 對(duì)
14、氫脆也有影響。鋼材氫脆化的程度還與鋼中的氫含量密切相關(guān)。強(qiáng) 度越高，只要吸收少量的氫，就可引起很嚴(yán)重的脆化。 對(duì)于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的設(shè)備，在操作狀態(tài)下，器壁中會(huì) 吸收一定量的氫。在停工的過程中，由于冷卻速度太快，鋼中的氫來 不及擴(kuò)散出來，造成過飽和氫殘留在器壁內(nèi)，就可能在溫度低于 150 時(shí)引起亞臨界裂紋擴(kuò)展，對(duì)設(shè)備的安全使用帶來威脅。 在高溫高壓臨氫設(shè)備中，特別是內(nèi)表面堆焊有奧氏體不銹鋼堆焊 層的加氧反應(yīng)器曾發(fā)生過一些氫脆損傷的實(shí)例。其部位多發(fā)生在反應(yīng) 器支持圈角焊縫上以及堆焊奧氏體小銹鋼的梯形槽法蘭密封面的槽底 拐角處。 防止氫脆的若干對(duì)策 要防止氫脆損傷發(fā)生，主要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上、制
15、造過程中和生 產(chǎn)操作方面采取如下措施： (1)盡量減少應(yīng)變幅度，這對(duì)于改善使用壽命很有幫助。 (2)盡量保持 TP347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。為此，一是 要控制 TP347中 鐵素體含量，以避免含量過多時(shí)在焊后最終熱處理 過程轉(zhuǎn)變成較多的相而產(chǎn)生脆性；二是對(duì)于前述那些易發(fā)生氫脆的部 位，應(yīng)盡量省略 TP347堆焊金屬或焊接金屬的焊后最終熱處理，以提 高其延性。 (3)裝置停工時(shí)冷卻速度不應(yīng)過快，且停工過程中應(yīng)有使鋼中吸藏的 氫能盡量釋放出去的工藝過程，以減少器壁中的殘留氫含量。 (4)盡量避免非計(jì)劃緊急停工 (緊急放空 )。 3.高溫硫化氫的腐蝕 在加氫裝置中 ， 一般都會(huì)有硫化氫腐
16、蝕介質(zhì)存在 。 對(duì)于以碳鋼 或低鉻鋼制的設(shè)備 ， 在操作溫度高于 204 ， 其腐蝕速度將隨著溫 度的升高而增加 。 特別是當(dāng)硫化氫和氫共存的條件下 ， 它比硫化氫 單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的腐蝕還要更為劇烈和嚴(yán)重 。 氫在這種腐蝕過程中 起著催化劑的作用 ， 加速了腐蝕的進(jìn)展 。 對(duì)于在硫化氫和氫共存條件下的材料選擇 ， 一是參考相似條件 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來預(yù)計(jì)材料的腐蝕率后確定；二是在無經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)時(shí) ， 可根據(jù)柯珀 (Couper)曲線來估算材料的腐蝕率 。 該曲線是美國(guó)腐 蝕工程師學(xué)會(huì)的一個(gè)專門小組通過大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)電子計(jì) 算機(jī)反復(fù)回歸處理 、 關(guān)聯(lián)后整理出來的 。 據(jù)驗(yàn)證按此曲線估算出來 的
17、腐蝕率與工業(yè)裝置的經(jīng)驗(yàn)比較接近 。 對(duì)于不同鉻含量 (O -9 ) 的鉻鋼的腐蝕率 ， 先按給定的硫化氫濃度和溫度從圖上求出碳鋼的 腐蝕率 ， 然后再乘以相應(yīng)鉻含量的系數(shù) Fcr。 加以修正后的值即是 。 4.連多硫酸引起的應(yīng)力腐蝕開裂 應(yīng)力腐蝕開裂是某一金屬 (鋼材 )在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同 作用下所發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象 。 奧氏體不銹鋼對(duì)于硫化物應(yīng)力腐蝕開 裂是比較敏感的 。 連多硫酸 (H2Sx06， x=3-6)引起的應(yīng)力腐蝕開裂也 屬于硫化物應(yīng)力腐蝕開裂 ， 一般為晶間裂紋 。 這種開裂與在高溫運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)由于碳化鉻析出在晶界上 ， 使晶界附近的鉻濃度減少 ， 形成貧鉻區(qū) 有關(guān) 。
