炼油厂工艺设备介绍-加氢装置其它设备
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大承压环和压盖代替了大法兰 可实现现场带压密封 只有在管板为压差设计时使用
机加工件多，制造复杂，难度大
6
2、焊接Ω环密封式高压换热器
7
2、焊接Ω环密封式
E
F
8
焊接Ω环密封式的特点
密封性能好 结构简单，机加工件少 可减低螺栓载荷
F=0.785Dg2Pc+6.28DgbmPc
高硫 无
腐蚀
腐蚀
腐蚀、分 配不均 159/55 14.2 没有 有， 属腐蚀泄 露 143/48 11.3 有 有， 属腐蚀泄 露 3.0
操作温度（进/ 出），℃ 操作压力（进 口），MPa 循环氢脱硫系统 高压空冷前后的 换热器泄露情况
210/114 15.4 有 无
114/49 15.3 有 无
36
冷高压分离器
37
循环氢脱硫塔
38
循环氢脱硫塔入口凝聚器
作用： 气液分离，减少循环氢脱硫塔进气中 的液体携带量，防止进入循环氢脱硫 塔的气体带液，提高脱硫效率，并防 止与胺液接触时起泡。 材料选择 操作条件和材料选择同循环氢脱硫塔
39
循环氢脱硫塔入口凝聚器原理 --两次旋风分离
40
参考资料
16
二 、高压空冷器
1、常用形式
集合管式—已经淘汰 丝堵式
17
加氢装置高压空冷器
18
2、高压空冷器的腐蚀与选材
胺盐腐蚀 (2) 湿H2S腐蚀 根据原料性质、安全性要求不同选择： 碳钢（入口衬不锈钢管） 双相不锈钢（国内尚无业绩） 高合金材料(UNS8825、 UNS6625)
(1)
19
3、高压空冷器的腐蚀机理
27
保证注水量和注水质量
按时注水(间断 \连续)
注水量要保证在每台反应产物空冷器的进口条件 下至少有25%的注水量未汽化，且每台的水量应 相同；并控制注水中的Cl-含量，氧含量和氮含量， 采用脱氧水及蒸汽冷凝水。注水点尽量靠近空冷。 注水质量严控注水质量--经除盐、除氧和除氮后 的水。API932B要求注水质量如下：
20
高压空冷器 腐蚀 穿孔实例
21
高压空冷出口弯管 和入口胀管区的 腐蚀穿孔
22
高压空冷器出口管线的冲蚀
23
现场调研装置的情况统计表
装置 内容
齐鲁 150万吨/ 年VRDS装 置(第一 空冷器)
高硫 6次
齐鲁 150万吨 /年VRDS 装置(第 二空冷 器)
高硫 2次
齐鲁 140万吨/ 年加氢裂 化装置
2.7
2.43
2.5
24
4、解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
1. 工艺设计
– 在高压空冷器系统设计时，应根据Kp值，严格控制 流速。尤其在装置扩能改造和改炼高硫油时，应重 新评估。 – 炼制高硫原料的加氢装置，应配循环氢脱硫系统。
2.平面及管线布置
– 空冷器的入口管线布置应做到完全对称平衡安装。 尽可能采用三通式结构，如采用弯头，则弯头前后 的直管段的长度最好不小于10倍的管径。 – 弯头平面不应与连接管在一个平面，应垂直于连接 管。
(1) 低温湿H2S腐蚀
（2）胺盐的冲蚀与堵塞—与流速有关 （3）氯离子应力腐蚀
13
胺盐的堵塞
14
高压换热器（240C以下）选材
壳体基材
– CrMo – 碳钢
换热管—根据腐蚀情况选择
– 双相不锈钢,高合金钢 – CrMo钢（不应选不锈钢）
管板
– CrMo钢 – 碳钢
15
高压换热器的双壳程结构
参数 最大值 目标值 氧含量（ppbw） 50 15 PH 9.5 7.0—9.0 总硬度（钙硬度ppmw） 2 ＜1 溶解铁（ppmw） 1 0.1 氯化物（ppmw） 100 5 H2S(ppmw) ＜1000 NH3(ppmw) ＜1000 自由氰（ppm） 0 总悬浮固体颗粒（ppm） 0.2 无 电导率 最大8.0 每周至少检查一次。当注水来源发生变化时，必须检查。
