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1、加氢反应器加氢反应器加氢反应器是各类加氢工艺加氢反应器是各类加氢工艺（Hydrogen Cracking Unit）的关键设备的关键设备加氢是在催化剂存在的条件下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合，一方面能使重质油品通过裂化反应转化为汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可防止像催化裂化那样生成大量焦炭，而且还可将原料中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和。因此，加氢裂化具有轻质油收率高、产品质量好的突出优点。加氢过程分类：加氢过程分类：1.1.加氢处理（进料分子基本无变化，使烯烃饱和及脱硫）加氢处理（进料分子基本无变化，使烯烃饱和及脱硫）
2、2.2.加氢精制（约加氢精制（约10%10%原料分子降低分子量）原料分子降低分子量）3.3.加氢裂化（有加氢裂化（有10%10%原料分子转化为小分子）原料分子转化为小分子）一一.加氢反应器加氢反应器2022/10/25炼油装备技术炼油装备技术3 加氢裂化装置流程示意图加氢裂化装置流程示意图2022/10/25炼油装备技术炼油装备技术4加氢裂化装置流程简图2022/10/25炼油装备技术炼油装备技术5加氢裂化装置的工艺流程 原料油经过滤、脱水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气原料油经过滤、脱水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气原料油经过滤、脱水后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气原料油经过滤、脱水
3、后进入缓冲罐，由高压泵升压后与氢气(包括包括包括包括循环氢与新氢气循环氢与新氢气循环氢与新氢气循环氢与新氢气)混合后一起进入换热器与反应生成物换热至混合后一起进入换热器与反应生成物换热至混合后一起进入换热器与反应生成物换热至混合后一起进入换热器与反应生成物换热至300300300300左左左左右，然后进加热炉预热右，然后进加热炉预热右，然后进加热炉预热右，然后进加热炉预热(另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢另一种流程是原料油不进加热炉而只有循环氢进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少进加
4、热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少进加热炉预热，在炉出口与换热后的原料油混合，这种流程可以减少炉管结焦炉管结焦炉管结焦炉管结焦)，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，预热后从反应器顶部进入，在反应器内反应后由底部排出，经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不
5、经与新鲜原料、循环氢换热后再进入空冷器冷却，冷凝下来的油和不冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶冷凝的油气和氢气进入高压分离器，油气分离，氢气从高压分离器顶部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送部排出，大部分进循环氢压缩机，反应生成油由底部排出，降压后送至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分
6、至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分至低压分离器，油、气再次分离，气体送燃料气管网，生成油送至分馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、馏系统经分馏塔、汽提塔、脱丁烷塔等分馏后得到汽油、航空煤油、柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化
