加氫設(shè)備與選材課件

加氫設(shè)備與選材中國石化集團洛陽石油化工工程公司黎國磊@20042023/7/221序言加氫裝置的臨氫設(shè)備操作條件相當苛刻。從損傷角度說，可能會發(fā)生一些全體裝置設(shè)備不會有或不容易有的腐蝕或損傷現(xiàn)象。另外，由于有氫氣存在，一旦泄露易引起爆炸及發(fā)生二次災(zāi)害。制造條件要求高，造價昂貴，一般動、靜高壓設(shè)備費用約占整個裝置建設(shè)投資的30%~40%。2023/7/222序言所以對這些設(shè)備的設(shè)計和制造都很重視，提出至少要滿足以下幾點要求：1.滿足工藝過程各種運行方案的需要；2.使用可靠性高；3.維護檢修方便，所需時間短；4.投資費用較低。2023/7/223一.加氫裂化裝置主要設(shè)備結(jié)構(gòu)與特點(一)

反應(yīng)器加氫反應(yīng)器是加氫裝置的核心設(shè)備。操作條件苛刻，技術(shù)難度大。所以，反應(yīng)器的設(shè)計和制造成功，在某種意義上說體現(xiàn)一個國家總體技術(shù)水平的重要標志之一。1.反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概隨著加氫工藝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加氫工藝設(shè)備特別是反應(yīng)器技術(shù)相應(yīng)得到很快的發(fā)展與顯著的進步。主要表現(xiàn)：2023/7/2241.反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概(1)

安全使用性能越來越高。這也是整個技術(shù)發(fā)展過程所圍繞的核心問題*設(shè)計方法的更新由“常規(guī)設(shè)計”即“規(guī)則設(shè)計”→以“應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計”，即“分析設(shè)計”*設(shè)計結(jié)構(gòu)的改進本體結(jié)構(gòu)：單層→多層→更高級的單層使用狀態(tài)：冷壁結(jié)構(gòu)→熱壁結(jié)構(gòu)細部結(jié)構(gòu)的改進2023/7/2251.反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概*材料制造技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)量明顯提高體現(xiàn)在冶煉技術(shù)、熱處理技術(shù)、分析技術(shù)等等方面。最終反映在材料的內(nèi)質(zhì)特性(純潔性、致密性、均質(zhì)性)非常優(yōu)越*制造技術(shù)的進步如制造裝備、制造工藝、焊接技術(shù)(含堆焊技術(shù))、熱處理技術(shù)、檢測技術(shù)等等都有很大進步。2023/7/226(2)為了獲得較佳的經(jīng)濟效益，裝置日趨大型化帶來了反應(yīng)設(shè)備的大型化。熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的進展歷程時期技術(shù)特征備注第一代1972年以前開發(fā)初期第二代1973～1980改進期第三代1981～1987成熟期第四代1988～現(xiàn)在更新期以開發(fā)成功新的Cr-Mo鋼為標志2023/7/227熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第一階段1972年以前開發(fā)初期設(shè)計：由常規(guī)設(shè)計→分析設(shè)計。設(shè)計對材料只提出滿足力學(xué)性能及抗氫腐蝕和硫化氫腐蝕的要求；材料：冶煉由平爐→電爐，材料純凈度和均質(zhì)性較差；堆焊：采用SAW工藝（末期開發(fā)出淺熔深堆焊工藝）；使用中層出現(xiàn)過Cr-Mo鋼的回火脆化現(xiàn)象和不銹鋼的氫脆損傷問題。2023/7/228熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第二階段1973～1980改進期

設(shè)計：分析設(shè)計應(yīng)用較普遍。設(shè)計對材料已提出控制回火脆化的要求(如控制J系數(shù)和X系數(shù))。結(jié)構(gòu)設(shè)計已有所改進，一是盡量減小應(yīng)力集中，二是方便在役檢測；材料：冶煉由電爐(+保溫爐)→電爐+爐外精煉技術(shù)(如真空碳脫氧工藝及其它新的冶煉工藝的應(yīng)用)可以冶煉出低Si或低P，甚至超低P的鋼；焊接：由常規(guī)的焊接→窄間隙焊接。堆焊：由較普遍采用的淺熔深堆焊→改進的單層或雙層(帶極)堆焊。而且在有關(guān)部位采取了PWHT后才堆焊Tp.347的方法；制造：可制造出大型反應(yīng)器用整體封頭，鍛造筒體的縮口技術(shù)開發(fā)。這一階段的反應(yīng)器，回火脆化問題已基本得到解決。但在此階段末發(fā)現(xiàn)了堆焊層氫致剝離現(xiàn)象。2023/7/229熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第三階段1981～1987成熟期

綜合應(yīng)用針對使用中出現(xiàn)的各種損傷所開展的多項研究成果，在反應(yīng)器的細部結(jié)構(gòu)(如保溫結(jié)構(gòu))上又有進一步改進，材料的純凈度進一步提高，J-系數(shù)和X系數(shù)的控制不斷趨嚴；焊接方面，由于焊接設(shè)備、焊接材料和焊接結(jié)構(gòu)的改進，焊縫質(zhì)量大有提高。堆焊技術(shù)由于采用了高焊速、大電流的堆焊工藝，提高了堆焊層金屬的韌性。其結(jié)果各種損傷發(fā)生極少。但由于有更加高溫高壓加氫新工藝的出現(xiàn)，存在著現(xiàn)用的反應(yīng)器材料難以適應(yīng)的問題。2023/7/2210熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第四階段1988～現(xiàn)在更新期

