加氢反应器课件

加氢反应器【化工油报】

加氢反应器是各种加氢工艺过程的关键设备，种类非常繁多，为了便于比较、评价和统计，1995年API经调研后重新将加氢过程划分为加氢处理、加氢精制和加氢裂化三大类。加氢处理

系指进料分子基本在反应中无变化，目的在于使烯烃饱和及去除硫的过程。加氢精制系指过程在反应中，约≤10%原料油分子降低分子量的过程。加氢裂化系指过程反应中，有≥10%原料油分子转化为小分子的过程。加氢反应器分类按照工艺过程的特点分类

依据催化加氢过程进料原料油性质的不同，相应地所采用的工艺流程和催化剂是不相同的，其反应的形式也有各异，一般有三种类型：固定床反应器、移动床反应器和流化床反应器。

当今各种各样的加氢装置中，仍以固定床反应器（气液并流下流式）使用最多。本次主要介绍固定床反应器的有关内容。固定床反应器主要适于加工固体杂质、油溶性金属含量少的油品。固定床反应器：床层内固体催化剂处于静止状态。特点：催化剂不宜磨损，催化剂在不失活情况下可长期使用。按照工艺过程的特点分类移动床层反应器移动床层反应器：

生产过程中催化剂连续或间断移动加入或卸出反应器。主要适于加工有较高金属有机化合物及轻质的渣油原料，可避免床层堵塞及催化剂失活问题。按照工艺过程的特点分类流化床反应器移动床层反应器：原料油及氢气自反应器下部进入通过催化剂床层，使催化剂流化并被流体托起。主要也适用于加工有较高金属有机化合物、沥青质及固体杂质的渣油原料按照工艺过程的特点分类加氢反应器分类按反应器使用状态分类使用状态下高温介质是否与器壁接触，分为冷壁结构及热壁结构。冷壁反应器热壁反应器加氢反应器分类冷壁结构反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些还在隔热层内衬不锈钢套，使反应器的设计壁温降至300℃以下，因而就可以选用15CrMoR或碳钢，内壁也不用堆焊不锈钢，从而大大降低了制造难度。但由于冷壁式反应器的隔热层占据内壳空间，减少了反应器容积的利用率，浪费了材料，而且冷壁式反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下，或在温度的变化中易损坏，操作一段时间后可能就需要修理或更换，且施工和修理费用较高。如果操作时衬里脱落，衬里脱落处附近的反应器壁会超过设计温度，从外观看，该处油漆会变色。因此反应器的不安全隐患大大增加，严重时甚至造成装置的被迫停车。冷壁结构热壁反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作温度基本一致，所以被称为热壁式反应器。虽然热壁反应器的制造难度较大，一次性投资较高，但它可以保证长周期安全运行，目前已在国际上普遍采用。热壁结构冷壁结构热壁结构隔热形式器壁内表面设非金属隔热衬里器壁外保温设计温度选定国外：设计壁温：150～200℃

国内：设计壁温：300℃设计温度按最高操作温度加10～20℃器壁局部

过热现象易不易反应器有效

容积利用率小，一般仅有50%～70%大，一般可达80%～90%材料选用因壁温低，可选用耐高温氢腐蚀档次较低的材料，由于有隔热衬里层，一般实际壁温在200℃一下，即使反应物料中含有H2S，对器壁的腐蚀也不大需选用能抗高温氢腐蚀的材料，若有H2S存在时，还需要考虑设置不锈钢覆盖层以抵抗H2S的腐蚀施工与维护施工周期长，生产维护不太方便施工周期短，生产维护方便设备制造费用相对较低相对较高应用情况国内：目前仍有20世纪70年代前即按照的反应器在应用国外：现在极少使用国内：从20世纪80年代起陆续开始使用。国内自行开发的首台锻焊结构热壁加氢反应器投用至今，已安全可靠运行仅20年国外：早已占统治地位冷热壁结构反应器特征及应用加氢反应器分类按反应器本体结构特征分类分为单层结构、多层结构。单层结构包括钢板卷焊及锻焊结构；多层结构一般有绕带式及热套式。单层和多层结构断面加氢反应器的结构特点及各构件的作用加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应，欲使反应进料（气、液两相）与催化剂（固相）充分、均匀、有效地接触，加氢反应器设计有多个催化剂床层，在每个床层的顶部都设置有分配盘，并在两个床层之间设有控制结构（冷氢箱），以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。

