加氢反应器设计
加氢反应器配管设计的几个要点
加氢反应器配管设计的几个要点摘要：加氢反应器的配管设计是整个加氢装置配管设计的关键部分。
本文针对加氢反应器配管设计中容易忽视的几个要点进行了阐述，旨在提醒配管工程师在设计中提高重视，并尽可能进行设计优化，以满足装置设计的多方面要求。
关键词：加氢装置；反应器；配管前言：加氢反应器是加氢装置的核心设备。
加氢反应器的配管设计不但要满足工艺要求，还要达到节省投资，方便操作、检修，满足消防和长周期安全运行的目的，是整个装置配管设计的重中之重。
本文结合柴油加氢精制装置的管道设计进行了一些探讨。
本套装置是以直馏柴油、焦化汽油和焦化柴油的混合油为原料，经过催化加氢反应进行脱硫、脱氮、烯烃饱和，用以生产精制石脑油和精制柴油。
加氢装置火灾危险性分类属甲类，主要工艺特点是高温、高压、临氢。
为了确保设计产品质量，我们应该在以下几个方面加强认识：一、反应器平面布置（1）反应器布置应满足建设地区的自然条件和地理位置的要求。
反应器和反应进料加热炉是装置中潜伏火灾危险性比较大的设备，一般布置在装置区的边缘并靠近消防通道，且位于可燃气体、液化烃、甲B类液体介质设备的全年最小频率风向的下风侧，同时考虑将反应器布置于地质条件好的地段，确保其基础牢固可靠。
（2）反应器的布置应满足工艺设计的要求。
为控制反应系统的温降，压降，避免发生副反应，一般将反应器，换热器和反应进料加热炉等靠近布置，同时在反应器管嘴和其相关管道的应力不超过许用应力的前提下，反应器布置应使管道长度尽量短。
（3）反应器布置应满足安全的要求。
反应器与其进料加热炉之间或取走反应热的换热器，可视为一个系统，没有防火间距的要求[1]，一般联合集中布置在装置的一端或一侧。
反应器与其进料加热炉的间距应尽量缩短，考虑到反应器与其进料加热炉之间的安全通道，管道布置及检修需要的空间，其距离不应小于4.5m[3]。
反应器与其无关设备和加热炉一般分开布置，其间距应满足防火和防爆规范的要求。
（4）反应器布置应满足操作和检修要求。
加氢反应器结构设计与优化现状分析
加氢反应器结构设计与优化现状分析加氢反应器是一种被广泛应用于石油和化工行业中的重要设备，目前其结构设计与优化得到了国内外学者们的广泛关注。
下面将结合国内外学术文献，分析加氢反应器结构设计与优化现状。
目前，加氢反应器的结构设计主要分为三种类型：固定床加氢反应器、流化床加氢反应器和旋转床加氢反应器。
固定床加氢反应器是一种最常用的加氢反应器，其主要特点是催化剂和催化反应物通过固定的床层传递。
固定床反应器通常分为单床反应器、多床反应器和床波反应器三种类型。
单床反应器结构简单，适合生产过程的规模较小的应用，但是不能满足生产的高压高温需求。
多床反应器可以通过多床的联合运行来提高反应器的利用率和效果，同时避免了单床反应器的高压高温问题。
床波反应器则是一种针对多床反应器结构的改良，其优化了催化剂的填充和更新方式，使得反应器更加稳定可靠。
流化床加氢反应器是一种适用于催化反应温度较高，床间热量交换要求和反应物分布不均匀的情况。
流化床反应器的工作原理是利用气体流化性质形成流化床，将催化剂颗粒悬浮在气体流中，通过床层颗粒的间隙，实现气体、液体和颗粒之间的传质与传热，使反应过程更加均匀。
旋转床加氢反应器是一种相对较新的加氢反应器结构，其主要特点是催化剂颗粒通过旋涡流动的方式，实现催化剂在反应器内的分布。
旋转床反应器又可分为转盘床和螺旋床两种类型，转盘床主要使用在低温反应中，螺旋床则适用于高温反应。
旋转床反应器中的催化剂颗粒可通过旋转床的旋转和入口的压缩空气等方式进行更新，不需要停机就能完成催化剂的填充和更新。
加氢反应器的结构优化主要包括提高反应器的传质和传热性能、降低反应器的压降和提高反应器的稳定性等方面。
在传质和传热性能的优化方面，主要采取了增加床层高度和提高流体速度等措施。
