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1、加氢反应器设计审查、购置导则1 目的 为公司人员参与加氢反应器设计审查与购置审查及相关技术谈判工作提供指导。2 适用范围2.1 本导则指出了在加氢反应器设计审查、设备购置技术谈判时必须审查的主要内容。2.2 本导则适用于加氢反应器初步设计审查、施工图设计审查和设备购置技术谈判的过程。3 总则3.1 加氢反应器设计原则、设计依据、设计内容必须符合工艺专业委托以及有关会议纪要 内容要求。确定有关标准，并按其进行设计、制造和验收。3.2 加氢反应器设计宜采用技术成熟的材料与结构。采用新材料应进行经济技术论证，并 经公司主管领导批准。4 审查内容4.1 标准4.1.1 设计制造验收所执行的常用标准如下
2、(各标准应按最新版本要求执行)：a) GB150 钢制压力容器；b) GB/T223 钢铁及合金化学分析方法；c) GB/T228 金属拉伸试验方法；d) GB/T229 金属夏比缺口冲击试验方法；e) GB/T3077 合金结构钢f) GB/T4237 不锈钢热轧钢板g) GB/T4338 金属材料高温拉伸试验h) GB6654 压力容器用钢板i) GBl0561 钢中非金属夹杂物显微评定方法j) YB/T5148 金属平均晶粒度测定法k) JB4708 钢制压力容器焊接工艺评定l) JB/T4709 钢制压力容器焊接规程m) JB/T4711 压力容器涂敷与运输包装n) JB4726 压力
3、容器用碳素钢和低合金钢锻件o) JB4728 压力容器用不锈钢锻件p) JB4730 压力容器无损检测q）JB4732 钢制压力容器一分析设计标准r）JB4744 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验4.1.2 在执行上述标准过程中，当不同的标准有不同的要求时，应采用有利于保证质量和 使用性能的较高要求的标准。4.2 反应器的设计方法选择 对于小型中低压反应器，宜采用“常规设计”方法进行设计。对于中高压大型厚壁反应 器，宜采用“分析设计”方法进行设计。4.3 材料4.3.1 主体材料选择 在加氢反应器设计中，工艺条件是选材的决定性因素，即介质的硫化氢含量、操作温度、操作压力、催化剂的装填量或
4、者是装置的处理规模。加氢反应器中存在的主要腐蚀类型有高 温氢损伤和高温硫化氢腐蚀。主体材料一般根据介质氢分压、温度从API RP941 Nelson曲线 选择。常用钢号对照表钢种中国牌号美国材料牌号锻钢 ASTMA182 或 A336钢板ASTM A387l/2Cr-0.5Mo12CrMoF221Cr-0.5Mo15CrMoF12121 l/4Cr-0.5Mo-SiFll112 1/4Cr-1Mo12Cr2MoF22222 l/4Cr-lMo-l/4V12Cr2MoVF22V22V4.3.2 2 l/4Cr-lMo钢与加V钢的选用2 l/4Cr-lMo-l/4V钢最高设计温度可达482C,设计
5、温度超过450C的大型加氢反应器应 优先选择该钢种。由于2 1/4Cr-1M。钢种的开发与冶炼已有三十多年的经验，而且制造厂制 造与应用技术稳定成熟，对于条件并不苛刻（如操作温度在420C以下）的工况，宜选用该 钢种。4.3.3 主体材料技术参数的制定 随着冶炼水平的不断提高，材料的杂质含量越来越低，其主材与焊材的回火脆化敏感性越来越低，主要技术参数控制指标为：JW100,XW15ppm, VTr54+3AVTr54W10C （其中加 V钢达0C）。4.3.4 反应器紧固件、垫片与内构件的材料选择螺栓材料25Cr2MoVA、螺母材料35CrMoA应符合GB/T合金结构钢的规定，并按螺栓硬 度高
6、于螺母硬度（二者硬度差值三HB30）相配安装。金属垫片材料一般选用00Crl9Nil0锻件，应符合JB4728压力容器用不锈钢锻件规定， 级别为I级，表面硬度WHB150。内构件材料一般选用0Crl8Nil0Ti,应符合GB/T4237不锈钢热轧钢板与GB/T14976 流体输送用不锈钢无缝钢管规定。4.4 结构设计4.4.1 锻焊与板焊结构 由于锻焊与板焊结构本身各有一定的优势，再加上反应器制造厂家制造能力的限制，这 两种结构的选用不能一概而论。一般情况下，加氢反应器宜采用锻焊结构，若采用板焊结构 应进行充分的经济技术论证。4.4.2 内衬防腐层审查反应器基体一般采用Cr-Mo钢制造，这仅考
7、虑了材料抗高温氢腐蚀，而没有考虑到H2S的 腐蚀。为了抵抗高温H2S的腐蚀，就必须在反应器壳体基材上附加不锈钢防腐层。目前最好 的方法为双层堆焊。与Cr-M。钢直接接触的为过渡层，材料为E309L型不锈钢。在过渡层之上 与介质直接接触的为表层，材料为E347型不锈钢。4.4.3 油气出入口弯管设计油气入口弯管时， 为了便于热态背面清根、热态磁粉检测、以及手工堆焊背面的堆 焊层，每个短管不宜过长，弯曲半径一般为外径的1.5倍，其出口弯管也尽可能设计短。4.4.4 催化剂支承结构最早支承催化剂的支持圈多半都是直接焊于筒体上，如图l(a)所示。使用中支持圈处发 现多起裂纹，而改进为图l(b )的结构
8、。新的结构在焊后热处理TP. 347前挥接-TP. 309/TP. 347过去的结构圆滑过渡TP. 308L在焊后轉处 理前焊接TP. 34或TP. 309/TP. 347TP, 347用与母材 材质相同 的焊材堆焊TP. 309TP. 347 在焊后热处理后堆焊 严的支計圏母材图14.4.5 反应器进出口大法兰密封结构一般，反应器进出口管的尺寸较大，其法兰多采用环形八角型金属垫片密封。由于载荷 大，且原先设计上有不完善之处，曾在法兰密封槽内发生过裂纹，因而将该结构的设计由图图2(a)过去的设计(b)新的设计4.4.6 底封头与裙座焊接结构 为了改善反应器裙座支承部位的应力状况和为使裙座连接处