反应器内件设计性能的优劣将与催化剂性能一道体现出所采用加氢工艺的先进性。对于固定床气液并流下流式反应器的内件,通常都设置有入口扩散器、积垢蓝、卸料管、催化剂支撑盘、出口捕集器、气液反应物流分配盘、冷氢箱、热电偶保护管和出口收集器等反应器内构件。加氢反应器的结构特点及各构件的作用加氢反应器是在高温、高压和临氢环境下工作，加氢反应器的筒体，一般采用铬钼钢作为基体，如2.25Cr-1Mo-0.25V钢锻焊结构筒体，2.25Cr-1Mo钢板焊结构筒体等。这些材料有较好的抗高温氢腐蚀性，但不能耐高温H2S的腐蚀，必须在反应器壳体基材上附加不锈钢防腐层。一般情况下，反应器内部均采用堆焊不锈钢作为防腐层。堆焊层一般为双层，与铬钼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。在铬钼钢与E347型堆焊层之间的E309L型堆焊层是具有较高韧性的过渡层，它可阻止表面裂纹向母材扩散。E347型堆焊层则是为了能有效的抵抗硫化氢的腐蚀。加氢反应器本体结构加氢反应器的结构特点及各构件的作用过去反应器曾有某些脆性损伤常发生在应力集中的高应力区，诸如承受重载荷的内部支撑圈拐角处和法兰密封槽槽底拐角处以及外部附件连接焊缝部位等。为了避免或尽可能减少各种损伤的发生，曾对相关局部结构做了改进。加氢反应器局部详细结构的改进加氢反应器本体结构催化剂支承结构一般由过去的图(a)改进成图(b)的结构。1.催化剂支承结构加氢反应器本体结构一般，反应器上的接管法兰多采用环形八角垫金属垫片密封。由于原先设计上有不完善之处，且螺栓载荷又较大，曾在法兰密封槽底部拐角处产生过裂纹，而且判定为是不锈钢堆焊层的氢脆开裂。原因之一是该部位有较大的应力集中。为此，将法兰密封槽底拐角处标准通常规定的圆角R适当加大；原因之二是TP347堆焊层的延性较低。为此相应的采取了如图中所注的改变TP347堆焊时机，以提高TP347堆焊层的延性，增强其抗氢脆开裂的能力。具体的结构改进如下图。2.法兰密封结构加氢反应器本体结构3.反应器支承结构为改善反应器裙座支承结构的应力状况和能使裙座连接处的焊缝在制造中和使用过程的停工检修时可以进行超声检测或射线检测，由过去的图(a)改进成图(b)的结构。加氢反应器本体结构4.反应器裙座连接处的结构在操作状态下，裙座与壳体连接部位由于器壁和裙座的边界条件差别较大，往往存在着较大的热应力。为了能使裙座连接部位的温度梯度减小，以降低其热应力，在裙子内采取增设一个热箱结构是很有效的措施。由过去的图(a)改进成图(b)的结构。一般，当反应器的操作温度≥370℃或反应器壁厚≥50mm，且操作温度≥260℃时就宜设置热箱结构。热箱的具体设置位置（高度）应通过对此部位的热分析，并且获得满意的应力值后确定。但热箱的最小高度（即裙座与封头的连接点至热箱圈板的上表面距离）至少不能小于（RT）0.5（R为裙座半径；T为裙座厚度）。反应器内件结构及作用1.扩散器/入口分布器

来自反应器入口的流体首先经过入口分配器，在上部锥形体整流后，经上下两挡板的两层孔的节流、碰撞后被扩散到整个反应器截面上。

其主要作用是：一是将进入的介质扩散到反应器的整个截面上；二是消除气、液介质对顶部分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；三是通过扰动促使气液两相混合。

如右图，就是一种双孔多孔板结构入口分配器。入口分配器上的两层孔开孔大小和疏密是不同的。这种分配器应用效果良好，目前国内设计的加氢反应器大多采用这种形式。反应器内件结构及作用2.分配盘顶部分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。顶部分配盘在催化剂床层上面，目的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。分配器种类比较多，我国自行设计制造的加氢反应器多采用泡帽型分配器。

为了更好的将进入下降管的液体破碎成液滴，并将液体的流动方向由垂直改变为斜向下，造成进一步的扩散，还可在泡帽下面增加破碎器。目前，国内反应器所使用的反应物流分配器，按其作用原理大致可分为溢流式和抽吸喷射式两类。反应器内件结构及作用3.积垢篮加氢反应器的顶部催化剂床层上设有积垢篮，与床层上的瓷球一起对进入反应器的介质进行过滤。在操作中，很难避免系统及管道中的锈垢、污物被带到反应器内，这种污垢在催化剂床层表面积累，并迅速减小介质流通通道，甚至造成阻塞，使反应器床层压力降上升，操作条件恶化，严重者甚至会压垮分配盘。采用积垢篮可以有效避免这一问题。

积垢篮一般每三个一组，均匀埋设在床层上表面大颗粒瓷球层内。目前应用的几种积垢篮形状和尺寸相似，只是制作材料和方法不同。由于不同的不锈钢金属网和骨架构成的蓝框，置于反应器上部催化剂床层的顶部，可为反应物流提供更大的流体面积，在上部催化剂床层的顶部捕集更多的机械杂质的沉积物，而又不致引起反应器压力降过快地增长。反应器内件结构及作用3.积垢篮反应器内件结构及作用4.冷氢管加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油流和氢气在上一床层反应后温度将升高。为了控制下一床层的反应温度，必须在两床层间引入冷氢。将冷氢导入反应器内部并加以散布的管子称为冷氢管。冷氢管喷出的冷氢向下喷出，分别进入上下挡板间的两个矩形分配箱内，两冷氢箱的出口是缩口而且相对的，这样流体在两个出口间高速混合，横向流入冷氢盘，再经冷氢盘下层带孔挡板向下流动。冷氢的引出点一般在循环氢压缩机出口。冷氢加入系统的作用和要求是：均匀、稳定地供给足够的冷氢量；必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。冷氢按形式分直插式、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即可。对于直径较大的反应器，直插式冷氢管打入的冷氢与上层反应后的油气混合效果就不好，直接影响了冷冷氢箱的在混合效果。这时就采用树枝状或环形结构。反应器内件结构及作用5.冷氢箱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。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，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的油气在作最终的分配。反应器内件结构及作用6.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壁的凸台上，而格栅则放在大梁和凸台上。

格栅上平铺粗细两层不锈钢丝网，钢丝网上装填瓷球和催化剂。催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和钢度，即在高温下弯曲变形很小，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瓷球的重量、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。