增加床层高度可以增加固定床反应器内的催化剂颗粒体积，提高催化活性，而提高流体速度可以增加床间气体的流动性能，改善流态行为。
降低反应器的压降是提高反应器效率和稳定性的重要方面之一。
加氢反应器封头焊接设计解析
加氢反应器封头焊接设计解析加氢反应器是一种常用的化工设备，用于将氢气与化合物反应生成氢化物。
封头是加氢反应器的重要部件，负责连接反应器的主体，并提供密封保护。
封头的焊接设计对于保证加氢反应器的性能和安全性至关重要。
本文将对加氢反应器封头焊接设计进行详细解析。
首先，封头的材料选择是焊接设计的首要考虑因素。
由于加氢反应器工作条件复杂，需要承受高温、高压和腐蚀等严酷环境，因此封头材料要具有良好的耐腐蚀性和抗高温高压性能。
常用的封头材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
根据反应器工艺要求和实际情况，选择相应的材料进行焊接设计。
其次，封头的焊接方式和工艺选择也非常重要。
焊接方式可以选择自动焊接、手工焊接等。
自动焊接通常用于大尺寸封头的生产，能够提高生产效率和焊接质量。
手工焊接通常用于小批量、特殊形状的封头焊接。
而焊接工艺选择则需要根据封头的材料和形状进行合理的确定，包括焊接电流、焊接速度、预热温度等参数的确定。
再次，焊缝设计是封头焊接设计中的重要环节。
焊缝的质量和形状直接影响加氢反应器的性能和使用寿命。
常见的焊缝形式有对接焊缝、角焊缝、搭接焊缝等。
焊缝的设计需要考虑到焊接接头的应力分布和应力集中情况，以提高焊接接头的强度和稳定性。
此外，还需要合理选择焊接方法和焊接工艺，以确保焊缝的质量和可靠性。
最后，封头焊接设计还需要考虑到焊缝的检测和检验。
焊缝的质量和完整性对于加氢反应器的安全性和可靠性起着至关重要的作用。
常用的检测方法包括超声波检测、射线检测和液体渗透检测等。
通过对焊缝进行全面的检测和检验，可以及时发现焊接缺陷和问题，并采取相应的措施进行修复和改进。
综上所述，加氢反应器封头焊接设计是一项复杂而重要的工作。
通过合理选择材料、设计焊接方式和工艺、设计焊缝以及进行焊缝的检测和检验，可以确保加氢反应器封头的性能和安全性。
为了保证加氢反应器的长期运行和高效工作，需要对封头焊接设计进行全面的分析和改进。
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
加氢精制反应器强度计算及特定结构的设计
主 要 参 数
设计 温度 （ ） 最高操作 温度 （ ℃）
设计压力 （ ＭＰ ａ ） （ Ｇ ）
封头 ，法兰采用整体式法兰结构 ，支撑结构采用裙 座 式 结 构 。 内件 材 料 为 ￥ ３ ２ １ ６ ８ ，对 应 法 兰 材 料 为
阶梯冷却后与经 Ｍ ｉ ｎ ． Ｐ ＷＨ Ｔ后 的夏 比冲击功为 ５ ４ Ｊ
时对 应 的转 变温度 的增 量 （ 见图 ２ ） 。
３ 承压 件强度 计算
本文 按 Ｇ Ｂ １ ５ ０ — １ ９ ９ ８《 钢 制塔式 容器》 的规 定 ，利用 Ｓ Ｗ６ — １ ９ ９ ８ 计算软件 ，对壳体 、封头 、接 管补强及法兰进行了计算。按 Ｊ Ｂ ／ ｒ Ｉ ’ ４ ７ １ ０ — ２ ０ ０ ５《 钢 制塔式容器》 的规定计算 了裙座。其 中的壳体 、封 头的计算完全按照 Ｇ Ｂ １ ５ ０ — １ ９ ９ ８ 执行 ，本文不做具 体介绍。本文仅对开孑 Ｌ 补强计算 、法兰设计及人孔 法 兰盖设计 计 算进行 说 明 。
＿ ｜
ｌ ｌ ｌ ｜ 设计ｓ计算
３ ４ ７ 。采用 板 焊 结 构 型式 ，顶 部 和底 部 采用 半 球 形
４ ３ ０℃。根 据 １ ２ Ｃ ｒ ２ Ｍｏ ｌ 的性 能 ，随着 温度 的增 高 ，
其材料的许用应力降低 ，以此计算 出的结果具有更 大 的裕度 ，从 而 具有 更好 的安 全 ｌ 生。本设 备 的主体
７ ＼ ＿ ５ ３ ８ ℃ ＼ ５ ２ ４ ＼ ４ ９ ６ ， 。 ＼
