热壁式加氢反应器工艺设计论文
热壁加氢反应器的设计、材料选择及使用保护
３ 加氢反应器
加 氢反应 器是加氢处理工艺装置 中的关键核 心设备 。 按反应器使用状态分类为冷壁结构反应器
和 热壁 结构 反应 器 。
３ ． １ 热 壁加 氢反 应器 的基 本 结构及 工作 原理
最常见 的固定床热壁加氢 反应 器基本 结构如
１ 概
述
氢裂化 （ 反应压力 ＜１ ２ Ｍ ｐ ａ ） 、渣油加氢裂化 、 馏分 油加氢脱蜡。
图１ 为通 用 型加氢 裂化 工艺 流程示 意 图 。
加氢处理是 重质馏分油深度加 工的主要工艺 之一 ，它不仅是炼油工业生产轻 质油品的重要手 段 ，而且也成为石油化工企业的关键技术 ，发挥着 其它工艺不可替代的作用 。 加氢处理系统具有产品 灵 活的特点 ， 采用用不同原料可以有选择地生产液 化石油气 、石脑油 、喷气燃料 、轻柴油 以及润滑油 料等多种优质石油产品，其尾油可作为生产乙烯的
性的损伤发生 ，不仅要有正确 的设计与选材 ，而且 与正确的制造工艺和正确的操作维护关 系极大。加 氢反应器 的主要损伤型式与材料选择见表 １ 。
筋一 加 氢装 置 由于操 作条 件 的特殊 性 ，所 以反应 器
链 ㈣ 有可能发生一些特殊的损伤现象。为防止这些破坏
表 １
结构断面 锻焊结构 板 焊结 构 多层 结构
适
用 范 围
圆筒
可用于高压 ，但温度不宜太高 ， 可用于高温高压场合 因为 它存 在 结构 上 不 连续 的 缺 其最高使 可用于高温高压场合 用温 度 取决 于 所用 材 料 的性 能 其最 高使 点 ， 会造成太大 的热应力 合因缺 （ 如抗 氢腐蚀性 能等 ） 用 温 度取 决 于所 用 材料 的性能 口效应而使疲劳强度下降等 ， 所 般宜 （ 如抗氢腐蚀性能等 ） 用于厚度大于 以对 于温度大于 ３ ５ ０ ￣ Ｃ 和温度 、 １ ５ ０ ｍｍ的场合 。 压 力有 急剧 波动 的场合
煤焦油加氢反应器的设计
a. 提升管由热壁改为冷壁, 材质由不锈钢改为
表 3 生产情况及经济效益
处理量 项目
t·d- 1 改造前 26314 改造后 361
轻质油收 液化气收 全年利 年纯利
率, %
率, % 润 万元 润 万元
74138
315 15371436
78129
5109 27021392 11641956
T P 347 ( 00C r25N i13 + 00C r20N i10N b ) , ∆= 3 + 2m m 。
由于反应器结构尺寸较小, 吨位不大 (约 17 吨) , 2∀∑ C r21M o 材料用量不多, 国内一时难以找到 这种规格的材料, 如果进口, 交货期又难以保证, 并 且进口材料的最小吨位也有限制。 考虑以上实际情 况, 最后选择稳定型的奥氏体不锈钢 0C r18N i9T i 作为反应器的主体材料。 这种材料在任何温度及氢 分压条件下不产生脱碳, 且耐氢腐蚀, 并且含有稳 定元素 T i, 碳含量较低, 对抗连多硫酸腐蚀有利。因 此这种材料能满足反应条件, 安全可靠, 仅仅是增 加投资约 15 万元; 但从制造工期、制造费用等方面 综合考虑, 选用 0C r18N i11T i 是合适的。 4 结构设计 411 筒体结构
煤焦油加氢反应器的主要内件有入口扩散器、 分配盘、冷氢盘、催化剂支持件、出口收集器等, 其 材料全部选用 1C r18N i9T i。采用目前国内外成熟的 先进结构, 并针对该反应器直径较小, 内件不容易 拆卸等特点, 在结构上充分考虑了拆卸、 安装的方 便。
a. 入口扩散器 入口扩散器的结构如图 3 所示。 它是一种双层 多孔板结构, 两层孔板上的开孔大小和数量不完全 相同。 反应介质在上部锥形体整流后, 经两层孔板 上孔的节流、碰撞作用被扩散到整个反应器截面上, 促进气液相介质充分混合, 以达到精制反应的目的。
热壁加氢反应器设计和使用的几点探讨
1.1 设计条件
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
工艺数据至少应包括介质种类及特性、介质成 硫化氢等腐蚀，若腐蚀裕度不能接受，就必须采用
———————————————— 收稿日期：2007－06－11 作者简介：史晓红（1972－），女，河北保定人，1993 年毕业于华中理工大学汉口分校化工机械专业，工学学士，工程师，现任荆门炼化工程 设计有限公司设备压力容器设计审核人。
（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。
（2）停工大修期间，卸剂时采用氮气保护，内 构件采用 3％的苏打水浸泡，反应器内壁采用 3％的 苏打水浸泡或喷淋，水中氯离子含量要小于 50 ppm。
3 结束语
热壁加氢反应器是石油化工的一项关键设备， 因此在运行期间应严格执行操作规程，在开停工中 采取合理的开、停工程序，有必要时增加脱氢工艺， 减少残余氢含量；对挂片试块进行定期检测分析， 为反应器的安全使用提供较为准确的依据。
