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加氫反應(yīng)器及催化裂化反應(yīng)器介紹 加氫反應(yīng)器是各類加氫工藝的關(guān)鍵設(shè)備加氫過(guò)程分類 1 加氫處理 進(jìn)料分子基本無(wú)變化 使烯烴飽和及脫硫 2 加氫精制 約 10 原料分子降低分子量 3 加氫裂化 有 10 原料分子轉(zhuǎn)化為小分子 加氫反應(yīng)器分類 按照工藝流程及結(jié)構(gòu)分類 固定床反應(yīng)器2 移動(dòng)床反應(yīng)器3 流化床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器使用最為廣泛 氣液并流下流式 一 加氫反應(yīng)器 固定床反應(yīng)器 床層內(nèi)固體催化劑處于靜止?fàn)顟B(tài) 特點(diǎn) 催化劑不宜磨損 催化劑在不失活情況下可長(zhǎng)期使用 主要適于加工固體雜質(zhì) 油溶性金屬含量少的油品 移動(dòng)床反應(yīng)器 生產(chǎn)過(guò)程中催化劑連續(xù)或間斷移動(dòng)加入或卸出反應(yīng)器 主要適于加工有較高金屬有機(jī)化合物及瀝青質(zhì)的渣油原料 可避免床層堵塞及催化劑失活問(wèn)題 流化床反應(yīng)器 原料油及氫氣自反應(yīng)器下部進(jìn)入通過(guò)催化劑床層 使催化劑流化并被流體托起 主要也適于加工有較高金屬有機(jī)化合物 瀝青質(zhì)及固體雜質(zhì)的渣油原料 按反應(yīng)器使用狀態(tài)分類 使用狀態(tài)下高溫介質(zhì)是否與器壁接觸 分為冷壁結(jié)構(gòu)及熱壁結(jié)構(gòu) 冷壁反應(yīng)器 熱壁反應(yīng)器 冷熱壁結(jié)構(gòu)反應(yīng)器特征及應(yīng)用 按反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)分類 分為單層結(jié)構(gòu) 多層結(jié)構(gòu) 單層結(jié)構(gòu)包括鋼板卷焊及鍛焊結(jié)構(gòu) 多層結(jié)構(gòu)一般有繞帶式及熱套式 煅焊結(jié)構(gòu)反應(yīng)器制造過(guò)程 加氫過(guò)程由于存在有氣 液 固三相的放熱反應(yīng) 欲使反應(yīng)進(jìn)料 氣 液兩相 與催化劑 固相 充分 均勻 有效地接觸 加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)有多個(gè)催化劑床層 在每個(gè)床層的頂部都設(shè)置有分配盤(pán) 并在兩個(gè)床層之間設(shè)有溫控結(jié)構(gòu) 冷氫箱 以確保加氫裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)和延長(zhǎng)催化劑的使用壽命 反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有入口擴(kuò)散器 積垢籃 卸料管 催化劑支撐盤(pán) 出口捕集器 氣液反應(yīng)物流分配盤(pán) 冷氫箱 熱電偶保護(hù)管和出口收集器等反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件 入口擴(kuò)散器來(lái)自反應(yīng)器入口的介質(zhì)首先經(jīng)過(guò)入口擴(kuò)散器 在上部錐形體整流后 經(jīng)上下兩擋板的兩層孔的節(jié)流 碰撞后被擴(kuò)散到整個(gè)反應(yīng)器截面上 其主要作用為 一是將進(jìn)入的介質(zhì)擴(kuò)散到反應(yīng)器的整個(gè)截面上 二是消除氣 液介質(zhì)對(duì)頂分配盤(pán)的垂直沖擊 為分配盤(pán)的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件 三是通過(guò)擾動(dòng) 促使氣液兩相混合 2 分配盤(pán)目前 國(guó)內(nèi)加氫反應(yīng)器所使用的反應(yīng)物流分配器 按其作用原理大致可分為溢流式和抽吸噴射式兩類 反應(yīng)物流分配盤(pán)應(yīng)不漏液 安裝后須進(jìn)行測(cè)漏試驗(yàn) 即在分配盤(pán)上充水至100mm高 