ｌ ｈ １ ５ ｈ ２ ４ ｂ ６ ０ ｈ 】 ０ Ｏ ｈ
加氢反应器结构设计与优化现状分析
加氢反应器结构设计与优化现状分析加氢反应器是化工生产中常用的一种反应器，主要用于将氢气与有机化合物进行反应，将其加氢转化成更稳定和更有价值的产物。
由于其在化工生产中的重要性，对加氢反应器的结构设计与优化现状进行分析具有重要意义。
一、加氢反应器的结构设计加氢反应器通常采用垂直或水平布置，其结构设计主要包括反应器壳体、密封装置、进出料口、换热器、搅拌装置等部分。
反应器壳体是加氢反应器的主体结构，通常采用优质合金钢材料制造，以满足高压高温条件下的工作要求。
密封装置是保证反应器内部气体不泄漏的关键部件，对其密封性能要求较高。
进出料口以及换热器则是用于将原料物料输送到反应器内部，并通过换热器来调节反应器内部的温度。
搅拌装置则是用于保证反应物料的均匀混合，并促进反应的进行。
二、加氢反应器的优化现状1. 结构设计优化目前，加氢反应器的结构设计优化主要体现在壳体材料的选用和结构的改进上。
壳体材料的选用对于反应器的安全运行具有重要影响，因此近年来，众多研究人员都致力于开发新型的反应器壳体材料，以提高其耐压耐温性能。
也有研究人员针对反应器的结构进行了改进，例如采用双壳结构设计，以提高其换热效率，降低工艺能耗等。
2. 运行优化加氢反应器的运行优化主要包括反应条件的优化、搅拌速度的调节、换热器的设计等方面。
在反应条件的优化方面，研究人员通过对反应温度、压力、催化剂种类及用量等进行优化，以提高反应的选择性和收率。
针对搅拌速度的调节和换热器的设计也是关键的运行优化手段，能够有效提高反应器的热传导效率，从而优化反应器的运行性能。
三、加氢反应器的发展趋势随着化工工艺的不断发展和技术的不断进步，加氢反应器领域也将迎来一系列新的发展趋势。
新型壳体材料的研发将成为未来重要的发展方向，如高温合金、碳纤维复合材料等，将为加氢反应器的安全运行提供更多选择。
新型催化剂和反应条件的研究将继续推动加氢反应器的性能提升，使其在有机化工反应中发挥更大的作用。
加氢反应器管道设计要点
介质 温度 不高并且 布置在平台上 ，而反应器 注氢管嘴 处会随反 应 器 的热 涨 而 升 高 ，为保 证 注 氢 管 嘴 法 兰 安 全 无 泄 漏 ，避 免 反 应器对管道进 行拉 扯 ，冷氢管 道设 计时应 考虑管 道 的柔 性 Ｊ 。 虽然冷氢管道 温度不 高 ，但在管 道设 计 中也应 进行详 细的管道 应力计算 ，并 在适 当位 置设 置弹簧支 吊架 。由于靠近 冷氢注人
周期安全运行至关重要 。 参 考 文 献
［ １ ］ 唐永 进． 压 力 管道 应力 分 析 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国石 化 出版 社 ， ２ ０ ０ ３ ：
防蒸汽 圈管 ，消防蒸汽 圈管 固定 于法兰处 ，圈管下侧开有 左右 ４ ５ 。 孑 Ｌ 。消防蒸汽 切断 阀 的设 置应 集 中布置 在 明显 、安全 和开 启方便 的地方 ，通 常布 置在 地面处 。根据 《 石油化工 企业设计
反应器的安 装 就位 。各反 应 器操 作平 台的标 高 应尽 量 保 持一 致 ，以便于检修 、操作及管道布 置。反应 器基础 与反应器 框架 的基础应没有相对 沉降量。反应 器 的基 础与管桥 和加氢 反应产 物换热器 的基础相对沉 降量 不得大 于 １ ０ ｍｍ。反 应器框架 顶平 台及每隔 ４层 中间平 台应考虑选 用复合 钢格栅板 。为保证 电动 葫芦的使用完好 ，在 吊车梁上部 及反应器 头盖放 置区侧设 置 吊 车防雨雪棚 ，并在 吊车梁下 部及 反应器 头盖放置 区侧设 置 电动 葫芦检修平 台。
布管
