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热壁加氢反应器的安全评估

作　者: 刘洋
导　师: 蒋晓东
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 加氢裂化装置回火脆化氢脆断裂力学
分类号: TE966
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前随着世界石油资源的紧缺,市场原油结构产品结构发生了重大改变。方面,原油品质供应不断地劣质化,向高硫原油发展；另一方面,人们对环境保护意识的增强,对生产清洁油品的要求越来越高。加氢裂化化技术是当今石油炼化行业的核心技术之一,也是国家石化水品的标志。加氢裂化具有液体产品回收率高,产品质量好,清洁环保等优点。缺点是需要较多合金钢材,氢耗较多,在高温高压临氢条件下运行,条件苛刻,易发生铬钼钢回火脆化、氢脆、高温氢+硫化氢腐蚀、连多硫酸腐蚀、堆焊层剥离等。本次安全性评估的是上海石化股份有限公司炼油事业部的两台热比加氢反应器,材质为21/4Cr-1Mo和3Cr-1Mo-1/4V。测试了反应器挂片多项性能数据,建立了挂片试验体系,分析了加氢反应器失效模式(回火脆性和氢脆)。回火脆化评价方法：1.计算材料J系数、X系数；2.脱脆态和取出态韧脆转变FATT、vTrs的比较；3.计算材料断裂韧性值。氢脆评价方法是通过操作温度和氢分压来计算长期运行后氢脆门槛温度值。采用断裂力学方法,综合安全分析图来评价设备的安全性,设定最低升压温度和升压流程,计算临界裂纹尺寸。提出了加氢裂化装置在设计方面应采取的安全措施以及在开工、生产、停工等方面应注意的安全事项和技术要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 炼油工业的发展趋势  9
  1.2 加氢工艺装置工艺流程  9-10
  1.3 加氢裂化装置的发展  10-13
    1.3.1 加氢反应器发展阶段  10-11
    1.3.2 加氢反应器国产化现状  11-12
    1.3.3 上海石化在役加氢反应器现状  12-13
  1.4 中压加氢裂化装置危险性分析  13-18
    1.4.1 高温氢损伤  14-16
    1.4.3 铬钼钢回火脆性  16-17
    1.4.4 连多硫酸应力腐蚀开裂  17
    1.4.5 堆焊层剥离损伤  17-18
  1.5 课题目标、内容及技术方法  18
    1.5.1 课题目标  18
    1.5.2 技术方法和技术关键  18
  1.6 课题意义  18-20
第2章加氢反应器挂片材料性能试验  20-78
  2.1 国内外挂片试验的发展  20
  2.2 挂片试验内容  20-21
  2.3 加氢反应器基本参数  21-22
  2.4 加氢反应器挂片的分割与取样  22-38
    2.4.1 R2101挂片的分割与取样  22-30
    2.4.2 R-6101挂片的分割和取样  30-38
  2.5 试块的化学成分分析及脆性系数测定  38-40
    2.5.1 R-2101反应器试块的化学成分分析及脆性系数测定  38-40
    2.5.2 R-6101反应器试块的化学成分分析及脆性系数测定  40
  2.6 试块材料的机械性能测定  40-43
    2.6.1 R-2101反应器试块材料机械性能的测定  40-41
    2.6.2 R-6101反应器试块材料机械性能的测定  41-43
  2.7 试块材料金相组织检查  43-49
  2.8 试块材料的韧脆性转变温度测定  49-67
    2.8.1 挂片试块回火脆化的评定方法  49
    2.8.2 R-2101反应器挂片试块韧脆性转变温度测定  49-58
    2.8.3 R-6101反应器挂片试块韧脆性转变温度测定  58-67
  2.9 挂片试块韧脆性转变温度的分析比较和脆化度的确定  67-71
  2.10 挂片试块母材及焊缝断裂韧性测试  71-76
    2.10.1 空气中断裂韧性测试  72
    2.10.2 试验方法和试验装置  72-73
    2.10.3 试验数据处理  73-75
    2.10.4 试验结果分析  75-76
  2.11 挂片试验结果汇总  76-78
第3章氢脆的安全评估  78-83
  3.1 氢脆的危害  78
  3.2 评估加氢反应器氢含量  78-81
    3.2.1 氢含量和氢脆门槛温度评估方法  78-80
    3.2.2 R-2101加氢反应器的氢脆评估  80-81
  3.3 防治氢脆的措施  81-83
第4章加氢反应器安全评估  83-92
  4.1 应用断裂力学的安全评价法  83-84
    4.1.1 断裂力学的方法  83
    4.1.2 本次评估的流程  83-84
  4.2 加氢反应器最低升压温度设定  84-87
    4.2.1 上平台温度下的断裂韧性K_(IC-US)与上平台冲击功CVN_(-Us)的相关性  85
    4.2.2 夏比冲击试验推算K_(IC)与实测K_(IC)的比较  85-87
    4.2.3 R-2101加氢反应器最低升压温度的设定  87
  4.3 升压流程设定  87-88
  4.4 加氢反应器应力分析  88-90
  4.5 最大允许通过的环向裂纹尺寸的设定  90
  4.6 等效裂纹尺寸a  90-92
第5章结论与展望  92-94
  5.1 结论  92
  5.2 意见  92-93
  5.3 展望  93-94
参考文献  94-97
致谢  97

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