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無錫瑞升不銹鋼反應鍋:加氫反應器介紹

發布時間:2019-03-19 11:54:00 點擊:    

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無錫瑞升不銹鋼反應鍋2019年3月19日訊  加氫反應器是加氫裂化裝置的核心設備,它操作于高溫、高壓、臨氫(含H2S)環境下,且進入反應器內的物料中往往含有硫和氮等雜質。由于加氫反應器使用條件苛刻,在反應器的發展歷史上主要圍繞提高反應器使用的安全性。 所以無論是設計還是制造 ,除了需要強調使用性能外,還必須強調其安全性能。

1.影響加氫過程的因素


1.1氫氣分壓

       提高氫分壓有利于加氫過程反應的進行,加快反應速度。在固定反應溫度及其他條件下,壓力對轉化深度有正的影響。 產品的質量受氫分壓影響較大。

1.2 反應溫度

       影響反應速率和產品的分布和質量。

1.3 空速

      空速影響反應器的體積和催化劑用量,降低空速對于提高加氫過程反應的轉化率是有利的。

1.4 氫油比

      氫油比對加氫過程的影響主要有三個方面:影響反應的過程;影響催化劑使用壽命;過高的氫油比將增加裝置的操作費用及設備投資。


2.加氫反應器可能發生的主要損傷型式有哪些呢?

2.1 高溫氫腐蝕

      在高溫高壓操作狀態下,侵入并擴散在鋼中的氫與固溶碳或不穩定的碳化物發生化學反應,生成甲烷;

                       即 Fe3C+4[H]→CH4+3Fe。

      影響高溫氫腐蝕的主要因素溫度、壓力和暴露時間的影響、合金元素和雜質元素的影響、熱處理的影響、應力的影響。


2.2 氫脆

      氫脆是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現象。產生了氫脆的鋼材,其延伸率和斷面收縮率顯著下降。


2.3 高溫H2S腐蝕

      硫化氫和氫氣共存條件下,比硫化氫單獨存在時對鋼材產生的腐蝕還要更為劇烈和嚴重。其腐蝕速度一般隨著溫度的升高而增加。


2.4 連多硫酸應力腐蝕開裂

       連多硫酸(H2SXO6,x=3-6)與作用對象中存在的拉應力共同作用發生的開裂現象。


2.5 鉻鉬(Cr-Mo)鋼的回火脆性

       鉻鉬鋼在325~575℃溫度范圍內長時間保持或從此溫度范圍緩慢地冷卻時,其材料的破壞韌性就引起劣化的現象,這是由于鋼中的微量雜質元素和合金元素向原奧氏體晶界偏析,使晶界凝集力下降所至。


2.6 奧氏體不銹鋼堆焊層的剝離

       反應器本體材料的Cr-Mo鋼和堆焊層用的奧氏體不銹鋼具有不同的氫溶解度和擴散速度,使堆焊層過渡區的堆焊層側出現了很高的氫濃度;在高溫高壓操作狀態下氫向反應器器壁侵入,在停工時氫會從器壁中逸出。從而導致奧氏體不銹鋼堆焊層的剝離。

2.加氫反應器的設計方法

      設計方法主要有常規設計和分析設計兩種計算方法。


2.1 常規設計法

     常規設計基于彈性失效準則,可供使用的規范有美國ASME《鍋爐及壓力容器規范》第Ⅷ卷第一冊以及我國GB150-2011《壓力容器》等。

常規設計主要計算機輔助軟件有:

           針對ASME規范的PVElite-2017 

           針對GB150的SW6-2011


2.2 分析設計法


     分析設計基于塑性失效準則,可供使用的規范有美國ASME 鍋爐及壓力容器規范》第Ⅷ卷第二冊以及我國JB4732《鋼制壓力容器——分析設計標準》等。


     “分析設計”要求對反應器的有關部位的應力進行詳細計算及按應力的性質進行分類,并對各類應力及其組合進行評價,同時對材料、制造、檢驗提出了比“常規設計”更高的要求,從而提高了設計的準確性與使用可靠性,但相對設計費用大大增加。


       分析設計主要計算機輔助軟件有:

           ANSYS經典版和workbench有限元應力分析軟件


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3.加氫反應器在設計上需要注意什么呢?