以開發(fā)新的Cr-Mo鋼，并很快得到推廣應(yīng)用將加氫反應(yīng)器技術(shù)推進到一個新的階段。2023/7/22112.反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征單層結(jié)構(gòu)鋼板卷焊結(jié)構(gòu)鍛焊結(jié)構(gòu)多層結(jié)構(gòu)繞帶式熱套式等等2023/7/22122.反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征我國華南工大針對國外80年代初所開發(fā)的一種多層結(jié)構(gòu)存在的某些缺點開發(fā)出了多層夾緊式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)形式的選擇一般是依據(jù)使用條件、反應(yīng)器尺寸、經(jīng)濟性和制造周期等諸因素來確定。2023/7/22132.反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征單層結(jié)構(gòu)中的鋼板卷焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)的選擇，主要取決于制造廠的加工能力與條件以及經(jīng)濟上的合理性和用戶的需要。但鍛焊結(jié)構(gòu)優(yōu)點更多。鍛件的內(nèi)質(zhì)特性(純潔性、致密性、均質(zhì)性)好；焊縫少，特別是沒有縱焊縫，從而提高了反應(yīng)器耐周向應(yīng)力的可靠性；制造裝配易保證，制造周期短；可設(shè)計和制造成對于防止某些脆性損傷很有好處的結(jié)構(gòu)；使用過程中對焊縫檢查維護的工作量少，無損檢測容易。2023/7/22142.反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征鍛造結(jié)構(gòu)的材料利用率比板焊結(jié)構(gòu)低，當壁厚較薄時，其制造費用相對較高。一般，厚度大于～150mm時采用較合適，壁厚越厚，鍛造結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性更顯優(yōu)越。2023/7/22152023/7/22163.反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計性能的優(yōu)劣將與催化劑性能一道體現(xiàn)出所采用加氫工藝的先進性。對于氣液并流下流式反應(yīng)器的內(nèi)件，通常都設(shè)有入口擴散器、氣液分配器、積垢籃、冷氫箱、熱電偶和出口收集器等。

主要內(nèi)件的作用、典型結(jié)構(gòu)及注意要點2023/7/2217內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點入口擴散器︵或稱預(yù)分配器︶

防止高速流體直接沖擊液體分配盤，影響分配效果，從而起到預(yù)分配的作用。對于圖示的(b)型，還可起到積存進料中的一些銹垢的作用。見圖5(a)(b)(a)型：進料方向應(yīng)垂直于入口擴散器上的兩條開孔；兩層水平檔板上的開孔應(yīng)對中；水平擋板上的開孔應(yīng)垂直于板面。(b)型：根據(jù)液體及沉積物量確定長槽孔的大小、數(shù)量和位置2023/7/2218內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點氣液分配盤

使進入反應(yīng)器的物料均勻分散，與催化劑顆粒有效地接觸，充分發(fā)揮催化劑的作用。目前國內(nèi)外所用的分配器按其作用機理大致可分為溢流型和(抽吸)噴射型兩類或二者機理兼有的綜合型。見圖6(a)(b)應(yīng)保證分配盤上不漏夜,可采用有關(guān)填料墊密。安裝后充水100mm高，在5分鐘內(nèi)液位降低小于25mm為合格；控制安裝水平度。對于噴射型，包括制造公差和梁在荷載作用下的撓度在內(nèi)可按±5mm~±6mm控制，對于溢流型，要求還應(yīng)稍嚴；配盤的設(shè)計荷載，應(yīng)包括通過分配盤的壓力降△P、盤上的液量及分配盤自重(按最大的操作溫度考慮)。此外，還要考慮到檢修的工況，其支承件至少同時要滿足常溫下承受120kg集中荷載的要求。2023/7/2219內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點積垢籃積垢籃置于催化劑床層的頂部，系由各種規(guī)格不銹鋼金屬絲網(wǎng)與骨架構(gòu)成的籃框。它為反應(yīng)器進入物料提供更多的流通面積，使催化劑床層可聚集更多的銹垢和沉積物而不致引起床層壓降過分地增加?，F(xiàn)已不太采用。見圖7積垢籃在裝入反應(yīng)器內(nèi)時，其籃內(nèi)應(yīng)是空的。在裝填催化劑時一定要注意這一點；積垢籃按三角形排列，安裝時用鏈條將其連在一起，并栓到上面的分配器支承梁上，其栓緊鏈條要有足夠的長度裕量以適應(yīng)催化劑床層的下沉(按下沉5％考慮)。2023/7/2220內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點冷氫箱用以控制加氫放熱反應(yīng)引起的催化劑床層溫升，圖示的冷氫箱結(jié)構(gòu)由冷氫管、冷氫盤、再分配盤組成，可使來自上面床層的反應(yīng)物料和起冷卻作用的冷氫充分混合，而又將具有均勻溫度的氣液混合物再均勻分配到下部的催化劑床層上。見圖8冷氫管內(nèi)設(shè)置的隔檔板應(yīng)使從兩個開孔中噴出的氫氣量是相當?shù)?；為發(fā)揮冷氫的作用效果，冷氫盤和冷氫箱部分應(yīng)用填料填密，以保證不漏液，可按氣液分配盤的試漏標準驗收；冷氫盤和噴射盤的安裝水平度，包括制造公差、荷載作用下的撓度等在內(nèi)，可按±6mm控制。再分配盤的要求與氣液分配盤同。2023/7/2221內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點熱電偶為監(jiān)視加氫放熱反應(yīng)引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況等而對操作溫度進行管理。熱電偶的安裝有從筒體上徑向插入和從反應(yīng)器頂封頭上垂直方向插入。徑向水平插入的有橫跨整個截面的和僅插入一定長度的。見圖9(a)(b)(c)對徑向水平插入的熱電偶套管要注意由于操作過程催化劑下沉和檢修卸出催化劑時可能引起被壓彎的問題；頂部垂直插入的熱電偶套管，當長度較長時，要適當設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以利操作受熱時伸長不受阻礙。2023/7/2222內(nèi)件名稱設(shè)置目的及有關(guān)說明典型結(jié)構(gòu)型式注意要點出口收集器