此外，格栅与大梁以及器壁凸台间的缝隙应该塞满柔性石墨填料，以防止催化剂颗粒由此处缝隙中泄漏，阻塞下层分配盘。反应器内件结构及作用6.催化剂支撑盘反应器内件结构及作用7.催化剂卸料管固定床反应器每一催化剂床层下部均安装有若干根卸料管，跨过催化剂支撑盘、物料分配盘及冷氢箱，通向下一床层，作为反应器停工卸除催化剂的卸剂通道。反应器内件结构及作用8.出口收集器出口收集器是个帽状部件，顶部有圆孔，侧壁有长孔，覆盖不锈钢网。其作用主要是阻拦反应器底部的瓷球通过出口，并导出流体。反应器内件结构及作用9.出口收集器反应器底部的出口收集器用于支撑下部的催化剂床层，减小床层的压降和改善反应物料的分配。出口收集器与下端封头接触的下沿开有数个缺口，供停工时排液用。反应器内件结构及作用9.热电偶为监视加氢放热反应引起床层温度升高及床层截面温度分布状况而对操作温度进行监测。热电偶的安装有从筒体上径向插入和从反应器顶封头上垂直方向插入的方式。在径向水平插入的形式中又有横跨整个截面的和仅插入一定长度的两种情况。以往床层测温基本采用铠装热电偶。近年多数在采用铠装热电偶的同时，还采用了一种称为柔性热电偶的结构，它可在一个热电偶开口接管上设置高密度的测点，并具有快速反应时间（4~8s）和对床层温度飘移能迅速反应等特性，可对床层截面温度进行许多点测量，因而可对工艺过程进行有效的控制。另外，为了监控反应器器壁金属的温度情况，也往往在反应器外表面的筒体圆周上或封头和开口接管的相关部位设置一定数量的表面热电偶。内件设计中的主要考虑从工艺角度说：最关键的一点是要使反应进料(气液相)与催化剂颗粒(固相)三相间有效地接触，在催化剂床层内不发生流体偏流现象。从设备设计角度说：在保证内件能具有高效和稳定操作的前提下，应将内件结构设计得更加紧凑，尽量缩小空间所占高度，以最大限度地利用反应器容积。加氢反应器使用中的保护1.对于采用回火脆性敏感性较强的钢材（如2¼Cr-1Mo钢）制造的反应器，在初次开工运行后的重新开停工时，应采用“热态型”的开停工方案。即开工时先升温后升压,停工时先降压后降温2.为避免在常温或常温附近发生延迟裂纹的可能性,在停工过程中宜有一段足够的在300-350℃的保持时间,让操作时所吸藏得氢尽可能地从反应器器壁内散逸出去,以最大限度地减少器壁中的残留氢含量正常操作过程中，在高温高压操作条件下，反应器的钢材内部溶解了大量氢原子，氢气会浸入器壁局部聚集，致使在钢材轧制方向发生阶状开裂，这种现象称为氢致开裂（简称HIC）或台阶状开裂。氢气在钢材中的溶解度随温度的降低而降低，随压力的降低而降低。在装置停工过程中如果降温速度过快，氢气来不及从钢材内部扩散出来，而出现过饱和状态，超过钢材的安全氢浓度，就会导致机械性能下降，甚至开裂。而且由于氢气在母材与奥式体不锈钢堆焊层中的溶解度和扩散速度不同，将在过渡层上吸藏大量的氢，且因二者的线膨胀差别较大，而形成很大残余应力使母材与堆焊层产生剥离现象。因此在装置停工过程中，要在一定的温度下进行“恒温解氢”操作，防止损坏设备。加氢反应器使用中的保护3.为防止形成较大的热应力，开停工时必须严格执行操作手册的要求。推荐开工和停工时的升温和降温速度分别不要超过25℃~30℃/h和25℃/h。4.要尽量避免非计划性的开停工。这对保护反应器和减轻其堆焊层的氢致剥离扩展都是有效的。5.当反应器安装或停工检验而打开顶部人孔时，一定要设置合适的防护措施，防止雨水飘入器内。6.当反应器内有奥氏体不锈钢内件和堆焊层时，在装置停工时应采取相应措施防止可能产生的连多硫酸应力腐蚀开裂损伤。加氢反应器使用中的保护

