加氫反應(yīng)器3 上封頭的制造工藝設(shè)計(jì)

1、加氫反應(yīng)器制造工藝設(shè)計(jì)一：加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)背景工程科學(xué)是關(guān)于工程實(shí)踐的科學(xué)基礎(chǔ)，現(xiàn)代過(guò)程裝備與控制工程是工程科學(xué)的一個(gè)分 支，因此，生產(chǎn)實(shí)習(xí)是工科學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。在蘭州蘭石集團(tuán)實(shí)習(xí)期間，對(duì)化工設(shè)備的發(fā)展 前景和各種化工容器如反應(yīng)釜、換熱器、儲(chǔ)罐、分液器和塔器等的有所了解和學(xué)習(xí)。生產(chǎn)實(shí) 習(xí)的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)化工設(shè)備的制造工藝和生產(chǎn)流程，將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，理論 應(yīng)用于實(shí)際。因此，過(guò)程裝備與檢測(cè)的課程設(shè)計(jì)的設(shè)置是十分必要的。由于我們實(shí)習(xí)的加工 車(chē)間正在進(jìn)行加氫反應(yīng)器的生產(chǎn)，而加氫反應(yīng)器是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其生產(chǎn)工藝和 設(shè)計(jì)制造在化工設(shè)備中具有顯著的代表性，為此，選擇加氫反應(yīng)器這一典型的

2、化工設(shè)備作為 課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)題目。二：加氫反應(yīng)器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)1:引用的主要標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（99）版GB150-1998GB6654-1996JB4708-2000JB/T4709-2000JB4744-2000JB/T4730-2005JB4726-2000JB4728-2000GB/4237-2007GB/T3280-2007GB/T3077-1999GB/T14976-2002JB/T4711-20032主要技術(shù)參數(shù)鋼制壓力容器壓力容器用鋼板（含1、2號(hào)修改單） 鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定鋼制壓力容器焊接規(guī)程鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗(yàn)

3、 承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件 壓力容器用不銹鋼鍛件 不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶 不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶合金結(jié)構(gòu)鋼 流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管 壓力容器涂敷與運(yùn)輸包裝表設(shè)計(jì)壓力5.75 / 0.1MPa設(shè)計(jì)溫度375 / 177 C最咼工作壓力4.88MPa最咼工作溫度343 C容器類(lèi)別三類(lèi)容器容積78.2立方米腐蝕裕量0水壓試驗(yàn)立式7.47 /臥式7.55MPa盛裝介質(zhì)石腦油、油氣、氫氣、硫化氫主體材質(zhì)15CrMoR結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該加氫精制反應(yīng)器為板焊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑4000 mm,壁厚98 mm,由2節(jié)組成；封頭內(nèi)半徑2022mm,壁厚78 mm,總重量94550Kg。整個(gè)容器位于裙座圈上，

4、總高度約14011 mm,容器內(nèi)壁 （包括封頭、筒體、法蘭以及接管和彎管）全部堆焊309L+347不銹鋼，反應(yīng)器設(shè)有油氣進(jìn) 出口、催化劑卸料口、冷氫進(jìn)口、熱電偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)， 裙座采用對(duì)接結(jié)構(gòu)，各接管密封采用八角墊結(jié)構(gòu)，設(shè)備上下各有一個(gè)彎管。容器內(nèi)部焊有凸 臺(tái)（一周），安裝有冷氫盤(pán)、分配盤(pán)等內(nèi)件。使用特點(diǎn)及需解決的問(wèn)題由于熱壁加氫反應(yīng)器是在高溫、高壓、臨氫及硫和硫化氫介質(zhì)條件下使用的，因此決定了該 設(shè)備在使用過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)：氫腐蝕、氫脆、高溫高壓硫化氫腐蝕、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、 堆焊層的剝離、CrMo五鋼的回火脆性破壞等問(wèn)題。材料要求鍛件和鋼板用15CrMo鋼硬

5、是采用電爐冶煉加爐外精煉爐精煉，和真空脫氣等工藝 方法生產(chǎn)的本質(zhì)細(xì)晶粒鎮(zhèn)靜鋼鋼板和鍛件均應(yīng)進(jìn)行正火（允許加速冷卻）加回火熱處理，熱處理工藝應(yīng)根據(jù)材料 化學(xué)成分和截面尺寸大小由鋼材生產(chǎn)廠確定，冷卻速度的大小以保證達(dá)到力學(xué)性能的要求為 原則材料力學(xué)性能試板應(yīng)進(jìn)行模擬焊后熱處理，即模擬制造過(guò)程中殼體材料可能經(jīng)歷的 最大程度的焊后熱處理（Max.PWHT）和最小程度的焊后熱處理（Min.PWHT）,包括所有 482r以上的中間和最終焊后熱處理過(guò)程，其熱處理工藝為：封頭熱成形（900-950）r X90分鐘正火910CX120分鐘回火690rx 150分鐘，空冷熱成形（900-950）C X30分鐘正火