9、焊缝在制造与使用过程能 够进行超声和射线检测，将此处结构应选用图3的形式。图34.4.6.1 改善裙座连接处热应力水平的结构设计反应器在操作状态下，裙座连接部位由于器壁和裙座的边界条件差别较大，此处的热应 力相当大。为了能够使裙座连接部位的温度梯度减小，以降低其热应力，对此连接处的设计改进成设有热箱的形式如图4 (b)温度(a)图44.4.7 反应器外部附件的连接结构 在反应器的外表面过去曾将保温支持圈、管架、平台支架、反应器本体表面热电偶等外 部附件与其相焊接。由于结构上的原因，这些部位的焊缝很难焊透，这对安全极为不利。因 此一般都不把管架、平台支架等放置于反应器上，而是另设钢结构支承。保温
10、支承结构也多 改为不直接焊于反应器外部而是披挂其上的鼠笼式结构。4.5 主要内件形式及作用4.5.1 反应器内件设计性能是与催化剂性能一起体现出所采用加氢工艺的水平。由于加氢 过程存在气、液、固三相状态，所以反应器内件特别是液体的分配盘是设计要点，使反应器 进料与催化剂有效接触，在催化剂床层内不发生流体偏流，还应设置有效温控的冷氢箱结构， 以保护催化剂和设备的安全。4.5.2 通常，在反应器内设有入口扩散器、液分配盘、积垢篮、冷氢箱、热电偶和出口收 集器等，如图所示。各内件在制造厂制造时必须经过预组装，并经监造和使用单位有关人员 确认合格。顶部入口扩散器分配盘焊缝线热誇;催化剂卸出g装瓷球畋射
11、盘冷氢管;冷氢轲：催化剂支承梁1冷氢盘、下部分配盘焊缝线一*装不同规格E出口收集器-催化剂 卸出口4.5.3 入口扩散器 入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件，将进来的介质扩散到反应器的整个截 面上；消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；通过扰动促 使气液两相混合。4.5.4 去垢篮4.5.4.1 在加氢反应器的顶部催化剂床层上有时设有去垢篮，与床层上的磁球一起对进入 反应器的介质进行过滤。去垢篮一般均匀地布置在床层上表面，蓝周围充填适量的大颗粒瓷 球，以增加透气性。一种是在不锈钢骨架外蒙上不锈钢丝网,优点是过滤效果好，价格便宜。 其缺点是丝网强度差，易变形和破
12、损。4.5.4.2 另一种是采用楔形网结构。优点是过滤效果好，强度好，不易变形和破损，但价 格较贵。4.5.5 分配盘4.5.5.1 在催化剂床层上面，采用分配盘是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与 催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。分配盘由塔盘板和在该板上均布的分 配器组成。分配器有多种形式：4.5.5.2长短管分配器；斜口管分配器；V形缺口分配器；泡帽分配器等。昙孔板4图).5.4入口扩散器图1)长短管分配器上层孔板下层孔板1帽；2 长管；3 短管; 图1.5.4入口扩散器图图1.5.4入口扩散器图昙孔板45孔均布4523) V形缺口盒分配器(a) 1盖板；2V形缺口
13、管; 3 塔板 2)斜口管分配器0 50X31 盖板；2(斜口管；3塔板 斜口管分配器3排孔均布4溢流盒;5塔盘3排孔均布334)泡帽分配器1 泡帽；2 下降管；3 塔板3) 形缺盒分配分配器11-盖板 ； 2V形缺形管口管塔板一塔板4)泡帽分配器1泡帽；2下降管；3塔板图1.5.4 四种分配器详图图64.5.6 冷氢管烃类的加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反 应后温度将升高，为了下一床层继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温 度。冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。对于直径较小的反应器，采用结构简 单便于安装的直插式结构。对于直径较大
14、的反应器，应采用树枝状或环形结构。4.5.7 冷氢箱4.5.7.1 冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气 进行混合及热量交换的场所。其作用是将上床层流下来的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱 内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免 反应器超温。4.5.7.2 冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢与上一床层 反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上床 层下来的热油气经过反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层筛板盘，筛板盘，在筛板盘 上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下有时还有一层泡帽分配盘对预分配后的 油气再作最终的分配。4.5.8 催化剂支撑盘催化剂支撑盘由 T 形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器壁的凸台上，而 格栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，和一层细不锈钢丝网，上面装填 磁球和催化剂。催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和刚度。即在420C高温下弯曲 变形也很小，且具有一定的抗腐蚀性能。因此，大梁、格栅和丝网的材质一般均为不锈钢 在设计中一般应考虑催化剂支撑盘上催化剂和磁球的重量、催化剂支撑盘本身的重量、床层 压力降和操作液重等载荷，经过计算得出支撑大梁和格栅的结构尺寸。4.