1 设计
1.2 主体材料的选择
热壁加氢反应器加氢反应器的设计首先是根据 主体专业（或客户）提供的有关工艺数据确定设计 条件，然后根据设计条件选用主体材料，确定结构， 并制订详尽而严密的技术规范和要求。
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[2]。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
加氢反应器整体制造工艺设计整理
加氢反应器制造工艺设计一：加氢反应器的设计背景工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。
在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。
生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。
因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。
由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。
二：加氢反应器的主要设计参数1：引用的主要标准及规范国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》（99）版GB150-1998 《钢制压力容器》GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单）JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验JB/T4730-2005 承压设备无损检测JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带GB/T3077-1999 合金结构钢GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装2 主要技术参数表一设计压力 5.75／0.1MPa设计温度375／177℃最高工作压力 4.88MPa最高工作温度343℃容器类别三类容器容积78.2立方米腐蚀裕量0水压试验立式7.47／卧式7.55MPa盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化氢主体材质15CrMoR3 结构特点该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚98㎜，由2节组成；封头内半径2022㎜，壁厚78㎜，总重量94550Kg 。
浅谈石化行业加氢反应器的设计要点及损伤对策
浅谈石化行业加氢反应器的设计要点及损伤对策作者：徐磊来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第05期【摘要】加氢装置广泛应用于石油工业，加氢反应器是其核心设备，其对石油行业的安全生产有着重要影响。
加氢反应器长期工作在临氢高温高压的工况下，因此对材料的要求较高，技术难度较大。
从热壁加氢反应器设计条件、主体材料的选择、构成部分、损伤对策等方面进行了分析，为今后的热壁加氢反应器设计提供理论基础。
【关键词】加氢反应器设计要点损伤对策为了得到低硫的高品质石油制品，石油工业生产中多采用加氢装置，其核心设备为提供反应场所的加氢反应器。
加氢反应器长期工作在400～500 ℃、20～25 MPa的高参数工况下，因此其对材料的要求较高且技术难度较大[1]。
目前，世界上技术较为成熟的加氢反应器有整体锻焊式、单层卷板式、多层组合式等，较为常用的为单层卷板式热壁加氢反应器[2]。
与其它形式相比，热壁加氢反应器具有不易产生局部过热、安全性高、容积利用率高、施工周期短等优点。
本文从热壁加氢反应器设计条件、主要部件、损伤对策等方面进行了分析，为今后的热壁加氢反应器设计提供参考。
1 热壁加氢反应器设计由于各个石油工业公司工艺不同，因此热壁加氢反应器的设计要参考使用方的参数来确定设计条件，然后选择最优的主体材料，严格满足技术规范并保证安全生产。
1.1 设计条件使用方的参数包括装置内石油、氢气、硫化氢的性质和份额，最高压力，最高温度等。
热壁加氢反应器最主要的设计参数就是氢气的分压、硫化氢的份额等。
由于石油裂化反应非常剧烈，温度和压力等参数不可能保持设计值，因此在确定参数时要保留一定的安全裕量。
还要根据硫化氢的份额确定设备的腐蚀裕量。
1.2 主体材料选择对于加氢反应器这种长期工作在高温、高压、临氢的高参数工况下的设备，其材料必须满足耐高温、抗蠕变、抗氢脆化、抗回火脆化等特点。