18、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(shí) 生成了硫化亞鐵 ， 而當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)或停工檢修時(shí) ， 它與出現(xiàn)的水分 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 。 即： 3FeS+502-Fe2O3FeO+3SO2 SO2+H20 -H2SO3 H2S03+1 202-H2S04 FeS十 H2SO3 mH2SxO6十 nFe FeS+H2S04一 -FeSO4+H2S H2SO3十 H2S-mH2Sx06十 nS FeS十 H2Sx06一 -FeSx06+H2S 防止對(duì)策 (1)設(shè)計(jì)上的措施 選用合適的材料是有效的措施之一。一般應(yīng)選用超 低碳型 (C 0 03 )或穩(wěn)定型的不銹鋼 (如
19、 SUS321， SUS347)，采用奧 氏體 +鐵素體雙相不銹鋼也有較好的使用效果。還可以選用鐵素體不銹 鋼，因它對(duì)連多硫酸的應(yīng)力腐蝕開裂不敏感，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免有 應(yīng)力集中。 (2)制造上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)力集中或盡可能小的結(jié)構(gòu) 。 國(guó)外對(duì)不銹鋼設(shè)備發(fā)生 應(yīng)力腐蝕開裂原因調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析 ， 發(fā)現(xiàn)大部分的損傷是由于焊接和加 工中造成的殘余應(yīng)力引起的 。 另外 ， 為不使碳化物在晶間上析出 ， 在 加工后應(yīng)進(jìn)行固溶化熱處理 (約 1100 ， 急冷 )。 實(shí)行穩(wěn)定化處理 (約 870 950 )也可減少裂紋的敏感性； (3)使用上的措施 主
20、要是緩和環(huán)境條件 。 在裝置停工時(shí) ， 采取措施 抑制連多硫酸生成或用中和溶液將形成的連多硫酸中和掉 。 根據(jù)不同 的停工方案 ， 用 1.5 -2 濃度的碳酸鈉溶液進(jìn)行中和清洗或用惰性氣 (如氮?dú)?)封閉 ， 以隔絕空氣進(jìn)入到設(shè)備中去或向系統(tǒng)中供給一定的熱 量 (加熱 )， 以防止水汽析出等都是有效的措施； 5.鉻 鉬鋼的回火脆性 鉻 -鉬鋼的回火脆性是將鋼材長(zhǎng)時(shí)間地保持在 325 575 (也有 人提出是在 371-593 或 354 565 或 400 600 等等 )或者從這溫 度范圍緩慢地冷卻時(shí) ， 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
21、元素向原奧氏 體晶界偏析 ， 使晶界凝集力下降所至 。 從破壞試樣所表明的特征來看 ， 在脆性斷口上呈現(xiàn)出晶間破壞的形態(tài) 。 回火脆性對(duì)于抗拉強(qiáng)度和延伸 率來說 ， 幾乎沒有影響 ， 主要是在進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)時(shí)可觀測(cè)到很大 的變化 。 材料一旦發(fā)生回火脆性 ， 就使其延脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫側(cè)遷 移 。 因此 ， 在低溫區(qū)若有較大的附加應(yīng)力存在 ， 就有發(fā)生脆性破壞的 可能 。 回火脆化現(xiàn)象具有可逆性，將已經(jīng)脆化了的鋼加熱到 600 以 上，然后急冷，鋼材就可以恢復(fù)到原來的韌性。 影響回火脆性的主要因素很多，如化學(xué)成分、制造時(shí)的熱處理 條件、加工時(shí)的熱狀態(tài)、強(qiáng)度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用