应 位 于入 口 管 道 顶 部 ，以 避 免 注 入 结 束 后 ，残 液 对 管 道 的 腐 蚀 。 管道 注入 点不 应 与 测压 管 道 的 开 口合 并 为 一 个 ，以 避 免 在
加氢反应器的设计要求和结构分析
加氢反应器的设计要求和结构分析加氢反应器是一种广泛应用于化工领域的重要设备，用于加氢反应过程中的催化剂反应。
设计合理的加氢反应器可以提高反应效率，减少能耗和资源消耗，并保证反应器的安全性和可靠性。
本文将从设计要求和结构分析两个方面来详细介绍加氢反应器。
第一部分：设计要求1.反应性能要求：加氢反应器的设计要满足催化剂所需的温度、压力和反应物料质量的要求，以达到预期的反应转化率和选择性。
2.反应器稳定性要求：加氢反应是一个高温、高压、多相反应过程，反应器的设计需要考虑温度和压力的变化对反应器的影响，保证反应器在长时间运行中的稳定性和可靠性。
3.反应器安全性要求：加氢反应器需要防止发生爆炸、泄漏和其他安全事故，设计应考虑材料的选择、结构的强度和可靠性，并配备相应的安全阀和监测装置。
4.反应器能耗要求：加氢反应器需要考虑能源消耗的问题，设计应尽量减少能源损失和能源的使用量。
5.维护和操作要求：加氢反应器的设计应考虑维护和操作的便利性，包括设备的清洁、检修和催化剂的更换等。
第二部分：结构分析1.反应器本体：反应器主体通常采用厚壁碳钢或合金钢材料制作，以满足高温和高压的要求。
反应器内部需要进行防腐蚀处理，以减少材料与反应物之间的化学反应。
2.热交换系统：加氢反应过程中会释放大量的热量，需要通过热交换器进行散热，保持反应器温度的稳定。
热交换器通常采用壳管式结构，利用冷却介质与反应物之间的热交换来降低温度。
3.催化剂装置：催化剂是加氢反应的核心部分，它可以提高反应速率和选择性。
催化剂床通常是由一层或多层催化剂颗粒组成，通过进料系统将反应物料均匀地输送到催化剂床上进行反应。
4.进料与出料系统：加氢反应器需要有一个输送进料和收集产物的系统，确保反应物料的均匀分布和产物的及时收集。
进料系统通常包括进料管、分配器和喷嘴等。
出料系统通常包括产物收集装置、泵和管道等。
5.控制系统：加氢反应器需要配备一个可靠的控制系统，用于监测和控制反应温度、压力和催化剂床的状况等。
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。
按照ASME要求对加氢反应器的优化设计
近年来，随着油品清洁化要求的提高，加氢裂化技术在发展提升的同时，应用也越来越广。
加氢反应器是加氢裂化装置的核心设备，随着化工相关产业的规模化和大型化，作为石化产业关键设备的加氢反应器的体积和质量不断增加。
对于大型高压加氢反应器，为了减轻设备重量，降低运输和安装难度，提高反应器在生产使用中的安全可靠性，对设计的要求不断提高。
从设计方法上说，早期的加氢反应器多采用“规则设计”，以弹性失效准则为理论基础。
后来逐步发展到以应力分析为基础的设计，即“分析设计”，以塑性失效与弹塑性失效准则为理论基础[1、2]。
分析设计要求对容器各部位的应力进行详细计算，并按应力的性质进行分类，然后对各类应力及其组合进行评价。
对应力的精确分析与合理评价，要求分析模型与实际使用的压力容器有高度的符合性，这样才能保证设计结果的准确性[3]。
目前，国际上很多专利商都要求采用ASME Ⅷ第二册压力容器建造另一规则进行设备设计。
在该标准中，有按规则设计要求（第四篇）和按分析设计要求（第五篇）两种方法。
其中，第四篇按规则设计要求规定了压力载荷下常用压力容器形状的设计规则，以及在所规定范围内对其他各种载荷的处理规则或指导，可以根据标准中的计算公式直接求出设备的厚度。
第五篇按分析设计要求相当于对第四篇的补充，标准中明确规定，按照第五篇的方法可以在任何几何形状或载荷条件下确定其设计厚度和结构形式，以代替第四篇中的按规则设计[4]。
本文利用有限元方法，按照ASME Ⅷ第二册第五篇的要求对某加氢反应器进行分析设计，并将设计结果与根据第四篇按规则设计的结果进行比较，以达到优化设计的目的，为其他高压容器设计和制造提供参考。