目前，加氢反应器常用的材料有F22（2.25Cr-1Mo）、F22V（2.25Cr-1MoV）、F3V（3Cr-1MoV）等，其力学性能如表2所示[3]。
热壁加氢反应器的制造和检验(一)
浅谈加氢反应器的设计要点
浅谈加氢反应器的设计要点范强强#(安徽实华工程技术股份有限公司）摘要加氢反应器是石油化工行业加氢装置中的关键设备，高温、高压以及苛刻的工艺介质 环境导致了加氢反应器设计时具有特殊性。
主要从材料选择、结构设计、制造要求等方面简要 介绍了加氢反应器的设计要点。
在设计过程中，充分优化设计结构，可以较好地提高设备的质 量和使用寿命。
关键词加氢反应器设计要点优化结构中图分类号 T E 966D O I ： 10.16759/j .cn k i .issn .1007-7251.2021.04.008Key Points of Hydrogenation Reactor DesignFAN QiangqiangAbstract: Hydrogenation reactor w a s the k ey equipment of hydrogenation unit in petrochemical industry.T h e high temperature, high pressure and harsh process m e d i u m environment h ad led to the special design of the hydrogenation reactor. T h e design points of hydrogenation reactor w e r e discussed f r o m the aspects of material selection, structural design a nd manufacturing requirements. In the design process, fully optimizing the design structure could better improve the quality a nd service life of the equipment.Key words: Hydrogenation reactor; Design Point; Structure optimization0刖自随着节能减排、环境保护的要求日益严格，各行 业对油品质量的要求也不断提高，给石化行业的工艺 和设备带来了挑战。
热壁加氢反应器
热壁加氢反应器由于器壁直接与高温、高压含氢或氢与硫化氢介质接触，操作条件相当苛刻，可能引起下列损伤：1）高温氢腐蚀一是表面脱碳。
表面产生裂纹，一般影响很轻；二是内部脱碳与开裂。
它是由于氢侵入扩散到钢中与固溶碳或不稳定的碳化物发生化学反应，生成甲烷Fe3C + 2H2 → CH4 + 3Fe 。
而甲烷不能逸出钢外，就聚集在晶界空穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力，导致钢材产生龟裂、裂纹和鼓泡，并使强度、延性和韧性显著下降。
此脆性具有不可逆的性质，也称永久脆化现象。
高温高压氢引起的钢的损伤要经过一段时间，在此段时间内，材料的力学性能没有明显的变化，而经过这段时间后，钢材的强度、延性和韧性就会遭到严重损伤。
发生高温氢腐蚀前的这段时间称为“孕育期”（或潜伏期）。
要防止高温氢腐蚀现象的出现，就要从以下几点考虑：1、可根据纳尔逊曲线来正确选择能抵抗高温氢腐蚀的材料；2、尽量减少钢材中对高温氢腐蚀产生不利影响的杂质元素（如Sn、Sb）的含量；3、制造中或在役中的返修补焊后必须进行焊后热处理；4、操作中严防设备超温；5、控制外加应力的水平。
2）氢脆氢脆是氢残留在钢中所引起的脆化现象。
产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩率显著下降。
这是由于侵入钢中的原子氢使结晶的原子结合力变弱，或者作为分子状在晶界或夹杂物周边上析出的结果。
但是，对于已经产生氢脆现象的钢材，当给予特定的条件时，氢仍可从钢中释放出来，使钢的性能得到恢复，所以氢脆是可逆的，也称为一次脆化现象。
3）硫化物应力腐蚀开裂连多硫酸应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂是特定（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应力腐蚀开裂比较敏感。
连多硫酸（H2SxO6,x=3～6）引起的应力腐蚀开裂也属于硫化物应力腐蚀开裂，一般为晶间裂纹。
这种开裂与在高温条件下由于碳化铬析出在晶界上，使晶界附近的铬浓度减少形成贫铬区有关。
4）铬-钼钢回火脆性破坏5）奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象原料中的硫、氮化合物在加氢裂化过程中大多转化为H2S和NH3。