用于支承下部的催化劑床層，以減輕床層的壓降和改善反應(yīng)物料的分配。見圖10出口收集器與下封頭的下沿或與其連接的定心環(huán)圓周上應(yīng)設(shè)數(shù)個缺口，以便停工時排液用。2023/7/22233.反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用在反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計中最關(guān)鍵的一點是要使反應(yīng)進料(氣液相)與催化劑顆粒(固相)有效地接觸，在催化劑床層內(nèi)不發(fā)生流體偏流現(xiàn)象。從設(shè)備設(shè)計角度說，有兩點是特別值得注意的：內(nèi)件要具有高效和穩(wěn)定操作的性能；最大限度地利用反應(yīng)器容積。2023/7/2224（二）高壓換熱器1.加氫裝置常用的高壓換熱器型式通常有以下3種型式：*普通大法蘭型換熱器*密封蓋板封焊式換熱器*螺紋環(huán)鎖緊式換熱器應(yīng)該根據(jù)不同的使用條件合理地進行選擇。對于高溫高壓場合，選用后2種型式較為合理。一般大致按壓力大于80~10MPa時選用后2種。2023/7/2225．

2.螺紋環(huán)鎖緊式高壓換熱器結(jié)構(gòu)及使用注意要點：

（1）主要結(jié)構(gòu)特點（a）密封性能可靠*螺栓載荷小，故螺栓小，便于擰緊。不同結(jié)構(gòu)換熱器螺栓大小的對比情況如下：

不同型式換熱器用螺栓比較設(shè)計條件壓力：17.65MPa溫度：430℃

內(nèi)徑：900mm 螺栓規(guī)格×數(shù)量法蘭型：M85×20根螺紋環(huán)鎖緊式：M38×40根 2023/7/2226*

在運轉(zhuǎn)中如管殼程間發(fā)生串漏有消除泄漏的手段

*

法蘭聯(lián)接點少，減少了許多可泄漏點。(b)拆裝方便可在短時間內(nèi)完成，所需時間比法蘭型少三分之一以上。(c)金屬用量少

(d)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，公差與配合要求較嚴。2023/7/2227

（2）設(shè)計、使用中應(yīng)注意的問題

(a)由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在設(shè)計中務(wù)必進行仔細的計算。

(b)要保證有足夠的管箱端部螺紋嚙合高度（不小于６毫米）及盡量限制螺紋嚙合高度的變化。

(c)管束拆裝要使用專門工夾具，以保護好管箱大螺紋。

(d)使用過程務(wù)必保證管殼程間的壓差不超過設(shè)計規(guī)定值。

2023/7/2228(e)在檢修中，發(fā)現(xiàn)有關(guān)零件的變形或損傷超過規(guī)定值時，務(wù)必及時更換。（三）高壓空冷器1.高壓空冷器的結(jié)構(gòu)型式與優(yōu)缺點*一般采用的管箱結(jié)構(gòu)有：(a)絲堵式管箱（應(yīng)用較多）0鍛造式結(jié)構(gòu)0板焊式結(jié)構(gòu)(b)集合管式管箱2023/7/2229*傳熱管用翅片型式：L型

LL型KL型G型DR型應(yīng)根據(jù)操作溫度、使用環(huán)境及經(jīng)濟性能等要求來選擇。下表是幾種翅片管的適用溫度與有關(guān)性能的對比情況：2023/7/2230主要翅片管型式對比LLLKLGDR最高使150170250350280用溫度抗大氣可中等中等差好腐蝕性能

傳熱差略好好很好很好性能價格低略高略高較高高2023/7/22312.高壓空冷器使用注意要點

此類空冷器過去使用中曾發(fā)生過的突出損傷問題是管子的腐蝕穿孔（因有NH4HS水溶液存在）。這是設(shè)計、使用中最值得注意的問題。可從選材、控制工藝條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計和空冷器與管線的布置上采取一些相應(yīng)措施使腐蝕減至最小。2023/7/2232（四）高壓分離器加氫裝置設(shè)置高壓分離器（高分），是為將反應(yīng)器流出物中的氣液相進行分離。為此，需要有合適的氣相分離空間和充分的液相停留時間。隨著裝置所采用的高分流程的不同，高分也相應(yīng)地分為熱高分和冷高分兩類。2023/7/2233四、加氫反應(yīng)器主要損傷型式與材料選擇

加氫裝置由于操作條件的特殊性，所以反應(yīng)器有可能發(fā)生一些特殊的損傷現(xiàn)象。為防止這些破壞性的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設(shè)計與選材，而且與正確的制造工藝和正確的操作維護關(guān)系極大。下面介紹熱壁加氫反應(yīng)器可能發(fā)生的主要損傷型式及其對策。高溫氫腐蝕氫脆高溫硫化氫腐蝕鉻-鉬鋼的回火脆性損傷連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離2023/7/2234高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)(1)高溫氫腐蝕形式表面脫碳內(nèi)部脫碳與開裂2023/7/2235表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，表面脫碳的影響一般很輕，其鋼材的強度和硬度局部有所下降而延性提高。高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)2023/7/2236內(nèi)部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，即Fe3C+2H2→CH4+3Fe