22、時(shí)所保持的溫度等等。 防止 Cr-Mo鋼設(shè)備回火脆性破壞若干措施 1）盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素 P、 Sb、 Sn、 As、 Si的含 量。 2）制造中選擇合適的熱處理工藝 較低的奧氏體化溫度對(duì)減小回火脆性敏感性有利，但奧氏體化溫 度太低將會(huì)使力學(xué)性能，特別是屈服強(qiáng)度下降太多。所以只能選擇一 個(gè)既能滿足設(shè)計(jì)對(duì)力學(xué)性能要求，又能滿足抗回火脆性需要的綜合性 能優(yōu)越的熱處理工藝。 3）采用熱態(tài)型的開停工方案 設(shè)備處于正常操作溫度下時(shí)，不會(huì)發(fā)生由回火脆性引起破壞，因 為這時(shí)的溫度比鋼材脆性轉(zhuǎn)變溫度高。但是，像 21/4Cr-lMo鋼制設(shè)備 經(jīng)長(zhǎng)期使用后，若有回火脆化，包括母材、焊縫金屬在內(nèi)，
23、其轉(zhuǎn)變溫 度都有一定程度提高。此情況下，在開停工過程中就有可能產(chǎn)生脆性 破壞。因此在開停工時(shí)必須采用較高的最低升壓溫度。這就是熱態(tài)型 開停工方法。即在開工時(shí)先升溫后升壓，停工時(shí)先降壓后降溫。 API推 薦 MPT（最低升壓溫度）為 93度。 4）采用合適的開停工升降溫速度，建議溫度小于 150度時(shí)，升溫速度 不超過 25度。 6. 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離 加氫裝置中 ， 用于高溫高壓反應(yīng)器 ， 為了抵抗 H2S的腐蝕 ， 在內(nèi) 表面都堆焊了幾毫米厚的不銹鋼堆焊層 (多為奧氏體不銹鋼 )。 在十多 年前曾在此類反應(yīng)器上發(fā)現(xiàn)了不銹鋼堆焊層剝離損傷現(xiàn)象 。 堆焊層剝 離現(xiàn)象有如下主要特征： (
24、1)堆焊層剝離現(xiàn)象也是氫致延遲開裂的一種形式 。 高溫高壓氫 環(huán)境下操作的反應(yīng)器 ， 氫會(huì)侵入擴(kuò)散到器壁中 。 由于制作反應(yīng)器本體 材料的 Cr-Mo鋼 (如 21/4Cr-lMo鋼 )和堆焊層用的奧氏體不銹鋼 (如 Tp309和 Tp347)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同 ， 因而氫的溶解度和擴(kuò)散速度都不一 樣 ， 使堆焊層界面上氫濃度形成不連續(xù)狀態(tài) ， 如圖所示 。 而且由于母 材的溶解度與溫度的依賴性更大 ， 當(dāng)反應(yīng)器從正常運(yùn)行狀態(tài)下停工冷 卻到常溫狀態(tài)時(shí) ， 在過渡區(qū)界面上的堆焊層側(cè)聚集大量的氫而引起脆 化 。 另外 ， 由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大 ， 在反應(yīng)器 制造時(shí)會(huì)形成相當(dāng)可觀的殘
25、余應(yīng)力 。 據(jù)測(cè)試結(jié)果 ， 堆焊層界面上的正 拉伸殘余應(yīng)力可達(dá) 137.3 - 205.9MPa。 還有 ， 由于過飽和溶解氫結(jié)合 成分子形成的氫氣壓力也會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力 。 上述這些原因就有可能使堆焊層界面發(fā)生剝離 ， 而且經(jīng)過超聲檢 測(cè)和聲發(fā)射試驗(yàn)的監(jiān)測(cè) ， 發(fā)現(xiàn)剝離并不是從操作狀態(tài)冷卻到常溫時(shí)就 馬上發(fā)生 ， 而是要經(jīng)過一段時(shí)間以后 (需要一定的孕育期 )才可觀察到 這種現(xiàn)象 。 (2)從宏觀上看 ， 剝離的路徑是沿著堆焊層和母材的界面擴(kuò)展的 ， 在不銹鋼堆焊層與母材之間呈剝離狀態(tài) ， 故稱剝離現(xiàn)象 。 (3)從微觀上看 ， 剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著熔合線上所形成 的碳化鉻析出區(qū)和沿
