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1、2019/9/6,1,加氢裂化装置压力容器与管线的在用检验,合肥通用所压力容器检验站 袁榕,2019/9/6,2,本专题研究重点,1 了解加氢裂化装置的原理、工艺流程及特点，以及类似高温、高压、临氢环境中易发生的材料损伤类型。 2 了解2.25Cr-lMo钢，以及其它铬钼钢材料（1.25Cr-0.5Mo、 15CrMoR、3Cr-lMo-1/4V-Ti-B 以及加钒钢）的特性，适用范围和选材依据。 3 了解加氢裂化反应器的结构特点，以及类似大型高压、厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。 4 探讨加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要压力容器制造质量监督检验要点。 5 探讨加氢裂化反应器和类
2、似大型、高压、厚壁、重要压力容器定期检验方案编制、包括内容、程序的确定、检验项目和方法的选择，各种检测方法的应用目的和技术特点 6 各种氢损伤检测方法、缺陷处理方法和安全性分析。,2019/9/6,3,加氢裂化装置原理流程及特点,加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低凝固点柴油。加氢裂化装置是炼油厂最重要的的生产装置之一，在高温、高压、临氢状态下操作。 加氢裂化装置的工艺流程主要有三种类型方法： 一次通过法：所产尾油不参加循环。 部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出装置。
3、 全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。 加氢裂化装置主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高、低压分离器、高温高压临氢管道、高温阀门等。参见图1、图2、图3、图4。,2019/9/6,4,图1 加氢裂化装置流程简图（带循环尾油）,2019/9/6,5,图2 大连热壁加氢反应器,2019/9/6,6,图3 高温高压临氢管线,2019/9/6,7,图4 热高分,2019/9/6,8,加氢裂化装置原理流程及特点,1、加氢裂化装置是在高温、高压条件下操作，介质为烃类、氢气和硫化氢，运行条件较为苛刻。 2、飞温现象：催化剂再生、流床、放热反应、反应速度、失控
4、、冷氢、氮气。 3、高温氢硫化氢的腐蚀（腐蚀形态为硫化氢对钢的化学腐蚀，在富氢环境中90%98%的有机硫将转化为硫化氢，在氢的促进下加速对钢材的腐蚀，停车时在冷凝水的作用下可出现湿硫化氢应力腐蚀开裂和低温氢腐蚀。 4、设计时通过选材解决铬钼钢材料作基材，奥氏体不锈钢复合、堆焊作内衬（热处理温度和奥式体不锈钢敏化区）。,2019/9/6,9,加氢反应器发展简况,热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温、高压、临氢条件(所谓高温、高压、临氢条件是指温度250，氢分压1.4MPa）工作，使用条件十分恶劣。 我国是在70年代末80年代初开始由国外引进热壁加氢反应器的，目前的制造能力已达到千吨
5、级（齐鲁石化公司）。煤化工使用的热壁加氢反应器甚至可以达到2000吨（厚336mm）。据不完全统计国内在用热壁加氢反应器已达上百台。 热壁加氢反应器主要是由225Cr-1Mo钢材和锻件制成的设计壁厚大致在在80240mm范围内（锻焊结构（ 180240mm ）、板焊结构（ 80120mm ），内壁带极堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（347盖面、309过渡层，表面不加工，防腐蚀）或单层，设计压力为820MPa，设计温度大致在370410 （目前国内开始大量225Cr-1Mo加钒和3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B等材料制造热壁加氢反应器，设计温度可以达到450），工作介质主要是H2、油、H2S等。