由于奥式体不锈钢在高温、硫化氢存在的环境中与设备中的Fe发生腐蚀作用，使设备与介质接触的表面形成了一层腐蚀产物——FeS。设备在正常的高温、缺氧、缺水的干燥条件下运行时一般不会形成连多硫酸。在停工过程中，当反应系统降温降压后有水汽冷凝下来时，或打开设备进行检查或检修时，设备和管线内部的金属表面就会与湿空气接触，FeS与水和氧气将发生化学反应，生成亚硫酸和连多硫酸。亚硫酸会引起奥式体不锈钢晶界腐蚀，在晶间拉伸应力和连多硫酸作用下引起连多硫酸应力腐蚀开裂（PSCC）。发生PSCC的前提条件是系统中形成了连多硫酸，引起应力腐蚀开裂（SCC）机理的前提是设备必须承受拉应力（包括工作应力和残余应力），而且应力腐蚀材料必须与介质特殊组合，在与拉应力的联合作用下才会发生SCC。加氢反应器使用中的保护防止停工时可能发生连多硫酸应力腐蚀开裂的措施：将反应器维持在密闭状态，并采用干燥氮气吹扫，以排除氧的方法来达到保护设备的目的。采用干燥空气（除湿的）吹扫，以阻止游离水的形成，从而降低连多硫酸应力腐蚀开裂的可能性。采用碱洗（Na2CO3溶液）的方法保护。碱液将在金属表面形成的连多硫酸予以中和。这是对于要将反应器打开暴露于空气时的一种最好的保护方法。使用时可以参考美国腐蚀工程师协会颁布的最新版NACEStandardRP170-2004《奥氏体不锈钢和其他奥氏体合金炼油设备在停工期间产生连多硫酸应力腐蚀开裂的防护》标准中的相关内容和要求。这里要提出的一点是：国外有的公司就不主张对反应器采用碱洗的方法，并且他们对反应器不采用碱液冲洗的做法已经执行了很多年（但内件要求采用TP347材料制作），还没有发生过应力腐蚀开裂的实例，在NACEStandardRP170-2004标准中也有这样的说明：“工业经验表明，当反应器的操作温度在455℃以下时，反应器内的低碳稳定性奥氏体不锈钢堆焊层和稳定性的锻制内件，具有抵抗连多硫酸压力腐蚀开裂能力。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验(一)鉴定内容1.顶部分配盘（1）设备图纸、检查用工具、劳保用品齐全。（2）分配盘板与支撑梁、支撑圈之间密封情况：膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（3）分配盘板之间的静密封点：膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（4）分配器外观完好，规整。（5）泡罩顶部紧固螺栓是否正常。（6）分配盘板紧固螺栓（泡罩）外观完好。分配盘泡帽有无裂纹、椭圆及翻边现象，如存在应修复或更换。（7）分配盘板支撑螺栓（泡罩）外观完好。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（1）格栅与支持圈、大梁之间静密封点：填充的钢丝绳、柔性石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（2）格栅与格栅之间静密封点：填充的钢丝绳、柔性石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（3）格栅上不锈钢丝网外观无断点，无破损。（4）格栅上不锈钢丝网紧固钢丝外观完好。(一)鉴定内容2.催化剂支撑盘3.冷氢管（1）法兰紧固螺栓正常。（2）冷氢喷口外观正常，无堵塞；采用工业风试通。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（1）挡板与支持圈、大梁之间静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（2）挡板搭接处静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（3）上挡板搭接处静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（4）上挡板搭接处静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。(一)鉴定内容4.冷氢盘5.中部分配盘（1）分配盘与支持圈、大梁之间静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（2）分配盘板搭接处静密封点膨胀石墨正常；螺栓正常；通道板检查密封面完好。（3）泡罩顶部紧固螺栓正常，外观完好。（4）分配盘板紧固螺栓（泡罩）外观完好。（5）分配盘板支撑螺栓（泡罩）外观完好。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（1）堵头与引出管焊缝外观检查是否正常。（2）引出管与器壁焊缝外观检查是否正常。（3）热电偶套管外壁外观检查是否正常。(一)鉴定内容6.热电偶7.出口收集器（1）外部楔形丝网外观无破损、断点。（2）底部紧固螺栓外观完好。8.入口扩散器（1）外观检查状况完好。9.人孔法兰（1）梯形槽密封面完好，无缺陷。10.顶部弯头（1）两个梯形槽密封面完好，无缺陷加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（1）反应器顶应采取措施防止雨雪进入反应器内。（2）核实零部件数量。（3）准备必要的劳动保护用品。（4）准备必要的工具。（5）检修前必须具备图纸、有关技术资料及制定详细的施工方案及安全措施.（6）切断与反应器相连的油气管路，内部介质必须排除干净，符合有关安全检修条件。(二)检修质量标准1.反应器检修前的准备反应器壳体及受压元器件的检修按SHS01004-2004《压力容器维护检修规程》执行。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验(1)反应器壳体及受压元器件的检修按SHS01004-2004《压力容器维护检修规程》执行。(2)热壁反应器内壁堆焊层或复层。1）内壁堆焊层或复层若发现裂纹、剥离或鼓包，应请有关专家和部门进行会诊、评估，并制定相应检修或监控措施。2）将裂纹、剥离或鼓包区域记录下来，作为制定维修、检测和修复方案的依据。(3)加氢反应器内构件和法兰密封面。1）可能产生连多硫酸腐蚀的反应器内件在拆开后应立即进行中和清洗。2）反应器分配盘安装：a.应符合原设计要求；b.用柔性石墨密封塔盘；c.检查分配盘泡帽有无裂纹、椭圆及翻边现象，测量泡帽外径与升气管之间的间距各处应相等，其最大与最小尺寸之差不得超过2mm，泡帽与升气管之间的顶隙偏差小于1mm：d.检查分配盘支撑梁有无裂纹：e.各螺栓应紧固可靠。

