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1、加氢反应器的制造检验 使用与防腐,加氢反应器的制造检验使用与防腐,前言 1 加氢反应器及材料的发展过程 2 加氢反应器的制造与检验 3 加氢反应器的使用和腐蚀 4. 加氢反应器的使用中腐蚀问题实例 5 加氢反应器的在用检验,加氢反应器主要作用,高温、高压加氢反应器主要用于加氢裂化、精制以及加氢重整、脱硫和脱除重金属等工艺过程,是石油化工行业的重要装置。在生产中使加氢处理达到低成本、高效率。 脱出物料中的不纯物。例如PTA装置中的加氢反应器使TA(对苯二甲酸)中的不纯物对羧基苯甲醛（4CBA）还原成对甲基苯甲酸(P-TA)。通过后面的工序把溶于热水的对甲基苯甲酸除去, 从而制得精对苯二甲酸（PT
2、A）。,重油加氢精制, 重质原料油的裂解精制,提高产品的出率和品质。反应器的工作介质为石脑油原料气(含氢气)。其主要工作原理是石脑油通过加热器加热至(400 10 )进入加氢反应器, 这时石脑油的主要成分为甲烷、乙烷、芳烃、烯烃等含硫不饱和烃, 通过催化剂的作用, 加入氢气, 使不饱和烃变成饱和烃。,脱出有害元素, 脱出有害元素硫、氮、氧的有机物，在加氢处理过程中产生断链反应。 脱硫 -S- + H2 H2S ； 脱氮 -N- + H2 NH3； 脱氧 -O- + H2 H2O； 脱卤 Cl- + H2 HCl 脱除重金属。加氢处理脱去原料中的砷铅铜等金属,加氢反应器及材料的发展过程,国内六七
3、十年代制造的加氢反应器多为冷壁反应器。这种形式的反应器内的隔热层占据了内壳的空间，减少了反应器容积的利用率，浪费了材料。另外，由于冷壁反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下或在温度的变化中极易脱落损坏，造成了反应器的不安全隐患。而热壁反应器却克服了上述的缺点。,三个重要指标,回火脆化敏感性系数 J = (Si +Mn) (P + Sn)104 100 (目标值80); X = (10P+5Sb+4Sn+As)10 - 2 15 ppm (目标值12); 回火脆化敏感性试验vTr54 + 3vTr54 0 。,第一阶段:拼焊内衬不锈钢筒,Cr-Mo钢板收口筒节锻造, +10,AKv55J(一个最低
4、值47J); 第二阶段:整体结构,双层堆焊, Cr-Mo钢 ,-15, 工厂现场组装, vTr54+2.5vTr54+38, J180 , AKv55J(一个最低值47J); 第三阶段:整体结构,双层堆焊,-30, AKv55J(一个最低值47J ,工厂现场组装, J130 ; 第四阶段:整体结构,双层堆焊 Cr-Mo钢和添加V ,内径4500 mm , 工厂现场组装, J130, X10ppm, vTr54十2.5vTr540 ,加氢反应器发展的四个阶段,国内主要制造厂,中国第一重型机械集团公司(简称一重) 用2.25Cr-1Mo（F22）锻钢制造了近百台加氢反应器。此外, 兰石、上锅和金重
5、等先后也用2.25Cr-1Mo钢制造了多台加氢反应器。,加氢反应器钢材,三种钢材性能比较,2.25Cr-1Mo(F22),2.25Cr-1Mo 钢是用于加氢反应器最成熟的钢种,它广泛用在重油加氢裂化和加氢脱硫装置。对使用26 年的6 台反应器进行检测和解剖分析证明:对于设计温度454 、氢分压20.7MPa的加氢反应器, 采用2.25Cr-1Mo钢制造是可靠的。,表3 加氢精制反应器某些部件 回火脆性的实测值,表4 加氢精制反应器某些部件力学性能的实测值,2.25Cr-1Mo-0.25V (F22V),发展煤的液化技术,需要开发能适应设计温度达482 和更高压力临氢环境的钢材。与常规2.25C