H2S+ NH3 → NH4HS. H2S+ 2NH3 → (NH4) 2S NH3 + HC l →NH4C1 在缺少液态水的情况下，它会直接由气相冷 凝变成固态晶体。NH4Cl 开始结晶温度约为 210℃，NH4HS开始结晶温度为121℃，恰好 在加氢装置高压空冷器系统的温度范围内， NH4Cl和NH4HS聚集到一定程度后析出并结 垢，从而造成电化学垢下腐蚀，形成坑蚀， 最终形成穿孔。 与流速\流形有关的冲蚀 与原料中S、N、Cl-含量有关的实际结晶温度
3.空冷器的结构设计
– 采用丝堵式的管箱结构。 – 碳钢管束每管程入口管端加设防冲衬管。
25
解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
解决腐蚀环境，主要包括工艺、物料分配均 匀性、原料的控制、注水、操作以及缓蚀剂 等；从调研以及国外的研究实践看，有一些 实际做法和指导性意见，可以做到改善腐蚀 环境，减缓腐蚀，但是考虑实际情况复杂又 不断变化，目前还没有一套绝对可靠的对策。 提高空冷器（换热器）的抗腐蚀性能，主要 就是采用抗腐蚀性好的材料、提高制造质量。 从国外的实验和经验以及国内大连西太平洋 的高压加氢空冷器（合金825）的使用（已使 用十年）情况看，基本上可以到达抗腐蚀的 效果。但合金825价格昂贵,国内商不能生产. 双相不锈钢可能是将来的替代品.
加氢处理工艺与工程 中国石化出版社
41
上海石化 2#芳烃 145万吨/ 年加氢裂 化装置
低硫 无
上海石化2# 炼油150万 吨/年中压 加氢裂化装 置
高硫 1次 （在开工时 ） 制造
扬子石化 芳烃200 万吨/年 加氢裂化 装置
低硫 无
扬子石化 炼油100 万吨/年 中压加氢 裂化装置
高硫 3次
现在加工原油情 况 高压空冷器 泄露次数 高空泄露原因
29
高压空冷器的翅片形式(抗热疲劳)
30
三、循环氢脱硫塔和冷高压分离器
1、腐蚀 形式 低温湿H2S腐蚀
31
2.湿H2S腐蚀机理
Acidic, H2S -containing medium
Sulfide Ionics Hydrogen Sulfide Proton Hydrogen Atom Electrons
检修清洗时，需切割和焊接Ω环 Ω环存在积液 反应产物侧有腐蚀问题 Ω环反复使用2-3次后，需更换
9
3、普通大法兰式
结构简单,机加工件少 法兰结构笨重,螺栓粗大 螺栓直径大,紧固困难 现场泄漏,难以处理
10
4、 高压换热器材料选择
高温部位与热壁加氢反应器可能发生的 主要损伤类似 – 高温氢腐蚀 – 氢脆 – 高温硫化氢＋氢腐蚀 – 连多硫酸应力腐蚀开裂 – 铬-钼钢的回火脆性损伤 – 奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离
11
高压换热器（240C以上）选材
壳体基材
– – – – 15CrMo 1.25Cr0.5MoSi 2.25Cr1Mo 2.25Cr1MoV
复层—根据H2S含量，腐蚀情况选择
– CrMo钢 – CrMo钢+不锈钢堆焊层
管板
– CrMo钢+不锈钢堆焊层 – 整体不锈钢
12
低温部位高压换热器 （240C以下）的腐蚀
Molecular Hydrogen
Steel with typical small imperfections
32
湿H2S腐蚀机理—反应过程
H2S 2 H+ + S2Fe + 2 H+ Fe2+ + 2 Had Fe2+ + S2- FeS
H2S + Fe FeS + 2 Hab
153/49 15.6 有 有，属腐 蚀泄露 5.7
156/55 14.4 没有 有，属腐 蚀泄露
126/55 11.3 有 有， 属腐蚀泄露 3.5
空冷器流速， m/s 空冷器NH4HS的 Kp值 高分水中的 NH HS浓度，%
3.1
