加氫反應(yīng)器技術(shù)

1、加氫反應(yīng)器技術(shù)黎 國 磊2009年2月一. 加氫反應(yīng)器概述* 加氫反應(yīng)器是各種加氫工藝過程或加氫裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備。其操作條件相當(dāng)苛刻。技術(shù)難度大，制造技術(shù)要求高，造價昂貴。所以人們對它備無論在設(shè)計上還是使用上都給予極大的重視。反應(yīng)器的設(shè)計和制造成功，在某種意義上說是體現(xiàn)一個國家總體技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。一. 加氫反應(yīng)器概述（續(xù)） * 所謂加氫過程是催化加氫過程的總稱， 其種類品牌繁多，API曾將其劃分為三 大類： 加氫處理 加氫精制 加氫裂化 一. 加氫反應(yīng)器概述（續(xù)） * 加氫反應(yīng)器的分類 按工藝過程特點分類有： 固定床反應(yīng)器 移動床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 按反應(yīng)器使用狀態(tài)分類有： 冷壁結(jié)

2、構(gòu)反應(yīng)器 熱壁結(jié)構(gòu)反應(yīng)器加氫反應(yīng)器的分類(續(xù)) 按反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征分類有： 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)，一般有： 繞帶式 熱套式等一. 加氫反應(yīng)器概述（續(xù)） * 對于這樣重要、使用條件又很苛刻的設(shè)備設(shè) 計，應(yīng)該至少要滿足以下幾點要求： 滿足工藝過程各種運作方案的需要。 使用可靠性高。 具體應(yīng)體現(xiàn)在： 滿足力學(xué)強度要求 具有可靠的密封性能 有較好的環(huán)境強度適應(yīng)性 便于維護和檢修，所需時間短。 盡可能降低投資費用。二. 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)備特別是加氫反應(yīng)器技術(shù)相應(yīng)得到 很快的發(fā)展，并取得顯著的進步。主要 表現(xiàn):(1) 加氫反應(yīng)器使用安

3、全性不斷提 高:(2) 為了獲得較佳的經(jīng)濟效益，裝置 日趨大型化，同時也帶來了反應(yīng)設(shè)備的 大型化。 具體表現(xiàn)如下：二. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概（續(xù)） (一)加氫反應(yīng)器使用安全性不斷提高 * 這是加氫反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展過程中始終圍繞的 核心問題。使用安全性不斷提高的主要表現(xiàn)： 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(xì)部結(jié)構(gòu)的改進（見后） (一)加氫反應(yīng)器使用安全性不斷提高（續(xù)）材料生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，質(zhì)量明顯提高體現(xiàn)在冶煉技術(shù)、鍛造技術(shù)、熱處理技術(shù)、分析技術(shù)等等方面。最終體現(xiàn)在材料的

4、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)與裝備水平的進步與提高如制造技巧與經(jīng)驗以及包括焊接、堆焊、熱處理、無損檢測等領(lǐng)域的技術(shù)與裝備水平都有很大進步與提高。 例如：(一)加氫反應(yīng)器使用安全性不斷提高（續(xù)） 單層堆焊技術(shù) 雙絲焊接技術(shù) 多頭堆焊技術(shù) 有堆焊層的反應(yīng)器上下部90度彎管整體成形 技術(shù) 無損檢測上采用的“TOFD”（Time of Flight Diffraction）技術(shù)超聲波衍射時差 法 大型（如150、160MN）自由鍛造水壓機，可 鍛造最大毛坯外徑達(dá)6500mm以上等等裝備的 建成投用二. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概（續(xù)）(二)設(shè)備向大型化發(fā)展 為了獲取較佳的經(jīng)濟效益，裝置

5、日趨大型 化,如： 美國建造了325萬t/a 加氫裂化裝置和 480t/a加氫脫硫裝置； 我國建造了360t/a 加氫裂化裝置和300t/a 加氫脫硫裝置。 設(shè)備的大型化帶來了反應(yīng)設(shè)備的大型化。(二)設(shè)備向大型化發(fā)展 （續(xù)） *（國外大型化進展例）(二)設(shè)備向大型化發(fā)展 （續(xù)） * （國內(nèi)大型化進展例）(二)設(shè)備向大型化發(fā)展 （續(xù)）* 為適應(yīng)設(shè)備大型化的需要，高壓加氫設(shè) 備的現(xiàn)場組焊制造技術(shù)應(yīng)運而生。 國外：很早就開發(fā)了此項技術(shù)； 國內(nèi)：從1996年開始實施。特別是2002 年在條件很艱苦的內(nèi)蒙古現(xiàn)場組 焊制造了當(dāng)今世界上最重的2100 噸反應(yīng)器。積累了很寶貴的在現(xiàn) 場組焊制造大型反應(yīng)器的經(jīng)驗

