加氢装置介绍

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加氢裂化装置原理、流程及特点
加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子 的轻质油的一种加工手段。可加工直馏柴油、催化裂化循环 油、焦化馏出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、航煤和低 凝固点柴油。加氢裂化装臵是炼油厂最重要的的生产装臵之 一，在高温、高压、临氢状态下操作。 加氢裂化装臵的工艺流程主要有三种类型方法： ⑴ 一次通过法：所产尾油不参加循环。 ⑵ 部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一部分排出 装臵。 ⑶ 全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。 加氢裂化装臵主要设备有加氢精制反应器、加氢裂化反 应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷器、高、低压分离 器、高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1、图2、图3、 图4。
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H1
H2
H3
凸台
H4
H5
s-k H6
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图5
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热壁加氢反应器
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加氢裂化装置常用材料
设备名称
加氢精制、裂化反应器 （设计温度≤ 450 ℃/设 计压力8～20MPa） 高压热交换器（温度≤ 260 ℃)
选用材质
板2.25Cr-1Mo(SA387Gr22CL2) +6.5mm(Tp309+347) 堆焊层 或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 锻2.25Cr-1Mo(SA336F22CL2) + 6.5mm(Tp309+347) 堆焊层或+4mm(TP347)单层浅熔深堆焊 管程：反应流出物：管箱（碳钢、碳钼钢＋4～6mm CA;铬钼钢＋3mm CA)管板（碳钢、碳钼钢、铬钼钢 ＋ 8mmTP309+347) 壳程：循环氢、原料：壳体（碳钢、碳钼钢、铬钼 钢＋ 3mm CA） 管程：反应流出物：管箱（铬钼钢＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板 或 +6.5mm Tp309+347堆焊层 或 +4mmTP347) 管板(铬钼钢＋8mmTP309+347或铬 钼钢＋8mmTP410) 壳程：循环氢、原料：壳体（铬钼钢＋4mm CA；或 ＋3mm 1Cr18Ni9Ti 复合板；或+4mmTP347；或 +6.5mm Tp309+347堆焊层） 14
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图1
加氢裂化装臵流程简图（带循环尾油）
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图2 大连热壁加氢反应器
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图3
高温高压临氢管线
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图4 热高分
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加氢裂化装置原理、流程及特点