3Cr-1Mo-0.25V钢制加氢反应器的设计
从 ASME Ⅷ22 查 得 3Cr21Mo2 ∀/ V 锻 钢 在 440 ℃,430 ℃下的设计应力强度分别为 165MPa , 167MPa ,而相应的 2 ∀/ Cr21Mo 锻钢的设计应力强 度为 15218MPa ,15416MPa ,二者相比 ,前者比后者 应力 强 度 高 8 % 左 右 。通 过 对 比 计 算 , 选 用 3 Cr21Mo2 ∀/ V钢后 ,两台反应器壳体质量可以减
4 3Cr21Mo2 ∀/ V 钢的化学成分和力学性能 3Cr21Mo2 ∀/ V 钢的化学成分如表 1 所示 。
3Cr21Mo2 ∀/ V 钢的力学性能如表 2 所示 。 3Cr21Mo2 ∀/ V 钢回火脆性控制指标 : a) 回火脆性敏感系数
表 1 3Cr21Mo2 ∀/ V 钢的化学成分
0125 0125 3135 1113
≤ 01003
≤ 01003
≤ 01015
≤ 01015
≤ 0120 01015 ～～
01016 0130 01035
≤ 0118 01010 ～～
01016 0133 01040
01001 ～
01003 01001
～ 01003
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热壁加氢反应器的设计、材料选择及使用保护探究
《装备维修技术》2021年第17期热壁加氢反应器的设计、材料选择及使用保护探究李耀伟 谢 乾（江苏新海石化有限公司，江苏 连云港 222113）摘 要：加氢反应器作为石油化工加氢处理工艺中的重要设备，其对于轻质油品的生产质量具有十分重要的影响。
但是在加氢反应器实际的运行过程中往往会受到多种不利因素的影响，这就会给其正常运行造成不小的阻碍。
本文对加氢工艺技术进行了一定的论述，在此基础上，进一步分析了加氢反应器，重点讨论了其基本结构和工作原理，并对其发生的主要损伤型式进行了探讨，进而提出有针对性的对策，分别从反应器的设计、材料选择以及使用保护等方面进行了论述，有助于促进加氢反应器制造水平的不断提高，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。
关键词：热壁加氢反应器；设计；材料1 前言加氢处理作为重质馏分油加工处理的重要生产工艺，其对于轻质油品的生产质量具有决定性的影响，需要予以充分的关注。
加氢反应器是加氢工艺的重要设备，对于确保加氢生产工作的顺利进行具有十分重要的现实意义，因此，需要确保其始终处于良好的工作状态。
但是加氢反应器的工作环境较为恶劣，导致其长期受到各种不利因素的影响，这就会增加其发生故障的概率，进而影响化工企业的正常生产。
通过对加氢工艺技术进行分析，并结合加氢反应器的基本结构和工作原理，对其发生的主要损伤型式进行了比较深入的分析研究，进而从加氢反应器的设计、材料选择以及使用保护等方面对其进行进一步的升级，进而确保其能够始终处于良好的工作状态，从而为化工企业各项生产工作的顺利进行提供可靠保障。
2 加氢工艺技术加氢工艺技术可以分为加氢处理和加氢裂化两种不同的方式，其中前者主要是针对轻质油脱硫处理，后者则主要是用于重质油轻化处理，需要根据油品的处理需求进行有针对性的选择。
加氢处理工艺根据所处理原料的不同还可以进一步分为：催化汽油加氢处理；煤油、柴油以及石脑油等加氢脱硫；石蜡和凡士林加氢处理等。
加氢反应器的设计
加氢技术在炼油化工行业中早已广泛使用，近年来，随着社会经济的快速发展，我国能源消费量急速增长。
伴随能源需求的增多及环保要求的提升，使加氢技术在我国工业生产当中已占据非常重要的地位。
目前在我国炼油化工行业中广泛应用的加氢技术主要装置有预加氢装置、加氢裂化、加氢精制装置等，而加氢反应器则是此类加氢装置中的关键设备，基于加氢反应器在装置中需要实现的工艺目的，通常加氢反应器均有一个共同的特点就是需在高温、高压及临氢状态下运行，这就在设备材料的选用、设备结构设计及制造过程中的焊接、热处理、无损检测等方面的要求均与普通设备有很大的不同。
本文针对加氢反应器在主体结构设计及关键要求方面进行一个简单的介绍。
1 概况加氢反应器是炼油装置中的核心设备，一般在压力10～20MPa，温度400～450℃、临氢及硫化氢等条件下工作。
由于其苛刻的操作条件，在设计时除应考虑承受压力和温度的载荷采用合适的壁厚外，还需在防止发生氢脆、氢腐蚀、硫化氢应力腐蚀、Cr-Mo钢回火脆化、堆焊层剥离等方面提出材料、热处理、无损检测等方面的措施和要求。
随着我国冶炼及锻造水平的提高，目前我国炼油行业中普遍使用的是热壁、单层卷焊或锻焊加氢反应器，所用材料也已基本国产化。
设备结构一般由筒体、封头、裙座、油气出入口、催化剂卸料口、冷氢口、热电偶口、人孔及内件组成。
一般内件由专业厂家设计并制造。