6、。(二)設(shè)備向大型化發(fā)展 （續(xù)）二. 反應(yīng)器技術(shù)發(fā)展梗概（續(xù)） * 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的演變 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的演變可劃分為四個歷史時期。 如： 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的進展歷程熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)的進展歷程 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變內(nèi)容概況階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第一個歷史時期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，開始材 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）；使用中曾出現(xiàn)過Cr-Mo 鋼的回火脆化現(xiàn)象和不銹鋼的氫脆 損傷問題。熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變內(nèi)

7、容概況（續(xù)）階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第二個歷史時期19731980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(或 +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S、P，甚至 超低S、P且微量雜質(zhì)元素含量很低的 鋼；熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變內(nèi)容概況（續(xù)）階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第二個歷史時期19731980改進期焊接：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

8、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。 熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變內(nèi)容概況（續(xù)）階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第三個歷史時期19811987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預(yù)防對策的多項研究成果，包括在反應(yīng)器的細(xì)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(yán)；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

9、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)，現(xiàn)有反應(yīng)器用材料又存在難以滿足要求的問題。 第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果通過冶煉工藝的改進和管理，嚴(yán)格控制鋼中有害的雜質(zhì)元素和氣體含量，提高了鋼材的純凈度（如J-系數(shù)在100以下；有害氣體含量大為降低等）。改善和提高焊材的質(zhì)量和純凈度，使焊縫的性能與質(zhì)量較好。焊縫金屬的X系數(shù)一般都在11ppm以下。盡量省略堆焊層Tp.347的PWHT，以提高其韌性。堆焊工藝有了改進，堆焊層抗剝離性能有較大提高。第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）* 反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進改

10、進之一： 支持圈結(jié)構(gòu)的改進第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）*反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進之二： 法蘭密封槽 的改進 第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）* 反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進之三： 裙座結(jié)構(gòu) 的改進第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）* 反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進之三： 裙座結(jié)構(gòu)的改進（續(xù)）第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）* 反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進之四： 增設(shè)熱箱 第三個歷史時期綜合應(yīng)用改進的研究成果（續(xù)）* 反應(yīng)器細(xì)部結(jié)構(gòu)改進 之五： 保溫結(jié)構(gòu)的改進熱壁加氫反應(yīng)器技術(shù)演變內(nèi)容概況（續(xù)）階段起止時間技術(shù)特征技術(shù)進步內(nèi)涵與存在問題第四個歷史時期1988現(xiàn)在更新期 以開發(fā)新的Cr-Mo鋼

11、為標(biāo)志，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。 三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征 * 根據(jù)不同年代的技術(shù)水平與需求，曾使用了不同 形式的本體結(jié)構(gòu)，如： 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 * 結(jié)構(gòu)形式選取取決于設(shè)備操作條件與規(guī)格、制造 廠加工裝備與能力、制造周期、經(jīng)濟合理性和用 戶需要與經(jīng)驗等。三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征（續(xù)）* 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、經(jīng)驗和條件以及經(jīng)濟上的合 理性和用戶的需要。在選用鍛焊結(jié)構(gòu)時，一般有如下優(yōu) 點：鍛件的內(nèi)質(zhì)特性(純凈性、致密性、均質(zhì)性)好；焊縫少，特別是沒有縱焊縫，從而

12、提高了反應(yīng)器耐周向應(yīng)力的可靠性；制造裝配易保證；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。鍛造結(jié)構(gòu)材料利用率低，當(dāng)壁厚較薄時，其制造費用相對較高。一般，厚度大于180mm或更大時采用較合適，厚度越厚，鍛造結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性更顯優(yōu)越。三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征（續(xù)）三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征（續(xù)）三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征（續(xù)）三. 反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)特征（續(xù)）四. 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。* 對于固定床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

13、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)及注意要點如下：四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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。四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）內(nèi)件

14、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，與催化劑顆有效觸，充分發(fā)揮催化劑的作用。見圖6(a)(b)應(yīng)保證分配盤上不漏夜,可采用 合適填料墊密。安裝后充水100 mm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 6 mm控制，對于溢流型，控制公 差應(yīng)稍嚴(yán)；四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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)配盤的