加氢裂化装臵是在高温、高压条件下操作，介质为烃 类、氢气和硫化氢，运行条件较为苛刻。 高温氢的腐蚀－表面脱碳和内部脱碳（氢腐蚀：高温 高压氢扩散进入钢中并和不稳定的碳化物反应生成甲 烷气体） 高温氢－硫化氢的腐蚀（腐蚀形态为硫化氢对钢的化 学腐蚀，在富氢环境中90%～98%的有机硫将转化为硫 化氢，在氢的促进下加速对钢材的腐蚀。 设计时通过选材解决－铬钼钢材料作基材，不锈钢复 合堆焊作内衬。
加氢裂化装置 容器与管线的 在用检验
合肥通用所压力容器检验站
袁榕 关卫和
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本专题研究重点
1、了解加氢裂化装臵的原理、流程及特点，以及类似高 温、高压、临氢环境中易发生的材料损伤类型。 2、了解2.25Cr-lMo钢，以及其它铬钼钢材料（15CrMoR、 3Cr-lMo-1/4V-Ti-B ）的特性，适用范围和选材依据。 3、了解加氢裂化反应器的结构特点，以及类似大型高压、 厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。 4、研讨加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要 压力容器制造质量监督检验要点。 5、研讨加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重要 压力容器定期检验方案编制、包括内容、程序的确定、检验 项目和方法的选择，各种检测方法的应用目的和技术特点 6、各种氢损伤检测方法、缺陷处理方法和安全性分析。
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材料选择（纯净化）
3、日本JIS标准对硫磷含量的要求为：P为0.035以下,S为 0.035以下。 日本石油学会对压力容器专用钢材的纯净化提出比较明确 规定，如对于高温和高温高压氢环境下使用碳钢和低合金钢 Cr-Mo钢板及锻件，为了防止在使用过程中逐年老化（蠕变、 蠕变脆化和氢腐蚀），要求压力容器专用钢材的硫、磷含量 取以下值为妥：碳钢：P为0.015以下,S为0.010以下；0.5Mo 钢 :P 为 0.010 以 下 ,S 为 0.008 以 下 ； 1.0Cr-0.5Mo 、 1.25Cr0.5Mo、2.25Cr-1.0Mo、3.0Cr-1.0Mo、5.0Cr-0.5Mo等中温用 钢的P为0.010以下,S为0.008以下。（容规要求P为0.030以 下,S为0.020以下） J系数＝（Si＋Mn）×（P＋Sn）×104≤120；X系数＝ （10P＋5Sb＋4Sn＋As）×10-2≤15ppm。 湿硫化氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，其磷含量 不应大于0.005%，硫含量不应大于0.010%。
制造要求
4、热交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，在弯 制成型后应进行热处理。 ⑴、C-1/2Mo、CrMo钢管在弯曲半径小于5倍管子直径时弯 管部分和相邻直管300mm处应进行退火。 ⑵、1Cr18Ni9Ti（SUS 321）钢管弯制成形后其弯管部分 和相邻直管300mm处要进行固溶化处理，空冷。 ⑶、热处理后管子硬度小于下列值 碳钢：＜ HRB72或＜126HB C－0.5Mo钢： ＜ HRB77或＜140HB Cr－Mo钢： ＜ HRB85或＜163HB 1Cr18Ni9Ti： ＜ HRB90或＜185HB 不锈钢管的快速固溶化处理，采用U型管固溶化电加热处 理装臵，利用电热在20～120秒中将钢管加热到1050℃保温10 秒后，向管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到 300℃，有效避开不锈钢在450～800℃的敏化区域，消除内应 力。解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。 2013-8-17 22
225cr1mo钢母材焊缝金属氢腐蚀裂纹长期在250以上温度使用介质与钢产生表面和内部脱碳225cr1mo钢母材焊缝金属氢致裂纹高温操作后急冷225cr1mo钢母材焊缝热影响区蠕变裂纹400蠕变区域反应器开口锻件与壳体连接部位焊缝热影响区奥氏体不锈钢焊接部位的氢脆裂纹高温操作氢扩散入钢内停工后冷却速度快易开裂反应器内部堆焊层内构件连接焊缝垫片密封槽奥氏体不锈钢堆焊层的剥离高温操作后急冷使母材与堆焊层界面分离应力集中裂纹由于结构的不连续性和温度应力产生的集中应力裙座与封头连接部位外构件连接部位奥氏体不锈钢连多硫酸应力腐蚀裂纹反应器停工后堆焊上的fes与湿空气中的氧和水反应生成h产生应力腐蚀裂纹反应器内构件和内部堆焊加氢反应器产生的缺陷及部位加氢反应器产生的缺陷及部位201842916压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性如焊接时抗热裂如焊接时抗热裂抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能更重要更重要的是能显著改善钢的耐腐蚀的是能显著改善钢的耐腐蚀抗应变时效抗应变时效用性能用性能从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的使用安全性使用安全性
1、凡选用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况， 制造后均应进行焊后热处理。对不同材料推荐如下的焊前预 热温度（亦可根据焊接工艺评定确定预热温度）。 Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo≥150℃；2.25Cr-1Mo≥200℃ 奥氏体不锈钢堆焊层≥100℃ 2、焊接施工中应注意问题： ⑴、将应力集中较严重的部位如开口接管、裙座与封头连 接部的角焊缝改为对接焊缝。 ⑵、焊缝的边缘应打磨圆滑过渡，并将焊肉高度磨平以减 小应力集中。 ⑶、焊后热处理（PWHT）温度要选择适当，过高强度降低， 蠕变断裂延性增加。 ⑷、所有角焊缝应彻底检查，以确定无裂纹。反应器制造 过程中为提高密封面309和347堆焊层的韧性和抗裂性能，347 堆焊层应尽量在最终热处理后再堆焊和加工。 3、反应器内部构件的支座台，内裙联接处为防止裂纹可采 用三层堆焊，第一层309，第二层308，最外层347。 2013-8-17 21
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加氢反应器发展简况
热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温、高压、临 氢条件(所谓高温、高压、临氢条件是指温度＞250℃，氢分压＞1.4MPa） 工作，使用条件十分恶劣。 我国是在70年代末80年代初开始由国外引进热壁加氢反应器的，目前 的制造能力已达到千吨级（齐鲁石化公司）。煤化工使用的热壁加氢反 应器甚至可以达到2000吨（厚336mm）。据不完全统计国内在用热壁加氢 反应器已达上百台。 热壁加氢反应器主要是由2．25Cr-1Mo钢材和锻件制成的设计壁厚大 致在在80～240mm范围内（锻焊结构（ 180～240mm ）、板焊结构 （ 80～120mm ）），内壁带极堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（347盖面、 309过渡层，表面不加工，防腐蚀）或单层，设计压力为8～20MPa，设计 温度大致在370～410℃ （目前国内开始大量2．25Cr-1Mo加钒和3Cr1Mo-1/4V-Ti-B等材料制造热壁加氢反应器，设计温度可以达到450℃）， 工作介质主要是H2、油、H2S等。 由于热壁加氢反应器主体材料面临介质腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、氢 脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列问题，国内热壁加氢反应器已使用了 6～20年，其危险性在逐年递增。
高压热交换器（温度＞ 260 ℃～450 ℃)
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加氢反应器产生的缺陷及部位
缺陷种类 回火脆化 氢腐蚀裂纹 氢致裂纹 产生缺陷温度和现象 缺陷存在部位 长期在350～593℃下使用，不纯 2.25Cr-1Mo钢母材、焊缝 物在晶界偏析，产生脆化，材料 金属 脆性转变温度向高温侧迁移。 2.25Cr-1Mo钢母材、焊缝 金属 2.25Cr-1Mo钢母材、焊缝 热影响区 ＞400℃蠕变区域 反应器开口锻件与壳体连 接部位焊缝热影响区 高温操作氢扩散入钢内，停工后 反应器内部堆焊层，内构 冷却速度快易开裂 件连接焊缝，垫片密封槽 长期在250℃以上温度使用，介 质与钢产生表面和内部脱碳 高温操作后急冷
蠕变裂纹
奥氏体不锈钢 焊接部位的氢 脆裂纹 奥氏体不锈钢 堆焊层的剥离 应力集中裂纹 奥氏体不锈钢 连多硫酸应力 腐蚀裂纹 2013-8-17
高温操作后急冷使母材与堆焊层 筒体、封头堆焊层 界面分离 由于结构的不连续性和温度应力 裙座与封头连接部位，外 产生的集中应力 构件连接部位 反应器停工后堆焊上的FeS与湿 反应器内构件和内部堆焊 空气中的氧和水反应生成H2SXO6 层 产生应力腐蚀裂纹 15
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图6 2013-8-17 临氢条件用钢防止脱碳和开裂的操作极限（API941第6版）1998年4月
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2013-8-17 图7 临氢条件用C-0.5Mo和Mn-0.5Mo钢的使用经验（API941第6版）1998年4月
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图8 典型阶梯冷却线图
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制造要求
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加氢裂化装置原理、流程及特点