2 主体材料选用加氢反应器设计时一般根据设备内部氢分压和使用温度按美国API RP941《钢在氢环境中的操作极限》即纳尔逊曲线选取相应的材料。
依据操作条件，加氢反应器一般选用Cr-Mo钢材料，较为常见的有14Cr1Mo、12Cr2Mo1、12Cr2Mo1V 等。
14Cr1Mo、12Cr2Mo1材料的应用已较为成熟.但随着近年来加氢装置规模的不断扩大，加氢设备直径逐渐加大，使用12Cr2Mo1材料壳体壁过厚，在材料制造及设备的制造、运输和安装上困难加大。
12Cr2Mo1V材料在原12Cr2Mo1的基础上添加了0.2%～0.3%的钒等元素使其有更高的强度及更好的抗高温回火脆性及抗堆焊层氢剥离性能，在减小产品重量上有一定的优势，所以近年来也广泛使用于加氢反应器上。
加氢反应器的应用与设计
２ 反应 器 的设计 参 数
． ４２ ．
ｒ Leabharlann 加氢 精 制 反应 器 （Ｒ一０ｌ０１）设 计参数 ：设计 压 力 ｌ８ＭＰａ，设 计 温 度 ４５０￣Ｃ；介 质 为 油气 、氢 气 、硫 化 氢 ，其 中硫 化 氢 含 量 为 ０．Ｉ％；氢 分 压 ｌ５ＭＰａ； 反 应 器 内 径 ｌ８００ｍｍ ， 切 线 长 度
关键词 ：新型抗 氢钢 ；临氢 设备；选材 中图分类 号：ＴＥ９６６ 文献标识码 ：Ａ
１ 前言 在炼 油 化 工行 业 中 ，为 提 高 出油 率 和油 的品
位 ，６０年代 就 开始 采用 “加 氢”技 术 。 目前在 我 国 炼 油行 业广 泛 应 用 的“加 氢”技术 设 备 ，主要 为 加 氢精 制及 裂化 装置 。
反应 器 按使 用状 态 分 为冷 壁 结 构 反应 器 和热 壁 结 构反 应器 。在 ６０年 代 及 ７０年 代初 期 ， 由于 当时 的冶 金及 制 造 工业 水 平所 限 （厚板 的制造 工 艺技术 、力 学性 能指 标 的保 证 、不 锈钢 堆 焊技 术 等 ），为保 证 安全 操作 ，’从 设计 上 多选 择冷 壁 结构 形 式 ， 即在 反应 器壳 体 内壁 装 焊 保温 钉 增 设一 定 厚 度 的隔 热 内衬层 ， 以保证 壳 体 的壁 温 一般 不 超 过 ３００￣Ｃ，故称 为冷 壁 加氢 反应 器 。
加氢反应器的设计要求和结构分析
一.设计背景工程科学是关于工程实践的科学基础，现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此，生产实习是工科学习的重要环节。
在兰州兰石集团实习期间，对化工设备的发展前景和各种化工容器如反应釜、换热器、储罐、分液器和塔器等的有所了解和学习。
生产实习的主要任务是学习化工设备的制造工艺和生产流程，将理论知识与生产实践相结合，理论应用于实际。
因此，过程装备与检测的课程设计的设置是十分必要的。
由于我们实习的加工车间正在进行加氢反应器的生产，而加氢反应器是石油化工行业的关键设备，其生产工艺和设计制造在化工设备中具有显著的代表性，为此，选择加氢反应器这一典型的化工设备作为课程设计的设计题目。
二加氢反应器的主要设计参数2.1：引用的主要标准及规范国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》（99）版GB150-1998 《钢制压力容器》GB6654-1996 压力容器用钢板（含1、2号修改单）JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程JB4744-2000 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验JB/T4730-2005 承压设备无损检测JB4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件JB4728-2000 压力容器用不锈钢锻件GB/4237-2007 不锈钢热轧钢板和钢带GB/T3280-2007 不锈钢冷轧钢板和钢带GB/T3077-1999 合金结构钢GB/T14976-2002 流体输送用不锈钢无缝钢管JB/T4711-2003 压力容器涂敷与运输包装2.2 主要技术参数表一设计压力8.4MPa设计温度400℃最高工作压力7.8MPa最高工作温度343℃容器类别三类容器容积225立方米腐蚀裕量 5水压试验立式7.47／卧式7.55MPa盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化氢主体材质 2.25Cr-1Mo2.3 结构特点该加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ4000㎜，壁厚96.5㎜，由2节组成；封头内半径2043.5㎜，壁厚96.5㎜，总重量94550Kg。
基于ANSYS Workbench的热壁加氢反应器热—结构耦合分析