2.9
1.2
1.2
0.12
0.07
0.1
4.86
4.86
4.91
28
其它控制操作
控制装置补充氢气中的Cl-含量，尤其是重整 来的氢气应经过脱氯罐。 在空冷器前注水时加注缓蚀剂，具体类型、 型号和注入量应经过筛选试验确定。 严密监控上游原料变化，尤其是氯含量变化 情况。 空冷风机要全开或全停，避免造成温度场不 均匀，影响流体分配。 冬季空冷器出口温度不能过低，可充分利用 百叶窗调节温度。百叶窗全开或全闭。
26
解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
目前国外的做法是将上述两部分方
法结合起来，达到最终解决加氢空 冷器系统腐蚀的问题。如果只从第 一部分方法入手，而空冷器仍然采 用碳钢，安全和长周期操作上缺少 可靠保证。而仅靠提高空冷器的材 质，不注意操作和管理，也不能完 全避免泄漏的发生(API 932A)。
2 Hab H2
33
3、湿H2S腐蚀损伤形式
HIC / SWC
Байду номын сангаас
Blistering
SSC
SOHIC
34
4、湿H2S腐蚀环境下的材料选择
根据腐蚀的严重性选择普通碳钢或抗HIC 钢
腐蚀环境 严重湿 H2S 腐蚀环境， 产品化学成分（%） 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.008， S≤0.002， 1.2≤Mn≤1.36 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.010， S≤0.004， 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.012， S≤0.008， 选材类型 抗 SOHIC 钢， 304 类复合钢板， 不锈钢堆焊层
炼油厂工艺与设备
加氢装置静设备(二 )
中国石化工程建设公司
张迎恺
1
介绍
高压换热器 高压空冷器 冷高压分离器和循环氢脱硫塔 循环氢脱硫塔入口凝聚器
2
一、高压换热器的形式
螺纹锁紧环式 焊接Ω环密封式 普通大法兰式
3
1、螺纹索紧环式高压换热器
4
螺纹锁紧环的结构
5
螺纹锁紧环及其特点
中度湿 H2S 腐蚀环境
抗 HIC 钢， 304 类复合钢板
轻度湿 H2S 腐蚀环境
碳钢或碳钢加防腐措施
要求钢材在正火状态下使用
35
5、抗湿H2S应力腐蚀设备设计
抗应力腐蚀的PWHT 硬度检测（焊评+产品检测） 减少应力集中 降低应力水平（不能用II分篇设计） 承压焊接接头不得进行异种钢焊接 要求焊工钢印不得打在容器内壁或与操 作介质接触的一侧 较严格的无损检测要求（定期检验）
机加工件多，制造复杂，难度大
6
2、焊接Ω环密封式高压换热器
7
2、焊接Ω环密封式
E
F
8
焊接Ω环密封式的特点
密封性能好 结构简单，机加工件少 可减低螺栓载荷
F=0.785Dg2Pc+6.28DgbmPc
高硫 无
腐蚀
腐蚀
腐蚀、分 配不均 159/55 14.2 没有 有， 属腐蚀泄 露 143/48 11.3 有 有， 属腐蚀泄 露 3.0
操作温度（进/ 出），℃ 操作压力（进 口），MPa 循环氢脱硫系统 高压空冷前后的 换热器泄露情况
210/114 15.4 有 无
114/49 15.3 有 无
36
冷高压分离器
37
循环氢脱硫塔
38
循环氢脱硫塔入口凝聚器
作用： 气液分离，减少循环氢脱硫塔进气中 的液体携带量，防止进入循环氢脱硫 塔的气体带液，提高脱硫效率，并防 止与胺液接触时起泡。 材料选择 操作条件和材料选择同循环氢脱硫塔
39
循环氢脱硫塔入口凝聚器原理 --两次旋风分离
40
参考资料
16
二 、高压空冷器
1、常用形式
集合管式—已经淘汰 丝堵式
17
加氢装置高压空冷器
18
2、高压空冷器的腐蚀与选材