1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600按照ASME 要求对加氢反应器的优化设计马明奇1摘要：按照ASME 第八卷第二册分析设计要求，采用有限元法对某公司加氢反应器进行应力分析设计。
结果表明，与按规则设计要求相比，按分析设计要求设计是可以有效减小反应器的筒节厚度，节约制造成本。
加氢反应器强度设计及理论计算
加氢反应器强度设计及理论计算首先，加氢反应器是一种重要的化工设备，用于在高压和高温条件下进行加氢反应。
在设计加氢反应器的强度时，需要考虑以下几个因素：1.反应器压力：加氢反应器通常工作在较高的压力下，因此在设计中需要考虑到反应器的压力承受能力。
可以根据反应器内部的压力梯度和材料的强度参数来计算反应器的最大允许工作压力。
2.反应器温度：加氢反应器的工作温度通常较高，因此需要确保材料能够在高温下保持足够的强度。
可以根据材料的高温强度参数和热传导性能来计算反应器的温度分布和热应力。
3.反应器应力：加氢反应器的应力主要包括静态应力和热应力。
静态应力是由于压力和温度差异引起的；热应力是由于由于温度不均匀引起的。
可以通过有限元分析和应力分析来计算反应器内部的应力分布，并确保应力处于安全范围内。
在进行加氢反应器强度设计和理论计算时，还需考虑以下几个关键的技术要点：1.材料选择：根据反应器的工作条件和介质性质，选择适当的材料。
常见的材料包括高强度钢、合金钢和不锈钢等。
2.壁厚计算：根据反应器的内径、工作压力和材料强度参数，计算反应器的最小壁厚，以确保其能够承受工作压力。
3.焊缝和连接件分析：对于焊接连接的部分，需要进行焊缝的强度和疲劳分析，以保证其结构的安全性。
4.热传导分析：对于高温反应器，需要进行热传导分析，以评估反应器壁的温度分布和热应力。
5.有限元分析：通过有限元分析方法，对反应器进行结构强度分析，包括应力、应变和变形等。
综上所述，加氢反应器的强度设计和理论计算是确保反应器结构安全可靠的重要环节。
通过合理选择材料，进行压力、温度和应力等方面的分析，可以为反应器的设计提供重要的参考依据，以确保其在工作条件下的可靠运行。
加氢反应器主体材料及结构设计
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பைடு நூலகம்４结 论
目前 ，随着加氢装置规模不断扩大 ，加氢反 应器 日趋大型化 。加氢反应器 的大型化及其苛刻 的操作条 件对 设备材料选择及结构设计都提出 了 更高要求。因此，改进加氢反应器 的主体材料、 设计 结构 及制造 工 艺势在 必 行 。
◆参考文 献 【 １ 】 Ｇ Ｂ１ ５ ０ ． １ ～ １ ５ ０ ． ４ ． ２ ０ １ １ ，压力容器ｆ Ｓ ］ ． ［ ２ 】 ＮＢ ／ Ｔ ４ ７ ０ ０ ２ ． １ ． ２ ０ ０ ９ ，压 力容器用爆炸焊接复合板 第 １ 部 分 ：不锈钢． 钢复合板［ Ｓ ］ ． ［ ３ ］ Ｊ Ｂ ／ Ｔ ４ ７ ３ ０ － ２ ０ ０ ５ ，承压设备无损检测［ Ｓ ］ ． ［ ４ ］ 孙家孔． 高温高压 临氢用钢Ａ Ｐ Ｉ Ｒ Ｐ ． ９ ４ １ ． １ ９ ９ ７（ 第五版 ）简 介ｆ Ｊ ］ ． 石油化工设备技术 ，１ ９ ９ ９ ，１ （ １ ２ ） ． ［ ５ 】 中国石化集团洛阳石油化工工程公司黎 国磊． 加氢反应器 技术［ Ｅ Ｂ ／ Ｏ Ｌ ］ ． ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｗ ｅ ｎ ｋ ｕ ． ｂ ａ ｉ ｄ ｕ ． ｃ ｏ ｒ ｎ ／
加氢反应器结构设计与优化现状分析
加氢反应器结构设计与优化现状分析加氢反应器是在化学工业中广泛应用的重要设备之一，其结构设计与优化对于反应过程的效率、安全和经济性都具有重要意义。