6、910CX4050分鐘回火690CX6070分鐘筒體封頭用15CrMo鋼板除應(yīng)滿(mǎn)足GB6654-1996 （含1、2號(hào)修改單）的規(guī)定外， 尚應(yīng)滿(mǎn)足技術(shù)條件的要求鋼板的化學(xué)成分符合下表二的規(guī)定，熔煉分析按爐（灌）號(hào)取樣，成品分析按軋制張張取樣（可以從室溫拉伸試驗(yàn)斷裂后的試樣上切取），按GB/T223標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5.615CrMo 鋼板經(jīng) 正火加 回火熱 處理， 再經(jīng)模 擬焊后 熱處理化學(xué)成 分C5.615CrMo 鋼板經(jīng) 正火加 回火熱 處理， 再經(jīng)模 擬焊后 熱處理化學(xué)成 分CSiMnPSCrMoCuNiSn熔煉分0.050.150.40WW0.800.45WWW析0.170.400.650.01

7、00.0101.150.6012成品分0.040.130.40WW0.740.40WWW析0.170.450.650.0120.0121.210.615表二 15CrMoR鋼板的化學(xué)成分（Wt%）力學(xué)性能試驗(yàn)按軋制張逐張進(jìn)行，其取樣位后的力學(xué)性能應(yīng)符合下,置，試樣數(shù)量及熱處理狀態(tài)應(yīng)符合下表四的規(guī)定序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目單位力學(xué)性能值1室溫拉伸強(qiáng)度MP450585234室溫屈服強(qiáng)度 室溫延伸率 室溫?cái)嗝媸湛s率MP%三275三22三455II15720C夏比沖擊功J二個(gè)試樣平均值三41一個(gè)試樣取低值三316室溫彎曲實(shí)驗(yàn)d=2a，彎曲 180高溫屈服強(qiáng)度無(wú)裂紋7MP三204表三15CrMoR鋼板的力學(xué)性能鋼板

8、生產(chǎn)廠必須以試板進(jìn)行正火加回火加模擬焊后熱處理其各項(xiàng)性能均應(yīng)滿(mǎn)足本技 術(shù)條件的要求鋼板應(yīng)按JB/T4730.3-2005的規(guī)定進(jìn)行超聲檢測(cè)，必須進(jìn)行100%掃查，驗(yàn)收標(biāo)注為 I級(jí)總圖I33456丁12II1096-16典型的柚氫瓦應(yīng)器結(jié)構(gòu)樂(lè)惠1 一人口彎普2碘部人孔崔蘭；3熟電曲核呼：皿一憐凱盤(pán)f 5玄揮凸合+8-iB 口彎管t 9 一卸料管i垃一出口搜舉眸11 一稽SL 口掛管，12人口分配誥三：方案論證過(guò)程條件 加氫反應(yīng)是可逆、放熱和分子數(shù)減少的反應(yīng)，根據(jù)呂查德里原理，低溫、高壓 有利于化學(xué)平衡向加氫反應(yīng)方向移動(dòng)。加氫過(guò)程所需的溫度決定于所用催化劑的活性，活性 高者溫度可較低。對(duì)于在反應(yīng)溫

9、度條件下平衡常數(shù)較小的加氫反應(yīng)（如由一氧化碳加氫合成 甲醇），為了提高平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)過(guò)程需要在高壓下進(jìn)行，并且也有利于提高反應(yīng)速度。 采用過(guò)量的氫，不僅可加快反應(yīng)速度和提高被加氫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，而且有利于導(dǎo)出反應(yīng)熱。 過(guò)量的氫可循環(huán)使用。常用的加氫反應(yīng)器有兩類(lèi):一類(lèi)用于高沸點(diǎn)液體或固體（固體需先溶于溶劑或加熱熔融） 原料的液相加氫過(guò)程，如油脂加氫、重質(zhì)油品的加氫裂解等。液相加氫常在加壓下進(jìn)行，過(guò) 程可以是間歇式的，也可以是連續(xù)的。間歇液相加氫常采用具有攪拌裝置的壓力釜或鼓泡反 應(yīng)器。連續(xù)液相加氫可采用涓流床反應(yīng)器或氣、液、固三相同向連續(xù)流動(dòng)的管式反應(yīng)器。另 一類(lèi)反應(yīng)器用于氣相連續(xù)加氫過(guò)程，如苯

