加氢反应器设计

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1、 加氢反应器的设计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

2、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(350480)、 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

3、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

4、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国家质量技术监督局颁发的压力容器安全技术监察规程 （99）版GB150-1998 钢制压力容器GB6654-1996 压力容器用钢板（含 1、2 号修改单）JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能 检验JB/T4730-2005 承压设备无损检测JB4726-200

5、0 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带GB/T3077-1999 合金结构钢GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装2 主要技术参数表一 设计压力5.750.1MPa 设计温度375177 最高工作压力4.88MPa 最高工作温度343 容器类别三类容器 容积78.2立方米 腐蚀裕量0 水压试验立式7.47卧式7.55MPa 盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化 氢 主体材质15CrMoR3 结构特点：

6、该加氢精制反应器为板焊结构，其内径4000，壁厚98，由2节 组成；封头内半径2022，壁厚78，总重量94550Kg。整个容器位 于裙座圈上，总高度约14011，容器内壁（包括封头、筒体、法兰 以及接管和弯 管）全部堆焊309L+347 不锈钢，反应器设有油气进出 口、催化剂卸料口、 冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接 管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫 结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周） ，安装有 冷氢盘、分配盘等内件。4 使用特点及需解决的问题：由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件 下使用的，因此决定了该设备在使用过

7、程中将会出现：氢腐蚀、氢 脆、高温高压硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离、 CrMo钢的回火脆性破坏等问题。5 材料要求：5.1 锻件和钢板用 15CrMo 钢硬是采用电炉冶炼加炉外精炼炉精炼， 和真空脱气等工艺方法生产的本质细晶粒镇静钢5.2 钢板和锻件均应进行正火（允许加速冷却）加回火热处理，热处 理工艺应根据材料化学成分和截面尺寸大小由钢材生产厂确定， 冷却速度的大小以保证达到力学性能的要求为原则5.3 材料力学性能试板应进行模拟焊后热处理，即模拟制造过程中壳 体材料可能经历的最大程度的焊后热处理（Max.PWHT）和最小 程度的焊后热处理（Min.PWHT） ，包括所有 48

8、2以上的中间和 最终焊后热处理过程，其热处理工艺为：封头 热成形 （900-950） 90 分钟正火 910120 分钟 回火 690150 分钟，空冷弯管 热成形 （900-950） 30 分钟正火 9104050 分钟，空冷回火 6906070 分钟 5.4 筒体 封头用 15CrMo 钢板除应满足 GB6654-1996（含 1、2 号修改单）的规定外，尚应满足技术条件的要求5.5 钢板的化学成分符合下表二的规定，熔炼分析按炉（灌）号取 样，成品分析按轧制张张取样（可以从室温拉伸试验断裂后的试 样上切取） ，按 GB/T223 标准规定表二 15CrMoR 钢板的化学成分 化学 成分CS

9、iMnPSCrMoCuNiSn熔炼 分析0.050.170.150.400.400.650.01 00.01 00.80 1.150.450.600.200.200.012成品 分析0.040.170.130.450.400.650.01 20.01 20.74 1.210.400.650.200.250.0155.6：15CrMo 钢板经正火加回火热处理，再经模拟焊后热处理后 的力学性能应符合下表三的规定，力学性能试验按轧制张逐 张进行，其取样位置，试样数量及热处理状态应符合下表四 的规定：表三 15CrMoR 钢板的力学性能序号试验项目单位力学性能值1室温拉伸强度MP4505852室温屈服

10、强度MP2753室温延伸率%224室温断面收缩率%45515720夏比冲击功J三个试样平均值41一个试样最低值316室温弯曲实验d=2a，弯曲180无裂纹7高温屈服强度MP2045.7：筒体和封头用钢板使用状态应为正火加回火热处理，钢板生产 厂必须以试板进行正火加回火加模拟焊后热处理其各项性能 均应满足本技术条件的要求5.8：钢板应按 JB/T4730.3-2005 的规定进行超声检测，必须进行 100%扫查，验收标注为级。四 下封头的工艺设计计算1 选材：1.1：下封头及出油口、弯管选用 15CrMoR在石油加氢装置中Cr-Mo系低合金耐热抗氢钢得到广泛的使用。 钢15CrMoR（相当于1Cr-0.5Mo）在500550有较高持久强度， 长期运行也无石墨化倾向，在石油化工中允许使用温度为 350500，有抗氢要求使用下限温度。 1）.115CrMoR属低碳珠光体耐热钢，有利于工艺性； 2）组织中的铁素体份额高，限制其强度级别为300MP；3）钢材中0.5%的Mo提高组织稳定性；4）Cr起固溶强化作用，同时组织石墨化倾向。从操作工况看，该加氢反应器的基材选15CrMoR即满足要求。1.2 封头堆焊层的选择：