2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（3）加氢反应器内构件和法兰密封面：

3)反应器喷射盘、冷氢盘安装：a.应符合原设计要求；b.用柔性石墨密封塔盘；c.检查支撑梁有无裂纹；d.各螺栓应紧固可靠。

4）反应器格栅与丝网安装a.格栅与丝网之间的连接要牢固，丝网铺装严密，搭接处宽度不小于30mm；b.催化剂卸料管按要求插到格栅、冷氢盘、喷射盘和分配盘的套管内并把紧卸料管上的法兰；c.检查容器内侧和格栅外缘之间的间隙满足反应器装配图的要求。5)冷氢管、热电偶套管a.冷氢管连接丝扣无损伤，管内无杂物；b.冷氢管的安装方向准确无误；c.冷氢管上的单向阀试压合格；d.热偶套管着色检查不允许有裂纹，严重弯曲的热偶套管须更换。新安装的热偶套管必须经过水压试验，试验压力依照原设计要求，水压试验后必须进行干燥，严禁管内存有残液。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（3）加氢反应器内构件和法兰密封面：6）出口收集器、积垢篮的所有焊缝不得开裂，丝网无损，捆扎坚固，并清扫干净。7)入口扩散器和顶部分配器所有焊缝不得开裂，器内无杂物，产生连多硫酸腐蚀的须进行中和清洗。8)支持圈和支耳以及法兰密封面必须进行着色检查，若发现裂纹、剥离或鼓包，应请有关专家和部门进行会诊、评估，并制定相应检修或监控措施。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验(4)密封面、密封垫和螺栓的安装。1)法兰密封面及密封垫要光洁，无机械损伤、径向刻痕、严重锈蚀、焊疤、物料残迹等缺陷，并检查密封垫与密封槽底的间隙。2)密封圈安装前应进行试装，密封面均匀涂抹上一层薄薄的湿红丹，人工转动密封垫圈90℃，取出密封垫圈检查密封面和密封垫的接触线应连续，否则应修研密封面。3)更换的密封垫应符合反应器的相关技术要求。4)安装密封垫时，若设计要求不得添加任何涂料，则必须彻底清洗密封面及密封垫方可安装。5)密封垫应安装平正，位置准确，不得有偏斜或中心偏移，并接触良好。6)螺栓在安装前应再次进行检查，加工尺寸准确，表面光洁，无裂纹、毛刺或凹陷等缺陷。M50以上(包括M50)螺栓应进行超声检测；M36以上(包括M36)螺栓应进行磁粉检测；M36以下螺栓应抽查磁粉检测。上述无损检测均按JB4730的I级为合格。7)配对法兰的相对位置必须安装准确，使所有的螺栓都能顺利穿入且不受任何强制力，并应在螺栓、螺母的螺纹及螺母与垫圈的接触面涂上高温防咬合剂。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（4）密封面、密封垫和螺栓的安装：8)紧固螺栓前，应先用均匀的紧固力将螺母初步拧紧，然后采用三步法进行螺栓的上紧。2.检修质量标准

第一步：如图1所示，用规定力矩值的50%力矩扳手依次紧固1~8的螺栓，然后，再同样按照规定力矩值的50%依次紧固其余螺栓。

第二步：如图2所示，采用间隔法，按100%的力矩值扳手隔个螺栓进行紧固。

第三步：如图3所示，采用顺序法，按100%的力矩值扳手逐个螺栓进行紧固。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（4）密封面、密封垫和螺栓的安装：9)采用螺栓拉伸器紧固螺栓，按说明书要求进行。10)设计图样或说明书对螺栓紧固有要求的按设计要求。11)螺栓紧固后，检查两法兰之间的间隙。使用铝垫圈时最大与最小间隙之差不大于0.3mm，使用钢垫圈时最大与最小间隙之差不大于0.5mm。12)用规定紧固力矩值不能制止泄漏时，将最大力矩值与正常力矩值的差分为5等份，逐级进行拧紧，直到制止泄漏为止。若达到最大力矩值仍不能制止泄漏，则应分析原因，采取措施或重新安装。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验(5)裙座和基础。1)裙座不得出现变形、裂纹等缺陷，裙座基础板不得出现腐蚀。2)基础不得出现下沉、倾斜或开裂，地脚螺栓不得出现松动或腐蚀。3)裙座的防火层完好，无剥落或裂纹，否则应按相关的防火规范进行修复。4)热壁反应器的外保温层不得出现破损或脱落。外保护层箍圈不得出现松驰。5)与反应器连接管线在安装时不得进行强制组装，否则应对附属管线进行必要的调整。2.检修质量标准加氢反应器的鉴定、维修及在役检验（1）检查反应器对接焊缝、接管焊缝、支持圈凸台有无裂纹；（2）检查法兰密封槽有无裂纹；（3）检查反应器堆焊层有无表面裂纹、层下裂纹及剥离；（4）材料检验，包括内壁堆焊层铁素体含量测定抽查、硬度和金相抽查；（5）检查主螺栓有无裂纹；（6）检查支撑梁、分配器泡罩、热电偶套管有无裂纹等，以及其他内构件；（7）根据过去的操作历史、包括温度、压力及其超温、超压和开停工（含发生异常情况的非正常停工）次数等情况；（8）根据过去的检验记录，如所记录的缺陷情况、返修部位等。(三)在役检验1.重点检查部位2.检验主要依据（1）《特种设备安全监察条例》；（2）（TSGR7001－2004）《压力容器定期检验规则》；（3）TSGR0004-2009

《固定式压力容器安全技术监察规程》（4）JB／T4730－2005《承压设备无损检测》；（5）JB4732－95《钢制压力容器－分析设计标准》；（6）美国《锅炉及压力容器规范》（ASMEⅧ－2，1995）；（7）GB／T17394－1998《金属里氏硬度试验方法》；（8）GB/T1594－2008《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法》；（9）GB／T13298－91《金属显微组织检验方法》；（10）设计图纸及其它有关资料。加氢反应器的鉴定、维修及在役检验在役反应器可能发生的、也足使用者最关心的缺陷，主要是平面缺陷（如裂纹等）。而且这类缺陷往往从应力集中部位的表面萌生。