基于ANSYS Workbench的热壁加氢反应器热—结构耦合分析本文研究介绍了以ANSYS Workbench平台对热壁加氢反应器进行热-结构耦合分析，模拟分析了在实际工况下加氢反应器的热分布和应力分布，对应力薄弱点进行线性化处理得到薄膜应力和弯曲应力等各项应力结果，并与设计规范进行比较。
通过运用ANSYS Workbench的平台能方便的对多材料和复杂结构进行耦合分析，为近一步优化设计提供了可靠支持。
关键字：Workbench；加氢反应器；热结构耦合；线性化评定0 引言石油化工行业中加氢反应器在炼油作业中起着比较重要的地位。
随着炼油工艺的改进，工程技术人员对加氢反应器的设计制造提出了更高的要求。
加氢反应器的设计已经从原有的弹性失效为准则的安全设计，转化为塑性失效和弹性失效为理论基础的分析设计[1]。
通过运用流体分析和结构分析软件对反应器进行内部流场温度分析及热应力耦合分析，大大提高了计算的准确性和设备的安全性。
本文将以ANSYS Workbench为平台对加氢反应器进行热应力分析，线性化评定查看强度薄弱点，从而对结构进一步优化[2]。
加氢反应器的部分设计条件如表1所示：1 热壁加氢反应器的模型建立进行有限元分析最主要的就是模型的建立，ANSYS Workbench平台有着强大的模型接口能力，本例通过Pro/e建立加氢反应器的三维模型，并将保温层和防火层一同装配后导入Workbench中，三维模型如图1所示。
2 热壁加氢反应器的热分析2.1 定义材料属性并划分网格运用ANSYS Workbench可以方便对多材料进行属性设置，该热壁加氢反应器一共包括筒体、裙座、保温层和防火层4种材质，进行热分析时要分别设置这4中材质不同温度下的导热系数[3]。
其中保温层的导热率为0.0001W/（m.°C），防火层导热率为0.0014 W/（m.°C）。
网格划分选择自动映射划分，在薄壁和倒角位置适当加密网格。
热壁加氢反应器材料及焊接技术
白２ 世 纪６ 年代 以来 ，２２ Ｃ ｌ 钢被 广泛 应用 于 ０ ０ ．５ ｒＭｏ 加 氧 设备 ． ，是 热 壁 加 氧 反 应 器 丰 选材 料 。随 着
人们 对 设 备 损 伤 认识 的； 入 以及 冶炼 技 术 的 不 ＿ ； Ｉ ｛ 断提 高 ， 该钢 的纯 洁 性 、均 质性 、抗 氧 性 和 综 合
器 壁 太 厚 ， 反应 器总 质 量 过 人 ，给 制 造 、运 输 和 安 装 都 带 来 了很 大 困难 ， 当然 也会 使 综 合投 资增
脆 化 以及 堆 焊 层 的 剥 离 等严 重 损 伤 ， 类 设 符 设 计 要求 高 、难 度 大 ，制 造 上 艺复 杂 ，对 材 料 、 焊 接技 术 以及焊接 顾 量都 台很 高要 求 。 １ 体 材 料 应 用 及 发 展 壳
般 的 ２２ Ｃｒ Ｍｏ 制 造 大 犁 反 应 器 ， 往 往 会 造 成 ．５ １ 米
运 行情 况 良好 。加 氖 反 应 器 在 ｌ ～２ ＭＰ 高 Ｊ ０ ５ ａ 玉、 ４ ０ ８ ℃ 高温 、 临氧 及 硫 化 氢等 条 件 卜 作 ， ０ ￣４ ０ 工 为 防止 氧 脆 、氧 腐 蚀 、硫 化物 腐 蚀 、Ｃ Ｍｏ Ｎ ｒ ｇ 回火
也提 高 到ｘ ≤ １ ０ ， Ｊ １０ （ ｒ４ ５ １～ Ｘ ≤ ０ 。 ＶＴ ５ 为步 冷
成 功 后 ，近 ２ 年 来 ， 由 ｊ 州 石 油 化 Ｔ机 器 总 ，‘ ０ （ 简称 兰 石 厂 ） 、第 一 重 机 厂 （ 称 一 重 ）利 简 海锅炉厂 （ 简称 ｝ 锅 一 ）等 单 何 制 造 了板 焊 式 、 锻 焊 式 结 构 的 热壁 加 氖 反应 器 近 百 台 ，满 足 了 国
石 油 与 化 工 设备 ２ １ 年第 １ 卷 ００ ３
热壁加氢反应器热箱区有限元应力分析
热 辐射遵 循斯 蒂 芬一 波尔 兹曼 方程 ：
ｑ ＝ ８ ｏ ＇ Ａｌ Ｆ ｌ ２ （ Ｔ ｌ ４ Ｔ ４ １ …… …… …… …… （ ３ ）
热传导遵循付里叶定律 ：
ｑ － － －ｋ ’
式 中，ｑ 一热流率 ； 一辐ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｉ ｓ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ ｔ ｏ ｄ ｏ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｈ ｏ ｔ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ．
“
一
热 系数 （ Ｗｌ ／ ｍ・ Ｋ ） ；
（ ｎ ｌ ｍ ） ；Ｆ Ｉ ＿ 由辐 射 面 ｌ 到 辐射 面 ２的形 状
”号一 热量 流 向温度 降低 的方 向。