在5分鐘內(nèi)其液位下降高度 以不大于5mm為合格 分配盤(pán)安裝的水平度要求 對(duì)于噴射式的分配器 包括制造公差和在載荷作用下的繞度在內(nèi) 其分配盤(pán)的水平度應(yīng)控制為 5mm 6mm 對(duì)于溢流式的分配器 其分配盤(pán)安裝的水平度要求更嚴(yán)格一些 在催化劑床層上面 采用分配盤(pán)是為了均布反應(yīng)介質(zhì) 改善其流動(dòng)狀況 實(shí)現(xiàn)與催化劑的良好接觸 進(jìn)而達(dá)到徑向和軸向的均勻分布 反應(yīng)器頂部分配盤(pán) 3 積垢籃由不同規(guī)格的不銹鋼金屬網(wǎng)和骨架構(gòu)成的籃框 置于反應(yīng)器上部催化劑床層的頂部 可為反應(yīng)物流提供更大的流通面積 在上部催化劑床層的頂部撲集更多的機(jī)械雜質(zhì)的沉積物 而又不致引起反應(yīng)器壓力降過(guò)快地增長(zhǎng) 積垢籃框在反應(yīng)器內(nèi)截面上呈等邊三角形均勻排列 其內(nèi)是空的 不裝填催化劑或瓷球 安裝好后要須用不銹鋼鏈將其穿連在一起 并牢固地拴在其上部分配盤(pán)地支撐梁上 不銹鋼金屬鏈條要有足夠地長(zhǎng)度裕量 按床層高度下沉5 考慮 以便能適應(yīng)催化劑床層的下沉 4 催化劑支撐盤(pán)催化劑支撐盤(pán)由T形大梁 格柵和絲網(wǎng)組成 大梁的兩邊搭在反應(yīng)器器壁的凸臺(tái)上 而格柵則放在大梁和凸臺(tái)上 格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網(wǎng) 和一層細(xì)不銹鋼絲網(wǎng) 上面就可以裝填磁球和催化劑了 催化劑支撐大梁和格柵要有足夠的高溫強(qiáng)度和剛度 即在420 高溫下彎曲變形也很小 且具有一定的抗腐蝕性能 因此 大梁 格柵和絲網(wǎng)的材質(zhì)均為不銹鋼 在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮催化劑支撐盤(pán)上催化劑和磁球的重量 催化劑支撐盤(pán)本身的重量 床層壓力降和操作液重等載荷 經(jīng)過(guò)計(jì)算得出支撐大梁和格柵的結(jié)構(gòu)尺寸 4 催化劑卸料管固定床反應(yīng)器每一催化劑床層下部均安裝有若干根卸料管 跨過(guò)催化劑支撐盤(pán) 物料分配盤(pán)及冷氫箱 通向下一床層 作為在反應(yīng)器停工卸除催化劑的卸劑通道 5 冷氫管 烴類加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng) 對(duì)多床層的加氫反應(yīng)器來(lái)說(shuō) 油氣和氫氣在上一床層反應(yīng)后溫度將升高 為了下一床層繼續(xù)有效反應(yīng)的需要 必須在兩床層間引入冷氫氣來(lái)控制溫度 將冷氫氣引入反應(yīng)器內(nèi)部并加以散布的管子被稱為冷氫管 冷氫加入系統(tǒng)的作用和要求是 均勻 穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量 必須使冷氫與熱反應(yīng)物充分混合 在進(jìn)入下一床層時(shí)有一均勻的溫度和物料分布 冷氫管按形式分直插式 樹(shù)枝狀形式和環(huán)形結(jié)構(gòu) 對(duì)于直徑較小的反應(yīng)器 采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝的直插式結(jié)構(gòu)即可 對(duì)于直徑較大的反應(yīng)器 直插式冷氫管打入的冷氫與上層反應(yīng)后的油氣混合效果就不好 直接影響了冷氫箱的再混合效果 這時(shí)就應(yīng)采用樹(shù)枝狀或環(huán)形結(jié)構(gòu) 6 冷氫箱 冷氫箱實(shí)為混合箱和預(yù)分配盤(pán)的組合體 它是加氫反應(yīng)器內(nèi)的熱反應(yīng)物與冷氫氣進(jìn)行混合及熱量交換的場(chǎng)所 其作用是將上層流下來(lái)的反應(yīng)產(chǎn)物與冷氫管注入的冷氫在箱內(nèi)進(jìn)行充分混合 以吸收反應(yīng)熱 降低反應(yīng)物溫度 滿足下一催化劑床層的反應(yīng)要求 避免反應(yīng)器超溫 冷氫箱的第一層為擋板盤(pán) 