热壁加氢反应器设计和使用的几点探讨史晓红（湖北省荆门炼化工程设计有限公司，湖北荆门448039）摘要：热壁加氢反应器由于长期是在恶劣工作条件下运行，因此对加氢反应器从设计制造使用等方面都提出了较高要求，也是石化设备管理的重点。本文从设计使用两方面，叙述了热壁加氢反应器的设计的基本思想及正确的使用管理方法。关键词：加氢反应器；设计；使用：TE966文献标识码：B：1006－0316（2007）09－0023－04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（0～25MPa）、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。结合本厂各套装置内的各类反应器，本文力求从设计和使用两方面，针对热壁加氢反应器可能发生的损伤原因进行分析，并介绍了一分、最高工作温度、最高工作压力等。对介质成分应特别区分是体积含量或是重量含量（应说明V/V或m/m），对工作压力应区分是绝压或表压。一旦误用会导致查取有关数据错误，从而导致设备不安全或过于安全。氢分压为反应系统总压力乘以工作氢气中氢的百分含量，即：氢分压＝总压力×工作氢百分含量工作氢百分含量＝（循环氢流量×纯度+新氢流量×纯度）/（循环氢流量+新氢流量）加氢反应器设计的最重要的工艺参数就是氢分压、H2S克分子浓度、操作温度。一般从设计角度来讲，考虑到高温工况下反应激烈，温度和压力有一定的波动，设计温度取最高工作温度加28℃，最高氢分压加0.35MPa作为设计氢分压[1]，根据H2S的克分子浓度（体积百分数）选取设备的腐蚀裕量或增加防腐层。1.2主体材料的选择1设计热壁加氢反应器的主体材料选择主要是考虑氢腐蚀，普遍采用Cr-Mo合金钢，最有代表性的是SA387中Gr2，Gr12，Gr11和Gr22[2]。通常称为0.5Mo钢，1Cr-0.5Mo钢,1.25Cr-0.5Mo钢和2.25Cr-1Mo钢。选用原则是根据API941出版物中的图1“临氢作业用钢防止脱碳和微裂纹的操作极限”，通常称为纳尔逊曲线。上述材料在温度超过260℃时，就不能耐硫化氢等腐蚀，若腐蚀裕度不能接受，就热壁加氢反应器加氢反应器的设计首先是根据主体专业（或客户）提供的有关工艺数据确定设计条件，然后根据设计条件选用主体材料，确定结构，并制订详尽而严密的技术规范和要求。1.1设计条件工艺数据至少应包括介质种类及特性、介质成————————————————收稿日期：2007－06－11作者简介：史晓红（1972－），女，河北保定人，1993年毕业于华中理工大学汉口分校化工机械专业，工学学士，工程师，现任荆门炼化工程设计有限公司设备压力容器设计审核人。·²4·设计与研究机械2007年第9期总第34卷堆焊或复合板结构。即在热壁加氢反应器壳体内壁堆焊不锈钢防蚀层，形成双金属结构，一般选用耐蚀的、抗裂性能好的奥氏体不锈钢TP309L+TP347L双层堆焊结构对内壁进行保护。国内现也有采用复合钢板结构的[3]。选用堆焊层或复层后基材仍要选用抗氢钢材，是因为高温高压的氢气仍能透过堆焊层或复层而进入基材，只是氢压有所降低而已。所以，对高温H2S-H2工况下材料的选用，文献[5]规定，当腐蚀率超过0.2mm/a时，应选取更好的材料，或选用不锈钢复合钢板，或采用堆焊不锈钢结构（基体按抗氢钢选用铬钼钢）。随着加氢装置规模不断扩大，反应器尺寸也越来越大，同时设备的设计条件更加苛刻，若采用一般的2.25Cr-1Mo来制造大型反应器，往往会造成器壁太厚，反应器总质量过大，给制造、运输和安装都带来很大困难，同时综合投资也会增加。因此，近几年来，国际上相继开发了改进型的Cr-Mo类抗氢新钢种2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V，实践证明，这两种材料在抗回火...