本文将就加氢反应器结构设计与优化的现状进行深入分析，探讨该领域的发展趋势和前景。
一、加氢反应器的结构设计加氢反应器通常由反应器本体、加热器、换热器、增压器和其他附属设备组成。
反应器本体是其中最为关键的部分，其结构设计直接影响到反应器的安全性、稳定性和效率。
1.1 反应器本体的材质选择在加氢反应过程中，反应器承受着高温、高压和腐蚀等极端条件，因此反应器材质的选择显得尤为重要。
目前，常用的反应器材质包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
不同材质的反应器具有不同的耐腐蚀性和强度特点，因此在设计过程中需根据具体的工艺条件和反应介质特性进行合理选择，以确保反应器的安全运行。
1.2 反应器内部结构设计反应器内部的结构设计也对反应过程的效率和稳定性产生重要影响。
反应器内部的填料设计、搅拌器的选择和布置、加氢气体的进出口设计等都需要根据具体的反应条件进行合理设计，以保证反应物质充分混合和反应热的有效传递，提高反应效率和产物质量。
在加氢反应器的结构设计中，安全性始终是至关重要的考虑因素。
反应器内部应采用多种安全措施，如设置压力释放装置、温度监测系统、泄漏报警装置等，以保障反应器在极端条件下的安全运行。
在设计中还应考虑到设备的易维护性和修复性，以便在发生意外时能够及时进行故障处理和修复。
在现有的加氢反应器结构设计基础上，结构优化可以进一步提高设备的性能和经济性。
现代化的加氢技术和先进的工程设计手段为反应器的结构优化提供了更多的可能性。
2.1 材料的改进与应用随着材料科学的发展，新型耐腐蚀材料的出现为反应器的结构优化提供了新的可能。
高性能合金材料、耐磨材料和高温合金等新材料的应用能够大幅提高反应器的耐腐蚀性和使用寿命，减少设备的维护与更换成本。
2.2 结构设计的优化在现有反应器结构的基础上，通过流场模拟分析和计算机辅助设计等手段，可以对反应器内部结构进行优化。
乙炔加氢反应器
乙炔加氢反应器设计1、反应器参数反应床层温度：90C反应压力：20atm原料：乙焕、氢气进料量：17802kg/h转化率：乙焕加氢制乙烯0.72，乙焕加氢制乙烷0.28催化剂：蛋壳型加银助剂催化剂氢气/乙烯：6.42、反应动力学乙焕加氢反应C2H2+H29C2H4主反应C2H4+H29C2H6副反应C2H4+H29C2H8副反应nC2H4+n/2H29 （C2H3）n（绿油）副反应乙焕加氢反应主要分三步进行：（1）乙焕和氢气扩散到催化剂表面，并在活性中心上吸附一个乙焕分子或一个氢分子。
（2）在活性中心上吸附的乙焕分子再吸附一个氢分子进行反应，或活性中心上吸附的氢分子再吸附一个乙焕分子进行反应，生成乙烯。
（3）由于乙烷分子在活性中心上的被吸附能力远比乙焕分子小，一旦乙焕分子转化成乙烷，便很快被脱附，不能及时脱附的还有可能进一步加氢生成乙烷然后再脱附，活性中心马上开始下一个乙焕加氢的反应。
催化剂对烃的吸附速度焕烃〉双烯烃〉烯烃〉饱和烷烃催化剂对烃的解吸速度饱和烷烃〉烯烃＞双烯烃〉焕烃通过乙炔加氢生成乙烯和乙烷这个简化串联反应来讨论C H +H ^ > C H +H^ > C H 2 2 r 2 4 r 2 6根据幂数型经验式与动力学方程式关联，乙炔加氢速度可表示为r = k c a 1cp 1c 011 1 ABH根据阿伦尼乌斯关系式k = k ' e - E / RT式中C —乙炔浓度C —乙烯浓度 k 1一乙炔加氢速度常数T 一反应温度对于固定床反应器，催化剂运转时间D 对k 1的影响， k = k ' e -（E 1 + k 1D ）/RT乙炔加氢生成乙烯的速度式r = k ' e -（E1 +勺D）/RT c a i c P 1 c 011ABH同理，乙烯加氢的速度式r = k " e -（E2+ k D ）/RT c a 2 cP 2c 0 22ABH一种用于乙炔加氢制乙烯的蛋壳型催化剂，其特征是以氧化铝为载体采用浸 渍法制备活性铝呈蛋壳型分布的负载型催化剂并采用Ag 对蛋壳型Pd/Al 2O 3催化 剂进行改性，其特征是负载量是Pd0.01-0.1wt%，Ag 与Pt 原子比是1-5。