为此，在役检验主要应采用无损检测方法来发现它们。包括采用目视检杳(VT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)、金相和超声检测(UT)以及TOFD检测。尤其超声检测和超声波衍射时差发检测都是一种有效的检测手段。此外，国外有时还采用声发射检查（AE）作为辅助手段。因为仅依靠AE的检查结果来判断反应器的安全尚有困难，一般都是对AE检查中发现有活性信号的区域再采用其他的无损检测方法进行仔细的复查。(三)在役检验3.检验主要实施手段加氢反应器的鉴定、维修及在役检验(三)在役检验3.主要检验部位与适用方法在役检验的典型部位主要损伤型式、原因与材料选用(1)高温氢腐蚀形式：表面脱碳、内部脱碳与开裂。表面脱碳:表面脱炭不产生裂纹，表面脱碳的影响一般很轻，只是钢材的强度和硬度局部有所下降而延性提高。内部脱碳:Fe3C+2H2→CH4+3Fe。使钢材产生龟裂、裂纹或鼓泡，导致钢材强度、延性和韧性显著下降。具有不可逆的性质，也称永久脆化现象。进展过程：甲烷气泡形核→成长→气泡串通产生晶间微裂纹→连通形成断裂通道。高温氢腐蚀要经过一段时间。即，有一个“孕育期”（或称潜伏期）。1.高温氢腐蚀——主要损伤部位:母材及焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用(2)影响高温氢腐蚀的主要因素。温度、压力和暴露时间的影响:温度和压力对氢腐蚀的影响很大。温度越高或者压力越大,发生高温氢腐蚀的起始时间就越早。合金元素和杂质元素的影响:从高温氢腐蚀机理可知，凡是添加能形成稳定碳化物的元素（如铬、钼、钒、钛、钨等），就可提高钢材抗高温氢腐蚀的能力。1.高温氢腐蚀——主要损伤部位:母材及焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用(3)对策。可依据最新版的纳尔逊曲线来正确选择能抵抗高温氢腐蚀的材料；尽量减少钢材对高温氢腐蚀产生不利影响的杂质元素（如Sn、Sb）含量；制造中或在役中的返修补焊后必须进行焊后热处理；操作中严防设备超温；控制外加应力水平。1.高温氢腐蚀——主要损伤部位:母材及焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用氢脆：氢脆现象特征是氢残留在钢中所引起的脆化现象。

产生氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩率显著下降。当给予特定条件时氢又可从钢中释放出来，使钢的性能得到恢复，所以氢脆是可逆的，也称作一次脆化现象。氢脆发生的温度一般在150℃以下。氢脆的敏感性一般是随钢材的强度提高而增加，强度越高，只要吸收少量的氢，就可引起严重的氢脆现象。随温度升高，氢脆效应下降。所以,实际装置中氢脆损伤往往发生在装置开、停工过程的低温阶段。2.氢脆——主要损伤部位:反应器内部内件支撑圈连接部位的不锈钢焊接金属和不锈钢堆焊的法兰金属环垫片

密封槽槽底拐角等高应力区主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 1.当选用2.25Cr-1Mo钢材料时，应控制常温抗拉强度Rm≤690MPa，若Rm超过690MPa时，钢中裂纹扩展的危险性明显增加；同时也应控制常温屈服强度Rel上限值不超过620MPa，另外，欢迎控制包括焊接热影响区在内的硬度≤220HB；尽量减少钢材对高温氢腐蚀产生不利影响的杂质元素（如Sn、Sb）含量；2.氢脆——主要损伤部位:反应器内部内件支撑圈连接部位的不锈钢焊接金属和不锈钢堆焊的法兰金属环垫片

密封槽槽底拐角等高应力区主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 2.为防止不锈钢焊缝金属或堆焊层上产生裂纹，应采取如下措施:a.从结构设计上应尽量减少应变幅度,如构件与母材作成一体，而后把他们一起堆焊的结构。另外，采取降低热应力，避免应力集中等措施也都是有效的；b.应尽量保持TP347堆焊或焊接金属有较高的延性。为此，一是要控制TP347中δ-铁素体含量，焊后状态用铁素体数FN表示的铁素体含量的最大值，按WRC-1992（FN）计算，目标值最好限制在FN9以下,这样能够防止形成连续的铁素体网状组织，从而避免因过多的铁素体含量在焊后最终热处理过程转变成较多的σ相而产生显著地脆性（为防止焊接中产生热裂纹，铁素体含量的下限应控制不小于FN3；若为防止晶间应力腐蚀开裂，最好控制不小于FN5）；二是对于易于发生氢脆开裂的部位，应采取在堆焊TP309堆焊层后就随设备进行最终焊后热处理，尔后再堆焊TP347，就不再进行热处理，以提高TP347堆焊金属的延性。2.氢脆——主要损伤部位:反应器内部内件支撑圈连接部位的不锈钢焊接金属和不锈钢堆焊的法兰金属环垫片

密封槽槽底拐角等高应力区不锈钢焊缝金属WRC-1992(FN)图铁素体含量、充氢和焊后热处理对TP347焊接金属延伸率的影响TP347焊接金属吸收氢量对其延伸率的影响主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 1.为防止不锈钢焊缝金属或堆焊层上产生裂纹，应采取如下措施:c.装置停工时冷却速度不应过快，且停工过程中应有一段能使钢中吸藏的氢能尽可能释放出去的工艺过程，以减少金属中的残留氢含量。这从TP347堆焊金属吸收氢量对其延性的影响可知此举措的必要；d.尽量避免非计划的紧急停工2.氢脆——主要损伤部位:反应器内部内件支撑圈连接部位的不锈钢焊接金属和不锈钢堆焊的法兰金属环垫片