胺盐腐蚀 (2) 湿H2S腐蚀 根据原料性质、安全性要求不同选择： 碳钢（入口衬不锈钢管） 双相不锈钢（国内尚无业绩） 高合金材料(UNS8825、 UNS6625)
(1)
19
3、高压空冷器的腐蚀机理
27
保证注水量和注水质量
按时注水(间断 \连续)
注水量要保证在每台反应产物空冷器的进口条件 下至少有25%的注水量未汽化，且每台的水量应 相同；并控制注水中的Cl-含量，氧含量和氮含量， 采用脱氧水及蒸汽冷凝水。注水点尽量靠近空冷。 注水质量严控注水质量--经除盐、除氧和除氮后 的水。API932B要求注水质量如下：
20
高压空冷器 腐蚀 穿孔实例
21
高压空冷出口弯管 和入口胀管区的 腐蚀穿孔
22
高压空冷器出口管线的冲蚀
23
现场调研装置的情况统计表
装置 内容
齐鲁 150万吨/ 年VRDS装 置(第一 空冷器)
高硫 6次
齐鲁 150万吨 /年VRDS 装置(第 二空冷 器)
高硫 2次
齐鲁 140万吨/ 年加氢裂 化装置
2.7
2.43
2.5
24
4、解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
1. 工艺设计
– 在高压空冷器系统设计时，应根据Kp值，严格控制 流速。尤其在装置扩能改造和改炼高硫油时，应重 新评估。 – 炼制高硫原料的加氢装置，应配循环氢脱硫系统。
2.平面及管线布置
– 空冷器的入口管线布置应做到完全对称平衡安装。 尽可能采用三通式结构，如采用弯头，则弯头前后 的直管段的长度最好不小于10倍的管径。 – 弯头平面不应与连接管在一个平面，应垂直于连接 管。
(1) 低温湿H2S腐蚀
（2）胺盐的冲蚀与堵塞—与流速有关 （3）氯离子应力腐蚀
13
胺盐的堵塞
14
高压换热器（240C以下）选材
壳体基材
– CrMo – 碳钢
换热管—根据腐蚀情况选择
– 双相不锈钢,高合金钢 – CrMo钢（不应选不锈钢）
管板
– CrMo钢 – 碳钢
15
高压换热器的双壳程结构
参数 最大值 目标值 氧含量（ppbw） 50 15 PH 9.5 7.0—9.0 总硬度（钙硬度ppmw） 2 ＜1 溶解铁（ppmw） 1 0.1 氯化物（ppmw） 100 5 H2S(ppmw) ＜1000 NH3(ppmw) ＜1000 自由氰（ppm） 0 总悬浮固体颗粒（ppm） 0.2 无 电导率 最大8.0 每周至少检查一次。当注水来源发生变化时，必须检查。
H2S+ NH3 → NH4HS. H2S+ 2NH3 → (NH4) 2S NH3 + HC l →NH4C1 在缺少液态水的情况下，它会直接由气相冷 凝变成固态晶体。NH4Cl 开始结晶温度约为 210℃，NH4HS开始结晶温度为121℃，恰好 在加氢装置高压空冷器系统的温度范围内， NH4Cl和NH4HS聚集到一定程度后析出并结 垢，从而造成电化学垢下腐蚀，形成坑蚀， 最终形成穿孔。 与流速\流形有关的冲蚀 与原料中S、N、Cl-含量有关的实际结晶温度
3.空冷器的结构设计
– 采用丝堵式的管箱结构。 – 碳钢管束每管程入口管端加设防冲衬管。
25
解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
解决腐蚀环境，主要包括工艺、物料分配均 匀性、原料的控制、注水、操作以及缓蚀剂 等；从调研以及国外的研究实践看，有一些 实际做法和指导性意见，可以做到改善腐蚀 环境，减缓腐蚀，但是考虑实际情况复杂又 不断变化，目前还没有一套绝对可靠的对策。 提高空冷器（换热器）的抗腐蚀性能，主要 就是采用抗腐蚀性好的材料、提高制造质量。 从国外的实验和经验以及国内大连西太平洋 的高压加氢空冷器（合金825）的使用（已使 用十年）情况看，基本上可以到达抗腐蚀的 效果。但合金825价格昂贵,国内商不能生产. 双相不锈钢可能是将来的替代品.