系数 ；Ｔ 。 一 辐 射 面 １的绝对 温度 （ Ｋ） ； 为 辐 射面 ２的绝 对温 度 （ Ｋ ） 。 南方程可知含有热辐射 的分析是高度非线性 的团 。 其 中 的黑度 （ 辐射 率 ）反 映着物 体在 辐射 能力 方面 接 近黑体 的程 度 ，是辐 射换 热 中的重 要参 数 。在相
Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏｒ Ｈｏ ｔ Ｃｈａ ｍ ｂｅ ｒ ｏ ｆ Ｈｏ ｔ －ｗａ ｌ ｌ Ｈｙ ｄｒ ｏｇ ｅ ｎ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｌ ｕ Ｆｅ ｎ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｔ ｃ ｈ ａ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｏ ｔ － ｗ ａ ｌ ｌ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
加氢精制反应器毕业设计[管理资料]
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加氢精制反应器制造工艺设计专业：班级：姓名：学号：时间：指导老师：摘要本设计按照GB150-1998《钢制压力容器》及JB4730-2005《承压设备无损检测》进行制造检验和验收的，并接受《压力容器技术监察规程》监督,此加氢反应器属于III类容器。
，，详细制定了加氢精制反应器的制作工艺流程。
本产品制作工艺说明书中，简要分析了加氢精制反应器的构成；根据材料的特点和产品的结构尺寸制作出适合本产品的工艺流程；详细论述了加氢精制反应器的加工、装配、焊接一系列的工艺流程。
焊接方法主要选用埋弧自动焊与焊条电弧焊。
关键词：加氢精制反应器；制作工艺流程；焊接；AbstractThe design in accordance with the GB150-1998 “Steel Pressure Vessels”and JB4730-2005 “Pressure Equipment NDT”supervision，The hydrogenation reactor vessel belonging to class III. The main materials used in products is , In the discussion on on the basis of welding, elaborated hydrotreating reactor production process。
In the product manual production process, briefly analysis Hydrotreating reactor’s Constitute.According to characteristics of the material and the size of the product structure to Make the process suitable for this discuss Hydrotreating reactor Processing, assembling, welding A series of process, Welding methods selected the submerged arc welding And SMAW.Keywords:hydrotreating reactor; production process; welding,引言加氢精制也称加氢处理，石油产品最重要的精制方法之一。
加氢反应器的工艺流程的心得体会
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加氢站的工艺设计研究
加氢站的工艺设计研究摘要：随着科技的发展，社会的进步，市场越来越注重对氢能源的利用。
加氢站是氢能高效利用的重要抓手，是促进燃料电池汽车行业发展的重要基础设施。
叙述了中国氢能产业的发展现状及展望，探讨了加氢站的工艺设计和创新点。
关键词：氢能产业；加氢站；工艺设计；创新点引言氢能在中国现代能源体系中占据了重要的一部分。
中国对氢能的研究始于20世纪50年代。
近年来，中国开始大力推进氢能的研究与发展，把氢能与燃料电池摆上了中国的能源舞台。
H2来源广泛，燃烧产物无污染，不会加重温室效应，有望成为未来的主要能源载体之一。
当前阶段，氢能的主要应用方式是与燃料电池配合，在交通运输业发挥作用。
目前氢燃料电池汽车已实现商业化。
为进一步推广氢能源的使用，需要建设相当数量的加氢站。
1我国加氢站发展现状截止2018年底，我国已建成、在用及在建的加氢站共有49座，分别位于北京、上海、江苏、大连、安徽、张家口、佛山、成都等地。
大多为城市燃料电池公共示范汽车或自有的燃料电池物流车提供加注服务，暂未实现全商业化运营。