。甲烷聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成很高的局部應(yīng)力，使鋼材產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓泡，并使鋼材強度和韌性顯著下降。由于這種損傷是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆化現(xiàn)象。其實際的進展是甲烷氣泡在晶界形核、成長及氣泡串通產(chǎn)生晶間微裂紋，最終這些微裂紋能夠連通而形成斷裂通道。高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)2023/7/2237高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)這里要引出一個“孕育期”(或稱潛伏期)的概念。就是對于處在形成甲烷氣泡，但成長速度緩慢且沒有串通的階段，鋼材的力學(xué)性能不發(fā)生明顯改變的這段時間稱為“孕育期”?！霸杏凇钡母拍顚τ诠こ躺系膽?yīng)用是非常重要的。它可被用來確定設(shè)備和管道所采用的鋼材的大致安全使用時間?！霸杏凇钡拈L短取決于許多因素，包括鋼種、氫壓、溫度、冷作程度、雜質(zhì)元素含量和作用應(yīng)力等。2023/7/2238(2)影響高溫氫腐蝕的主要因素溫度、壓力和暴露時間的影響合金元素和雜質(zhì)元素的影響熱處理的影響應(yīng)力的影響高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)2023/7/2239(3)抗高溫氫腐蝕的材料選用及注意要點多少年來都是按照原稱為“納爾遜(Nelson)曲線來選擇抗氫材料。現(xiàn)為APIRP(推薦準則)941(第5版)“煉油廠和石油化工廠用高溫高壓臨氫作業(yè)用鋼”標準上的一個圖線。高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)2023/7/2240在應(yīng)用這個圖線進行選材時，還應(yīng)該注意以下幾點：本圖線只涉及到材料抗高溫氫腐蝕的性能，它并不考慮在高溫時其它重要因素引起的損傷。由于納爾遜曲線已經(jīng)過多次修訂，使用時務(wù)必按照最新版的曲線選用，才能保證使用的可靠性。在實際應(yīng)用中，焊縫部位的氫腐蝕更是不可忽視的。在依據(jù)此圖線進行選材時，應(yīng)盡量減少不利影響的雜質(zhì)元素含量，注意控制非金屬夾雜物的含量和作用應(yīng)力水平以及進行充分的回火和焊后熱處理等對提高鋼材抗高溫氫腐蝕都是有好處的。高溫氫腐蝕

(HA—HydoqgenAttack)2023/7/2241氫脆

(HE—Hydrogenmbrittlement)(1)氫脆現(xiàn)象的特征所謂氫脆，是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收縮率顯著下降。氫脆是可逆的，也稱作一次脆化現(xiàn)象。氫脆發(fā)生的溫度一般在150℃以下。所以，實際裝置中氫脆損傷往往都是發(fā)生在裝置停工過程的低溫階段。2023/7/2242氫脆

(HE—Hydrogenmbrittlement)(2)防止產(chǎn)生氫脆的有關(guān)要點氫脆的敏感性一般是隨鋼材強度的提高而增加鋼的顯微組織對氫脆也有影響鋼材的氫脆化程度與鋼中的氫含量密切相關(guān)(可以認為，在可能發(fā)生氫脆的溫度下，會存在著不引起亞臨界裂紋擴展的氫濃度，稱之為安全氫濃度。它與鋼材的強度水平、裂紋尖端的拉應(yīng)力大小以及裂紋的幾何尺寸有關(guān))2023/7/2243氫脆

(HE—Hydrogenmbrittlement)對于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的反應(yīng)器，在操作狀態(tài)下，器壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，若冷卻速度太快，使吸藏的氫來不及擴散出來，造成過飽和氫殘留在器壁內(nèi)，就有可能引起亞臨界裂紋擴展，對設(shè)備的安全使用帶來威脅。為避免氫脆發(fā)生，可注意以下要點：鋼材強度不要超過設(shè)計規(guī)定值。且要注意降低焊接熱影響區(qū)的硬度(2?Cr-1Mo鋼應(yīng)控制≤220HB)通過無損檢測消除宏觀缺陷消除殘余應(yīng)力使負荷應(yīng)力降低2023/7/2244氫脆

(HE—Hydrogenmbrittlement)在加氫反應(yīng)器等臨氫設(shè)備中還存在不銹鋼氫脆損傷的現(xiàn)象(有的還兼有σ相脆化)，其部位多發(fā)生在反應(yīng)器催化劑支持圈的角焊縫上以及法蘭梯型槽密封面的槽底拐角處。防止此類損傷的發(fā)生，主要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計上、制造過程中和生產(chǎn)操作方面采取如下措施：盡量減少應(yīng)變幅度，降低熱應(yīng)力和避免應(yīng)力集中；盡量保持Tp.347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。裝置停工時盡量使鋼中吸藏的氫釋放出去。盡量避免非計劃的緊急停工。2023/7/2245高溫硫化氫腐蝕

(H2+H2S腐蝕)加氫裝置中的高溫硫化氫腐蝕是指H2S在氫氣流中對設(shè)備和管道的腐蝕。硫化氫和氫共存條件下，比硫化氫單獨存在時對鋼材產(chǎn)生的腐蝕還要更為劇烈和嚴重。其腐蝕速度一般隨著溫度的升高而增加。2023/7/2246高溫硫化氫腐蝕

(H2+H2S腐蝕)影響高溫硫化氫腐蝕的主要因素是溫度和H2S濃度。一般來說，溫度是影響腐蝕速率的主要因素。不過，在較低的H2S濃度下，濃度比起溫度來更顯突出。H2S濃度與腐蝕程度的關(guān)系大致如下：

