加氢内构件介绍
筒体及内构件的材料选择
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反应器属压力容器，压力容器选材一般根据其操 作条件、介质的腐蚀性和材料的经济性等综合因 素而定。 处于高温临氢工况下的压力容器选材时，还要考 虑使其在整个设计寿命期间不出现下列情况：
应力腐蚀断裂； ◆ 蠕变应变达到不允许的程度； ◆ 脱炭； ◆ 氢侵蚀； ◆ 停工期间损坏。
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边壁效应对流体均匀性分布的影响
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在工业反应器上，由于反应器的直径D与催化 剂的直径DP之比远大于18～25，故边壁效应一 般是可以忽略不计的。 试验室小试因D/DP较小的缘故，影响就较大， 这也是通常小试结果要比大型工业装置效果差 的一个重要原因。 滴流床反应器的轴向返混也是存在的。但根据 Mears的研究，当催化剂床层高度H与催化剂颗 粒直径DP之比大于350时，轴向返混可以忽略 不计。
• 气流均布； • 流体在分、集气管内的流动状态； • 与静压差有关的动量交换系数。
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固定床滴流反应器的流体流动特征
• 流体流动的形态特征
◆ 在滴流床反应器中，流体在轴向穿过催化剂
床层时，随着气、液流速的不同，将呈现出 不同的流动区域，一般可分为四种区域：
• 滴流区域 • 脉冲区域 • 喷洒区域 • 鼓泡区域
包的形式制造了我国第一台热壁加氢反应器。
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通过消化吸收国外技术和国内自行研制开发，我国制造热 壁加氢反应器的技术日臻成熟，国产化率逐年提高。
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锻焊和板焊式
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鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在120mm以内 时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。 以这种方式制造的反应器就称之为板焊式加氢反应器。
3) V形缺口盒分配器
图1.5.4
入口扩散器图
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去垢篮
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在加氢反应器的顶部催化剂床层上有时设有去垢篮，与床 层上的磁球一起对进入反应器的介质进行过滤 去垢篮一般均匀地布置在床层上表面，蓝周围充填适量的 大颗粒瓷球，以增加透气性。
◆
◆
◆
一种是在不锈钢骨架外蒙上不锈钢丝网（见图2(a)）,优点是过滤 效果好，价格便宜。其缺点是丝网强度差，易变形和破损。 另一种是采用楔形网结构（见图2(b)）。优点是过滤效果好，强度 好，不易变形和破损，但价格较贵。 近年来脱金属、脱杂质催化剂的开发和原料过滤器的成功工业应用， 保证了加氢装置的长周期运转。
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研究证明，反应器顶部设置去垢篮后会影响床层的气、液 相分布。因此，目前国内、外反应器的设计一般取消去垢 篮，以减少投资并改善床层的径向温度分布。
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分配盘
• 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。
• 分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。
分配器有多种形式：
◆ 长短管分配器； ◆ 斜口管分配器； ◆ V形缺口分配器； ◆ 泡帽分配器等。
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分配盘
1 2 3 5 4 5 2
1
3
2
3
上层孔板 下层孔板 上层孔板
图1.5.4
(a)
入口扩散器图
3) V形缺口盒分配器
3) V形缺口盒分配器 1－盖板；2－V形缺口管；3－塔板 1－盖板；2－V形缺口管；3－塔板
2) 斜口管分配器
(a)
3
图1.5.4
四种分配器详图
25
25
2
45°
2
45°
3 3排孔均布 均布 3排孔
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分配盘
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长短管分配器为气液相分路分配，其液相的局部分布可能 不均匀，但溢流盒的流体分布略有改善。 斜口分配器因气液流垂直碰撞而造成粉碎并有吹散作用， 从而有利于气液两相混合与均布。 V形缺口盒的工作机理与前者相仿，但着重利用气体对液体 的吹散作用。 泡帽分配器的外形类似泡帽塔盘，泡帽的圆柱面上均匀地 开有数个平行于母线的齿缝。下降管置于泡帽里面，其上 端与泡帽之间留有适当间隙，其下端与塔盘板相连。当塔 盘上液面高于泡帽下缘时，分配器就进入工作状态。从齿 缝进入的高速气流，在泡帽与下降管之间的环形空间内产 生强烈的抽吸作用，致使液体被冲碎成液滴，并为上升气 流所携带而进入下降管，施行气液分配。
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该曲线一般每五年更新一次，是目前设计和使用单位为加
氢设备选择材料的基础。
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器壁形式
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加氢反应器按其结构特征可分为：冷壁反应器和热壁反应 器。冷壁反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些并 在隔热层内衬不锈钢套。由于有内隔热层，可使反应器的 设计壁温降至300℃以下，因而就可以选用15CrMoR 或碳 钢，内壁也不用堆焊不锈钢了。 冷壁反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下，或在温度 的变化中易损坏，操作一段时间可能就需要修理或更换， 且施工和修理费用较高。如果在操作时衬里脱落，衬里脱 落处及其附近的反应器器壁就会超过设计温度，从反应器 外部看，该处的变色漆就会变色。由此造成了反应器的不 安全隐患，严重时甚至造成装置的被迫停车