10、常壓氣相加氫制環(huán)己烷、一氧化碳高壓氣相加氫合 成甲醇等，反應(yīng)器的類(lèi)型可以是列管式或塔式。工業(yè)應(yīng)用加氫過(guò)程在石油煉制工業(yè)中，除用于加氫裂化外，還廣泛用于加氫精制，以脫 除油品中存在的含氧、硫、氮等雜質(zhì)，并使烯烴全部飽和、芳烴部分飽和，以提高油品的質(zhì) 量。在煤化工中用于煤加氫液化制取液體燃料。在有機(jī)化工中則用于制備各種有機(jī)產(chǎn)品，例 如一氧化碳加氫合成甲醇、苯加氫制環(huán)己烷、苯酚加氫制環(huán)己醇、醛加氫制醇、萘加氫制四 氫萘和十氫萘（用作溶劑）、硝基苯加氫還原制苯胺等。此外，加氫過(guò)程還作為化學(xué)工業(yè)的 一種精制手段，用于除去有機(jī)原料或產(chǎn)品中所含少量有害而不易分離的雜質(zhì)，例如乙烯精制 時(shí)使其中雜質(zhì)乙炔加氫而成

11、乙烯；丙烯精制時(shí)使其中雜質(zhì)丙炔和丙二烯加氫而成丙烯；以及 利用一氧化碳加氫轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)，以除去氫氣中少量的一氧化碳等。四：制造工藝設(shè)計(jì)1選材在高溫、高壓下，氫與鋼材中的碳原子能化合生成甲烷，使鋼材變脆，稱(chēng)為氫蝕。故高 壓加氫的反應(yīng)器，必須采用合金鋼材。氫是易燃、易爆物質(zhì)，加氫過(guò)程必須考慮安全措施。在 石油加氫裝置中Cr-Mo系低合金耐熱抗氫鋼得到廣泛的使用。鋼 15CrMoR （相當(dāng)于 lCr-0.5Mo）在500550C有較高持久強(qiáng)度，長(zhǎng)期運(yùn)行也無(wú)石墨化傾向，在石油化工中允許 使用溫度為350500C，有抗氫要求使用下限溫度。1.11 15CrMoR屬低碳珠光體耐熱鋼，有利于工藝性；1.

12、12組織中的鐵素體份額高，限制其強(qiáng)度級(jí)別為300MP；1.13鋼材中0.5%的Mo提高組織穩(wěn)定性；1.14 Cr起固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)組織石墨化傾向。從操作工況看，該加氫反應(yīng)器的基材選15CrMoR即滿(mǎn)足要求。封頭堆焊層的選擇石油化工行業(yè)的加氫反應(yīng)器、原流合成塔、煤液化反應(yīng)器及核電站的厚壁壓力容器等內(nèi) 表面均需大面積堆焊耐高溫，抗氧及硫化氫等腐蝕的不銹鋼襯里。帶極電渣堆焊是利用導(dǎo)電 熔渣的電阻熱熔化堆焊材料和母材的，除引線(xiàn)階段外，整個(gè)堆焊過(guò)程應(yīng)設(shè)有電弧產(chǎn)生。隨著 壓力容器日趨大型化、高參數(shù)化，促使堆焊技術(shù)向更優(yōu)質(zhì)更高效的方向發(fā)展。帶極電渣堆焊 技術(shù)具有比帶極埋弧難焊更高的生產(chǎn)效率、更低的稀釋率和

13、良好的焊縫成形等優(yōu)點(diǎn)，得到迅 速發(fā)展和較普遍的應(yīng)用。3上封頭的制造工藝設(shè)計(jì)3.1上封頭的制造工藝過(guò)程3.1.1備料1封頭用15CrMoR鋼板除應(yīng)滿(mǎn)足GB66541996及2號(hào)修改單的規(guī)定外，還應(yīng)符合II1572-00-JT中的有關(guān)規(guī)定2材料質(zhì)證齊全，標(biāo)記清楚3.1.2復(fù)驗(yàn)1表面質(zhì)量，材料標(biāo)記2 化學(xué)成份（按爐）分析Cr 含量 0.80%1.15%, PW0.010%, SW0.010%,（Si%+Mn%）W1.2%, HW2ppm OW35ppm NW80ppm3力學(xué)性能（按批）常溫拉伸試驗(yàn)：（最大模擬焊后熱處理）高溫拉伸試驗(yàn)：（最大模擬焊后熱處理）c .夏比沖擊試驗(yàn)：（最大模擬焊后熱處理）