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。
加氢反应器的设计
加氢反应器的设计一、反应器类型的选择一般来说，加氢反应器可以分为两种类型：固定床反应器和搅拌槽式反应器。
固定床反应器适用于多相反应体系，具有较高的传质效率和产率，但操作较为复杂。
搅拌槽式反应器则适用于液相反应体系，操作相对简单，但传质效率较低。
在选择反应器类型时，需根据实际情况综合考虑反应物性质、反应条件以及生产要求等因素。
二、反应物选择1.反应物的稳定性：选择具有较高稳定性的反应物，以保证反应的连续性和产量稳定性。
2.反应物的溶解性：选择溶解度较高的反应物，有利于提高反应速率和传质效率。
3.反应物的纯度：选择纯度较高的反应物，减少杂质对反应的干扰。
4.反应物的可再生性：选择可再生的反应物，有利于提高资源利用效率。
三、反应条件的优化加氢反应器的反应条件包括反应温度、压力、反应物浓度以及催化剂种类和用量等。
反应温度和压力是影响反应速率和产物选择性的重要因素，应根据反应物的性质进行优化。
一般来说，较高的反应温度和压力有利于提高反应速率和产物选择性，但也会增加能耗和设备成本。
反应物浓度的选择应考虑到溶解度和传质效果的影响。
催化剂的选择和用量应综合考虑活性、稳定性以及成本等因素。
四、安全性考虑在加氢反应器的设计中，安全性是一个不可忽视的重要因素。
应加强对高温、高压反应的控制，采取合适的措施确保设备的密封性和抗腐蚀性。
同时，应配备完善的安全措施，如搭建防爆设备、配置气体泄漏探测器和应急处理方案等。
五、其他考虑因素除了上述因素外，加氢反应器的设计还需考虑以下几个因素：1.反应器的尺寸和形状：应根据反应物的性质选择合适的反应器尺寸和形状，以提高传质效率和反应均匀性。
2.搅拌方式和速度：在搅拌槽式反应器中，搅拌方式和速度对反应速率和传质效果有着重要影响。
3.回收制约：在反应过程中产生的副产物、废气和废液的回收处理问题也需要考虑。
总之，加氢反应器的设计需要充分考虑反应器类型选择、反应物选择、反应条件优化以及安全性等因素，并根据实际情况进行综合考虑和优化，以提高反应效果和产量，确保生产的安全和可持续性。
pta加氢反应器的选材与结构优化设计
2019年第4期（总190期）yz.js@PTA 是精对苯二甲酸的简称，是生产聚酯纤维的化工原料，广泛用于与化学纤维、轻工、电子、建筑等国民经济的各个方面。
我国的PTA 产业起步相对较晚，但随着对有机原料，特别是聚酯纤维材料的需求量不断增大，我国PTA 产业迅速发展，已成为了全球范围内一个重要的生产和消费大国。
PTA 生产装置分为氧化单元和精制单元，PTA 加氢反应器是精制单元的核心关键设备，鉴于介质的腐蚀性强，且设备长期处于高温、高压及临氢条件下工作，加强对PTA 加氢反应器选材和结构设计等各个环节的控制，可以提高其设备运行的稳定性，延长使用寿命。
本文以某PTA 加氢反应器为例，对材料选择、结构优化设计进行讨论，为以后PTA 加氢反应器的设计选材提供经验和借鉴。
1PTA 反应器工艺原理与设备参数PTA 反应过程主要分为氧化过程和精制过程。
在氧化过程中，对二甲苯以醋酸为溶剂，在催化剂作用下与加入的工艺空气中的氧反应生成粗对二甲苯酸（以下简称CTA ）。
氧化反应为放热反应，在270~300益、6.8~9.0MPa 下进行，在氧化过程中还会产生甲醇、醋酸甲酯等副产物，醋酸甲酯被回收至反应器，以抑制醋酸生成醋酸甲酯。
氧化后的CTA 产品含有少量杂质，主要为4-CBA 和PT 酸，需要进行去杂质处理。