7、柴油等产品。第三种流程中分馏塔底的尾油再全部循环回到加氢裂化反应器进行裂化反应。反应器进行裂化反应。反应器进行裂化反应。反应器进行裂化反应。2022/10/25炼油装备技术炼油装备技术6n n加氢裂化装置的操作范围如下：操作温度加氢裂化装置的操作范围如下：操作温度380380450450，操作压，操作压力力8 820MPa20MPa，采用的催化剂含有，采用的催化剂含有PtPt、PdPd、WW、MoMo、NiNi、CoCo等金属氧化物作为加氢组分，以硅酸铝、氟化氧化铝或结晶硅等金属氧化物作为加氢组分，以硅酸铝、氟化氧化铝或结晶硅铝酸盐为担体。铝酸盐为担体。n n原料油经加氢、裂化、异构化等反应转
8、化为轻质油品，收率一原料油经加氢、裂化、异构化等反应转化为轻质油品，收率一般达般达100100(体积体积)，可得到优质重整原料及高辛烷值汽油；航空，可得到优质重整原料及高辛烷值汽油；航空煤油和低倾点柴油。同时产品含硫、氮、烯烃低，安定性好煤油和低倾点柴油。同时产品含硫、氮、烯烃低，安定性好。固定床反应器：固定床反应器：床层内固体催化剂处于静止状态。床层内固体催化剂处于静止状态。特点：催化剂不宜磨损，催化剂特点：催化剂不宜磨损，催化剂在不失活情况下可长期使用。在不失活情况下可长期使用。主要适于加工固体杂质、油溶性主要适于加工固体杂质、油溶性金属含量少的油品金属含量少的油品加氢反应器分类加氢反应器
9、分类（按照工艺流程及结构分类）（按照工艺流程及结构分类）1.1.固定床反应器固定床反应器 2.2.移动床反应移动床反应器器 3.3.流化床反应器流化床反应器固定床反应器使用最为广泛（气液固定床反应器使用最为广泛（气液并流下流式）并流下流式）冷热壁结构反应器特征及应用冷热壁结构反应器特征及应用按反应器本体结构分类：按反应器本体结构分类：分为单层结构、多层结构。单层结构包括钢板卷焊及分为单层结构、多层结构。单层结构包括钢板卷焊及锻焊结构；多层结构一般有绕带式及热套式。锻焊结构；多层结构一般有绕带式及热套式。煅焊煅焊结构结构反应反应器制器制造过造过程程 加氢过程由于存在有气、液、加氢过程由于存在有气
10、、液、固三相的放热反应，欲使反应进料固三相的放热反应，欲使反应进料（气、液两相）与催化剂（固相）（气、液两相）与催化剂（固相）充分、均匀、有效地接触，加氢反充分、均匀、有效地接触，加氢反应器设计有多个催化剂床层，在每应器设计有多个催化剂床层，在每个床层的顶部都设置有分配盘，并个床层的顶部都设置有分配盘，并在两个床层之间设有温控结构（冷在两个床层之间设有温控结构（冷氢箱），以确保加氢装置的安全平氢箱），以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。稳生产和延长催化剂的使用寿命。反应器内设置有入口扩散器、反应器内设置有入口扩散器、积垢篮、卸料管、催化剂支撑盘、积垢篮、卸料管、催化剂支撑盘、出
11、口捕集器、气液反应物流分配盘、出口捕集器、气液反应物流分配盘、冷氢箱、熱电偶保护管和出口收集冷氢箱、熱电偶保护管和出口收集器等反应器内构件。器等反应器内构件。1.1.入口扩散器入口扩散器 来自反应器入口的介质首先经过入口扩散器，来自反应器入口的介质首先经过入口扩散器，在上部锥形体整流后，经上下两挡板的两层孔在上部锥形体整流后，经上下两挡板的两层孔的节流、碰撞后被扩散到整个反应器截面上。的节流、碰撞后被扩散到整个反应器截面上。其主要作用为：一是将进入的介质扩散到反其主要作用为：一是将进入的介质扩散到反应器的整个截面上；二是消除气、液介质对顶应器的整个截面上；二是消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击
12、，为分配盘的稳定工作创造分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；三是通过扰动，促使气液两相混合条件；三是通过扰动，促使气液两相混合2.2.分配盘分配盘 目前，国内加氢反应器所使用的反应物流分配器，按其作用原理大致可分为溢流目前，国内加氢反应器所使用的反应物流分配器，按其作用原理大致可分为溢流式和抽吸喷射式两类；反应物流分配盘应不漏液，安装后须进行测漏试验，即在分式和抽吸喷射式两类；反应物流分配盘应不漏液，安装后须进行测漏试验，即在分配盘上充水至配盘上充水至100mm100mm高，在高，在5 5分钟内其液位下降高度，以不大于分钟内其液位下降高度，以不大于5mm5mm为合格；分配盘为合格；分
13、配盘安装的水平度要求，对于喷射式的分配器，包括制造公差和在载荷作用下的绕度在安装的水平度要求，对于喷射式的分配器，包括制造公差和在载荷作用下的绕度在内，其分配盘的水平度应控制为内，其分配盘的水平度应控制为5mm6mm5mm6mm；对于溢流式的分配器，其分配盘安；对于溢流式的分配器，其分配盘安装的水平度要求更严格一些。装的水平度要求更严格一些。在催化剂床层上面，采用分配盘是为了均布反应介质，改善其流动状况，实在催化剂床层上面，采用分配盘是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。反应器顶部分配盘反应