26、著長(zhǎng)大的奧氏體晶界擴(kuò)展的兩大類 。 影響堆焊層氫致剝離的主要因素 1)氫氣壓力和溫度的影響 在眾多影響堆焊層剝離的因素中 ， 操作溫度和氫氣壓力是最重要 的參數(shù) 。 氫氣壓力和操作溫度越高 ， 越容易發(fā)生剝離 。 2)從高溫高壓氫環(huán)境下冷卻速度的影響 在高溫高壓氫氣中暴露后，其冷卻速度越快，越容易產(chǎn)生剝離。 3）反復(fù)加熱冷卻的影響 當(dāng)堆焊層過渡區(qū)吸藏有氫的情況下 ， 反復(fù)加熱冷卻的次數(shù)越多 ， 越容易引起剝離和促進(jìn)剝離的進(jìn)展 。 因?yàn)槎押笇硬牧吓c母材之間的 線膨脹系數(shù)差別很大 ， 反復(fù)地加熱冷卻會(huì)引起熱應(yīng)變的累積 ， 已有實(shí) 驗(yàn)證明 ， 它可對(duì)剝離起到上述影響的效果 。 4)焊后熱處理的影響
27、焊后熱處理對(duì)剝離也是一個(gè)很重要的影響因素 。 焊后熱處理溫 度越高 ， 碳化鉻析出層就更寬 ， 將使材料的抗剝離性能明顯下降 。 防止堆焊層氫致剝離的對(duì)策 依上所述 ， 可以將引起堆焊層剝離的基本因素歸結(jié)為： (a)界面上存在很高的氫濃度； (b)有相當(dāng)大的殘余應(yīng)力存在； (c)與堆焊金屬的性質(zhì)有關(guān) 。 因此 ， 凡是采取能夠降低界面上的氫濃度 ， 減輕殘余應(yīng) 力和使熔合線附近的堆焊金屬具有較低氫脆敏感性的措施對(duì) 于防止堆焊層的剝離都是有效的 。 比如采用大電流高焊速的堆焊工藝；盡量避免非計(jì)劃的 緊急停車；在正常停工時(shí)要采取使氫盡可能釋放出去的停工 條件 ， 以減少殘留氫量 。 熱壁加氫反應(yīng)器
28、的在役檢驗(yàn) 熱壁加氫反應(yīng)器在役檢驗(yàn)應(yīng)以檢查有無高溫氫腐蝕 、 氫致裂紋 、 堆焊層氫致剝離裂紋和回火脆化程度等為主要內(nèi)容 。 檢驗(yàn)范圍及數(shù)量一般可根據(jù)以下幾方面考慮后確定 （ 1） 使用中 通常容易出現(xiàn)裂紋的部位 ， 如法蘭的梯形密封槽 、 內(nèi)外部構(gòu)件與殼 體連接的焊縫等； （ 2） 容易產(chǎn)生堆焊層氫致剝離裂紋或發(fā)生幾率大 的部位； （ 3） 根據(jù)操作歷史 ， 包括溫度 、 壓力及其超溫 、 超壓和開 停工次數(shù)的情況； （ 4） 根據(jù)過去檢驗(yàn)記錄 ， 如記錄的缺陷情況 、 返 修部位等 。 總體來說 ， 檢驗(yàn)的重點(diǎn)應(yīng)該是法蘭密封面 、 高應(yīng)力和應(yīng)力集中 區(qū) ， 主焊縫 、 堆焊層及層下缺陷和主
29、螺栓 。 在役檢驗(yàn)主要采用無損檢測(cè)方法進(jìn)行 ， 包括目視檢查 （ VT） 、 磁粉檢測(cè) （ MT） 、 滲透檢測(cè) （ PT） 和超聲波檢測(cè) (UT)以及超聲波衍 射時(shí)差法 （ TOFD)， 此外 ， 國(guó)外還有聲發(fā)射檢查 （ AET） 作為輔助手 段 。 反應(yīng)器在役檢驗(yàn)的典型部位及適用方法 二 .催化裂化反應(yīng)器 反應(yīng)沉降器是催化裂化化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所 ， 是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備 ， 根據(jù)反應(yīng)器與再生器相互位置不同 ， 反再系統(tǒng)可分為以下幾種類 型： 1.并列式 （ 1） 等高并列 （ 2） 高低并列 （ 3） 三器合并 2.同軸式 （ 1） 沉降器與再生器同軸 （ 2） 沉降器與再生器和燒焦罐同軸 3.