6、r-1Mo和3Cr-1Mo-0.25V钢相比, 2.25Cr-1Mo-0.25V有更高的最大许用应力值。设计技术条件对钢材化学成分的要求见表。,国产化的F22V 指标,化学成分的实测值均能满足设计要求;回火脆性的实测值: J 系数为4268; X 系数为6.68.55 ppm; vTr54 + 3vTr54 为 - 91.8 - 40.7 ，均低于0 -18;A KV平均值为170290J 、最低值为150J ;HB 为179225。这表明国产化的F22V 各项指标接近日本制钢产品的水平。,13 加氢反应器 锻件进口和国产的性能比较,我国目前在制的世界上最大的煤液化装置中的两台加氢反应器是一种
7、流态化床的加氢反应器。设计壳体选用2.25Cr-1Mo-0.25V锻钢。两台煤液化反应器中各有11 个筒节采用法国进口的2.5Cr-1Mo-0.25V锻钢精加工筒节。内径4812 mm、壁厚334 mm、长度2750 mm、每个筒节净重117.4 t 。,差距,中、法锻件都能满足设计要求。国产的钢材对有害元素的控制上(P、S、As、Sb、P + Sn) 稍有逊色; J 、X 系数也稍高于法国。两国锻件力学性能相当,但法国锻件抗回火脆性优于中国。,2 加氢反应器的制造与检验,以中石油克拉玛依分公司的两台加氢反应器的制造为例介绍加氢反应器的制造与检验的技术要点。 加氢处理保护反应器和加氢处理反应器
8、是30万吨/年润滑油高压加氢装置中的两台核心设备。选用2.25Cr-1Mo0.25V钢板制造,是国内迄今为止器壁最厚的板焊式加氢反应器。,2 .1 设备的主要技术参数,设计压力19.53 MPa ;设计温度454 ;操作介质油气、氢气、硫化氢; 设备内径:2200 mm; 壁厚 (140 + 7.5) mm; 总高:26050 mm (加氢处理保护反应器 ) ,35775 mm (加氢处理反应器);水压试验压力:28.4 MPa (卧置) 。,制造要点, 钢板。设备壳体用SA542 Tyepd CL14A 钢板,厚度为140 mm ,钢板供货商为法国阿赛洛公司。 锻件。设备所用2.25Cr-1
9、Mo0.25V锻件由上海福勤机械有限公司提供,对应法兰0Cr18Ni10Ti锻件由兰石锻热厂提供。 材料进厂后对其质量证明书进行审查,钢板和锻件按设备专用技术条件有关要求验收合格;对于主要受压元件用料按有关要求进行化学成分、力学性能及超声波探伤复验。,回火脆性系数,回火脆化敏感性系数 J = 100 (目标值80); X = 15 ppm (目标值12); 回火脆化敏感性试验 vTr54 + 3vTr54 0 。 金相组织照片不存在板条状组织,晶粒度不小于7 级。,金相组织照片（贝氏体组织）,表11 全板厚硬度测试,沿板厚方向以5mm 间隔进行了全厚度硬度测试,见表11。可以看出,沿板厚方向其
10、硬度差值小于13HV10 ,说明沿厚度方向上力学性能均一性良好。,焊接材料,设备主体焊缝采用法国SAF公司生产的焊丝。 焊丝:S225V , 焊剂:F537 , 焊条:E225V。,设备制造工艺-厚壁筒节成型,由于筒节壁厚140 mm ,直径相对较小,曲率大, 要求筒节圆度7 mm;因此筒节成形是一大难点。确定采用温卷、温校成型工艺。加热温度低于钢板的回火温度。筒节卷制成形后, 逐件进行100%超声检测,符合JB 4730 94级要求;检查筒节几何尺寸:圆度差最大6 mm ,A 类焊缝最大棱角度为3，最大错边量2 mm ,全部合格。筒节中温卷板/校圆:加热温度660+15-10,保温时间5h。
11、,封头成型,封头为球缺形,整板下料在水压机上整体热冲压成型。加热温度94020,保温时间2h;成型后封头进行淬火+ 回火热处理。封头正火: 加热温度930+15-10,保温时间3h。保温后出炉淬火采用专用喷淋装置；封头回火: 加热温度720 + 15 -10,保温时间3.5h ,空冷。检查封头成型后最小厚度为97.2 mm ,内表面形状偏差最大为8 mm ,均符合图样要求。每个封头带1 块母材热处理试板，试板模拟焊后热处理: 400装炉,升温和降温速度均50/h ,加热温度705+5 -14,保温时间14 h。试板焊后热处理后,力学性能检验全部合格。,焊接工艺评定项目,产品的焊接,产品的焊接主