14、器顶部分配盘3.3.积垢篮积垢篮 由不同规格的不锈钢金属网和骨架构成的篮框，置于反应器上部催化剂床层的顶由不同规格的不锈钢金属网和骨架构成的篮框，置于反应器上部催化剂床层的顶部，可为反应物流提供更大的流通面积，在上部催化剂床层的顶部扑集更多的机械部，可为反应物流提供更大的流通面积，在上部催化剂床层的顶部扑集更多的机械杂质的沉积物，而又不致引起反应器压力降过快地增长；积垢篮框在反应器内截面杂质的沉积物，而又不致引起反应器压力降过快地增长；积垢篮框在反应器内截面上呈等边三角形均匀排列，其内是空的（不装填催化剂或瓷球），安装好后要须用上呈等边三角形均匀排列，其内是空的（不装填催化剂或瓷球），安装好后
15、要须用不锈钢链将其穿连在一起，并牢固地拴在其上部分配盘地支撑梁上，不锈钢金属链不锈钢链将其穿连在一起，并牢固地拴在其上部分配盘地支撑梁上，不锈钢金属链条要有足够地长度裕量（按床层高度下沉条要有足够地长度裕量（按床层高度下沉5 5考虑），以便能适应催化剂床层的下考虑），以便能适应催化剂床层的下沉。沉。4.4.催化剂支撑盘催化剂支撑盘 催化剂支撑盘由催化剂支撑盘由T T形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器壁的凸台上，而格栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，壁的凸台上，而格栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，和一层细
16、不锈钢丝网，上面就可以装填磁球和催化剂了。和一层细不锈钢丝网，上面就可以装填磁球和催化剂了。催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和刚度。即在催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和刚度。即在420420高温下高温下弯曲变形也很小，且具有一定的抗腐蚀性能。因此，大梁、格栅和丝网的弯曲变形也很小，且具有一定的抗腐蚀性能。因此，大梁、格栅和丝网的材质均为不锈钢。在设计中应考虑催化剂支撑盘上催化剂和磁球的重量、材质均为不锈钢。在设计中应考虑催化剂支撑盘上催化剂和磁球的重量、催化剂支撑盘本身的重量、床层压力降和操作液重等载荷，经过计算得出催化剂支撑盘本身的重量、床层压力降和操作液重等载荷，经过计算得出
17、支撑大梁和格栅的结构尺寸。支撑大梁和格栅的结构尺寸。4.4.催化剂卸料管催化剂卸料管 固定床反应器每一催化剂床层下部均安装有若干根卸料管，跨过催化剂支撑盘、固定床反应器每一催化剂床层下部均安装有若干根卸料管，跨过催化剂支撑盘、物料分配盘及冷氢箱，通向下一床层，作为在反应器停工卸除催化剂的卸剂通道。物料分配盘及冷氢箱，通向下一床层，作为在反应器停工卸除催化剂的卸剂通道。5.5.冷氢管冷氢管 烃类加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，烃类加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层继续油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层
18、继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。冷氢加入系统的作用和要求是：冷氢加入系统的作用和要求是：均匀、稳定地供给足够的冷氢量；均匀、稳定地供给足够的冷氢量；必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。均匀的温度和物料分布。冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。对于直径较小的反应器，采用结构简单便于安
19、装的直插式对于直径较小的反应器，采用结构简单便于安装的直插式结构即可。结构即可。对于直径较大的反应器，直插式冷氢管打入的冷氢与上层对于直径较大的反应器，直插式冷氢管打入的冷氢与上层反应后的油气混合效果就不好，直接影响了冷氢箱的再混合效反应后的油气混合效果就不好，直接影响了冷氢箱的再混合效果。这时就应采用树枝状或环形结构。果。这时就应采用树枝状或环形结构。6.6.冷氢箱冷氢箱 冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将上层流下来反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将