擋板上開(kāi)有節(jié)流孔 由冷氫管出來(lái)的冷氫與上一床層反應(yīng)后的油氣在擋板盤(pán)上先預(yù)混合 然后由節(jié)流孔進(jìn)入冷氫箱 進(jìn)入冷氫箱的冷氫氣和上層下來(lái)的熱油氣經(jīng)過(guò)反復(fù)折流混合 就流向冷氫箱的第二層 篩板盤(pán) 篩板盤(pán) 在篩板盤(pán)上再次折流強(qiáng)化混合效果 然后在作分配 篩板盤(pán)下有時(shí)還有一層泡帽分配盤(pán)對(duì)預(yù)分配后的油氣再作最終的分配 冷氫管 催化劑卸料管 冷氫箱上擋板盤(pán) 冷氫箱下?lián)醢灞P(pán) 冷氫箱篩板盤(pán) 7 出口收集器 出口收集器是個(gè)帽狀部件 頂部有圓孔 側(cè)壁有長(zhǎng)孔 覆蓋不銹鋼網(wǎng) 其作用主要是阻止反應(yīng)器底部的瓷球從出口漏出 并導(dǎo)出流體 反應(yīng)器底部的出口收集器 用于支撐下部的催化劑床層 減小床層的壓降和改善反應(yīng)物料的分配 出口收集器與下端封頭接觸的下沿開(kāi)有數(shù)個(gè)缺口 供停工時(shí)排液用 8 熱電偶 為監(jiān)視加氫放熱反應(yīng)引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況而對(duì)操作溫度進(jìn)行監(jiān)控 加氫反應(yīng)器常見(jiàn)損傷與對(duì)策高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕是在高溫高壓條件下擴(kuò)散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 生成甲烷氣泡 它包含甲烷的成核過(guò)程和成長(zhǎng) 即FeC 2H2一CH4 3Fe 并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集 引起鋼的強(qiáng)度 延性和韌性下降與劣化 同時(shí)發(fā)生晶間斷裂 由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果 所以它具有不可逆的性質(zhì) 也稱永久脆化現(xiàn)象 高溫氫腐蝕有兩種形式 一是表面脫碳 二是內(nèi)部脫碳 表面脫碳不產(chǎn)生裂紋 在這點(diǎn)上與鋼材暴露在空氣 氧氣或二氧化碳等一些氣體中所產(chǎn)生的脫碳相似 表面脫碳的影響 般很輕 其鋼材的強(qiáng)度和硬度局部有所下降而延性提高 內(nèi)部脫碳是由于氫擴(kuò)散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)生成了甲烷 而甲烷又不能擴(kuò)散出鋼外 就聚集于晶界空穴和夾雜物附近 形成了很高的局部應(yīng)力 使鋼產(chǎn)生龜裂 裂紋或鼓包 其力學(xué)性能發(fā)生顯著的劣化 影響高溫氫腐蝕的主要因素1 溫度 壓力和暴露時(shí)間的影響溫度和壓力對(duì)氫腐蝕的影響很大 溫度越高或者壓力越大發(fā)生高溫腐蝕的起始時(shí)間就越早 2 合金元素和雜質(zhì)元素的影響在鋼中凡是添加能形成很穩(wěn)定碳化物的元素 如鉻 鉬 釩 鈦 鎢等 就可使碳的活性降低 從而提高鋼材抗高溫氫腐蝕的能力 在合金元素對(duì)抗氫腐蝕性能的影響中 元素的復(fù)合添加和各自添加的效果不同 例如鉻 鉬的復(fù)合添加比兩個(gè)兒素單獨(dú)添加時(shí)可使抗氫腐蝕性能進(jìn)一步提高 在加氫高壓設(shè)備中廣泛地使用著鉻 鉬鋼系 其原因之一也在于此 3 熱處理的影響鋼的抗氫腐蝕性能 與鋼的顯微組織也有密切關(guān)系 對(duì)于淬火狀態(tài) 只需經(jīng)很短時(shí)間加熱就出現(xiàn)了氫腐蝕 但是一施行回火 且回火溫度越高 由于可形成穩(wěn)定的碳化物 抗氫腐蝕性能就得到改善 另外 對(duì)于在氫環(huán)境下使用的鉻 鉬鋼設(shè)備 施行了焊后熱處理同樣具有可提高抗氫腐蝕能力的效果 4 應(yīng)力的影響在高溫氫腐蝕中 應(yīng)力的存在肯定會(huì)產(chǎn)生不利的影響 在高溫氫氣中蠕變強(qiáng)度會(huì)下降 特別是由于二次應(yīng)力 如熱應(yīng)力或由冷作加工所引起的應(yīng)力 的存在會(huì)加速高溫氫腐蝕 