密封槽槽底拐角等高应力区主要损伤型式、原因与材料选用(1)压力腐蚀开裂是特定（敏感）金属在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下所发生的脆性开裂现象。奥氏体不锈钢对于硫化物压力腐蚀开裂比较敏感。连多硫酸（H2SXO6,X=3~6）引起的压力腐蚀开裂也属于硫化物压力腐蚀开裂，一般为晶间裂纹。这种开裂与在制造、焊接过程中和长期在高温条件下运转时由于碳化铬在晶界上析出，使晶界附件的铬浓度减少形成贫铬区，材料变成“敏化态”有关。3.连多硫酸应力腐蚀开裂——主要损伤部位:奥氏体不锈钢构件焊缝处或高压力区

连多硫酸的形成，是由于设备在含有高温硫化氢的气氛下操作时生成了硫化铁，在装置停工的冷却过程中和打开设备暴露于大气中时，与出现的水分和进入设备内的空气中的氧发生反应的结果。即：3FeS+5O2→Fe2O3

•FeO+3SO2SO2+H2O→H2SO3H2SO3+1/2O2→H2SO4FeS+H2SO3→mH2SXO6+nFe2＋FeS+H2SO4→FeSO4+H2SH2SO3+H2S→mH2SXO6+nSFeS+H2SXO6→FeSXO6+H2S可见，产生连多硫酸应力腐蚀开裂必须同时具备三个条件：1）环境条件－－能够形成连多硫酸的环境；2）有拉应力(残余应力或外加应力)存在；3）奥氏体不锈钢处于敏化态（这是由于材料在制造、焊接过程中和长期在高温条件下运转时引起碳化铬在晶界上析出，使晶界附近的铬浓度减少形成贫铬区所致）。其敏化温度范围一般为370~815℃，具体取决于材料的碳含量、稳定化元素与碳的比值、暴露时间以及初次热履历等诸多因素。主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 1.选用合适的材料是有效防护措施之一。当选用奥氏体不锈钢时，一般应选用超低碳型（C≤0.03%）或稳定型的不锈钢（SUS321\SUS347）。 2.要尽量消除或减轻由于冷加工和焊接引起的残余应力，并希望能加工成不形成应力集中或尽可能小的结构。 3.使用上应采取缓和环境条件的措施，如，采取措施抑制连多硫酸生成（比如采用干燥氮气吹扫或在停工时向系统提供热量等），以除去空气和防止水汽析出。或者采用碱洗措施，以中和可能生成的连多硫酸，应参照NACERP0170-2004最新的版次，新版次很强调经清洗后的设备表面应保留一层薄薄的碱液膜。3.连多硫酸应力腐蚀开裂——主要损伤部位:奥氏体不锈钢构件焊缝处或高压力区主要损伤型式、原因与材料选用(1)2.25Cr-1Mo钢回火脆性现象及其特征。2.25Cr-1Mo钢的回火脆性是钢材长时间地保持在325~575℃（也有人提出是在371~593℃或354~565℃400~600℃等等）温度范围内或者此温度范围缓慢地冷却时,其材料的断裂韧性就引起劣化损伤的现象。一般按APIRP571标准规定的当长期暴露在温度高于343℃时就应考虑2.25Cr-1Mo钢的回火脆化损伤问题。产生回火脆化了的钢材对于抗拉强度和延伸率来说，几乎没有影响，只是在进行冲击性能试验时才能观察到很大的变化。材料一旦发生回火脆化,其韧脆性转变温度向高温侧迁移。因此，设备处在低温区时，若有较大附加应力存在，就有可能发生脆性破坏的危险。回火脆化现象具有可逆的特征。即将已经脆化了的钢加热到600℃以上，然后急冷，钢材就可恢复的原来的韧性。产生回火脆化的原因是由于钢中的微量杂质元素和某些合金元素向原奥氏体晶界偏析，使晶界宁凝集力下降所致。在化学成分中，P、Sn、Sb、As等杂质元素对脆化影响很大，Si和Mn同样也是一种促进脆化作用的元素，特别是Si对2.25Cr-1Mo钢回火脆性敏感性也有很大的影响。2.25Cr-1Mo钢的回火脆化，在482℃时进展的速度要比在427~454℃范围内快得多；但是，长期处于454℃时其损失会更严重。4.

2.25Cr-1Mo钢的回火脆性破坏——主要损伤部位:母材和焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 1.尽量减少钢中P、Sn、Sb、As杂质元素的含量。一般认为，当2.25Cr-1Mo钢中As和Sb含量分别控制在0.020%和0.004%以下时，对钢材的回火脆性影响不大。 2.尽量降低的Si含量。[如可以采用真空碳脱氧（VCD）的冶炼工艺，以获得低Si含量]，最好控制Si＜0.1%，最大不应超过0.25%（但此时P应相应地应控制的更低）。 3.对于回火脆化敏感性系数（J系数和X系数，此两系数是通过实验整理得到的以化学成分描述回火脆性敏感性的系数）加以限制，推荐按下面数值的要求控制： J=(Si+Mn)(P+Sn)×104≤100或更小（适用于母材） 式中元素以重量百分数含量代入，如0.15%，应以0.15代入； X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2≤15PPM(适用于焊缝金属) 式中元素以PPM代入，如0.01%应以100PPM代入。4.