20、上层流下来的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免反应器超温。降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免反应器超温。冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢与上一床层反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进冷氢与上一床层反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上层下来的热油气经过反复折流混入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上层下来的热油气经过
21、反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层合，就流向冷氢箱的第二层筛板盘，筛板盘，在筛板盘上再次折筛板盘，筛板盘，在筛板盘上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下有时还有一层泡帽分配盘流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下有时还有一层泡帽分配盘对预分配后的油气再作最终的分配。对预分配后的油气再作最终的分配。冷氢管冷氢管催化剂卸料管催化剂卸料管冷氢箱上挡板盘冷氢箱上挡板盘冷氢箱下挡板盘冷氢箱下挡板盘冷氢箱筛板盘冷氢箱筛板盘7.7.出口收集器出口收集器 出口收集器是个帽状部件，顶部有圆孔，侧壁有长孔，覆盖不锈出口收集器是个帽状部件，顶部有圆孔，侧壁有长孔，覆盖不锈钢网。其作用主要是阻止反应器底部的瓷
22、球从出口漏出，并导出流体。钢网。其作用主要是阻止反应器底部的瓷球从出口漏出，并导出流体。反应器底部的出口收集器，用于支撑下部的催化剂床层，减小床反应器底部的出口收集器，用于支撑下部的催化剂床层，减小床层的压降和改善反应物料的分配。出口收集器与下端封头接触的下沿层的压降和改善反应物料的分配。出口收集器与下端封头接触的下沿开有数个缺口，供停工时排液用。开有数个缺口，供停工时排液用。8.8.热电偶热电偶 为监视加氢放热反应引起床层温度升高及床层截面温度分布状况为监视加氢放热反应引起床层温度升高及床层截面温度分布状况而对操作温度进行监控。而对操作温度进行监控。加氢反应器常见损伤与对策加氢反应器常见损伤
23、与对策1.1.高温氢腐蚀高温氢腐蚀 高温氢腐蚀是在高温高压条件下扩散侵入钢中的氢与不稳定的碳高温氢腐蚀是在高温高压条件下扩散侵入钢中的氢与不稳定的碳化物发生化学反应，生成甲烷气泡化物发生化学反应，生成甲烷气泡(它包含甲烷的成核过程和成长它包含甲烷的成核过程和成长)，即即FeC+2H2FeC+2H2一一CH4+3FeCH4+3Fe，并在晶间空穴和非金属夹杂部位聚集，引起钢，并在晶间空穴和非金属夹杂部位聚集，引起钢的强度、延性和韧性下降与劣化，同时发生晶间断裂。由于这种脆化的强度、延性和韧性下降与劣化，同时发生晶间断裂。由于这种脆化现象是发生化学反应的结果，所以它具有不可逆的性质，也称永久脆现象是
24、发生化学反应的结果，所以它具有不可逆的性质，也称永久脆化现象。化现象。高温氢腐蚀有两种形式：一是表面脱碳；二是内部脱碳。高温氢腐蚀有两种形式：一是表面脱碳；二是内部脱碳。表面脱碳不产生裂纹，在这点上与钢材暴露在空气、氧气或二氧表面脱碳不产生裂纹，在这点上与钢材暴露在空气、氧气或二氧化碳等一些气体中所产生的脱碳相似，表面脱碳的影响化碳等一些气体中所产生的脱碳相似，表面脱碳的影响般很轻，其般很轻，其钢材的强度和硬度局部有所下降而延性提高。钢材的强度和硬度局部有所下降而延性提高。内部脱碳是由于氢扩散侵入到钢中发生反应生成了甲烷，而甲烷内部脱碳是由于氢扩散侵入到钢中发生反应生成了甲烷，而甲烷又不能扩散
25、出钢外，就聚集于晶界空穴和夹杂物附近，形成了很高的又不能扩散出钢外，就聚集于晶界空穴和夹杂物附近，形成了很高的局部应力，使钢产生龟裂、裂纹或鼓包，其力学性能发生显著的劣化。局部应力，使钢产生龟裂、裂纹或鼓包，其力学性能发生显著的劣化。影响高温氢腐蚀的主要因素影响高温氢腐蚀的主要因素1)1)温度、压力和暴露时间的影响温度、压力和暴露时间的影响n 温度和压力对氢腐蚀的影响很大，温度越高或者压力越大发生高温度和压力对氢腐蚀的影响很大，温度越高或者压力越大发生高温腐蚀的起始时间就越早。温腐蚀的起始时间就越早。2)2)合金元素和杂质元素的影响合金元素和杂质元素的影响 在钢中凡是添加能形成很稳定碳化物的元