在精制过程中，CTA 溶解于水，在高温、高压及催化剂作用下与通入的氢气进行4-CBA 的还原反应，将4-CBA 转化为易溶于水的PT 酸，在液固分离过程中，随水一道被去除，经加氢精制反应的TA 溶液再经结晶、液固分离、干燥等步骤后，生产出精制的对苯二甲酸（PTA ）。
1.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连1166002.中交一航局第三工程有限公司工程师，辽宁大连116000PTA 加氢反应器的选材与结构优化设计孙家鹏1，王正江2摘要：以某PTA 加氢反应器为例，对选材、结构优化设计等进行论述，针对PTA 加氢反应器的腐蚀情况，采用抗腐蚀性好，对裂纹敏感性小的材料。
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。
加氢反应器封头焊接设计讲解
目录1.任务分析 (2)1.1设计背景 (2)1.2技术参数 (2)1.3结构分析 (3)1.4焊接要求概述 (4)2.焊接工艺准备 (5)2.1焊接技术选择 (5)2.2焊缝坡口的选择和制备 (5)2.3焊接材料的选择 (6)3.埋弧焊工艺参数的选择 (7)4.焊条电弧焊工艺参数选择 (8)5.焊接 (9)5.1预热 (9)5.2封头拼焊 (10)5.3封头接管焊接 (10)5.4封头内壁耐蚀层堆焊 (11)6.焊后热处理 (12)7.焊后检验 (13)8.焊缝返修 (13)9.总结 (13)10.参考文献 (14)加氢反应器封头焊接设计1.任务分析1.1设计背景从结构形式讲，加氢反应器分冷壁加氢反应器和热壁加氢反应器，20世纪60年代初由于冶炼水平与制造水平有限，加氢反应器多数冷壁结构形式，即在反应器内衬上很厚的大颗粒珍珠岩混凝土保温层以保证反应器壳体的壁温不致过热。
20世纪70年代以后随着技术的不断发展逐渐由冷壁加氢反应器转向热壁加氢反应器。
热壁加氢反应器克服了冷壁反应器的不足，内壁不需要衬保温层，具有有效体积利用率高、施工周期短、生产维护方便、安全可靠等特点，因此为世界各国普遍采用并且向大型化发展。
1.2技术参数1.3结构分析加氢精制反应器为板焊结构，其内径φ3600㎜，壁厚98㎜，由2节组成；封头内半径1806㎜，壁厚78㎜，总重量170000Kg。
整个容器位于裙座圈上，总高度约13000㎜，容器内壁（该包括封头、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。
材料选用15CrMoR材料加氢反应器是炼油化工行业中加氢装置的核心设备，工作条件十分苛刻，要求设备既耐高温(约400-450℃)、高压(8-18MPa)，还要能抗氢腐蚀，为此，一般选用Cr-Mo耐热钢制造壳体，有的1Cr-0.5Mo 或1.25Cr-0.5Mo-Si，但更多的选用2.25Cr-1Mo钢。
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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。
四下封头的工艺设计计算
1 选材：
1.1：下封头及出油口、弯管选用15CrMoR
在石油加氢装置中Cr-Mo系低合金耐热抗氢钢得到广泛的使用。
钢15CrMoR（相当于1Cr-0.5Mo）在500～550℃有较高持久强度，
长期运行也无石墨化倾向，在石油化工中允许使用温度为350～
500℃，有抗氢要求使用下限温度。
1）.115CrMoR属低碳珠光体耐热钢，有利于工艺性；
2）组织中的铁素体份额高，限制其强度级别为300MP；
3）钢材中0.5%的Mo提高组织稳定性；
4）Cr起固溶强化作用，同时组织石墨化倾向。
从操作工况看，该加氢反应器的基材选15CrMoR即满足要求。
1.2 封头堆焊层的选择：。