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1、加氢反应器制造工艺设计一：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JB4726-2000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
3、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5.75 / 0.1MPa设计温度375 / 177 C最高工作压力4.88MPa最高工作温度343 C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 结构特点该加氢精制反应器为板焊结构，其内径9 4000哑，壁厚98哑，由2节组成；封头内半径2022 mm,壁厚78 mm,总重量94550Kg。整个容器位于裙座圈上，总高度约1
4、4011 mm，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五钢的回火脆性破坏等问题。5 材料要求5.1 锻件和钢板用15CrM
5、。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 482r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）r X90分钟正火 910CX120分钟回火690rx 150分钟，空冷热成形（900-9
6、50）C X30分钟正火910CX4050分钟回火 690CX6070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(Wt%)5.615CrMo化学成 分CSiMnPSCrMoCuNiSn钢板经正火加回火热熔炼分 析0.050.170.150.400.400.65W0.010W0.0100.801.150.450.60W0.20W0
7、.20W0.012处理，再经模拟焊后成品分 析0.040.170.130.450.400.65W0.012W0.0120.741.210.400.65W0.20W0.25W0.015热处理后的力学性能应符合下，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序号试验项目单位力学性能值1室温拉伸强度MP450585234室温屈服强度室温延伸率室温断面收缩率MP%32753223455II15720C夏比冲击功J三个试样平均值341一个试样最低值3316室温弯曲实验高温屈服强度d=2a，弯曲 180无裂纹7MP3204表三15CrMoR钢板的力学性能5.7 钢板生产
8、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I级5.9 总图I33456712II1096-16典型的加氟反应器结构示意1一人口登目】2斶部人孔法萱；3熟电堤接存：4 一怜靓盘f 5重撑凸自】7-过膜段:8胡口雪管：9一卸料管LG-出口搜患器，11-卷SL口摆营，11；一入口分配器三：方案论证过程条件 加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕查德里原理，低温、高压 有利于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性 高者温度可较
9、低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应（如由一氧化碳加氢合成 甲醇），为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。 采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。 过量的氢可循环使用。常用的加氢反应器有两类:一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融） 原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。液相加氢常在加压下进行，过 程可以是间歇式的，也可以是连续的。间歇液相加氢常采用具有搅拌装置的压力釜或鼓泡反 应器。连续液相加氢可采用涓流床反应器或气、液、固三相同向连续流动的管式反应器。另 一类反应器用于气相连
10、续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合 成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。工业应用加氢过程在石油炼制工业中，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的杂质，例如乙烯精制 时使其中
11、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。四：制造工艺设计1 .选材在高温、高压下，氢与钢材中的碳原子能化合生成甲烷，使钢材变脆，称为氢蚀。故高 压加氢的反应器，必须采用合金钢材。氢是易燃、易爆物质，加氢过程必须考虑安全措施。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500550C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350500C，有抗氢要求使用下限温度。1.11 15CrMoR属低碳珠光体耐热钢
12、，有利于工艺性；1.12组织中的铁素体份额高，限制其强度级别为300MP；1.13钢材中0.5%的Mo提高组织稳定性；1.14 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。封头堆焊层的选择石油化工行业的加氢反应器、原流合成塔、煤液化反应器及核电站的厚壁压力容器等内 表面均需大面积堆焊耐高温，抗氧及硫化氢等腐蚀的不锈钢衬里。带极电渣堆焊是利用导电 熔渣的电阻热熔化堆焊材料和母材的，除引线阶段外，整个堆焊过程应设有电弧产生。随着 压力容器日趋大型化、高参数化，促使堆焊技术向更优质更高效的方向发展。带极电渣堆焊 技术具有比带极埋弧难焊更高的生产
13、效率、更低的稀释率和良好的焊缝成形等优点，得到迅 速发展和较普遍的应用。3上封头的制造工艺设计3.1上封头的制造工艺过程3.1.1备料 1封头用15CrMoR钢板除应满足GB66541996及2号修改单的规定外，还应符合II1572-00-JT中的有关规定2材料质证齐全，标记清楚3.1.2复验1表面质量，材料标记2 化学成份（按炉）分析Cr 含量 0.80%1.15%，PW0.010%，SW0.010%， （Si%+Mn%）W1.2%，HW2ppm OW35ppm NW80ppm3力学性能（按批）a. 常温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）b. 高温拉伸试验：（最大模拟焊后热处理）c .夏比冲击
14、试验：（最大模拟焊后热处理）e.冷弯试验：（最小模拟焊后热处理）R180 d=3a （无裂纹）f.金相检验，晶粒度按ASTM E112进行36级。按压力容器用钢板材料说明书，在钢板的长度头部或尾部处，在钢板1/2厚度处和离钢板表 面1.6mm处取样作上述力学性能试验。3.1.3喷砂喷砂清理表面氧化皮3.1.4探伤钢板应逐张按JB/4730.3-2005进行100%UT检测，1级合格，若来料UT 合格，塔内可不进行次序3.1.5号料1号封头的下料线及拼缝线如图所示2号封头母材试板一块，规格78X240X6003号拼缝试板两块，规格78X120X600（注：此试板也可从端部余量上切取）3.1.6下料按线气割下料，清除熔渣3.1.7刨坡口按图刨封头拼缝坡口3.1.8探伤拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中I级合格3.1.9装焊拼缝1组焊封头拼缝2焊接详见焊接工艺说明书3打磨清理焊缝表面3.1.10探伤拼缝坡口进行100%MT，按JB4730.4-2005中I级合格3.1.11热成形1封头外协热成形后，执行热处理工艺2检查封头端口尺寸3带封头母材试板及拼缝试板3.1.12装焊支撑圈3.1.13