加氢裂化装臵的操作范围：操作温度380~450℃，操作 压力8～20MPa.
设备名称 设计温度/压力 加氢精制/加氢裂化反应器 ≼450 ℃/8～20MPa 高压分离器 ≼ 260 ℃/8～20MPa 高压热交换器 260 ℃～ 450 ℃
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加氢裂化装置原理、流程及特点
主要腐蚀形态和部位 氢损伤 堆焊层氢致裂纹 连多硫酸应力腐蚀开裂 铬钼钢的回火脆化

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加氢反应器发展简况




有人把加氢反应器的发展分为4个阶段 第一代从1963年日本制钢所正式生产第一台加氢反应器为标志，早期是Cr －Mo钢钢板（少量用锻件）内壁加不锈钢复合板焊接完成，70年前后用内 壁堆焊不锈钢的板焊或锻焊结构所代替。 70年代后期我国开始引进加氢裂 化装臵。 第二代是改良期，由于材料脆化造成的事故，开始研究回火脆化问题，并 控制J系数≤ 300、250、180、150(%)。 第三代是成熟期，制造技术逐渐成熟, J系数≤ 130。这个时期国内开始制 造锻焊结构加氢反应器，1983年由洛阳院、一重厂、抚顺石油三厂、北钢 院、合肥通用所五家组成的联合攻关组研制2．25Cr-1Mo钢反应器材料和制 造工艺，1986年制成模拟环锻件，1989年为抚顺石油三厂生产出我国第一 台锻焊结构的加氢反应器－筒体壁厚150mm，内径1800，内壁单层堆焊，单 重220吨。设计温度450 ℃设计压力20.6MPa。 第四代是更新期，对服役20多年的设备进行更新，同时又满足新的加工工 艺和大型化的要求，不断开发新钢种，如2．25Cr-1Mo-V,3Cr-1Mo-V-Ti-B, 3Cr-1Mo-V-Nb-Ca, 3Cr-1Mo-1/4V, 2Cr-1Mo-1/4V 等，以加V为主进行更新。 2．25Cr-1Mo钢的J系数≤ 100(%)。
材料选择（纯净化）
压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性， 如焊接时抗热裂、抗冷裂和抗层状撕裂等工艺性能，更重要 的是能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、抗回火脆化等使 用性能，从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的 使用安全性。 1、专用钢材珠光体耐热钢（GB150、JB4732） ①、电炉精炼、真空脱氧；②、推荐正火加回火（N＋ T ） 。 15CrMoR （ 1.0Cr-0.5Mo ） 、 14Cr1MoR （ 1.25Cr0.5Mo）、12Cr2Mo1R（2．25Cr-1Mo）。 2、抗氢腐蚀和回火脆化 ①、NELSON抗氢曲线 ②、步冷试验控制材料的回火脆化敏感性（制造时机械 性能破坏性评价）。 TT54＋2.5 △TT54 ≤38℃ 式中：TT54为原始材料54J转变温度； △TT54 为回火 脆化处理后材料54J转变温度的增量。