15、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，其支承件至少同時也要 滿足常溫下承受90120kg集 中荷載的要求。 四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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(注)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)成的籃筐。它為反應(yīng)器進料提供更多的徑向方向的流通面積,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。見下圖積垢籃在裝入反應(yīng)器內(nèi)時, 其籃筐內(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

16、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)。 四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）(注)： 近多年來 采用在頂 部裝填大 孔隙惰性 多孔球或 脫金屬催 化劑措施 而替代積 垢籃。四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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(dāng)?shù)?；為發(fā)揮冷氫的作

17、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(biāo)準(zhǔn)驗收；冷氫盤和噴射盤的安裝四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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（續(xù)）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。四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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而對操作溫度進行監(jiān)測。熱電偶的安裝有從筒體上徑向插入和從

18、反應(yīng)器頂封頭上垂直方向插入的方式。在徑向水平插入的形式中又有橫跨整個截面的和僅插入一定長度的兩種情況。以往床層測溫基本采用鎧裝熱電偶。近年多數(shù)在采用鎧裝熱電偶的同時，還采用了一種稱為柔性熱電偶 (flexible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停工檢修卸出催化劑時被壓彎的可能性,特別是當(dāng)反應(yīng)器直接較大時更不可忽視；（）徑向水平插入一定長度的熱電偶，其套管與反應(yīng)器筒體在現(xiàn)場焊接的焊縫曾四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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（續(xù)） thermocouples）的結(jié)構(gòu)，它可在一個熱電偶開口接

19、管上設(shè)置高密度的測點，并具有快速反應(yīng)時間（48s）和對床層溫度飄移能迅速反應(yīng)等特性，可對床層截面溫度進行許多點測量，因而可對工藝過程進行有效的控制。另外，為了監(jiān)控反應(yīng)器器壁金屬的溫度情況，也往往在反應(yīng)器外表面的筒體圓周上或封頭和開口接管的相關(guān)部位設(shè)置一定數(shù)量的表面熱電偶。見圖9(a)(b) (c) 有發(fā)生裂紋的實例，因此在設(shè)計時對于確定的設(shè)置位置應(yīng)盡可能為現(xiàn)場施焊創(chuàng)造較為方便的條件，同時施焊操作也要更加細(xì)心；()頂部垂直插入的熱電偶套管，當(dāng)長度較長時，要適當(dāng)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以利套管在操作狀態(tài)下因受熱伸長時而不受到阻礙。 四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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

20、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(dāng)長度較長時，要適當(dāng)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以利操作受熱時伸長不受阻礙。 四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）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。

21、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。 四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)）四. 反應(yīng)器內(nèi)件型式及作用（續(xù)） * 內(nèi)件設(shè)計中的主要考慮： 從工藝角度說： 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)三相間有效地接觸，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： 在保證內(nèi)件能具有高效和穩(wěn)定操作的前提下， 應(yīng)將內(nèi)件結(jié)構(gòu)設(shè)計得更加緊湊，盡量縮小空間 所占高度，以最大限度地利用反應(yīng)器容積。五. 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

22、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)生的主要損傷形 式及其對策。高溫氫腐蝕氫脆高溫硫化氫氫腐蝕鉻-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五. 反應(yīng)器主要損傷型式與材料選（續(xù)）（一） 高溫氫腐蝕 (HAHydrogen Attack)1. 高溫氫腐蝕形式 * 表面脫碳 * 內(nèi)部脫碳與開裂 * 表面脫碳： 表面脫炭不產(chǎn)生裂紋，表面脫碳的影響一般 很輕，只是鋼材的強度和硬度局部有所下降 而延性提高。（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） * 內(nèi)部脫碳： Fe3C+2H2CH4+ 3Fe 使鋼材產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓泡，導(dǎo)

23、致鋼材 強度、延性和韌性顯著下降。 具有不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆化現(xiàn)象。 進展過程：甲烷氣泡形核成長氣泡 串通產(chǎn)生晶間微裂紋連通形成斷裂通道。 高溫氫腐蝕要經(jīng)過一段時間。即，有一個 “孕育期”（或稱潛伏期）。（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） “孕育期”的特征： 在此階段，甲烷氣泡形成，成長慢，未串通， 鋼材力學(xué)性能不發(fā)生明顯改變。 “孕育期”概念的應(yīng)用： 在工程上可利用“孕育期”的概念來確定設(shè)備 和管道所選用鋼材能安全使用的大致時間。 影響“孕育期”的因素： 包括鋼種、氫壓、溫度、冷作程度、雜質(zhì)元素含量 和作用應(yīng)力等因素。（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） 2. 影響高溫氫腐蝕的主要因素（1）溫度、壓力和暴露時