高溫氫腐蝕的防止措施高溫高壓氫環(huán)境下高溫氫腐蝕的防止措施主要是選用耐高溫氫腐蝕的材料 工程設(shè)計(jì)上都是按照原稱為 納爾遜 Nelson 曲線 來(lái)選擇的 盡量減少鋼材中對(duì)高溫氫腐蝕不利影響的雜質(zhì)元素 Sn Sb 制造及在役中返修補(bǔ)焊后必須進(jìn)行焊后熱處理 操作中嚴(yán)防設(shè)備超溫 控制外加應(yīng)力水平 2 氫脆所謂氫脆 就是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象 產(chǎn)生了氫脆的鋼材 其延伸率和斷面收縮率顯著下降 這是由于侵人鋼中的原子氫 使結(jié)晶的原子結(jié)合力變?nèi)?或者作為分子狀在晶界或夾雜物周邊上析出的結(jié)果 但是 在一定條件下 若能使氫較徹底地釋放出來(lái) 鋼材的力學(xué)性能仍可得到恢復(fù) 這一特性與前面介紹的氫腐蝕截然不同 所以氫脆是可逆的 也稱作一次脆化現(xiàn)象 氫脆的敏感性一般是隨鋼材的強(qiáng)度的提高而增加 鋼的顯微組織對(duì)氫脆也有影響 鋼材氫脆化的程度還與鋼中的氫含量密切相關(guān) 強(qiáng)度越高 只要吸收少量的氫 就可引起很嚴(yán)重的脆化 對(duì)于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的設(shè)備 在操作狀態(tài)下 器壁中會(huì)吸收一定量的氫 在停工的過(guò)程中 由于冷卻速度太快 鋼中的氫來(lái)不及擴(kuò)散出來(lái) 造成過(guò)飽和氫殘留在器壁內(nèi) 就可能在溫度低于150 時(shí)引起亞臨界裂紋擴(kuò)展 對(duì)設(shè)備的安全使用帶來(lái)威脅 在高溫高壓臨氫設(shè)備中 特別是內(nèi)表面堆焊有奧氏體不銹鋼堆焊層的加氧反應(yīng)器曾發(fā)生過(guò)一些氫脆損傷的實(shí)例 其部位多發(fā)生在反應(yīng)器支持圈角焊縫上以及堆焊奧氏體小銹鋼的梯形槽法蘭密封面的槽底拐角處 防止氫脆的若干對(duì)策要防止氫脆損傷發(fā)生 主要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上 制造過(guò)程中和生產(chǎn)操作方面采取如下措施 1 盡量減少應(yīng)變幅度 這對(duì)于改善使用壽命很有幫助 2 盡量保持TP347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性 為此 一是要控制TP347中 鐵素體含量 以避免含量過(guò)多時(shí)在焊后最終熱處理過(guò)程轉(zhuǎn)變成較多的相而產(chǎn)生脆性 二是對(duì)于前述那些易發(fā)生氫脆的部位 應(yīng)盡量省略TP347堆焊金屬或焊接金屬的焊后最終熱處理 以提高其延性 3 裝置停工時(shí)冷卻速度不應(yīng)過(guò)快 且停工過(guò)程中應(yīng)有使鋼中吸藏的氫能盡量釋放出去的工藝過(guò)程 以減少器壁中的殘留氫含量 4 盡量避免非計(jì)劃緊急停工 緊急放空 3 高溫硫化氫的腐蝕在加氫裝置中 一般都會(huì)有硫化氫腐蝕介質(zhì)存在 對(duì)于以碳鋼或低鉻鋼制的設(shè)備 在操作溫度高于204 其腐蝕速度將隨著溫度的升高而增加 特別是當(dāng)硫化氫和氫共存的條件下 它比硫化氫單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的腐蝕還要更為劇烈和嚴(yán)重 氫在這種腐蝕過(guò)程中起著催化劑的作用 加速了腐蝕的進(jìn)展 對(duì)于在硫化氫和氫共存條件下的材料選擇 一是參考相似條件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)計(jì)材料的腐蝕率后確定 二是在無(wú)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)時(shí) 可根據(jù)柯珀 Couper 曲線來(lái)估算材料的腐蝕率 該曲線是美國(guó)腐蝕工程師學(xué)會(huì)的一個(gè)專門(mén)小組通過(guò)大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)電子計(jì)算機(jī)反復(fù)回歸處理 關(guān)聯(lián)后整理出來(lái)的 