6、由于热壁加氢反应器主体材料面临介质腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列问题，国内热壁加氢反应器已使用了620年，其危险性在逐年递增。,2019/9/6,10,加氢反应器发展简况,有人把加氢反应器的发展分为4个阶段 1、第一代从1963年日本制钢所正式生产第一台加氢反应器为标志，早期是CrMo钢钢板（少量用锻件）内壁加不锈钢复合板焊接完成，70年前后用内壁堆焊不锈钢的板焊或锻焊结构所代替。皮下再热裂纹。 70年代后期我国开始引进加氢裂化装置。 2、第二代是改良期，由于材料脆化造成的事故，开始研究回火脆化问题，并控制J系数 300、250、180、150(%)。 3、第三代是成
7、熟期，制造技术逐渐成熟, J系数 130。这个时期国内开始制造锻焊结构加氢反应器，1983年由洛阳院、一重厂、抚顺石油三厂、北钢院、合肥通用所五家组成的联合攻关组研制225Cr-1Mo钢反应器材料和制造工艺，1986年制成模拟环锻件，1989年为抚顺石油三厂生产出我国第一台锻焊结构的加氢反应器筒体壁厚150mm，内径1800，内壁单层堆焊，单重220吨。设计温度450 设计压力20.6MPa。 4、第四代是更新期，对服役20多年的设备进行更新，同时又满足煤化工和新的石油加工工艺以及装置大型化的要求，不断开发新钢种，如2.25Cr-1Mo-V,3Cr-1Mo-V-Ti-B, 3Cr-1Mo-V-
8、Nb-Ca, 3Cr-1Mo-1/4V, 2Cr-1Mo-1/4V 等，以加V为主进行更新。,2019/9/6,11,图5 热壁加氢反应器,2019/9/6,12,加氢反应器产生的缺陷及部位,2019/9/6,13,加氢裂化装置常用材料,2019/9/6,14,材料选择（纯净化）,压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性，如焊接时抗热裂、抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能，更重要的是能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、抗回火脆化等使用性能，从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的使用安全性。 1、专用钢材珠光体耐热钢（GB150、JB4732） 、电炉精炼、真空脱氧；、推荐正火加回火（NT
9、）。15CrMoR（1.0Cr-0.5Mo）、14Cr1MoR（1.25Cr-0.5Mo）、12Cr2Mo1R、（225Cr-1Mo）。 2、抗氢腐蚀和回火脆化 、NELSON抗氢曲线 、评定材料的回火脆化敏感性（制造时机械性能破坏性评价）。 、控制钢材和焊缝金属的脆性转变温度： TT542.5 TT54 38 式中：TT54为原始材料54J转变温度； TT54 为回火脆化处理后材料54J转变温度的增量。,2019/9/6,15,材料选择（纯净化）,、控制钢材的回火脆化敏感性系数J和焊缝金属的回火脆化敏感性系数X: J系数（SiMn）（PSn）104100； X系数（10P5Sb4SnAs）1
10、0-215ppm。 、对铬钼钢设备，如加氢精制和加氢精制裂化反应器开工时采取先升温后升压，即开工时当温度升到某一温度之前，容器压力不得超过使壳体产生的一次薄膜应力超过材料屈服强度的1/5;同样，停工时采取先降压后降温，即停工时当温度降到该温度之前，必须先使容器压力降低到使壳体产生的一次薄膜应力超过材料屈服强度的1/5。这一温度即为容器的最低加压温度。 3、JIS标准对硫磷含量的要求为：P为0.035以下,S为0.035以下。 日本石油学会对压力容器专用钢材的纯净化提出比较明确规定，如对于高温和高温高压氢环境下使用碳钢和低合金钢Cr-Mo钢板及锻件，为了防止在使用过程中逐年老化（蠕变、蠕变脆化和
11、氢腐蚀），要求压力容器专用钢材的硫、磷含量取以下值为妥：碳钢：P为0.015以下,S为0.010以下；0.5Mo钢:P为0.010以下,S为0.008以下；1.0Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1.0Mo、3.0Cr-1.0Mo、5.0Cr-0.5Mo等中温用钢的P为0.010以下,S为0.008以下。（容规要求P为0.030以下,S为0.020以下） 湿硫化氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，其磷含量不应大于0.005%，硫含量不应大于0.010%。,2019/9/6,16,图6 临氢条件用钢防止脱碳和开裂的操作极限（API941第6版）1998年4月,2019/9
