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1、加氫裂化設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)周輝海南實(shí)華煉油化工有限公司2004年9月一、主要工藝設(shè)備1.反應(yīng)器加氫反應(yīng)器是加氫裂化裝置的核心設(shè)備。有兩個(gè)特點(diǎn):一是操作于高溫高壓環(huán)境中,且進(jìn)入到反應(yīng)器的物料中往往含有硫和氮等雜質(zhì),與氫反應(yīng)分別形成具有腐蝕性的H2S和NH3。二是加氫裂化是個(gè)放熱反應(yīng),在反應(yīng)過(guò)程中,其反應(yīng)熱較大(約630-840KJ/kg),使床層溫度升高,會(huì)引起局部過(guò)熱現(xiàn)象。如此苛刻的使用條件給設(shè)計(jì)、制造帶來(lái)很大難度。所以,反應(yīng)器的問(wèn)世,不僅體現(xiàn)出加氫高壓設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步,而且在某種程度上也是一個(gè)國(guó)家總體技術(shù)
2、水平的一個(gè)重要標(biāo)志。1.1反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展概況隨著加氫工藝的廣泛應(yīng)用,并且一直向上保持著發(fā)展的趨勢(shì),因而加氫工藝設(shè)備技術(shù)也得到了很快的發(fā)展與進(jìn)步,具體表現(xiàn)在:◆大型化為了獲得較佳的經(jīng)濟(jì)效益,裝置日趨大型化帶來(lái)了設(shè)備的大型化我國(guó)在1989年自行研制成功的第一臺(tái)鍛焊結(jié)構(gòu)的熱壁加氫反應(yīng)器,重量約220t,成功用于撫順石化公司石油三廠的加氫裂化裝置,1998年已分別生產(chǎn)出內(nèi)徑達(dá)4.2m和單臺(tái)重量近千噸的大型反應(yīng)器。◆安全性在核心技術(shù)上主要是圍繞其使用的安全性上得以提高,包括設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)型式及反應(yīng)器材料(包括焊
3、接材料)等許多方面的技術(shù)都有明顯的進(jìn)步。這一系列成就為安全使用提供了牢靠的基礎(chǔ)。這些技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步是與科學(xué)、制造、冶金及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展密不可分的。?設(shè)計(jì)方法過(guò)去一般采用的“規(guī)則設(shè)計(jì)”即“常規(guī)設(shè)計(jì)”的方法(GB150等),它是以彈性失效準(zhǔn)則為理論基礎(chǔ),采用第一強(qiáng)度理論,用第一主應(yīng)力為控制應(yīng)力?,F(xiàn)在逐步發(fā)展到采用以“應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)”,即“分析設(shè)計(jì)”的方法,采用最大剪應(yīng)力為控制作用的第三強(qiáng)度理論,按照J(rèn)B4732-95《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)?!胺治鲈O(shè)計(jì)”要求對(duì)容器的有關(guān)
4、部位的應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算及按應(yīng)力的性質(zhì)進(jìn)行分類,并對(duì)各類應(yīng)力及其組合進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)對(duì)材料、制造、檢驗(yàn)也提出了比“常規(guī)設(shè)計(jì)”更高的要求,該設(shè)計(jì)方法先進(jìn)、嚴(yán)格,從而提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與使用的可靠性,設(shè)備重量減輕,投資節(jié)省,它是容器設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和方法的一個(gè)飛躍。?結(jié)構(gòu)型式反應(yīng)器本體經(jīng)歷了由單層到多層的階段,后來(lái)由于冶金、鍛造等技術(shù)的進(jìn)步,單層鍛造結(jié)構(gòu)或厚板卷焊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器又逐漸占了統(tǒng)治地位。從使用狀態(tài)下其高溫介質(zhì)是否直接與器壁接觸來(lái)看,又分為熱壁結(jié)構(gòu)和冷壁結(jié)構(gòu)。為了易于解決反應(yīng)器用材的耐氫腐蝕和硫化氫腐蝕等問(wèn)題,