據(jù)驗(yàn)證按此曲線估算出來(lái)的腐蝕率與工業(yè)裝置的經(jīng)驗(yàn)比較接近 對(duì)于不同鉻含量 O 9 的鉻鋼的腐蝕率 先按給定的硫化氫濃度和溫度從圖上求出碳鋼的腐蝕率 然后再乘以相應(yīng)鉻含量的系數(shù)Fcr 加以修正后的值即是 4 連多硫酸引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是某一金屬 鋼材 在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下所發(fā)生的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象 奧氏體不銹鋼對(duì)于硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是比較敏感的 連多硫酸 H2Sx06 x 3 6 引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂也屬于硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 一般為晶間裂紋 這種開(kāi)裂與在高溫運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于碳化鉻析出在晶界上 使晶界附近的鉻濃度減少 形成貧鉻區(qū)有關(guān) 連多硫酸的形成是由于設(shè)備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時(shí)生成了硫化亞鐵 而當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)或停工檢修時(shí) 它與出現(xiàn)的水分和進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果 即 3FeS 502 Fe2O3 FeO 3SO2SO2 H20 H2SO3H2S03 1 202 H2S04FeS十H2SO3 mH2SxO6十nFe FeS H2S04一 FeSO4 H2SH2SO3十H2S mH2Sx06十nSFeS十H2Sx06一 FeSx06 H2S 防止對(duì)策 1 設(shè)計(jì)上的措施選用合適的材料是有效的措施之一 一般應(yīng)選用超低碳型 C 0 03 或穩(wěn)定型的不銹鋼 如SUS321 SUS347 采用奧氏體 鐵素體雙相不銹鋼也有較好的使用效果 還可以選用鐵素體不銹鋼 因它對(duì)連多硫酸的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂不敏感 在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免有應(yīng)力集中 2 制造上盡量消除或減輕由于冷加工和焊接引起的殘余應(yīng)力 并注意加工成不形成應(yīng)力集中或盡可能小的結(jié)構(gòu) 國(guó)外對(duì)不銹鋼設(shè)備發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂原因調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析 發(fā)現(xiàn)大部分的損傷是由于焊接和加工中造成的殘余應(yīng)力引起的 另外 為不使碳化物在晶間上析出 在加工后應(yīng)進(jìn)行固溶化熱處理 約1100 急冷 實(shí)行穩(wěn)定化處理 約870 950 也可減少裂紋的敏感性 3 使用上的措施主要是緩和環(huán)境條件 在裝置停工時(shí) 采取措施抑制連多硫酸生成或用中和溶液將形成的連多硫酸中和掉 根據(jù)不同的停工方案 用1 5 2 濃度的碳酸鈉溶液進(jìn)行中和清洗或用惰性氣 如氮?dú)?