14、e.冷彎試驗(yàn)：（最小模擬焊后熱處理）R180 d=3a （無(wú)裂紋）f.金相檢驗(yàn)，晶粒度按ASTM E112進(jìn)行三6級(jí)。按壓力容器用鋼板材料說(shuō)明書(shū)，在鋼板的長(zhǎng)度頭部或尾部處，在鋼板1/2厚度處和離鋼板表 面1.6mm處取樣作上述力學(xué)性能試驗(yàn)。3.1.3噴砂噴砂清理表面氧化皮3.1.4探傷鋼板應(yīng)逐張按JB/4730.3-2005進(jìn)行100%UT檢測(cè)，1級(jí)合格，若來(lái)料UT 合格，塔內(nèi)可不進(jìn)行次序3.1.5號(hào)料1號(hào)封頭的下料線(xiàn)及拼縫線(xiàn)如圖所示2號(hào)封頭母材試板一塊，規(guī)格78X240X6003號(hào)拼縫試板兩塊，規(guī)格78X120X600（注：此試板也可從端部余量上切取）3.1.6下料按線(xiàn)氣割下料，清除熔渣3.

15、1.7刨坡口按圖刨封頭拼縫坡口3.1.8探傷拼縫坡口進(jìn)行100%MT，按JB4730.4-2005中I級(jí)合格3.1.9裝焊拼縫1組焊封頭拼縫2焊接詳見(jiàn)焊接工藝說(shuō)明書(shū)3打磨清理焊縫表面3.1.10探傷拼縫坡口進(jìn)行100%MT，按JB4730.4-2005中I級(jí)合格3.1.11熱成形1封頭外協(xié)熱成形后，執(zhí)行熱處理工藝2檢查封頭端口尺寸3帶封頭母材試板及拼縫試板3.1.12裝焊支撐圈3.1.13正火加回火1封頭進(jìn)行正火加回火處理，執(zhí)行熱處理工藝2帶封頭母材試板及拼縫試板3封頭母材試板取1/2模擬后送檢4檢測(cè)封頭端口尺寸3.1.14噴砂噴砂清理表面氧化皮3.1.15刨焊肉將封頭焊肉全部割掉，打磨拼縫坡

16、口3.1.16探傷拼縫坡口進(jìn)行100%MT，按JB4730.4-2005中I級(jí)合格3.1.17裝焊拼縫1組裝封頭拼縫，及拼縫試板2焊接詳見(jiàn)焊接工藝說(shuō)明書(shū)3打磨，清理焊縫表面3.1.18中間退火1封頭進(jìn)行退火處理，執(zhí)行熱處理工藝2檢查封頭端口尺寸3帶封頭拼縫試板并取1/2模擬后送檢。3.1.19去支撐去支撐圈，打磨焊接處3.1.20噴砂封頭表面進(jìn)行噴砂清理表面氧化皮3.1.21打磨打磨，清理焊縫表面3.1.22探傷1封頭及拼縫進(jìn)行100%UT檢測(cè)，按II 1572-00.JT有關(guān)要求進(jìn)行2封頭進(jìn)行100%RT，按GB/T4730.2-2005中II級(jí)合格3封頭及拼縫內(nèi)外表面進(jìn)行100%MT，按J

17、B/4730.4-2005中I級(jí)合格3.1.23二次號(hào)料按圖號(hào)出封頭端口及中心孔的氣割線(xiàn)，加工線(xiàn)，檢查線(xiàn)3.1.24氣割按線(xiàn)氣割，清楚熔渣3.1.25裝焊卡爪裝焊加工用卡爪3.1.26立車(chē)立車(chē)封頭端坡口，按圖加工中心坡口3.1.273.1.283.1.293.1.303.1.313.1.323.1.333.1.343.1.273.1.283.1.293.1.303.1.313.1.323.1.333.1.343.1.353.1.363.1.373.1.383.1.393.1.403.1.41去卡爪去除卡爪并打磨探傷坡口及去卡爪處進(jìn)行100%MT，按JB/4730.4-2005中I級(jí)合格裝焊加強(qiáng)短節(jié)下部過(guò)渡段1按圖裝焊下部過(guò)渡段，出口管加強(qiáng)短節(jié)2焊接詳見(jiàn)焊接工藝說(shuō)明書(shū)退火封頭進(jìn)行退火處理，執(zhí)行熱處理工藝噴砂封頭內(nèi)外表面進(jìn)行噴砂處理，清楚氧化皮打磨打磨，清理焊縫表面探傷1焊接接頭進(jìn)行100%RT，按GB/T4730.2-2005中II級(jí)合格2焊縫接頭進(jìn)行100%UT，按GB/T4730.3-2005中I級(jí)合格3焊縫接頭進(jìn)行100% MT,按JB/4730.4-2005中I級(jí)合格堆焊過(guò)渡層1堆焊過(guò)渡層，詳見(jiàn)焊接工藝說(shuō)明書(shū)2爐外消氫，按熱處理工