H2S濃度，%(體) 腐蝕速度

0.01~0.1 急劇地增加

0.1~1.0 增加的程度稍為減慢

1.0~10.0 提高的程度很小2023/7/2247高溫硫化氫腐蝕

(H2+H2S腐蝕)硫化氫和氫共存條件下的材料選擇按經(jīng)驗數(shù)據(jù)按照柯珀(Couper)曲線估算另外，作為抗高溫硫化氫腐蝕的有效措施之一是采用滲鋁鋼。但要注意的是，不同的滲鋁工藝，其抗腐蝕的性能是大不一樣的。(最好采用高溫擴散滲透法)。2023/7/2248濕硫化氫環(huán)境損傷（1）濕硫化氫環(huán)境的定義按NACEMRO175-97D的定義為：有水存在下，對于酸性氣來說，總壓0.4MPa氣體中的硫化氫分壓0.0003MPa(2)濕硫化氫環(huán)境的損傷形式(a)氫鼓泡(HB)2023/7/2249(b)氫致開裂

(HIC)(C)硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)

(d)應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂

(SOHIC)（3）防止對策與選材因4種損傷形式發(fā)生的機理不完全相同，所以影響因素和防止對策也不完全一樣。但實際上又難以嚴格分開，甚至幾種損傷同時存在。一般的看法：a)為抗SSCC，選材時要控制鋼材的強度2023/7/2250（2）防止對策與選材（續(xù)）水平，應(yīng)避免屈服強度超過618MPa。設(shè)備制造后應(yīng)進行PWHT，碳鋼：硬度200HB;Cr-Mo鋼：硬度220HB。b)為抗HB和HIC，對于濕硫化氫環(huán)境不太嚴重者，可選用普通的碳鋼（鎮(zhèn)靜鋼）；濕硫化氫環(huán)境較嚴重時，應(yīng)采用專門的抗HIC鋼；環(huán)境條件很苛刻的，可采用“隔絕”的方法（襯里、堆焊或涂層）。2023/7/22514連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂(1)連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂特征與起因連多硫酸(H2SxO6，X=3～6)應(yīng)力腐蝕開裂也屬硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，一般為晶間裂紋。連多硫酸的形成是由于設(shè)備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化鐵，而當設(shè)備停止運轉(zhuǎn)或停工檢修時，它與出現(xiàn)的水份和進入設(shè)備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。2023/7/22524連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂3FeS+5O2→Fe2O3·FeO+3SO2SO2+H2O→H2SO3H2SO3+?O2→H2SO4FeS+H2SO3→mH2SxO6+nFe++FeS+H2SO4→FeSO4+H2SH2SO3+H2S→mH2SxO6+nS2023/7/22534連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂(2)防止對策在設(shè)計上要選用合適的材料。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡量避免有應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。制造上要盡量消除或減輕由于冷加工和焊接引起的殘余應(yīng)力，并注意加工成不形成應(yīng)力集中或應(yīng)力集中盡可能小的結(jié)構(gòu)。使用上主要是緩和環(huán)境條件。2023/7/2254鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)(1)鉻-鉬鋼回火脆性現(xiàn)象及其特征鉻-鉬鋼的回火脆性是將鋼材長時間地保持在325℃～575℃或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時，其材料的斷裂韌性就引起劣化損傷的現(xiàn)象。它產(chǎn)生的原因是由于鋼中的雜質(zhì)元素和某些合金元素向原奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降所至?；鼗鸫嘈詫τ诳估瓘姸群脱由炻蕘碚f，幾乎沒有反映，主要是在進行沖擊性能試驗時才能觀測到很大的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使延脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫側(cè)遷移。2023/7/2255鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)(2)影響回火脆性的主要因素

影響回火脆性的主要因素很多，如化學(xué)成分、制造時的熱處理條件、加工時的熱狀態(tài)、強度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用時所保持的溫度等等。而且有些因素相互間還有關(guān)連，情況較為復(fù)雜。2023/7/2256鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)化學(xué)成分的影響化學(xué)成分中的雜質(zhì)元素(如P、Sn、As、Sb)和某些合金元素(如Si、Mn等)對回火脆性影響很大。在工程應(yīng)用上通常采用兩個與化學(xué)元素有關(guān)的經(jīng)驗式來描述回火脆性的大小。J-系數(shù)，J=(Si+Mn)×(P+Sn)×104(%)J-系數(shù)中化學(xué)成分按重量百分比計；(X)系數(shù)，也稱Bruscato系數(shù)，即

(X)=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2ppm(X)系數(shù)中化學(xué)成分按ppm計。2023/7/2257鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)熱處理工藝的影響熱處理工藝，主要是奧氏體化溫度及其奧氏體化后的冷卻速度對回火脆性敏感性有很大的影響。2023/7/2258鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)(3)回火脆化度的評價等溫時效(Isothermalaging)處理，也即等溫脆化處理。階梯冷卻或步冷法(StepCooling)處理，它在工程上被廣泛地采用。所謂階梯冷卻法就是將試驗材料的試樣置于回火脆化溫度范圍內(nèi)階梯式地進行保溫與冷卻(一般多是采用5個階梯)，使它發(fā)生回火脆化的方法。2023/7/2259鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)作為脆化度的定量表示，通常是通過采用2毫米V型缺口夏比試驗獲得的延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度vTrs的變化量△vTrs或是以54J(相當于40英尺-磅)夏比沖擊吸收功的轉(zhuǎn)變溫度vTr54的變化量△vTr54來表示。△vTrs或△vTr54越大，說明回火脆化度就越大。而且通常按下式來評定鋼材(或焊縫)的回火脆化傾向。vTr54+α△vTr54≤Х℃式中：vTr54：脆化處理前V型缺口夏比沖擊功為54焦耳時的對應(yīng)溫度，℃；△vTr54：按階梯冷卻工藝進行脆化處理后與處理前的V型缺口夏比沖擊功為54焦耳時對應(yīng)溫度的增量，℃；α：系數(shù)，原來為1.5，由于要求越來越嚴，逐步增大到2.5或3.0；Х：規(guī)定滿足的溫度值，最早為38℃，現(xiàn)已變?yōu)榈陀?8℃，如10℃或0℃等。2023/7/2260鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