5、在反應(yīng)器內(nèi)表面襯非金屬隔熱襯里結(jié)構(gòu)或通以溫度不高的氫氣以達(dá)到保護(hù)反應(yīng)器不直接受高溫高壓氫腐蝕的另一種帶“瓶襯”的結(jié)構(gòu)稱為冷壁結(jié)構(gòu);反之稱為熱壁結(jié)構(gòu)。?材料技術(shù)熱壁結(jié)構(gòu)是伴隨著冶金技術(shù)和堆焊技術(shù)的進(jìn)步而出現(xiàn)的,與冷壁結(jié)構(gòu)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):?器壁相對(duì)不易產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象,從而可提高使用的安全性。而冷壁結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過(guò)程中隔熱襯里較易損壞,熱流體滲到壁上,導(dǎo)致器壁超溫,使安全生產(chǎn)受到威脅或被迫停工。?可以充分利用反應(yīng)器的容積,其有效容積利用率可達(dá)80-90%。1.2結(jié)構(gòu)特征1.2.1本體結(jié)構(gòu)可分為兩大類:一是
6、單層結(jié)構(gòu),二是多層結(jié)構(gòu)。在單層結(jié)構(gòu)中又有鋼板卷焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)兩種。多層結(jié)構(gòu)有繞帶式、熱套式等多種形式。在單層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,一般在反應(yīng)器等設(shè)備內(nèi)壁堆焊雙層不銹鋼(309L+347)以抵抗H2S的侵蝕,單層結(jié)構(gòu)以鍛焊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)明顯多。表現(xiàn)在:?實(shí)心鍛造可清除鋼錠中的偏析和夾雜,80年代開(kāi)發(fā)的中空錠鍛造技術(shù)既可降低錠中的碳偏析,又可使鍛件制造時(shí)間大為縮短;?鍛造變形過(guò)程的拔長(zhǎng)、擴(kuò)孔等工藝,使鍛件各向性能差別較小,增加內(nèi)部致密度,所以材料的均質(zhì)性和致密性較好;?焊縫較少,特別是沒(méi)有縱焊縫,從而提高了反應(yīng)器耐
7、周向應(yīng)力的可靠性,同時(shí)也可縮短制造周期及減少制造和使用過(guò)程中對(duì)焊縫檢查的工作量;?鍛造筒的粗造度和尺寸精度高,可方便筒節(jié)對(duì)接,錯(cuò)邊量小;?反應(yīng)器內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)可加工成與筒體一體的結(jié)構(gòu),這對(duì)于防止有關(guān)的脆性損傷很有好處。1.2.2細(xì)部結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也很重要。一些脆性損傷事故往往發(fā)生在一些細(xì)部結(jié)構(gòu)部位,如內(nèi)部承受重載荷的支撐圈和較大法蘭的應(yīng)力集中的高應(yīng)力區(qū)。對(duì)于這些部位以及對(duì)于一些不便于使用中的維護(hù)與檢測(cè)或是不利于各類應(yīng)力水平降低的細(xì)部結(jié)構(gòu)都作了一些改進(jìn),避免或大大減少了各類損傷的出現(xiàn)?!舸呋瘎┲谓Y(jié)構(gòu)
8、最早支撐催化劑的支持圈多半都是直接焊接于筒體上,如圖-1(a)所示。使用中在支持圈處發(fā)現(xiàn)多起裂紋,改進(jìn)為如圖-1(b)所示的結(jié)構(gòu)?!舴磻?yīng)器進(jìn)出口大法蘭密封結(jié)構(gòu)一般反應(yīng)器進(jìn)出口管的尺寸較大,其法蘭多采用環(huán)形八角型金屬墊片密封。由于螺栓載荷大,且原先設(shè)計(jì)上有不完善之處,曾在法蘭密封槽內(nèi)發(fā)生過(guò)裂紋,因而將該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的圖-2(a)改進(jìn)為圖-2(b)的結(jié)構(gòu)◆反應(yīng)器支撐結(jié)構(gòu)為了改善反應(yīng)器裙座支撐部位的應(yīng)力狀況和為使裙座連接處焊縫在制造與使用過(guò)程檢修時(shí)能夠進(jìn)行超聲和