26、素在钢中凡是添加能形成很稳定碳化物的元素(如铬、钼、钒、钛、如铬、钼、钒、钛、钨等钨等)，就可使碳的活性降低，从而提高钢材抗高温氢腐蚀的能力。，就可使碳的活性降低，从而提高钢材抗高温氢腐蚀的能力。在合金元素对抗氢腐蚀性能的影响中，元素的复合添加和各自添在合金元素对抗氢腐蚀性能的影响中，元素的复合添加和各自添加的效果不同。例如铬、钼的复合添加比两个儿素单独添加时可使抗加的效果不同。例如铬、钼的复合添加比两个儿素单独添加时可使抗氢腐蚀性能进一步提高。在加氢高压设备中广泛地使用着铬氢腐蚀性能进一步提高。在加氢高压设备中广泛地使用着铬-钼钢系，钼钢系，其原因之一也在于此。其原因之一也在于此。3)3)热
27、处理的影响热处理的影响 钢的抗氢腐蚀性能，与钢的显微组织也有密切关系。对于淬火状钢的抗氢腐蚀性能，与钢的显微组织也有密切关系。对于淬火状态，只需经很短时间加热就出现了氢腐蚀。但是一施行回火，且回火态，只需经很短时间加热就出现了氢腐蚀。但是一施行回火，且回火温度越高，由于可形成稳定的碳化物，抗氢腐蚀性能就得到改善。另温度越高，由于可形成稳定的碳化物，抗氢腐蚀性能就得到改善。另外，对于在氢环境下使用的铬外，对于在氢环境下使用的铬-钼钢设备，施行了焊后热处理同样具有钼钢设备，施行了焊后热处理同样具有可提高抗氢腐蚀能力的效果。可提高抗氢腐蚀能力的效果。4)4)应力的影响应力的影响 在高温氢腐蚀中，应力
28、的存在肯定会产生不利的影响。在高温氢在高温氢腐蚀中，应力的存在肯定会产生不利的影响。在高温氢气中蠕变强度会下降。特别是由于二次应力气中蠕变强度会下降。特别是由于二次应力(如热应力或由冷作加工所如热应力或由冷作加工所引起的应力引起的应力)的存在会加速高温氢腐蚀。的存在会加速高温氢腐蚀。高温氢腐蚀的防止措施高温氢腐蚀的防止措施 高温高压氢环境下高温氢腐蚀的防止措施主要是选用耐高温氢腐高温高压氢环境下高温氢腐蚀的防止措施主要是选用耐高温氢腐蚀的材料，工程设计上都是按照原称为蚀的材料，工程设计上都是按照原称为“纳尔逊纳尔逊(Nelson)(Nelson)曲线曲线”来选来选择的。择的。尽量减少钢材中对高
29、温氢腐蚀不利影响的杂质元素（尽量减少钢材中对高温氢腐蚀不利影响的杂质元素（SnSn、SbSb）。）。制造及在役中返修补焊后必须进行焊后热处理。制造及在役中返修补焊后必须进行焊后热处理。操作中严防设备超温。操作中严防设备超温。控制外加应力水平控制外加应力水平。2.2.氢脆氢脆 所谓氢脆，就是由于氢残留在钢中所引起的脆化现象。产生了氢所谓氢脆，就是由于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。这是由于侵人钢中的原脆的钢材，其延伸率和断面收缩率显著下降。这是由于侵人钢中的原子氢，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子氢，使结晶的原子结合力变弱，或
30、者作为分子状在晶界或夹杂物周边上析出的结果。但是，在一定条件下，若能使氢较彻底地释放出来，边上析出的结果。但是，在一定条件下，若能使氢较彻底地释放出来，钢材的力学性能仍可得到恢复。这一特性与前面介绍的氢腐蚀截然不钢材的力学性能仍可得到恢复。这一特性与前面介绍的氢腐蚀截然不同，所以氢脆是可逆的，也称作一次脆化现象。同，所以氢脆是可逆的，也称作一次脆化现象。氢脆的敏感性一般是随钢材的强度的提高而增加，钢的显微组织氢脆的敏感性一般是随钢材的强度的提高而增加，钢的显微组织对氢脆也有影响。钢材氢脆化的程度还与钢中的氢含量密切相关。强对氢脆也有影响。钢材氢脆化的程度还与钢中的氢含量密切相关。强度越高，只要
31、吸收少量的氢，就可引起很严重的脆化。度越高，只要吸收少量的氢，就可引起很严重的脆化。对于操作在高温高压氢环境下的设备，在操作状态下，器壁中会对于操作在高温高压氢环境下的设备，在操作状态下，器壁中会吸收一定量的氢。在停工的过程中，由于冷却速度太快，钢中的氢来吸收一定量的氢。在停工的过程中，由于冷却速度太快，钢中的氢来不及扩散出来，造成过饱和氢残留在器壁内，就可能在温度低于不及扩散出来，造成过饱和氢残留在器壁内，就可能在温度低于150150时引起亚临界裂纹扩展，对设备的安全使用带来威胁。时引起亚临界裂纹扩展，对设备的安全使用带来威胁。在高温高压临氢设备中，特别是内表面堆焊有奥氏体不锈钢堆焊在高温高