(TE)(4)防止2?Cr-1Mo鋼設(shè)備發(fā)生回火脆性破壞的若干措施加氫裂化裝置所選用的鉻-鉬鋼，以2?Cr-1Mo鋼為多，而它又是幾種鉻-鉬鋼中回火脆性敏感性較大的鋼種，下面以它作為代表提出防止產(chǎn)生回火脆性的一些措施。盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素制造中要選擇合適的熱處理工藝采用熱態(tài)型的開停工方案采用合適的開停工升降溫速度2023/7/22616奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離(1)堆焊層氫致剝離現(xiàn)象的特征從宏觀上看，剝離的路徑是沿著堆焊層和母材的界面擴展的，在不銹鋼堆焊層與母材之間呈剝離狀態(tài)，故稱剝離現(xiàn)象，從微觀上看，剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著熔合線上所形成的碳化鉻析出區(qū)和沿著長大的奧氏體晶界擴展的兩大類。2023/7/22626奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離剝離現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因：由于制作反應(yīng)器本體材料的Cr-Mo鋼和堆焊層用的奧氏體不銹鋼具有不同的氫溶解度和擴散速度，使堆焊層過渡區(qū)的堆焊層側(cè)出現(xiàn)了很高的氫濃度；由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大，在界面上存在著相當可觀的殘余應(yīng)力；由于制造中進行焊后熱處理，在境界層上可能會形成沿融合層生長的粗大結(jié)晶。2023/7/22636奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離(2)影響堆焊層氫致剝離的主要因素除金屬材料本身的因素外，環(huán)境條件和制造工藝都將對堆焊層氫致剝離產(chǎn)生影響。環(huán)境條件：操作溫度、氫分壓、冷卻速度、反復(fù)加熱冷卻的循環(huán)次數(shù)。制造工藝：主要是焊接方法、焊接條件和焊后熱處理的影響。2023/7/22646奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離(3)防止堆焊層氫致剝離的對策降低界面上的氫濃度；減輕殘余應(yīng)力；設(shè)法使堆焊層熔合線附近的組織具有較低的氫脆敏感性；嚴格遵守操作規(guī)程，盡量避免非計劃的緊急停車；在正常停工時應(yīng)采取能使氫盡可能從器壁內(nèi)釋放出去的停工條件。2023/7/2265五、新Cr-Mo鋼的開發(fā)與應(yīng)用1國外的開發(fā)應(yīng)用從20世紀80年代初開始，美國石油學(xué)會的材料性能委員會(MPC)和日本幾乎是同時進行了高溫高壓加氫反應(yīng)器用新鋼種的開發(fā)，相繼取得成功。并很快地在工業(yè)裝置的設(shè)備上應(yīng)用，將加氫反應(yīng)器技術(shù)推進到了一個新時代。2023/7/22661國外的開發(fā)應(yīng)用(1)開發(fā)背景由于重質(zhì)或超重質(zhì)油裂化和煤液化等新工藝的出現(xiàn)使加氫反應(yīng)器操作條件更趨高溫高壓化，原所用Cr-Mo鋼難以適應(yīng)隨著裝置大型化引起的設(shè)備的大型化，由于原Cr-Mo鋼的強度偏低，將使設(shè)備壁厚很厚，給設(shè)備制造、運輸和吊裝帶來困難，希望能有更高強度的鋼材熱壁反應(yīng)器在長期的使用中曾發(fā)生的一些損傷，雖已有許多改進，但仍有某些未完全解決。2023/7/22671國外的開發(fā)應(yīng)用(2)開發(fā)目標提高鋼材的設(shè)計應(yīng)力強度值，以適應(yīng)大型化的需要對環(huán)境強度有更好的適應(yīng)性，以滿足更趨高溫高壓化氫環(huán)境的使用條件具有良好的加工工藝性能成本較低2023/7/22681國外的開發(fā)應(yīng)用(3)實施方法通過改變原鋼號的熱處理條件；在原鋼號的基礎(chǔ)上添加某些合金元素，如V、Cu、Ni、Cb、Ti、B、Ca等的辦法。2023/7/22691國外的開發(fā)應(yīng)用(4)開發(fā)成功的鋼種增強型(Enhanced)Cr-Mo鋼2?Cr-1Mo鋼改進型(Modified)Cr-Mo鋼3Cr-1Mo-?V-Ti-B鋼3Cr-1Mo-?V-Cb-Ca鋼2?Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V-Cb-Ca鋼2023/7/22701國外的開發(fā)應(yīng)用(5)加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點除增強型2?Cr-1Mo鋼是依靠降低原鋼號的回火或焊后熱處理溫度來達到高強度化，因而它的抗氫脆敏感性和氫致裂紋擴展的能力都不及2?Cr-1Mo鋼，且抗氫腐蝕的極限溫度也相對較低(被限制在440℃以下)外，加釩的改進型Cr-Mo鋼具有以下突出的優(yōu)點：2023/7/2271加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點強度高在室溫下的規(guī)定抗拉強度為585~760MPa，原來的2?Cr-1Mo鋼僅為515~690MPa,標準規(guī)定的最小抗拉強度值就提高約13%。ASME規(guī)范第Ⅷ卷的第二冊中給出的3Cr-1Mo-?V和21/4Cr-1Mo-?V鋼在454℃下的設(shè)計應(yīng)力強度分別比2?Cr-1Mo鋼提高9.3%和12.6%以上。這可使設(shè)備輕量化，從而將相關(guān)的工程建設(shè)投資費用降低。2023/7/2272加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點抗氫腐蝕性能大幅度提高因鋼中形成了熱穩(wěn)定性很高的碳化釩。