30、同軸加并列 （ 1） 沉降器一再同軸與二再并列 （ 2） 一再二再同軸與沉降器同軸 提升管反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 提升管反應(yīng)器是一根長(zhǎng)徑比 很大的管子 ， 長(zhǎng)度一般為 30-36 米 ， 直徑根據(jù)處理量決定 ， 通常 以油氣在提升管內(nèi)平均停留時(shí)間 1-4秒為限確定提升管直徑 。 在 提升管側(cè)面開有若干進(jìn)料口 ， 使 新鮮原料 、 回?zé)捰图坝蜐{從不同 位置進(jìn)入提升管 ， 進(jìn)行選擇性裂 化 。 進(jìn)料口以下稱為預(yù)提升段 ， 作用為：由提升管底部吹入水蒸 氣 （ 預(yù)提升蒸汽 ） ， 使由再生斜 管來的催化劑加速 ， 保證油與催 化劑相遇時(shí)間均勻接觸 。 為使油氣 在離開提升管 后立即終止反 應(yīng) ， 提升管出 口均
31、設(shè)有快速 分離裝置 ， 作 用為使油氣與 大部分催化劑 迅速分開 。 常 用快速分離器 的類型為： 傘 帽型 、 倒 L型 、 T型 、 粗旋風(fēng)分 離器 、 彈射快 速分離器 、 垂 直齒縫型 （ 分 別為圖中 a、 b 、 c、 d、 e、 f 所示 。 沉降器結(jié)構(gòu) 沉降器是用碳鋼制成 的圓筒形設(shè)備 ， 上段為沉 降段 ， 下段為汽提段 。 沉 降段內(nèi)裝有數(shù)組旋風(fēng)分離 器 ， 頂部是集氣室并有油 氣出口 。 沉降器的作用是 使來自提升管的油氣和催 化劑分離 ， 油氣經(jīng)旋風(fēng)分 離器分出所夾帶的催化劑 后經(jīng)集氣室去分餾系統(tǒng)； 由提升管快速分離器出來 的催化劑靠重力在沉降器 中向下沉降落入汽提段
32、。 汽提段有 數(shù)層人字形擋 板和蒸汽吹入 口，作用是將 催化劑夾帶的 油氣通過蒸汽 汽提出并返回 沉降段，以減 小油氣損失及 減小再生器負(fù) 荷。沉降器多 才用直筒型， 直徑大小根據(jù) 氣體流速及線 速?zèng)Q定，沉降 段線速一般不 超過 0.5- 0.6m/s。 再生器結(jié)構(gòu) 再生器的作用是為催化劑再生提供場(chǎng)所 和條件 。 再生器由筒體及內(nèi)部件組成 。 筒體 由碳鋼焊接而成 ， 由于經(jīng)常處于高溫和受催 化劑顆粒沖刷 ， 因此筒體內(nèi)壁敷設(shè)一層隔熱 、 耐磨襯里以保護(hù)設(shè)備材質(zhì) 。 筒體上部為稀 相段 、 下部為密相段 。 密相段是催化劑流化和再生的主要場(chǎng)所 ， 在主風(fēng)作用下待生催化劑在這里形成密帽 流化床
33、， 密相床曾氣體線速為 0.6-1.0m/s。 稀相段實(shí)際上是催化劑的沉降段 ， 使催 化劑易于沉降 ， 稀相段氣體線速不能太高 ， 要求不大于 0.6-0.7m/s， 因此稀相段直徑通 常大于密相段 ， 高度應(yīng)由沉降要求和旋風(fēng)分 離器料腿長(zhǎng)度所確定 。 旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器是氣固兩相分離并 回收催化劑的設(shè)備 ， 其操作好壞直 接影響催化劑損耗 。 它由內(nèi)圓柱筒 、 外圓柱筒 、 圓錐筒及料腿 、 灰斗 、 翼閥組成 。 旋風(fēng)分離器類型很多 ， 近年來常用型號(hào)為 PX型 、 PV型 、 BY型 、 GE型 。 作用原理：攜帶催化劑的氣流以高 速 15-25米 /秒從切線方向進(jìn)入旋風(fēng) 分離器
34、， 并沿內(nèi)外圓柱筒環(huán)形通道 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ， 使固體顆粒產(chǎn)生離心力 ， 造成氣固分離條件 ， 顆粒沿椎體 下轉(zhuǎn)進(jìn)入灰斗 ， 氣體從內(nèi)圓柱筒排 出 再生器的主要內(nèi)部件包括旋風(fēng)分離器、主風(fēng)分布環(huán)、集氣室等。 灰斗的作用是脫氣 ， 即防 止催化劑被帶入料斗；料腿的 作用是將回收的催化劑輸送回 床曾 ， 料腿內(nèi)的催化劑應(yīng)有一 定的料位高度以保證催化劑的 順利下流 ， 這已是要求料腿有 一定長(zhǎng)度的原因 ， 即允許催化 劑流出而阻止氣體倒竄 。 主風(fēng)分布管 主風(fēng)分布管是再生器的空氣分配器 ， 作用是使進(jìn)入再生器的空 氣均勻分布 ， 防止氣流趨向中心部位 ， 以形成良好的流化狀態(tài) ， 保 證氣固均勻接觸 ， 強(qiáng)化再生反應(yīng) 。 集氣室 分為內(nèi)集氣室和 外集氣室 。 內(nèi)集氣室 位于殼體內(nèi) ， 由筒體 和封頭或筒體 、 錐底 和封頭組成 。 外集氣室位于 殼體頂封頭外 ， 多 個(gè)二旋升氣管穿過 殼體與集氣室相通 并支撐外集氣室 。 外集氣室按形狀分 為臥式 、 立式 、 橢 球式和環(huán)管式 。
馬后炮化工技術(shù)論壇加氫反應(yīng)器及催化裂化反應(yīng)器介紹
