加氢反应器设计

加氢反应器的设计

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：加氢反应器的发展背景：

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(0一25MPa)、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。热壁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停车修复所造成经济和产量上的损失。因此，热壁加氢反应器逐步取代了冷壁加氢反应器，且具有越来越大型化的趋势。随着工业技术的发展，加氢反应器的用途也越来越多，在石油炼制工业中除用于加氢裂化外,还广泛用于加氢精制,以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。

在有机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等。

三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

3 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。整个容器位于

裙座圈上，总高度约14011㎜，容器内壁（包括封头、筒体、法兰以及接管和弯管）全部堆焊309L+347不锈钢，反应器设有油气进出口、催化剂卸料口、冷氢进口、热电偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整体补强结构，裙座采用对接结构，各接管密封采用八角垫结构，设备上下各有一个弯管。容器内部焊有凸台（一周），安装有冷氢盘、分配盘等内件。

4 使用特点及需解决的问题：

由于热壁加氢反应器是在高温、高压、临氢及硫和硫化氢介质条件

下使用的，因此决定了该设备在使用过程中将会出现：氢腐蚀、氢

脆、高温高压硫化氢腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂、堆焊层的剥离、

CrMo钢的回火脆性破坏等问题。

5 材料要求：

5.1锻件和钢板用15CrMo钢硬是采用电炉冶炼加炉外精炼炉精炼，和

真空脱气等工艺方法生产的本质细晶粒镇静钢

5.2钢板和锻件均应进行正火（允许加速冷却）加回火热处理，热处理

工艺应根据材料化学成分和截面尺寸大小由钢材生产厂确定，冷却

速度的大小以保证达到力学性能的要求为原则

5.3材料力学性能试板应进行模拟焊后热处理，即模拟制造过程中壳体

材料可能经历的最大程度的焊后热处理（Max.PWHT）和最小程

度的焊后热处理（Min.PWHT），包括所有482℃以上的中间和最

终焊后热处理过程，其热处理工艺为：

封头热成形（900-950）℃×90分钟

正火 910℃×120分钟回火 690℃×150分钟，空冷

弯管热成形（900-950）℃×30分钟

正火 910℃×40～50分钟，空冷

回火 690℃×60～70分钟

5.4 筒体封头用15CrMo钢板除应满足GB6654-1996（含1、2号修

改单）的规定外，尚应满足技术条件的要求

5.5 钢板的化学成分符合下表二的规定，熔炼分析按炉（灌）号取样，

成品分析按轧制张张取样（可以从室温拉伸试验断裂后的试样上切取），按GB/T223标准规定

表二15CrMoR钢板的化学成分

5.6：15CrMo钢板经正火加回火热处理，再经模拟焊后热处理后

的力学性能应符合下表三的规定，力学性能试验按轧制张逐

张进行，其取样位置，试样数量及热处理状态应符合下表四

的规定：

表三15CrMoR钢板的力学性能

5.7：筒体和封头用钢板使用状态应为正火加回火热处理，钢板生产

厂必须以试板进行正火加回火加模拟焊后热处理其各项性能

均应满足本技术条件的要求

5.8：钢板应按JB/T4730.3-2005的规定进行超声检测，必须进行100%

扫查，验收标注为Ⅰ级。