24、間的影響 溫度和壓力對氫腐蝕的影響很大。 溫度越高或者壓力越大,發(fā)生高溫氫腐蝕的 起始時間就越早。 （2）合金元素和雜質(zhì)元素的影響 從高溫氫腐蝕機理可知，凡是添加能形成穩(wěn) 定碳化物的元素（如鉻、鉬、釩、鈦、鎢 等），就可提高鋼材抗高溫氫腐蝕的能力。（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)）(a)下圖是不同合金元素對抗氫腐蝕的效應(yīng)（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） (b) 關(guān)于雜質(zhì)元素的影響 在針對21/4Cr-1Mo鋼的研究中已發(fā)現(xiàn)，錫、銻 會增加甲烷氣泡的密度，且錫還會使氣泡直徑 增大，從而對鋼材的抗氫腐蝕性能產(chǎn)生不利影 響.（3）熱處理的影響 (a) 不同顯微組織的影響 (b) 淬火后不同回火溫度的影響 (c) PW

25、HT的影響 （一） 高溫氫腐蝕（續(xù)）(a) 不同顯微組織的影響 淬火回火： 回火貝氏體 正火回火： 鐵素體 回火貝氏體 Q+T和N+T材經(jīng)氫腐蝕后的力學(xué)性能變化 （材料：1.5Cr-0.5Mo,PH2:24.5MPa,加熱溫度:550） （一） 高溫氫腐蝕（續(xù)）(b) 淬火后不同 回火溫度的 影響 淬火后回火溫度對氫腐蝕的影響 （材料：21/4Cr-1Mo）（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)）(c) PWHT的影響： 鉻-鉬鋼設(shè)備，是否施行焊后熱處理其高抗氫腐蝕效果大不一樣。曾有試驗證明，21/4Cr-1Mo鋼焊縫若不進行焊后熱處理，則發(fā)生氫腐蝕的溫度將比納爾遜（Nelson）曲線表示的溫度低100以上。

26、（4）應(yīng)力的影響 應(yīng)力存在會產(chǎn)生不利影響。特別是二次應(yīng)力 的存在會加速高溫氫腐蝕。（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） 3. 高溫高壓氫環(huán)境的材料選用及注意要點 (1) 選材依據(jù)： * 通常都按原稱為的“納爾遜(Nelson)曲線”來選 擇。 *“納爾遜曲線”最早由G.A.Nelson于1949年提出。 * 1970年首次由API作為API出版物 941(第1版)發(fā)行。 * “納爾遜曲線”曾經(jīng)多次修訂，從1997年起改為 API RP(推薦準(zhǔn)則) 941（第5版）。 * API 941一直是最有用的抗高溫氫腐蝕選材的一個 指導(dǎo)性文件。 （一） 高溫氫腐蝕（續(xù)） 臨氫作業(yè)用鋼防止脫碳和微裂的操作極限（第7版

27、）（一） 高溫氫腐蝕（續(xù)）(2) 注意要點： * 本圖線只涉及到材料抗高溫氫腐蝕，不考慮在高溫 時其它重要因素引起的損傷。 * 使用時務(wù)必選用最新版的曲線，以保證使用的可靠 性（現(xiàn)最新版為第7版2008年） * 在實際應(yīng)用中，焊接接頭處的氫腐蝕行為更不可忽 視。 * 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，控制非金屬夾雜物的含量和降低作用應(yīng)力水平以及充分回火和施行焊后熱處理等。 * 選材時要留有適當(dāng)裕量。五. 反應(yīng)器主要損傷型式與材料選（續(xù)）（二）氫脆 (HEHydrogen Embrittlement) 1. 氫脆現(xiàn)象特征 * 是氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象。 * 產(chǎn)生氫