加氢处理工艺与工程 中国石化出版社
41
上海石化 2#芳烃 145万吨/ 年加氢裂 化装置
低硫 无
上海石化2# 炼油150万 吨/年中压 加氢裂化装 置
高硫 1次 （在开工时 ） 制造
扬子石化 芳烃200 万吨/年 加氢裂化 装置
低硫 无
扬子石化 炼油100 万吨/年 中压加氢 裂化装置
高硫 3次
现在加工原油情 况 高压空冷器 泄露次数 高空泄露原因
29
高压空冷器的翅片形式(抗热疲劳)
30
三、循环氢脱硫塔和冷高压分离器
1、腐蚀 形式 低温湿H2S腐蚀
31
2.湿H2S腐蚀机理
Acidic, H2S -containing medium
Sulfide Ionics Hydrogen Sulfide Proton Hydrogen Atom Electrons
检修清洗时，需切割和焊接Ω环 Ω环存在积液 反应产物侧有腐蚀问题 Ω环反复使用2-3次后，需更换
9
3、普通大法兰式
结构简单,机加工件少 法兰结构笨重,螺栓粗大 螺栓直径大,紧固困难 现场泄漏,难以处理
10
4、 高压换热器材料选择
高温部位与热壁加氢反应器可能发生的 主要损伤类似 – 高温氢腐蚀 – 氢脆 – 高温硫化氢＋氢腐蚀 – 连多硫酸应力腐蚀开裂 – 铬-钼钢的回火脆性损伤 – 奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离
11
高压换热器（240C以上）选材
壳体基材
– – – – 15CrMo 1.25Cr0.5MoSi 2.25Cr1Mo 2.25Cr1MoV
复层—根据H2S含量，腐蚀情况选择
– CrMo钢 – CrMo钢+不锈钢堆焊层
管板
– CrMo钢+不锈钢堆焊层 – 整体不锈钢
12
低温部位高压换热器 （240C以下）的腐蚀
Molecular Hydrogen
Steel with typical small imperfections
32
湿H2S腐蚀机理—反应过程
H2S 2 H+ + S2Fe + 2 H+ Fe2+ + 2 Had Fe2+ + S2- FeS
H2S + Fe FeS + 2 Hab
153/49 15.6 有 有，属腐 蚀泄露 5.7
156/55 14.4 没有 有，属腐 蚀泄露
126/55 11.3 有 有， 属腐蚀泄露 3.5
空冷器流速， m/s 空冷器NH4HS的 Kp值 高分水中的 NH HS浓度，%
3.1
2.9
1.2
1.2
0.12
0.07
0.1
4.86
4.86
4.91
28
其它控制操作
控制装置补充氢气中的Cl-含量，尤其是重整 来的氢气应经过脱氯罐。 在空冷器前注水时加注缓蚀剂，具体类型、 型号和注入量应经过筛选试验确定。 严密监控上游原料变化，尤其是氯含量变化 情况。 空冷风机要全开或全停，避免造成温度场不 均匀，影响流体分配。 冬季空冷器出口温度不能过低，可充分利用 百叶窗调节温度。百叶窗全开或全闭。
26
解决加工高硫原油的加氢空冷器系统腐蚀
目前国外的做法是将上述两部分方
法结合起来，达到最终解决加氢空 冷器系统腐蚀的问题。如果只从第 一部分方法入手，而空冷器仍然采 用碳钢，安全和长周期操作上缺少 可靠保证。而仅靠提高空冷器的材 质，不注意操作和管理，也不能完 全避免泄漏的发生(API 932A)。
2 Hab H2
33
3、湿H2S腐蚀损伤形式
HIC / SWC
Байду номын сангаас
Blistering
SSC
SOHIC
34
4、湿H2S腐蚀环境下的材料选择
根据腐蚀的严重性选择普通碳钢或抗HIC 钢
腐蚀环境 严重湿 H2S 腐蚀环境， 产品化学成分（%） 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.008， S≤0.002， 1.2≤Mn≤1.36 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.010， S≤0.004， 碳当量≤0.43* C≤0.23， P≤0.012， S≤0.008， 选材类型 抗 SOHIC 钢， 304 类复合钢板， 不锈钢堆焊层
炼油厂工艺与设备
加氢装置静设备(二 )
中国石化工程建设公司
张迎恺
1
介绍
高压换热器 高压空冷器 冷高压分离器和循环氢脱硫塔 循环氢脱硫塔入口凝聚器
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一、高压换热器的形式
螺纹锁紧环式 焊接Ω环密封式 普通大法兰式
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1、螺纹索紧环式高压换热器
4
螺纹锁紧环的结构
5
螺纹锁紧环及其特点
中度湿 H2S 腐蚀环境
抗 HIC 钢， 304 类复合钢板
轻度湿 H2S 腐蚀环境
碳钢或碳钢加防腐措施
要求钢材在正火状态下使用
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5、抗湿H2S应力腐蚀设备设计
抗应力腐蚀的PWHT 硬度检测（焊评+产品检测） 减少应力集中 降低应力水平（不能用II分篇设计） 承压焊接接头不得进行异种钢焊接 要求焊工钢印不得打在容器内壁或与操 作介质接触的一侧 较严格的无损检测要求（定期检验）