封閉 以隔絕空氣進(jìn)入到設(shè)備中去或向系統(tǒng)中供給一定的熱量 加熱 以防止水汽析出等都是有效的措施 5 鉻 鉬鋼的回火脆性鉻 鉬鋼的回火脆性是將鋼材長(zhǎng)時(shí)間地保持在325 575 也有人提出是在371 593 或354 565 或400 600 等等 或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時(shí) 其材料的斷裂韌性就引起劣化損傷的現(xiàn)象 它產(chǎn)生的原因是由于鋼中的雜質(zhì)元素和某些合金元素向原奧氏體晶界偏析 使晶界凝集力下降所至 從破壞試樣所表明的特征來(lái)看 在脆性斷口上呈現(xiàn)出晶間破壞的形態(tài) 回火脆性對(duì)于抗拉強(qiáng)度和延伸率來(lái)說(shuō) 幾乎沒(méi)有影響 主要是在進(jìn)行沖擊性能試驗(yàn)時(shí)可觀測(cè)到很大的變化 材料一旦發(fā)生回火脆性 就使其延脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫側(cè)遷移 因此 在低溫區(qū)若有較大的附加應(yīng)力存在 就有發(fā)生脆性破壞的可能 回火脆化現(xiàn)象具有可逆性 將已經(jīng)脆化了的鋼加熱到600 以上 然后急冷 鋼材就可以恢復(fù)到原來(lái)的韌性 影響回火脆性的主要因素很多 如化學(xué)成分 制造時(shí)的熱處理?xiàng)l件 加工時(shí)的熱狀態(tài) 強(qiáng)度大小 塑性變形 碳化物的形態(tài) 使用時(shí)所保持的溫度等等 防止Cr Mo鋼設(shè)備回火脆性破壞若干措施1 盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素P Sb Sn As Si的含量 2 制造中選擇合適的熱處理工藝較低的奧氏體化溫度對(duì)減小回火脆性敏感性有利 但奧氏體化溫度太低將會(huì)使力學(xué)性能 特別是屈服強(qiáng)度下降太多 所以只能選擇一個(gè)既能滿足設(shè)計(jì)對(duì)力學(xué)性能要求 又能滿足抗回火脆性需要的綜合性能優(yōu)越的熱處理工藝 3 采用熱態(tài)型的開(kāi)停工方案設(shè)備處于正常操作溫度下時(shí) 不會(huì)發(fā)生由回火脆性引起破壞 因?yàn)檫@時(shí)的溫度比鋼材脆性轉(zhuǎn)變溫度高 但是 像21 4Cr lMo鋼制設(shè)備經(jīng)長(zhǎng)期使用后 若有回火脆化 包括母材 焊縫金屬在內(nèi) 其轉(zhuǎn)變溫度都有一定程度提高 此情況下 在開(kāi)停工過(guò)程中就有可能產(chǎn)生脆性破壞 因此在開(kāi)停工時(shí)必須采用較高的最低升壓溫度 這就是熱態(tài)型開(kāi)停工方法 即在開(kāi)工時(shí)先升溫后升壓 停工時(shí)先降壓后降溫 API推薦MPT 最低升壓溫度 為93度 4 采用合適的開(kāi)停工升降溫速度 建議溫度小于150度時(shí) 升溫速度不超過(guò)25度 6 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離加氫裝置中 用于高溫高壓反應(yīng)器 為了抵抗H2S的腐蝕 在內(nèi)表面都堆焊了幾毫米厚的不銹鋼堆焊層 多為奧氏體不銹鋼 在十多年前曾在此類反應(yīng)器上發(fā)現(xiàn)了不銹鋼堆焊層剝離損傷現(xiàn)象 堆焊層剝離現(xiàn)象有如下主要特征 1 堆焊層剝離現(xiàn)象也是氫致延遲開(kāi)裂的一種形式 高溫高壓氫環(huán)境下操作的反應(yīng)器 氫會(huì)侵入擴(kuò)散到器壁中 由于制作反應(yīng)器本體材料的Cr Mo鋼 如21 4Cr lMo鋼 和堆焊層用的奧氏體不銹鋼 如Tp309和Tp347 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同 因而氫的溶解度和擴(kuò)散速度都不一樣 使堆焊層界面上氫濃度形成不連續(xù)狀態(tài) 如圖所示 而且由于母材的溶解度與溫度的依賴性更大 當(dāng)反應(yīng)器從正常運(yùn)行狀態(tài)下停工冷卻到常溫狀態(tài)時(shí) 在過(guò)渡區(qū)界面上的堆焊層側(cè)聚集大量的氫而引起脆化 另外 由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大 在反應(yīng)器制造時(shí)會(huì)形成相當(dāng)可觀的殘余應(yīng)力 據(jù)測(cè)試結(jié)果 堆焊層界面上的正拉伸殘余應(yīng)力可達(dá)137 3 205 9MPa 還有 由于過(guò)飽和溶解氫結(jié)合成分子形成的氫氣壓力也會(huì)產(chǎn)生很高的應(yīng)力 上述這些原因就有可能使堆焊層界面發(fā)生剝離 