28、脆的鋼材，其延伸率和斷面收縮率顯著下 降。 * 當(dāng)給予特定條件時氫又可從鋼中釋放出來，使鋼 的性能得到恢復(fù)。所以氫脆是可逆的，也稱作一 次脆化現(xiàn)象。 * 氫脆發(fā)生的溫度從室溫約150的范圍。隨溫度 升高，氫脆效應(yīng)下降，當(dāng)溫度超過7182時不 太容易發(fā)生。所以,實際裝置中氫脆損傷往往發(fā)生 在裝置開、停工過程的低溫階段。（二） 氫 脆(續(xù)) 2. 影響氫脆的有關(guān)因素： * 氫脆敏感性隨鋼材強度提高而增加。* 顯微組織對氫脆有影響，如未回火的材料和珠光體組織對氫脆更敏感。* 鋼材的氫脆化程度與鋼中的氫含量密切相關(guān)。* 鋼材的強度越高，只要吸收少量的氫，就可引起嚴(yán)重的氫脆現(xiàn)象。* 在發(fā)生氫脆溫度下，存

29、在著亞臨界裂紋不擴展的氫濃度，稱為安全氫濃度。（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)）。（二） 氫 脆(續(xù)) K1H與抗拉強度和氫含量的關(guān)系（二） 氫 脆(續(xù)) 3. 加氫設(shè)備的氫脆損傷 * 操作在高溫高壓氫環(huán)境中的反應(yīng)器，器壁中吸 收一定量的氫。 * 停工過程冷卻速度太快，氫來不及擴散出去， 造成過飽和氫殘留器壁內(nèi)，可能引起亞臨界裂 紋擴展，對設(shè)備安全使用帶來威脅。 * 已有氫脆的材料，一旦再產(chǎn)生回火脆化，則影 響更大。 （二） 氫 脆(續(xù))氫脆與回火脆化疊加的影響（二） 氫 脆(續(xù)) * 加氫反應(yīng)器中發(fā)生氫脆的現(xiàn)狀 (a) 近期已很少看到反應(yīng)器母材發(fā)生氫脆損傷的

30、報道。 原因:冶煉技術(shù)進步；鋼材質(zhì)量明顯提高（S、 P含量與有害氣體含量低，非金屬夾雜物 少）。 (b) 但，反應(yīng)器內(nèi)部的奧氏體不銹鋼焊接金屬時 有發(fā)生氫脆開裂的現(xiàn)象，并伴有相脆化。 （二）氫 脆 (續(xù))奧氏體不銹鋼氫脆裂紋特征 * 裂紋沿著奧氏體晶界上的鐵素體/相網(wǎng)狀組 織傳播。 * 普遍發(fā)生在TP.347焊縫金屬上，通常擴展到 TP.347和TP.309的界面處就停止。但是，也有 裂紋穿透TP.309堆焊層而進入到母材的實例。裂紋發(fā)生的主要部位 反應(yīng)器催化劑格柵支持圈拐角焊縫上以及法蘭梯型槽密封面的槽底拐角處等。（二）氫 脆 (續(xù))（二）氫 脆 (續(xù)) 4. 防止氫脆損傷的措施 (1) 對

31、常規(guī)21/4Cr-1Mo鋼的防護措施 * 抗拉強度Rm690MPa * 屈服強度Rel620MPa * 硬度220HB (2) 對奧氏體不銹鋼焊接金屬的防護措施 * 從結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡量減少應(yīng)變幅度（如構(gòu)件與 母材作成一體結(jié)構(gòu)，降低熱應(yīng)力，避免應(yīng)力集 中等）；（二）氫 脆 (續(xù)) * 從制造上應(yīng)盡量保持TP.347堆焊或焊接金屬有較高的延性。其辦法：(a) 要控制TP.347中-鐵素體含量(目標(biāo)值 FN9, 但不應(yīng) 0.5%時，回 火脆性現(xiàn)象就可發(fā) 生。 Cu的有害影響，只 限于貝氏體組織和雜 質(zhì)元素含量較多的 情況（見右圖）。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） 純 Ni鋼沒有回火脆性敏感性，但

32、有P、Sn 等元素存在時，回火脆性敏感性就增加。 C，降低其含量，可使回火脆性減少，但不 會消除。* 由于化學(xué)成分對回火脆性影響很大，在 工程應(yīng)用上為方便起見，經(jīng)試驗研究歸 納出相關(guān)的經(jīng)驗式,用以描述回火脆性的 大小。主要有：5. 鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）Cu的影響（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）J-系數(shù)用于2Cr-1Mo等鋼母材；(X)系數(shù)，也稱Bruscato系數(shù)用于2Cr-1Mo等鋼焊縫金屬。 J-系數(shù) = (Si+Mn)(P+Sn)104 (%)(X)系數(shù) = (10P+5Sb+4Sn+As)10-2 ppm另外，研究還表明，對于2Cr-1Mo等鋼再控制 (P+Sn) 的含量是有