32、压临氢设备中，特别是内表面堆焊有奥氏体不锈钢堆焊层的加氧反应器曾发生过一些氢脆损伤的实例。其部位多发生在反应层的加氧反应器曾发生过一些氢脆损伤的实例。其部位多发生在反应器支持圈角焊缝上以及堆焊奥氏体小锈钢的梯形槽法兰密封面的槽底器支持圈角焊缝上以及堆焊奥氏体小锈钢的梯形槽法兰密封面的槽底拐角处。拐角处。防止氢脆的若干对策防止氢脆的若干对策 要防止氢脆损伤发生，主要应从结构设计上、制造过程中和生产要防止氢脆损伤发生，主要应从结构设计上、制造过程中和生产操作方面采取如下措施：操作方面采取如下措施：(1)(1)尽量减少应变幅度，这对于改善使用寿命很有帮助。尽量减少应变幅度，这对于改善使用寿命很有帮助
33、。(2)(2)尽量保持尽量保持TP347TP347堆焊金属或焊接金属有较高的延性。为此，一是要堆焊金属或焊接金属有较高的延性。为此，一是要控制控制TP347TP347中中铁素体含量，以避免含量过多时在焊后最终热处理过铁素体含量，以避免含量过多时在焊后最终热处理过程转变成较多的相而产生脆性；二是对于前述那些易发生氢脆的部位，程转变成较多的相而产生脆性；二是对于前述那些易发生氢脆的部位，应尽量省略应尽量省略TP347347堆焊金属或焊接金属的焊后最终热处理，以提高其堆焊金属或焊接金属的焊后最终热处理，以提高其延性。延性。(3)(3)装置停工时冷却速度不应过快，且停工过程中应有使钢中吸藏的装置停工时
34、冷却速度不应过快，且停工过程中应有使钢中吸藏的氢能尽量释放出去的工艺过程，以减少器壁中的残留氢含量。氢能尽量释放出去的工艺过程，以减少器壁中的残留氢含量。(4)尽量避免非计划紧急停工尽量避免非计划紧急停工(紧急放空紧急放空)。3.3.高温硫化氢的腐蚀高温硫化氢的腐蚀 在在加加氢氢装装置置中中，一一般般都都会会有有硫硫化化氢氢腐腐蚀蚀介介质质存存在在。对对于于以以碳碳钢钢或或低低铬铬钢钢制制的的设设备备，在在操操作作温温度度高高于于204204，其其腐腐蚀蚀速速度度将将随随着着温温度度的的升升高高而而增增加加。特特别别是是当当硫硫化化氢氢和和氢氢共共存存的的条条件件下下，它它比比硫硫化化氢氢单单
35、独独存存在在时时产产生生的的腐腐蚀蚀还还要要更更为为剧剧烈烈和和严严重重。氢氢在在这这种种腐腐蚀蚀过过程程中中起着催化剂的作用，加速了腐蚀的进展。起着催化剂的作用，加速了腐蚀的进展。对对于于在在硫硫化化氢氢和和氢氢共共存存条条件件下下的的材材料料选选择择，一一是是参参考考相相似似条条件件的的经经验验数数据据来来预预计计材材料料的的腐腐蚀蚀率率后后确确定定；二二是是在在无无经经验验数数据据依依据据时时，可可根根据据柯柯珀珀(Couper)(Couper)曲曲线线来来估估算算材材料料的的腐腐蚀蚀率率。该该曲曲线线是是美美国国腐腐蚀蚀工工程程师师学学会会的的一一个个专专门门小小组组通通过过大大量量的
36、的试试验验和和生生产产数数据据经经电电子子计计算算机机反反复复回回归归处处理理、关关联联后后整整理理出出来来的的。据据验验证证按按此此曲曲线线估估算算出出来来的的腐腐蚀蚀率率与与工工业业装装置置的的经经验验比比较较接接近近。对对于于不不同同铬铬含含量量(O(O-9-9)的的铬铬钢钢的的腐腐蚀蚀率率，先先按按给给定定的的硫硫化化氢氢浓浓度度和和温温度度从从图图上上求求出出碳碳钢钢的的腐腐蚀率，然后再乘以相应铬含量的系数蚀率，然后再乘以相应铬含量的系数 Fcr Fcr。加以修正后的值即是。加以修正后的值即是。4.4.连多硫酸引起的应力腐蚀开裂连多硫酸引起的应力腐蚀开裂 应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂是是
37、某某一一金金属属(钢钢材材)在在拉拉应应力力和和特特定定的的腐腐蚀蚀介介质质共共同同作作用用下下所所发发生生的的脆脆性性开开裂裂现现象象。奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢对对于于硫硫化化物物应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂是是比比较较敏敏感感的的。连连多多硫硫酸酸(H2Sx06(H2Sx06，x=3-6)x=3-6)引引起起的的应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂也也属属于于硫硫化化物物应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂，一一般般为为晶晶间间裂裂纹纹。这这种种开开裂裂与与在在高高温温运运转转时时由由于于碳碳化化铬铬析析出出在在晶晶界界上上，使使晶晶界界附附近近的的铬铬浓浓度度减减少少，形形成成贫贫铬铬区区有有关关。连连多多硫硫酸酸