因而使它具有很好的抗高溫氫腐蝕性能。最新版的APIRP941(第5版)推薦作法中已將2?Cr-1Mo-?V鋼正式列入。該準則中的納爾遜曲線圖表明2?Cr-1Mo-?V鋼的使用極限溫度可達510℃，比2?Cr-1Mo鋼提高了56℃。2023/7/2273加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點抗氫脆性能明顯改善氫脆的機理雖有各種理論，但因所形成的碳化釩具有捕集氫的作用,由此所能提供給引發(fā)部的氫量比起2?Cr-1Mo鋼少，所以氫脆敏感性低，抗氫致裂紋擴展能力強。試驗表明前者在氫環(huán)境中的門檻應(yīng)力強度因子K1H值比后者高許多。2023/7/2274加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點抗回火脆化性能更好對板材、鍛件和焊縫金屬進行“階冷”處理試驗結(jié)果，其試驗前后的轉(zhuǎn)變溫度增量都很小，幾乎等于零，說明沒有明顯的回火脆化現(xiàn)象。2023/7/2275加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點抗氫致剝離裂紋能力優(yōu)越加釩Cr-Mo鋼不僅使鋼中的碳化物組成、形態(tài)、分布狀況發(fā)生了變化，而且可使界面上對氫致剝離敏感的顯微組織得到改善；同時也改變了氫在鋼中的擴散速度和溶解度特性，從而使裝置在停工過程當溫度降至常溫附近時，其堆焊層界面上的氫濃度大大減少。顯示出了非常優(yōu)越的抗氫致剝離裂紋能力。2023/7/22761國外的開發(fā)應(yīng)用(6)標準化情況新Cr-Mo鋼開發(fā)成功后，首先都先申請由美國機械工程師學(xué)會(ASME)以規(guī)范實例(CodeCase)的形式認可，如增強型2?Cr-1Mo鋼為CodeCase1960，2?Cr-1Mo-?V鋼為CodeCase2098，3Cr-1Mo-?V-Ti-B鋼為CodeCase1961，3Cr-1Mo-?V-Cb-Ca鋼為CodeCase2151。至今，已相繼的被美國的ASME、ASTM，日本的JIS，英國的BS5500及德國的VdTüV等一些國家標準所列入。2023/7/22771國外的開發(fā)應(yīng)用(7)應(yīng)用情況增強型Cr-Mo鋼在20世紀80年代中期已開始應(yīng)用；3Cr-1Mo-?V-Ti-B鋼1987年用于實驗裝置，1989年正式在工業(yè)裝置上使用；3Cr-1Mo-?V-Cb-Ca鋼是1995年用于工業(yè)裝置；2?Cr-1Mo-?V鋼由于配套焊材研究成功較晚，直到20世紀90年代初才開始應(yīng)用。但由于它比3Cr-1Mo-?V鋼具有更高的設(shè)計應(yīng)力強度等優(yōu)點，所以應(yīng)用勢頭更好。截止1999年8月統(tǒng)計的制造業(yè)績，采用改進型3Cr-1Mo-?V鋼已有51臺，采用改進型2?Cr-1Mo-?V鋼已有43臺。3Cr-1Mo-?V鋼單臺最大重量為1450t，這是當今世界上單臺重量最大的加氫反應(yīng)器；2?Cr-1Mo-?V鋼單臺最大重量也近1400t。而且在投入使用的反應(yīng)器中，有些已經(jīng)過一次或多次在役檢驗，包括采用超聲、磁粉、滲透和聲發(fā)射等無損檢測方法與手段在內(nèi)都未發(fā)現(xiàn)有任何異常或缺陷。至2004年2月的統(tǒng)計，世界上已制造加釩Cr-Mo-鋼反應(yīng)器共143臺。其中3Cr-1Mo-?V鋼反應(yīng)器51臺，2?Cr-1Mo-?V鋼反應(yīng)器92臺?？梢?，近四年半來所增加的反應(yīng)器均為2?Cr-1Mo-?V鋼材料。2023/7/22782國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用為能在此領(lǐng)域內(nèi)繼續(xù)保持與國外接近或相當?shù)募夹g(shù)水平，國家有關(guān)主管部門組織科研、設(shè)計、制造和使用單位從20世紀90年代初進行各種準備之后，于1994年正式納入國家重大裝備的開發(fā)計劃。先后研制成功了3Cr1Mo-?V和2?Cr-1Mo-?V兩種材料。2023/7/22792國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼開發(fā)應(yīng)用情況2023/7/22803Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V鋼正式啟動研制時間1994年初1998年下半年研制開發(fā)內(nèi)容材料開發(fā)、焊接試驗、模擬環(huán)研制和工業(yè)用加氫反應(yīng)器研制材料開發(fā)、焊接試驗、模擬環(huán)研制和工業(yè)用加氫反應(yīng)器研制實驗室試驗材料成分篩選及其對各種熱工藝參數(shù)測試與研究；開展包括焊接性試驗和焊接工藝試驗的研究。材料成分篩選及其對各種熱工藝參數(shù)測試與研究；開展包括焊接性試驗和焊接工藝試驗的研究。2023/7/22813Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V鋼工業(yè)性中間試驗在取得實驗室試驗成果的基礎(chǔ)上，研制了一個用90t鋼錠鍛制成的內(nèi)徑1800mm、壁厚340mm、重量42t筒體模擬環(huán)(含一條環(huán)焊縫和一個開口接管焊縫)。經(jīng)解剖對鍛件和焊縫的化學(xué)成分、各種力學(xué)性能、回火脆性、金相等進行全面測試與對比。另外，還開展3Cr-1Mo-?V鋼+Tp309L+Tp347不銹鋼各種堆焊工藝試驗并對其化學(xué)成分、力學(xué)性能、堆焊層厚度、鐵素體含量、金相、抗晶間腐蝕等進行測試或試驗。于1998年7月通過了專家鑒定，認為達到了國外同類產(chǎn)品的實物水平。

