航煤加氢精制反应器的设计

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1、航煤加氢精制反应器的设计“航煤加氢精制反应器”是航煤加氢精制装置的关键设备，为三类中压反应容器。该反应器是在高温、临氢及H2S等腐蚀条件下操作，工况相对比较苛刻，在选材、结构、检验等方面都有其特殊性。本人根据该反应器的操作要求，主要从以下几方面进行设计的。一、主要技术参数最大工作压力：4.4MPa最高工作温度：320℃设计压力：4.8MPa操作介质：氢气、航煤、H2S含量1%（V）设计温度：340℃氢分压：3.5MPa设备规格：Ø2200(内径)×9410(切线长度)×48.5(42+6.5)mm二、设计方法在

2、加氢反应器的设计中，对于直径大、压力高的反应器一般采用“分析设计”的方法进行设计，而对于直径小、压力低的加氢的反应器则较多采用“常规设计”的方法。“分析设计”共10页第10页的方法采用了弹塑性失效及塑性失效的准则，材料的许用应力比常规设计的大，这样可以相对减小反应器的壁厚，但设计、制造、检验的费用相应提高了。从本次设计工况来看，压力不算高，直径不太大，采用“常规设计”的方法较为合理。一、基本结构本次设计的航煤加氢精制反应器经强度计算，壳体采用42mm厚的1.25Cr-0.5Mo钢板，堆焊TP309L+TP347

3、两层不锈钢；反应器为单床层，内设有入口扩散器、入口分配盘、积垢篮、出口收集器等内件，其基本结构尺寸见附图。二、选材1．该加氢反应器在操作工况下易出现以下一些问题：a．氢腐蚀。氢扩散到壳体材料内部，和钢材中不稳定碳化物起化学反应，生成CH4，引起氢腐蚀。钢中的CH4不能逸出，聚集于晶界或夹杂物附近，产生高压，导致产生裂纹、鼓泡并使材料强度和韧性下降。b．表面脱碳。钢材与高温氢接触后形成表面脱碳，其强度及硬度略有下降。c．高温H2S+H2腐蚀。影响高温H2S+H2腐蚀的因素主要有浓度、温度和时间。当H2S的浓度在1

4、%（体）以下时，随着H2S浓度增加，腐蚀率急骤增大；当温度在315℃～480℃时则温度的高低是影响腐蚀率的主要因素；H2S腐蚀速度随时间的增长而逐渐下降。d．奥氏体不锈钢产生连多硫酸的应力腐蚀开裂。高温H2S+H2共10页第10页腐蚀介质与钢生成硫化铁，在设备停车或检修时与水份或空气中的氧发生反应生成连多硫酸，连多硫酸与材料中的残余应力共同作用产生应力腐蚀开裂。a．回火脆性的破坏。当Cr-Mo钢长期处于325-575℃温度范围内或在这一温度范围内缓慢降温，材料将产生韧性下降的现象，即为回火脆性。回火脆性的产生一

5、类是由于焊后热处理引起的，另一类是由于长时间工作在回火温度范围内而引起的。2．主体材料及堆焊材料的选用在主体材料及堆焊材料选用中,充分考虑了该反应器在操作、停车时易出现的一些问题，对基体材料主要考虑氢腐蚀。根据设计温度340℃加28℃及氢分压3.5MPa加0.34MPa，按照Nelson曲线，选择1.25-0.5Mo作为基体材料。1.25Cr-0.5Mo钢是一种使用较多抗氢钢，具有良好的抗氢腐蚀的能力，其铬钼含量相对较低，加上对热处理状态及化学成分的合理控制，回火脆性的问题也能较好地解决（钢板及锻件的化学成分见

6、表一）。1.25Cr-0.5Mo钢虽然有较好的抗氢蚀能力，但不耐高温H2S腐蚀，因此本次设计考虑在与介质接触的反应器内表面堆焊不锈钢保护层，即在基材的内表面堆焊TP309L+TP347双层不锈钢的保护层。其中3mm厚的TP309L层是韧性较好的过渡层，3+0。5mm厚的TP347层是耐腐蚀层，TP309L堆焊层是为了在1.25Cr-0.5Mo钢与TP347堆焊层之间获得具有较高韧性的过渡层，当反应器内部受力构件的局部应力集中产生裂纹时，裂纹也会终止于TP309L过渡层而不致延伸至基体的1.25Cr-0.5Mo，

7、很好地保护了基体材料共10页第10页。TP347复层含有稳定化元素，可以有效地防止硫化氢腐蚀，同时又有防止在反应器停车时可能生成的连多硫酸的应力腐蚀的作用。随着冶炼技术的提高、对材料性能的掌握及制造水平、经验的提高和积累，许多问题已能得到较好的控制。表一（%）化学元素CMnSiSPCrMo1.25Cr-0.5Mo钢板熔炼分析0.05～0.170.40～0.650.50～0.80<0.012£0.0101.00～1.500.45～0.65产品分析0.04～0.170.35～0.730.44～0.86£0.015£

8、0.0120.94～1.560.40～0.701.25Cr-0.5Mo锻件熔炼分析0.10～0.200.30～0.800.50～1.00£0.012£0.0121.00～1.500.40～0.65产品分析0.10～0.200.30～0.800.50～1.00£0.015£0.0151.00～1.500.40～0.65四．结构设计1．壳体与球封头的连接在封头与壳体的连接形式上，本次设计并