2.25Cr-1Mo钢的回火脆性破坏——主要损伤部位:母材和焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用(2)对策。 4.推荐按下述要求控制脆化处理后的韧性指标，即

vTr54+α△vTr54≤10℃（或0℃）（α=2.5或3.0）vTr54-经最小模拟焊后热处理的夏比冲击功为54J时所对应的转变温度（℃）△vTr54-经最小模拟焊后热处理+阶梯冷却处理与经最小模拟焊后热处理的夏比冲击功为54J时所对应的转变温度的增量（℃）。 5.制造中要选择合适的热处理工艺，使材既能够满足规定的力学性能要求，又能获得优越的抗回火脆性性能的这样的一种综合性能。 6.为使脆性断裂的可能性降至最低，应采用“热态型”的开停工方案：即开工时先升温后升压，停工时先降压后降温。为此，要确定一个合适的最低升压温度（MPT）。当操作温度低于MPT时，应限制系统压力大约不超过最高设计压力的25％。MPT的确定，取决于材料抗回火脆性的性能。最早曾规定MPT=171℃；国内1980年前后引进的几套加氢裂化装置，外商规定MPT=121℃；20世纪80年代初API推荐MPT=93℃（2000F）,今年随着材料抗回火脆性性能的进一步改善和对回火脆性敏感性较小的加钒Cr-Mo钢的应用，其MPT还可进一步降低。 7.采用合适的开停工升降温速度，建议当温度小于150时℃，升降温速度以不超过25℃/h为宜。4.

2.25Cr-1Mo钢的回火脆性破坏——主要损伤部位:母材和焊缝金属主要损伤型式、原因与材料选用(1)堆焊层氢致剥离现象的特征。 1.对于剥离的发生，经超声检测和声发射试验监控发现，它并不是从操作状态冷却的常温时就马上发生的，而是经过一段时间后才可能观察到这种剥离的现象。所以堆焊层氢致剥离也属于氢致延迟开裂的一种形式。 2.从宏观上看，剥离的路径是沿着堆焊层和母材的界面扩展的，在不锈钢堆焊层与母材之间呈剥离状态，故称剥离现象（裂纹）。 3.从微观上看，剥离裂纹发生的典型状态有两大类：A.沿着熔合线上所形成的碳化铬析出区B.沿着长大的奥氏体晶界扩展。5.

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象(裂纹)——主要损伤部位:不锈钢堆焊层与母材的界面处主要损伤型式、原因与材料选用(2)剥离现象产生的主要原因。 1.由于制作反应器本体材料的Cr-Mo钢和不锈钢堆焊层金属结晶结构不同，因此在相同温度下氢在两者中的溶解度和扩散速度是不一样的（氢在母材中的溶解度小，扩散系数大，在奥氏体不锈钢堆焊层中的溶解度大，扩散系数小）,导致使用过程在堆焊层过渡区的堆焊层侧出现很高的氢浓度。 2.由于母材和堆焊层材料的线膨胀系数差别较大，造成界面上存在着相当可观的残余应力。这样，在某种晶界形状和晶界强度条件下，就可能在界面上发生剥离。5.

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象(裂纹)——主要损伤部位:不锈钢堆焊层与母材的界面处主要损伤型式、原因与材料选用(2)剥离现象产生的主要原因。 1.由于制作反应器本体材料的Cr-Mo钢和不锈钢堆焊层金属结晶结构不同，因此在相同温度下氢在两者中的溶解度和扩散速度是不一样的（氢在母材中的溶解度小，扩散系数大，在奥氏体不锈钢堆焊层中的溶解度大，扩散系数小）,导致使用过程在堆焊层过渡区的堆焊层侧出现很高的氢浓度。 2.由于母材和堆焊层材料的线膨胀系数差别较大，造成界面上存在着相当可观的残余应力。这样，在某种晶界形状和晶界强度条件下，就可能在界面上发生剥离。5.

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象(裂纹)——主要损伤部位:不锈钢堆焊层与母材的界面处主要损伤型式、原因与材料选用(3)影响堆焊层氢致剥离的主要因素。 1.除金属材料本身的化学成分及其特征因素外，环境条件和制造工艺都将对堆焊层氢致剥离产生影响。环境条件：

A.操作温度和氢分压是最重要的影响参数。 B.冷却速度的影响：冷却速度越快越容易剥离。 C.反复加热冷却的循环次数、焊接方法、焊接条件及焊后热处理等环境和制造工艺等因素都对氢致剥离产生影响。5.

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象(裂纹)——主要损伤部位:不锈钢堆焊层与母材的界面处主要损伤型式、原因与材料选用(4)防止堆焊层氢致剥离的对策

1.降低界面上的氢浓度； 2.减轻残余应力； 3.设法使堆焊层熔合线附近的组织具有较低的氢脆敏感性； 4.严格遵守操作规程，尽量避免非计划的紧急停车； 5.在正常停工时应采取能使氢尽可能从器壁内释放出去的停工条件。5.

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象(裂纹)——主要损伤部位:不锈钢堆焊层与母材的界面处加氢反应器的材料选用(一)选材的主要考虑与依据应满足抗高温氢腐蚀的要求。根据设计条件参照美同石油学会APIRP941《炼油厂和石油化工厂高温高压临氢作业用钢》中的“临氢作业用钢防止脱碳和开裂的操作极限”等图线。通常也称Nelson（纳尔逊）曲线来进行选材。针对在高温高压条件下存在有氢或氢与硫化氢介质的环境，在材料选用时应考虑如下有关问题并参照下面给出的依据。临氢作业用钢防止脱碳和开裂的操作极限加氢反应器的材料选用在应用纳尔逊曲线进行选材时，还应注意以下几点：本图线仅仅涉及到材料的高温氢腐蚀，它并不考虑在高温时的其他重油因素引起的损伤，比如系统中还存在着像硫化氢等其他腐蚀介质的情况和