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流体分布的考察
• 床层入口的均匀性分布：
◆ 床层入口处的均匀性分布是初始分布，是关
键，它直接影响到床层中部和出口处的分布 效果。 ◆ 在床层入口，无论是轴向分布还是径向分布， 都取决于气、液分布器。
• 因此，采用入口高效分布器是任何一个
滴流床反应器设计都追求的。
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流体分布的考察
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器壁形式
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热壁加氢反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作
温度（420℃左右）基本一致。所以被称为热壁反应器。
虽然热壁加氢反应器的制造难度较大，一次性投资较高， 但它可以保证长周期安全运行，目前已在国际上普遍采用 我国是在八十年代末第一重型机械集团公司抓住齐鲁石化 公司渣油加氢项目的机遇，在国外厂商的协助下，以反承
◆
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筒体及内构件的材料选择
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氢腐蚀是在高温高压下，侵入并扩散在钢中的氢与固溶碳 或碳化物反应，使晶界及非金属夹杂物的周围产生裂纹的 现象。 氢原子可以在钢的结晶格子内部移动，而与碳反应生成的 甲烷分子是不能从钢中逸出的。因此，该甲烷以晶界及其 附近的空隙、杂质、不连续部分为起点积聚，形成甲烷空 隙，在空隙内压力上升的同时，形成微小缝隙。从这一阶 段开始，钢材的强度、延性显著降低，随后变成称之为较 大缝隙、裂纹、鼓泡、剥离的钢材损伤。 但是，从氢与碳化物反应到材料强度显著降低，是需要经 过一段时间（潜伏期）的。目前，用现代技术很难在这个 潜伏期间内发现氢腐蚀征兆。
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床层出口的均匀性分布
• 催化剂床层出口流体分布的均匀性主要
取决于床层中间流体的分布效果。避免 了床层间的流体分布不均，在床层出口 一般也可获得好的流体分布。 在工业应用上，到反应器最后一个床层， 为了节省反应器体积，通常在反应器下 封头的上部也装入少量催化剂，由于流 体的“收口”效应，其流体的分布也会 有较大的变化。
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固定床加氢反应器及内构件
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固定床加氢反应器及内构件
•固定床反应器是指在反应过程中，反应物为流动状态
的气体和液体，穿过固定不动的催化剂床层。在固定 床反应器中，催化剂是静止不动的。
•固定床反应器按照反应器的流动状态又分为： •鼓泡床 •滴流床 •径向床反应器
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•径向反应器的最大优点是： •能大幅度地降低压降，从而允许采用颗粒小、
活性高的催化剂。
•降低能耗。
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径向反应器
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径向反应器特点： ◆ 为绝热、活塞流通过催化剂床层，产品转化率 随径向历程增加，温度逐渐下降（吸热反应） 或增高（放热反应）。 ◆ 目前，径向反应器已大量应用到催化重整、异 构化等石油化工领域。在径向反应器的设计上， 主要考虑：
•
而当壁厚超过120 mm，受卷板机能力限制，壳体由水
压机锻制成型的。锻制的筒节没有纵焊缝，而只有两 圆筒节之间的环焊缝。锻制的圆筒壳内外表面机加工 到设计尺寸，再在内壁堆焊上不锈钢防腐层的反应器 就成为了锻焊式反应器。
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锻焊和板焊式反应器的特点
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板焊式反应器比锻焊式反应器制造难度小，节省材料， 制造工序少。但由于加氢设备常用的1.25Cr-0.5Mo-Si和 2.25Cr-1Mo钢板尚未完全实现国产化。所以，这两种钢 板一般尚需从国外购买。总之，板焊式反应器的制造有 时会受所用钢板的订货周期和制造厂卷板机能力的限制。 锻焊式反应器制造难度较大，工序多而复杂。因锻造壳 体时先锻出毛坯，而毛坯需要留有余量，机加工时再将 此余量加工掉。造成机械加工工时多，材料的利用率比 板焊式反应器低。尤其是壁厚小于100 mm的反应器， 若采用锻焊形式就不太经济。因此，在卷板能力允许的 情况下，应尽量采用板焊式结构。
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入口扩散器
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入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件 • 将进来的介质扩散到反应器的整个截面上； • 消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击，为分配盘 的稳定工作创造条件； • 通过扰动促使气液两相混合
2 3 5 4 5 2 3
(a) 1) 长短管分配器
(b)
1
2
3
上层孔板 下层孔板
鼓泡床反应器
•鼓泡床反应器的作用 •使气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生
气、液接触界面和湍动。 •这类反应器结构简单，造价低，特别适用于 少量气体和大量液体（高持液量）的反应。 •鼓泡床反应器的特点 •高的液-气体积比，故单位反应器体积的气液接触比其他类型反应器的大。 •气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应 器内的温度较为均匀。 •对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。