3.1高溫氫腐蝕

     ①在選材上。

    a)正確選擇能抵抗氫腐蝕的材料,嚴格以最新版的納爾遜曲線為依據;

    b)盡量減少鋼材中對氫腐蝕不利影響的雜質元素(如Sn、Sb);

    c)主材應采用正火(允許加速冷卻)+回火的處理制度,不允許淬火。

     ②在熱處理上。設備必須進行焊后熱處理。

     ③在操作指導上。

        a)嚴格禁止設備超溫;

        b)控制外加應力水平(不要急劇升溫或者降溫,升壓或者降壓)。


3.2氫脆

    ①氫脆的敏感性一般是隨鋼材強度的提高而增加;鋼材強度不要超過設計規定值。且要注意降低焊接熱影響區的硬度,所以設計文件應該規定焊縫及其熱影響區的硬度。


    ②鋼的顯微組織對氫脆有影響,通過無損檢測消除宏觀缺陷。


    ③殘余應力對氫脆有影響,通過熱處理消除殘余應力。


3.3 高溫H2S腐蝕

      內壁堆焊TP309L+TP347奧氏體不銹鋼(奧氏體不銹鋼抵抗高溫H2S腐蝕能力很強)。


3.4  連多硫酸應力腐蝕開裂

     ①選用超低碳或穩定型的不銹鋼,如Tp321、Tp347。

     ②結構設計上應盡量避免有應力集中的結構。


3.5 鉻鉬(Cr-Mo)鋼的回火脆性

       設計時嚴格控制材料化學成分中的雜質元素(如P、Sn、As、Sb)和某些合金元素(如Si、Mn等)


3.6 奧氏體不銹鋼堆焊層的剝離

    ①在選材上。從材質上加以改進,例如降低Cr-Mo鋼母材中的C含量,而通過添加V等能彌補由于C量的降低可能影響強度下降的元素,控制Tp.347堆焊金屬中的Nb的適當含量等等;


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4.加氫反應器在制造上需要注意什么呢?


4.1高溫氫腐蝕

      在制造上,應采用堿性焊條,控制焊條的含水量,焊接材料需作熔敷金屬擴散氫試驗。焊接時應焊前預熱,控制層間溫度,焊后消氫。設備必須進行焊后熱處理。 


4.2氫脆

      在制造上,

     a)盡量減少應變幅度,降低熱應力和避免應力集中。如加大倒角,采用圓滑過渡的結構,控制焊縫余高。


     b)盡量保持Tp.347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。控制Tp.347不銹鋼堆焊金屬中的δ鐵素體含量小于10%(下限應大于3%);對于容易發生氫脆的部位TP.347要在PWHT后進行。規定適宜的焊后熱處理規范,盡量減少δ鐵素體轉變成σ相的量。


4.3高溫H2S腐蝕

      在制造上,制造廠應復驗材料的硫、磷含量,嚴格控制焊縫和母材熱影響區的硬度,熱處理前后及時測量其硬度值。設備焊接完畢后,焊接接頭除了要做100%RT檢測,還應增加100%UT檢測,確保焊縫無缺陷。


4.4連多硫酸應力腐蝕開裂

       制造上要盡量消除或減輕由于冷加工和焊接引起的殘余應力,并注意加工成不形成應力集中或應力集中盡可能小的結構。不允許打焊縫鋼印,嚴禁強力組裝,采用合適的熱處理工藝,消除焊接應力和冷加工應力。


4.5鉻鉬(Cr-Mo)鋼的回火脆性

      制造上盡量減少熱加工的次數,減少制造過程對鉻鉬(Cr-Mo)鋼回火脆性的影響,同時做模擬整個熱加工過程的模擬熱處理試板,檢驗材料的各項力學性能,模擬整個熱加工過程對材料的損傷。


4.6奧氏體不銹鋼堆焊層的剝離

      制造上做堆焊工藝評定,選擇合適的堆焊方法,采用大電流、高焊速的堆焊方法。(如有研究結果表明,采用大于20Cm/min的高焊速、大約25%的適當稀釋串進行堆焊的堆焊層具有較好的抗剝離能力。總之堆焊時要設法避免生成粗晶)。選取合適的焊后熱處理條件(焊后熱處理溫度、保持時間對于抗剝離性能有很大影響)(恒溫解氫)。


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