2019年《政府工作报告》中提到:在汽车市场中，要稳定汽车消费，继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设。
博思数据发布的《2018－2024年中国加氢站市场现状分析及投资前景研究报告》，根据中国制造2025对燃料电池汽车产业发展的规划，2025年的目标是实现加氢站等配套基础设施的完善。
预计2025年后国内燃料电池汽车产业将进入快速发展阶段，到2030年国内燃料电池汽车年销量规模可达百万以上，配套加氢站数量将在4500座以上，对应加氢站投资规模800亿元，相关设备投资规模达到500亿元。
2中国氢能产业发展展望及建议当前，在国内“双碳”背景下，交通行业已迎来巨大变革，以电动汽车和燃料电池汽车为首的新能源汽车逐渐进入了应用领域。
燃料电池汽车使用氢作燃料，是新能源汽车的重要组成部分。
根据中国目前氢能产业发展情况提出建议如下：a)统筹规划氢能产业布局，紧跟国际局势，总结中国氢能产业面临的困境和未来需要解决的问题。
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热壁式加氢反应器工艺设计
摘要：热壁式加氢反应器的设计，主要依据厂方提供的现场操作条件和技术要求，对新反应器反-101的大小及高径比、催化剂床层和液体分布板等进行计算和设计。
关键词：热壁式加氢反应器设计加氢
一、项目背景[1]
兰州石化公司15万吨／年润滑油加氢补充精制装置，采用缓和加氢技术，由原兰州炼油厂设计院设计。
装置于1969年12月建成，1970年5月投产。
装置由加热反应系统、分馏系统组成，采用常规气动仪表控制。
原料为溶剂脱蜡装置的常三线去蜡油、减一线去蜡油、减二线去蜡油、减三线去蜡油、减四线去蜡油、一段脱沥青去蜡油；产品分别为酸碱精制装置的8a航空润滑油、变压器油原料和润滑油基础油组份。
润滑油精制联合车间原有反-101反应器，是67年6月设计完成的冷壁式加氢反应器。
由于该设备使用时间较长因而存在较大安全隐患，可能造成严重环境污染、危害人员健康等问题，现委托我公司对其进行更新设计。
本文对本次更新设计进行小结。
二、工艺说明
1.工艺原理
经过溶剂脱沥青、溶剂精制和溶剂脱蜡的润滑油组分中还存在少量的含硫、含氧、含氮的非烃化合物及金属等杂质。
在适当的温度、压力下，原料油和氢气混合物通过加氢催化剂床层将油品中的
硫、氮、氧等非烃类化合物转化为相应的烃类及易排除的硫化氢、氨及水。
加氢补充精制的目的在于脱除油品中的硫、氮、氧及金属等杂质，同时还使烯烃、二烯烃、芳烃和稠环芳烃选择性加氢饱和，从而改善原料的品质和产品的使用性能。
所以加氢精制的化学反应主要是脱硫、脱氮、脱氧的反应。
三、加氢反应器
加氢反应器是石油化工关键设备，通常是在高温（350~480℃）、高压（0~25 mpa）、临氢、有硫化氢等腐蚀介质的恶劣工作条件下运行。
近些年来，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式结构
即热壁式加氢反应器。
热壁式加氢反应器与冷壁加氢反应器相比具有以下显著优点：1）在相同外形尺寸条件下，增大了反应器内部的有效容积，提高了生产能力；2）由于无内衬隔热层，避免了内衬板易破坏造成壳体局部超温导致局部鼓泡破坏；3）避免了上述原因造成设备频繁检修所造成经济和产量上的损失。
热壁式加氢反应器被广泛应用于各类油品催化加氢裂化及精制、低碳烃类选择加氢精制等领域
[2-4]。
四、反应器设计
3.设备材质
热壁式反应器反-101内流体与反应器壁接触，器壁温度较高（设
计温度比最高使用温度高10—20℃），反应器的材质应选耐高温氢腐蚀的材料，由于有h2s等有害气体存在，还要考虑设置不锈钢堆焊层。
新反应器其中14crmor为主材质，而旧反应器r-101主材质为20crmo9。
五、结论
原冷壁式反应器反-101，其材质为耐高温氢腐蚀档次较低的材料，设备制造成本较低。
但这种反应器有效容积利用率较低，而且制造周期长，维护不方便。
与之相比本次设计的热壁式反应器反-101具有结构简单、有效容积利用率高，生产周期短、维护方便等优点。
参考文献
[1]润滑油加氢补充精制装置操作规程，中国石油兰州石化分公司企业标准，2009.
[2]c n satterfield. trickle-bed reactors. aiche
j,1975,21:209.
[3]mordechay herskowitz,j m smith. trickle-bed reactors. aiche j,1983,29:1.
[4]o列文斯比尔.化学反应器,烃加工出版社，1988.
[5]刘洪斌.炼油装置工程设计，中国石油大学出版社，2010.
[6]柴油加氢精制装置加氢精制反应器设-15-123b/1,1987.
[7]20单元柴油(润滑油)加氢精制装置反-1,2反应器（修）.。