而且經(jīng)過(guò)超聲檢測(cè)和聲發(fā)射試驗(yàn)的監(jiān)測(cè) 發(fā)現(xiàn)剝離并不是從操作狀態(tài)冷卻到常溫時(shí)就馬上發(fā)生 而是要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后 需要一定的孕育期 才可觀察到這種現(xiàn)象 2 從宏觀上看 剝離的路徑是沿著堆焊層和母材的界面擴(kuò)展的 在不銹鋼堆焊層與母材之間呈剝離狀態(tài) 故稱剝離現(xiàn)象 3 從微觀上看 剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著熔合線上所形成的碳化鉻析出區(qū)和沿著長(zhǎng)大的奧氏體晶界擴(kuò)展的兩大類 影響堆焊層氫致剝離的主要因素1 氫氣壓力和溫度的影響在眾多影響堆焊層剝離的因素中 操作溫度和氫氣壓力是最重要的參數(shù) 氫氣壓力和操作溫度越高 越容易發(fā)生剝離 2 從高溫高壓氫環(huán)境下冷卻速度的影響在高溫高壓氫氣中暴露后 其冷卻速度越快 越容易產(chǎn)生剝離 3 反復(fù)加熱冷卻的影響當(dāng)堆焊層過(guò)渡區(qū)吸藏有氫的情況下 反復(fù)加熱冷卻的次數(shù)越多 越容易引起剝離和促進(jìn)剝離的進(jìn)展 因?yàn)槎押笇硬牧吓c母材之間的線膨脹系數(shù)差別很大 反復(fù)地加熱冷卻會(huì)引起熱應(yīng)變的累積 已有實(shí)驗(yàn)證明 它可對(duì)剝離起到上述影響的效果 4 焊后熱處理的影響焊后熱處理對(duì)剝離也是一個(gè)很重要的影響因素 焊后熱處理溫度越高 碳化鉻析出層就更寬 將使材料的抗剝離性能明顯下降 防止堆焊層氫致剝離的對(duì)策依上所述 可以將引起堆焊層剝離的基本因素歸結(jié)為 a 界面上存在很高的氫濃度 b 有相當(dāng)大的殘余應(yīng)力存在 c 與堆焊金屬的性質(zhì)有關(guān) 因此 凡是采取能夠降低界面上的氫濃度 減輕殘余應(yīng)力和使熔合線附近的堆焊金屬具有較低氫脆敏感性的措施對(duì)于防止堆焊層的剝離都是有效的 比如采用大電流高焊速的堆焊工藝 盡量避免非計(jì)劃的緊急停車 在正常停工時(shí)要采取使氫盡可能釋放出去的停工條件 以減少殘留氫量 熱壁加氫反應(yīng)器的在役檢驗(yàn)熱壁加氫反應(yīng)器在役檢驗(yàn)應(yīng)以檢查有無(wú)高溫氫腐蝕 氫致裂紋 堆焊層氫致剝離裂紋和回火脆化程度等為主要內(nèi)容 檢驗(yàn)范圍及數(shù)量一般可根據(jù)以下幾方面考慮后確定 1 使用中通常容易出現(xiàn)裂紋的部位 如法蘭的梯形密封槽 內(nèi)外部構(gòu)件與殼體連接的焊縫等 2 容易產(chǎn)生堆焊層氫致剝離裂紋或發(fā)生幾率大的部位 3 根據(jù)操作歷史 包括溫度 壓力及其超溫 超壓和開(kāi)停工次數(shù)的情況 4 根據(jù)過(guò)去檢驗(yàn)記錄 如記錄的缺陷情況 返修部位等 總體來(lái)說(shuō) 檢驗(yàn)的重點(diǎn)應(yīng)該是法蘭密封面 高應(yīng)力和應(yīng)力集中區(qū) 主焊縫 堆焊層及層下缺陷和主螺栓 在役檢驗(yàn)主要采用無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行 包括目視檢查 VT 磁粉檢測(cè) MT 滲透檢測(cè) PT 和超聲波檢測(cè) UT 以及超聲波衍射時(shí)差法 TOFD 此外 國(guó)外還有聲發(fā)射檢查 AET 作為輔助手段 反應(yīng)器在役檢驗(yàn)的典型部位及適用方法 二 催化裂化反應(yīng)器 反應(yīng)沉降器是催化裂化化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所 是本裝置的關(guān)鍵設(shè)備 根據(jù)反應(yīng)器與再生器相互位置不同 反再系統(tǒng)可分為以下幾種類型 1 并列式 1 等高并列 2 高低并列 3 三器合并 2 同軸式 1 沉降器與再生器同軸 2 沉降器與再生器和燒焦罐同軸 3 同軸加并列 1 沉降器一再同軸與二再并列 2 一再二再同軸與沉降器同軸 提升管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)提升管反應(yīng)器是一根長(zhǎng)徑比很大的管子 