12、/6,17,图7 临氢条件用C-0.5Mo和Mn-0.5Mo钢的使用经验（API941第6版）1998年4月,2019/9/6,18,图8 典型阶梯冷却线图,2019/9/6,19,制 造 要 求,1、凡选用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况，制造后均应进行焊后热处理。对不同材料推荐如下的焊前预热温度（亦可根据焊接工艺评定确定预热温度）。 Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo150；2.25Cr-1Mo200 奥氏体不锈钢堆焊层100 2、焊接施工中应注意问题： 、将应力集中较严重的部位如开口接管、裙座与封头连接部的角焊缝改为对接焊缝。 、焊缝的边缘应打磨圆滑过渡，并将焊肉高度磨平
13、以减小应力集中。 、焊后热处理（PWHT）温度要选择适当，过高强度降低，蠕变断裂延性增加。 、所有角焊缝应彻底检查，以确定无裂纹。反应器制造过程中为提高密封面309和347堆焊层的韧性和抗裂性能，347堆焊层应尽量在最终热处理后再堆焊和加工。 3、反应器内部构件的支座凸台，内裙座联接处为防止裂纹可采用三层堆焊，第一层309，第二层308，最外层347。,2019/9/6,20,制 造 要 求,4、热交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，在弯制成型后应进行热处理。 、C-1/2Mo、CrMo钢管在弯曲半径小于5倍管子直径时弯管部分和相邻直管300mm处应进行退火。 、1Cr18Ni9Ti（S
14、US 321）钢管弯制成形后其弯管部分和相邻直管300mm处要进行固溶化处理，空冷。 、热处理后管子硬度小于下列值 碳钢： HRB72或126HB C0.5Mo钢： HRB77或140HB CrMo钢： HRB85或163HB 1Cr18Ni9Ti： HRB90或185HB 不锈钢管的快速固溶化处理，采用U型管固溶化电加热处理装置，利用电热在20120秒中将钢管加热到1050保温10秒后，向管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到300，有效避开不锈钢在450800的敏化区域，消除内应力。解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。,2019/9/6,21,制 造 要 求,5、在400以上的高温条件下
15、，尽量避免采用异种钢的焊接接头。铬钼钢之间的焊接应采用珠光体焊条，焊后需进行热处理，一般不推荐用奥氏体焊条焊接及焊后不热处理。 在制造上采取的措施是：根据操作条件的苛刻程度可以选用双层衬里堆焊（309+347）或单层衬堆焊（347），双层抗剥离性能要优于单层，如选用单层浅熔深堆焊（PZ法）为提高其抗剥离性能要适当加大堆焊金属的稀释率。最近国内采用抗剥离性能好的高速度大电流堆焊法。 为防止堆焊层焊接热裂纹和操作中产生相，应控制堆焊层焊后状态铁素体的含量在310%范围，堆焊层的铁素体含量可以采用谢菲尔图（SCHAEFFLER）估算或采用铁素体测量仪直接在堆焊层上测量。一般情况下后者测量值偏高，尤其
16、是单层堆焊。,2019/9/6,22,石化系统中高温压力容器概况,在介质和工艺环境作用下，中高温压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤等破坏方式的新课题，如加氢裂化、加氢重整、加氢精制压力容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、延迟焦碳塔热疲劳开裂等等。 石化企业中典型炼油过程的主要工艺温度范围在200550之间，但在催化裂化和焦化的部分工序中，也有达到700800；典型化肥（合成氨、尿素）生产过程的工艺温度范围在200300之间；乙烯裂解的主要工艺温度范围在700800之间；甲醇合成的主要工艺温度范围在240270之间；环氧乙烷直接氧化法的主要工艺温度范围在260；苯酚合成的主要工艺温度范围在110200之间；合成纤维（涤纶）装置的主要工艺温度范围在115300之间；顺丁橡胶装置的主要工艺温度范围在230左右。 煤化工,2019/9/
