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学习贴:加氢反应器主体材料的设计及使用原则? 几天前,见到有盖德问及 加氢反应器 的相关内容,先将三年前整理的资料附上,供大家学习讨论。 为帮大家省财富,我直接贴下。 加氢反应器主体材料的设计及使用原则 (2010-12-20) 1 前言 加氢反应器是 石油化工 行业的关键设备,通常是在高温(350~480 ℃)、高压(0~25MPa)、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶劣工作条件下运行。近30年来,加氢技术发展迅速,加氢反应器由内部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为壳体内壁堆焊 不锈钢 层的热壁结构即热壁加氢反应器。 下面结合炼油厂现有的各类反应器,从设计和使用两方面,针对热壁加氢反应器可能发生的损伤原因进行分析。 2 设计方面 加氢反应器设计的最重要的工艺参数就是氢分压、H2S体积分数、操作温度。一般从设计角度来讲,考虑到高温工况下反应激烈,温度和压力有一定的波动,设计温度取最高工作温度加28℃,最高氢分压加0.35MPa 作为设计氢分压,根据H2S的体积分数选取设备的腐蚀裕量或增加防腐层。 热壁加氢反应器的主体材料选择主要是考虑氢腐蚀,普遍采用Cr-Mo 合金钢,最有代表性的是SA387 中Gr2,Gr12,Gr11 和Gr22。通常称为0.5Mo钢,1Cr-0.5Mo 钢,1.25Cr-0.5Mo 钢和2.25Cr-1Mo 钢。选用原则是根据API941出版物中的图1“临氢作业用钢防止脱碳和微裂纹的操作极限”,通常称为纳尔逊曲线。上述材料在温度超过260℃时,就不能耐硫化氢等腐蚀,若腐蚀裕度不能接受,就必须采用堆焊或复合板结构。即在热壁加氢反应器壳体内壁堆焊不锈钢防蚀层,形成双金属结构,一般选用耐蚀的、抗裂性能好的奥氏体不锈钢TP309L+TP347L双层堆焊结构对内壁进行保护。 随着加氢装置规模不断扩大,反应器尺寸也越来越大,同时设备的设计条件更加苛刻,若采用一般的2.25Cr-1Mo 来制造大型反应器,往往会造成器壁太厚,反应器总质量过大,给制造、运输和安装都带来很大困难,同时综合投资也会增加。因此,近几年来,国际上相继开发了改进型的Cr-Mo 类抗氢新钢种2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V,实践证明,这两种材料在抗回火脆化能力、抗氢蚀能力能力、抗氢致剥离能力以及高温强度等方面均比2.25Cr-1Mo 提高很多[4]。但应充分注意到这类钢的强度、硬度以及焊接裂纹敏感性高,在制造成设计温度小于或等于454℃的加氢裂化反应器后,其优势有时并不能得以发挥,故选材时应注意权衡综合费用及产品的可靠性优先于材料的先进性。 3 加氢反应器的使用 反应器的正确运行措施是基于抵御各种失效形式而制订的,同时有效的维护也是确保反应器安全运行、延长反应器使用寿命的重要方法。几种反应器的常见失效形式有 母材回火脆化、氢脆、氢腐蚀、不锈钢堆焊层氢致剥离、硫化物应力腐蚀开裂、高温高压硫化氢应力腐蚀 等。氢腐蚀是氢与母材发生化学反应的结果,它导致母材脆化,产生裂纹、鼓泡并使其强度、延性和韧性下降与劣化,其脆性具有不可逆性,腐蚀过程直接受到温度控制。而加氢裂化为放热反应,极易“飞温”,因此在实际生产中,必须严格工艺纪律,平稳操作,这样才可有效地防止氢腐蚀的发生。氢脆、回火脆化、堆焊层氢致剥离等损伤更与操作工艺密切相关,对这些损伤进行预防与评定,并充分重视反应器停工期间的应力腐蚀,是反应器使用管理的重要内容。下面分别加以论述。 3.1 预防脆化及剥离的运行保障措施 在高温、高压临氢环境中使用的反应器,其母材会吸收大量的氢,如停工时冷却速度过快,吸藏的氢来不及逸散出去而致氢残留其中,造成金属中的氢饱和,就可能产生氢脆,但若能使氢较彻底地释放出去,钢材的力学性能仍可能得到恢复,所以氢脆是可逆的。奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离,同样也是由于操作状态和室温时的氢溶解度及扩散速度的差异造成的。为了预防氢脆及堆焊层氢致剥离,主要的运行保障措施有: (1)反应器开工时,先升温,再升压;停工时先降压,后降温。冷却速度不应超过25℃/h。温度小于135℃室,压力不大于3.5MPa。 (2)在停工过程中应增加24~28 小时的250℃恒温解氢工艺(指采用氮气循环脱除反应器母体及堆焊层中的氢),确保反应器器壁在冷到149℃以下时,氢浓度低于安全氢浓度值。操作上,应坚持长周期平稳生产,严禁超温,避免快速冷却和紧急泄压。 母材的回火脆化以反应器所使用的“王牌”钢种2.25Cr-1Mo 为最甚。在生产过程中筒体产生回火脆化是不可避免的。通常检验抗回火脆化能力以系数J、X 及经过阶梯冷却脆化处理后的韧性指标(40-磅转变温度ΔVTr)来表示。避免热壁加氢反应器发生脆性破坏的安全运行保障措施有: (1)限制反应器的最低升压温度(MPT),这是指当反应器的器壁温度低于MPT 时,反应器的压力不得超过一定的压力值。 (2)在反应器中安置带焊缝的挂片,定期检查挂片的回火脆化程度。利用挂片作脆化试验,通过试验确定反应器材质的回火脆化程度,确定最低升压温度。 3.2 反应器停工期间的保护 前文说过,热壁加氢反应器由于操作介质会含有很高的H2S 含量,因此在制造热壁反应器时选用性能较好的奥氏体加铁素体双相组织的347 L 堆焊材料。设备在停工检修期间,硫化物(FeS)、水、氧气这三种成分都具备,金属硫化物水解成连多硫酸(H2SxO6x=3~6)。这样在拉应力和连多硫酸的共同作用下,奥氏体不锈钢首先会发生晶间腐蚀,在“冷态”下随继会发生连多硫酸应力腐蚀开裂(PSCC)。也曾有文献报道会发生氯离子的应力腐蚀开裂。预防PSCC 最有效的方法是参照NACE标准,厂内制订适合自己情况的防腐措施。国外目前采用不动态化处理,或干脆不保护。针对连多硫酸产生的三个条件(硫化物、水、氧气),可采取相应对策。硫化物可采用中和处理;防止水的对策是将温度维持在较高水平如100 ℃以上;针对氧气则是用氮气吹扫,控制氮气纯度大于99.9%。可采取以下一些可行的方法: (1)短期停工,如循环氢压缩机、加热炉等的抢修,将反应器内充氮保持正压,并将反应器温度维持在较高水平如100℃以上。 ( 3 %的苏打水浸泡,反应器内壁采用 50ppm 。 查看更多 2个回答 . 1人已关注
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简介
职业:北京吉星工程项目管理有限公司 - 实习生-操作员
学校:洛阳大学 - 环境与化学工程学院
地区:河南省
个人简介:上上网逛逛街上上网逛逛街看电视上上网.查看更多
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