12、要采用电弧焊和埋弧焊两种焊接方法。依据评定结果,确定产品焊接工艺为:焊前预热180 , 多层多道焊; 焊条电弧焊的焊接线能量控制在16 27 kJ / cm,埋弧焊的焊接线能量控制在2232 kJ / cm;层间温度250 ;焊后立即进行消氢处理（300350 5 h ）;从而获得成形美观和无损检测合格率高的焊接接头。,焊后热处理,加氢反应器设备整体进炉进行最终焊后热处理,加热温度705+5-14 ,保温8 h。控制装炉温度400 ,升、降温速度50 / h。,设备内壁堆焊层的要求,部件内壁堆焊309L + 347L 后, 要在堆焊层表面2.53.0 mm 以下处取样进行化学分析, 其结果应满
13、足表8 的要求。 表8 堆焊层347 熔敷金属的化学成分( %),堆焊层试块做抗氢剥离试验,在试块上按工艺堆焊TP309L+TP347L, 将试样置于氢气压力19 MPa ,470 ,经48 h 恒温,升温速度50 / h ,降温速度260 / h 至室温。试验循环6 次,要求第一循环试样冷却到室温24 以后,停留168 h , 再升温至第二循环。第二至第六循环,试样冷却到24 以后各停留48 h。最后对试样堆焊层进行超声检测,不允许有剥离现象。,水压试验,设备在厂内卧置进行了水压试验,试验压力为28.4 MPa ,试压用水氯离子含量15 ppm。水压试验一次合格。,加氢反应器现场组焊技术 及
14、质量控制要点,一重为某厂制造的加氢反应器筒体内径为4413 mm;壁厚为127mm; 封头的最小壁厚为68mm; 总高为28531mm; 总重410420 kg。由于反应器组焊后超长、超重, 无法进行整体远距离运输, 所以分上、中、下三段运到现场进行现场组焊, 即编号为B7的焊缝和编号为B11的焊缝必须在现场组焊。,设备的起吊 - 组装精度控制,在组焊现场使用汽车吊, 吊放壳体时要使用两台吊车同时工作。 先组焊下段、中段, 将工件吊至滚轮架组以后仔细调整, 使壳体下段、中段对中，满足组对的质量要求，完全组焊完毕后, 再组焊上段、中段, 按上述方法进行调整。,现场焊接-现场热处理,按焊接规程的要
15、求, 焊接区域进行150250 的预热, 且对焊接电流、电压、焊速等有严格的要求。采用龙门窄间隙焊机焊接。 整个施焊过程中均采用燃气式简易加热器对焊接区域加热和保温。由于现场的工作环境尤其自然风的变化, 对焊接区域的预热和保温有重大影响。因此, 及时的监视温度变化, 并随温度的变化调节加热器的气流量, 以保证焊接过程的稳定。 对接焊缝焊接完成后, 立即进行中间消氢热处理, 探伤合格后, 进行焊接接头的最终热处理(PWHT)。,无损检测技术及水压试验,现场组焊的B7、B11焊缝, 除了常规的检验外, 还采用了多通道自动化超声波检测(TOFD) 方法, 取代了射线检验。B7、B11焊缝检测一次合格
16、。 水压试验采用卧式试压法, 试验压力为11.9 MPa 对试验用水的水质及水温都作了严格的规定。经国家特种设备监察部门、用户、监造单位及制造厂检验人员现场共同检查, 确认水压试验合格。,3 加氢反应器的使用和腐蚀,在役加氢反应器经过长期运行, 面临的的典型损伤主要有回火脆性、氢脆、氢腐蚀、堆焊层剥离、堆焊层裂纹和蠕变脆化等,如图2所示。,加氢反应器的使用和腐蚀,回火脆性及特征,合金结构钢淬火以后, 随着回火温度的提高, 其抗拉强度降低, 韧性、塑性提高。但是在特定温度区回火或在其中缓冷时, 冲击韧性出现显著降低的现象, 称为回火脆性。主要是由于钢中的杂质如P、Sn、As和Sb等元素在钢中偏析, 使晶界强度降低, 易于在晶界破坏的同时产生脆性破坏的现象。,高温回火脆性,高温回火脆性和低温回火脆性, 其中高温回火脆性（300600 ）是可逆的, 即在重复回火时仍会表现出来， 一般所说的回火脆性就是指高温回火脆性。特征是冲击试样的断口为晶粒状, 断口的颜色也较暗。对于2.25Cr1 Mo钢焊缝金属及热影响区的回火脆化敏感性比同质母材高。,