38、的的形形成成是是由由于于设设备备在在含含有有高高温温硫硫化化氢氢的的气气氛氛下下操操作作时时生生成成了了硫硫化化亚亚铁铁，而而当当设设备备停停止止运运转转或或停停工工检检修修时时，它它与与出出现现的的水水分分和进入设备内的空气中的氧发生反应的结果。即：和进入设备内的空气中的氧发生反应的结果。即：3FeS+502-Fe2O3 3FeS+502-Fe2O3FeO+3SO2FeO+3SO2 SO2+H20 SO2+H20-H2SO3-H2SO3 H2S03+1 H2S03+1202-H2S04202-H2S04 FeS FeS十十H2SO3H2SO3mH2SxO6mH2SxO6十十nFenFe Fe
39、S+H2S04 FeS+H2S04一一-FeSO4+H2S-FeSO4+H2S H2SO3 H2SO3十十H2S-mH2Sx06H2S-mH2Sx06十十nSnS FeS FeS十十H2Sx06H2Sx06一一-FeSx06+H2S-FeSx06+H2S防止对策防止对策(1)(1)设计上的措施设计上的措施 选用合适的材料是有效的措施之一。一般应选用超选用合适的材料是有效的措施之一。一般应选用超低碳型低碳型(C 0(C 00303)或稳定型的不锈钢或稳定型的不锈钢(如如SUS321SUS321，SUS347)SUS347)，采用奥，采用奥氏体氏体+铁素体双相不锈钢也有较好的使用效果。还可以选用铁
40、素体不锈铁素体双相不锈钢也有较好的使用效果。还可以选用铁素体不锈钢，因它对连多硫酸的应力腐蚀开裂不敏感，在结构上应尽量避免有应钢，因它对连多硫酸的应力腐蚀开裂不敏感，在结构上应尽量避免有应力集中。力集中。(2)(2)制制造造上上尽尽量量消消除除或或减减轻轻由由于于冷冷加加工工和和焊焊接接引引起起的的残残余余应应力力，并并注注意意加加工工成成不不形形成成应应力力集集中中或或尽尽可可能能小小的的结结构构。国国外外对对不不锈锈钢钢设设备备发发生生应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂原原因因调调查查统统计计分分析析，发发现现大大部部分分的的损损伤伤是是由由于于焊焊接接和和加加工工中中造造成成的的残残余余应应力力引
41、引起起的的。另另外外，为为不不使使碳碳化化物物在在晶晶间间上上析析出出，在在加加工工后后应应进进行行固固溶溶化化热热处处理理(约约11001100，急急冷冷)。实实行行稳稳定定化化处处理理(约约870870950)950)也可减少裂纹的敏感性；也可减少裂纹的敏感性；(3)(3)使使用用上上的的措措施施 主主要要是是缓缓和和环环境境条条件件。在在装装置置停停工工时时，采采取取措措施施抑抑制制连连多多硫硫酸酸生生成成或或用用中中和和溶溶液液将将形形成成的的连连多多硫硫酸酸中中和和掉掉。根根据据不不同同的的停停工工方方案案，用用-2-2浓浓度度的的碳碳酸酸钠钠溶溶液液进进行行中中和和清清洗洗或或用用
42、惰惰性性气气(如如氮氮气气)封封闭闭，以以隔隔绝绝空空气气进进入入到到设设备备中中去去或或向向系系统统中中供供给给一一定定的的热热量量(加加热热)，以防止水汽析出等都是有效的措施；以防止水汽析出等都是有效的措施；5.5.铬铬钼钢的回火脆性钼钢的回火脆性 铬铬-钼钼钢钢的的回回火火脆脆性性是是将将钢钢材材长长时时间间地地保保持持在在325325575(575(也也有有人人提提出出是是在在371-593371-593或或 354354565565或或400400600600等等等等)或或者者从从这这温温度范围缓慢地冷却时，其材料的断裂韧性就引起劣化损伤的现象。度范围缓慢地冷却时，其材料的断裂韧性就
43、引起劣化损伤的现象。它它产产生生的的原原因因是是由由于于钢钢中中的的杂杂质质元元素素和和某某些些合合金金元元素素向向原原奥奥氏氏体体晶晶界界偏偏析析，使使晶晶界界凝凝集集力力下下降降所所至至。从从破破坏坏试试样样所所表表明明的的特特征征来来看看，在在脆脆性性断断口口上上呈呈现现出出晶晶间间破破坏坏的的形形态态。回回火火脆脆性性对对于于抗抗拉拉强强度度和和延延伸伸率率来来说说，几几乎乎没没有有影影响响，主主要要是是在在进进行行冲冲击击性性能能试试验验时时可可观观测测到到很很大大的的变变化化。材材料料一一旦旦发发生生回回火火脆脆性性，就就使使其其延延脆脆性性转转变变温温度度向向高高温温侧侧迁迁移移
44、。因因此此，在在低低温温区区若若有有较较大大的的附附加加应应力力存存在在，就就有有发发生生脆脆性性破破坏坏的的可能。可能。回火脆化现象具有可逆性，将已经脆化了的钢加热到回火脆化现象具有可逆性，将已经脆化了的钢加热到600600以上，以上，然后急冷，钢材就可以恢复到原来的韧性。然后急冷，钢材就可以恢复到原来的韧性。影响回火脆性的主要因素很多，如化学成分、制造时的热处理影响回火脆性的主要因素很多，如化学成分、制造时的热处理条件、加工时的热状态、强度大小、塑性变形、碳化物的形态、使用条件、加工时的热状态、强度大小、塑性变形、碳化物的形态、使用时所保持的温度等等。时所保持的温度等等。防止防止Cr-Mo