長(zhǎng)度一般為30 36米 直徑根據(jù)處理量決定 通常以油氣在提升管內(nèi)平均停留時(shí)間1 4秒為限確定提升管直徑 在提升管側(cè)面開(kāi)有若干進(jìn)料口 使新鮮原料 回?zé)捰图坝蜐{從不同位置進(jìn)入提升管 進(jìn)行選擇性裂化 進(jìn)料口以下稱為預(yù)提升段 作用為 由提升管底部吹入水蒸氣 預(yù)提升蒸汽 使由再生斜管來(lái)的催化劑加速 保證油與催化劑相遇時(shí)間均勻接觸 為使油氣在離開(kāi)提升管后立即終止反應(yīng) 提升管出口均設(shè)有快速分離裝置 作用為使油氣與大部分催化劑迅速分開(kāi) 常用快速分離器的類型為 傘帽型 倒L型 T型 粗旋風(fēng)分離器 彈射快速分離器 垂直齒縫型 分別為圖中a b c d e f所示 沉降器結(jié)構(gòu)沉降器是用碳鋼制成的圓筒形設(shè)備 上段為沉降段 下段為汽提段 沉降段內(nèi)裝有數(shù)組旋風(fēng)分離器 頂部是集氣室并有油氣出口 沉降器的作用是使來(lái)自提升管的油氣和催化劑分離 油氣經(jīng)旋風(fēng)分離器分出所夾帶的催化劑后經(jīng)集氣室去分餾系統(tǒng) 由提升管快速分離器出來(lái)的催化劑靠重力在沉降器中向下沉降落入汽提段 汽提段有數(shù)層人字形擋板和蒸汽吹入口 作用是將催化劑夾帶的油氣通過(guò)蒸汽汽提出并返回沉降段 以減小油氣損失及減小再生器負(fù)荷 沉降器多才用直筒型 直徑大小根據(jù)氣體流速及線速?zèng)Q定 沉降段線速一般不超過(guò)0 5 0 6m s 再生器結(jié)構(gòu)再生器的作用是為催化劑再生提供場(chǎng)所和條件 再生器由筒體及內(nèi)部件組成 筒體由碳鋼焊接而成 由于經(jīng)常處于高溫和受催化劑顆粒沖刷 因此筒體內(nèi)壁敷設(shè)一層隔熱 耐磨襯里以保護(hù)設(shè)備材質(zhì) 筒體上部為稀相段 下部為密相段 密相段是催化劑流化和再生的主要場(chǎng)所 在主風(fēng)作用下待生催化劑在這里形成密帽流化床 密相床曾氣體線速為0 6 1 0m s 稀相段實(shí)際上是催化劑的沉降段 使催化劑易于沉降 稀相段氣體線速不能太高 要求不大于0 6 0 7m s 因此稀相段直徑通常大于密相段 高度應(yīng)由沉降要求和旋風(fēng)分離器料腿長(zhǎng)度所確定 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器是氣固兩相分離并回收催化劑的設(shè)備 其操作好壞直接影響催化劑損耗 它由內(nèi)圓柱筒 外圓柱筒 圓錐筒及料腿 灰斗 翼閥組成 旋風(fēng)分離器類型很多 近年來(lái)常用型號(hào)為PX型 PV型 BY型 GE型 作用原理 攜帶催化劑的氣流以高速15 25米 秒從切線方向進(jìn)入旋風(fēng)分離器 并沿內(nèi)外圓柱筒環(huán)形通道旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 使固體顆粒產(chǎn)生離心力 造成氣固分離條件 顆粒沿椎體下轉(zhuǎn)進(jìn)入灰斗 氣體從內(nèi)圓柱筒排出 再生器的主要內(nèi)部件包括旋風(fēng)分離器 主風(fēng)分布環(huán) 集氣室等 灰斗的作用是脫氣 即防止催化劑被帶入料斗 料腿的作用是將回收的催化劑輸送回床曾 料腿內(nèi)的催化劑應(yīng)有一定的料位高度以保證催化劑的順利下流 這已是要求料腿有一定長(zhǎng)度的原因 即允許催化劑流出而阻止氣體倒竄 主風(fēng)分布管主風(fēng)分布管是再生器的空氣分配器 作用是使進(jìn)入再生器的空氣均勻分布 防止氣流趨向中心部位 以形成良好的流化狀態(tài) 保證氣固均勻接觸 強(qiáng)化再生反應(yīng) 集氣室分為內(nèi)集氣室和外集氣室 內(nèi)集氣室位于殼體內(nèi) 由筒體和封頭或筒體 錐底和封頭組成 外集氣室位于殼體頂封頭外 多個(gè)二旋升氣管穿過(guò)殼體與集氣室相通并支撐外集氣室 外集氣室按形狀分為臥式 立式 橢球式和環(huán)管式 集氣室分為內(nèi)集氣室和外集氣室 內(nèi)集氣室位于殼體內(nèi) 由筒體和封頭或筒體 錐底和封頭組成 外集氣室位于殼體頂封頭外 多個(gè)二旋升氣管穿過(guò)殼體與集氣室相通并支撐外集氣室 外集氣室按形狀分為臥式 立式 橢球式和環(huán)管式