在取得實驗室試驗成果的基礎(chǔ)上，研制了一個筒體模擬環(huán)鍛件(含一條環(huán)焊縫)，其內(nèi)徑為1260mm、壁厚為270mm、高度1500mm、重量15.3t。經(jīng)解剖對鍛件和焊縫的化學(xué)成分、各種力學(xué)性能、回火脆性、金相等進行全面測試與對比。另外還開展2?Cr-1Mo-?V鍛板+Tp309L+Tp347不銹鋼帶極堆焊工藝試驗并對其化學(xué)成分、力學(xué)性能、堆焊層厚度、鐵素體含量、金相、抗晶間腐蝕等進行測試或試驗。于2000年10月通過了專家鑒定。其母材和焊縫的各項技術(shù)指標均滿足研制和設(shè)計技術(shù)條件的要求。

2023/7/22823Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V鋼氫損傷行為試驗1進行了高溫氫腐蝕試驗。試驗是以開發(fā)的3Cr-1Mo-?V鋼和國外SA336-F3V材料與國產(chǎn)2?Cr-1Mo鋼在實驗裝置中進行對比試驗，其結(jié)果含釩Cr-Mo鋼的抗氫腐蝕能力大幅度提高，且所開發(fā)的3Cr-1Mo-?V鋼和國外SA336-F3V材料相當。2進行堆焊層抗氫致剝離試驗。將開發(fā)材料制成的試樣(帶Tp309L+Tp347堆焊層)在試驗裝置中經(jīng)16.4MPa氫壓、470℃、48h的充氫后，以450℃/h的速度降溫，如此經(jīng)6個循環(huán)，未見剝離。1進行了高溫氫腐蝕試驗。試驗是以開發(fā)的2?Cr-1Mo-?V鋼、3Cr-1Mo-?V鋼和國外SA336-F3V材料及國產(chǎn)2?Cr-1Mo鋼在實驗裝置中進行對比試驗，試驗結(jié)果表明含釩Cr-Mo鋼的抗氫腐蝕能力大幅度提高，而且所開發(fā)2?Cr-1Mo-?V鋼的抗高溫氫腐蝕性能還顯稍好。2進行了堆焊層抗氫致剝離試驗。將開發(fā)材料和國產(chǎn)3Cr-1Mo-?V材料及進口3Cr-1Mo-?V材料分別制成的試樣(均帶p309L+Tp347堆焊層)在試驗裝置中經(jīng)~16.2MPa氫壓、470℃、48h的充氫后，以450℃/h的速度降溫，如此經(jīng)6個循環(huán)，未見剝離。2023/7/22833Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V鋼工業(yè)用加氫反應(yīng)器研制在取得上述充分可靠試驗研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)國家有關(guān)部門的批準和認可于1999年9月底制造出了我國首臺3Cr-1Mo-?V鋼加氫反應(yīng)器。其規(guī)格為內(nèi)徑2600mm×切線長23016mm×壁厚169mm+7.5mm(雙層不銹鋼堆焊)，設(shè)計金屬總重~366t。主要設(shè)計參數(shù)為：壓力19.95MPa，溫度435℃，操作介質(zhì)：油、H2S、H2等。在取得上述充分可靠試驗研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)國家有關(guān)部門的批準和認可于2002年3月制造出了我國首臺2?Cr-1Mo-?V鋼加氫反應(yīng)器。其規(guī)格為內(nèi)徑4000mm×切線長23300mm×壁厚150mm+7.5mm(雙層不銹鋼堆焊)，設(shè)計金屬總重~526t。主要設(shè)計參數(shù)為：壓力11.68MPa，溫度450℃，操作介質(zhì)：油氣、H2、H2S、NH3等。2023/7/22843Cr-1Mo-?V鋼2?Cr-1Mo-?V鋼應(yīng)用情況首臺反應(yīng)器用于克拉瑪依石化廠30萬噸/年高壓潤滑油加氫裝置，并于2000年12月正式投入使用。至今一直安全地運轉(zhuǎn)著。曾于2001年6月按計劃停工進行過一次在役檢測，包括采用外觀檢測、超聲檢測、磁粉檢測與硬度檢測等方法，均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，完全符合標準要求。首臺反應(yīng)器用于鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司180萬噸/年蠟油加氫脫硫裝置，已于2002年投入正常運轉(zhuǎn)。至今此材料反應(yīng)器已制或在制10臺以上。特別是一重廠正在承制2臺重量為當今世界之最(～2100噸)的煤液化加氫反應(yīng)器。2023/7/2285六、加氫反應(yīng)器的制造

(鍛焊結(jié)構(gòu))制造程序■-----■-----

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■-----煉鋼鑄錠鍛造熱處理機加工■-----

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■-----NDE性能試驗堆焊組焊NDE■-----

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