45、Cr-Mo钢设备回火脆性破坏若干措施钢设备回火脆性破坏若干措施 1 1）尽量减少钢中能增加脆性敏感性的元素）尽量减少钢中能增加脆性敏感性的元素P P、SbSb、SnSn、AsAs、SiSi的含量。的含量。2 2）制造中选择合适的热处理工艺）制造中选择合适的热处理工艺 较低的奥氏体化温度对减小回火脆性敏感性有利，但奥氏体化温度较低的奥氏体化温度对减小回火脆性敏感性有利，但奥氏体化温度太低将会使力学性能，特别是屈服强度下降太多。所以只能选择一个既太低将会使力学性能，特别是屈服强度下降太多。所以只能选择一个既能满足设计对力学性能要求，又能满足抗回火脆性需要的综合性能优越能满足设计对力学性能要求，又能
46、满足抗回火脆性需要的综合性能优越的热处理工艺。的热处理工艺。3 3）采用热态型的开停工方案）采用热态型的开停工方案 设备处于正常操作温度下时，不会发生由回火脆性引起破坏，因为设备处于正常操作温度下时，不会发生由回火脆性引起破坏，因为这时的温度比钢材脆性转变温度高。但是，像这时的温度比钢材脆性转变温度高。但是，像21/4Cr-lMo21/4Cr-lMo钢制设备经长钢制设备经长期使用后，若有回火脆化，包括母材、焊缝金属在内，其转变温度都有期使用后，若有回火脆化，包括母材、焊缝金属在内，其转变温度都有一定程度提高。此情况下，在开停工过程中就有可能产生脆性破坏。因一定程度提高。此情况下，在开停工过程中
47、就有可能产生脆性破坏。因此在开停工时必须采用较高的最低升压温度。这就是热态型开停工方法。此在开停工时必须采用较高的最低升压温度。这就是热态型开停工方法。即在开工时先升温后升压，停工时先降压后降温。即在开工时先升温后升压，停工时先降压后降温。APIAPI推荐推荐MPTMPT（最低升（最低升压温度）为压温度）为9393度。度。4 4）采用合适的开停工升降温速度，建议温度小于）采用合适的开停工升降温速度，建议温度小于150150度时，升温速度不度时，升温速度不超过超过2525度。度。6.6.奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离 加加氢氢装装置置中中，用用于于高高温温高高压压反反应
48、应器器，为为了了抵抵抗抗H2SH2S的的腐腐蚀蚀，在在内内表表面面都都堆堆焊焊了了几几毫毫米米厚厚的的不不锈锈钢钢堆堆焊焊层层(多多为为奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢)。在在十十多多年年前前曾曾在在此此类类反反应应器器上上发发现现了了不不锈锈钢钢堆堆焊焊层层剥剥离离损损伤伤现现象象。堆堆焊焊层层剥剥离离现象有如下主要特征：现象有如下主要特征：(1)(1)堆堆焊焊层层剥剥离离现现象象也也是是氢氢致致延延迟迟开开裂裂的的一一种种形形式式。高高温温高高压压氢氢环环境境下下操操作作的的反反应应器器，氢氢会会侵侵入入扩扩散散到到器器壁壁中中。由由于于制制作作反反应应器器本本体体材材料料的的Cr-MoCr-Mo
49、钢钢(如如21/4Cr-lMo21/4Cr-lMo钢钢)和和堆堆焊焊层层用用的的奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢(如如Tp309Tp309和和Tp347)Tp347)的的结结晶晶结结构构不不同同，因因而而氢氢的的溶溶解解度度和和扩扩散散速速度度都都不不一一样样，使使堆堆焊焊层层界界面面上上氢氢浓浓度度形形成成不不连连续续状状态态，如如图图所所示示。而而且且由由于于母母材材的的溶溶解解度度与与温温度度的的依依赖赖性性更更大大，当当反反应应器器从从正正常常运运行行状状态态下下停停工工冷冷却却到到常常温温状态时，在过渡区界面上的堆焊层侧聚集大量的氢而引起脆化。状态时，在过渡区界面上的堆焊层侧聚集大量的氢而引
50、起脆化。另另外外，由由于于母母材材和和堆堆焊焊层层材材料料的的线线膨膨胀胀系系数数差差别别较较大大，在在反反应应器器制制造造时时会会形形成成相相当当可可观观的的残残余余应应力力。据据测测试试结结果果，堆堆焊焊层层界界面面上上的的正正拉拉伸伸残残余余应应力力可可达达。还还有有，由由于于过过饱饱和和溶溶解解氢氢结结合合成成分分子子形形成成的的氢氢气气压压力也会产生很高的应力。力也会产生很高的应力。上上述述这这些些原原因因就就有有可可能能使使堆堆焊焊层层界界面面发发生生剥剥离离，而而且且经经过过超超声声检检测测和和声声发发射射试试验验的的监监测测，发发现现剥剥离离并并不不是是从从操操作作状状态态冷冷