33、效的。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）(b) 熱處理工藝的影響 * 主要是奧氏體化溫 度及其奧氏體化后 的冷卻速度對回火 脆性敏感性影響很 大。 提高奧氏體化溫度， 容易產(chǎn)生回火脆化。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）從奧氏體化溫度的冷卻速度加快，回火脆化量就增加。（五） 鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） * 由上可知，熱處理工藝對回火脆性的影響往往 與所要求的力學(xué)性能是相互矛盾的，如： 降低奧氏體化溫度，可使回火脆性減少，但，鋼 材強度，特別是屈服強度卻明顯下降。 降低從奧氏體化的冷卻速度，回火脆性敏感性可 降低，但，鋼材強度、韌性都下降。為此，必須探索一個綜合性能優(yōu)越的熱處理工藝。（五）鉻-

34、鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）3. 回火脆化度的評價 * 等溫時效（Isothermal aging）處理，也即等 溫脆化處理。 * 階梯冷卻或步冷法（Step Cooling）處理，是 一種加速模擬處理方法。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)階梯式地進行加熱、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。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） 階冷處理工藝（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） * 脆化度的定量表示 采用2毫米V型缺口夏比沖擊試驗獲得的韌-脆 性轉(zhuǎn)變溫度的變化量來評價。 一般以vTrs的變化量vTrs或是以54J(相當(dāng)于 40

35、英尺-磅)夏比沖擊吸收功的轉(zhuǎn)變溫度vTr54 的變化量vTr54來考核。 vTrs或vTr54越大，說明回火脆化度就越 大。 通常按下式評定鋼材(或焊縫)的回火脆化傾 向： vTr54 +vTr54 （五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）式中： vTr54：脆化處理前V型缺口夏比沖擊功為54焦 耳所對應(yīng)的溫度，； 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焦耳所 對應(yīng)溫度的增量，； ：系數(shù)，原來為1.5，由于要求越來越嚴(yán)，逐 步增大到2.5 或3.0； ：規(guī)定滿足的溫度值，最早為38，現(xiàn)已變 為10或0等。 （五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） 4. 防止2Cr-1

36、Mo鋼設(shè)備發(fā)生回火脆性破壞的 若干措施 * 加氫裂化反應(yīng)器所 選用的鉻-鉬鋼， 以2Cr-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。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)） * 現(xiàn)以2Cr-1Mo鋼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化學(xué)元素，如 控制好Si、Mn含量，盡量降低P、Sn、Sb、As的 含量。 滿足對母材的（P+Sn）的控制要求。 滿足對母材的J-系數(shù)和對焊縫的(X)系數(shù)的要求， 以及對二者的回火脆化敏感性評定要求。 制造中要選擇合適的熱處理工藝，以期獲得優(yōu)越 的力學(xué)和抗回火脆化的綜合性

37、能。（五）鉻-鉬鋼的回火脆性損傷（續(xù)）采用“熱態(tài)型”的開停工方案。即開工時先升溫后升壓；停工時先降壓后降溫。為此，要確定一個合適的最低升壓溫度（MPT）。當(dāng)操作溫度低于MPT時，應(yīng)限制系統(tǒng)壓力大約不超過最高設(shè)計壓力的25?？刂茟?yīng)力水平和采用合適的開停工升降溫速度，建議當(dāng)溫度小于150時，升降溫速度以不超過25/h為宜。五. 反應(yīng)器主要損傷型式與材料選（續(xù)） （六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離 (Disbonding) 1. 堆焊層氫致剝離現(xiàn)象的特征 * 堆焊層剝離現(xiàn)象也是氫致延遲開裂的一種形式。 * 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)，

38、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)有兩大類： 沿著熔合線上所形成的碳化鉻析出區(qū)； 沿著長大的奧氏體晶界擴展。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)） 2. 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, 導(dǎo)致使用過程在堆焊層過渡區(qū)的堆焊層側(cè)出現(xiàn)很 高的氫濃度。 （六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)） * 由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大， 造成界面上存在著相當(dāng)可觀的殘余應(yīng)力； * 堆焊層界面處的冶金因素影響（由于制造中焊后 熱處理，在境界層上受到析出的碳化物形態(tài)及可 能形成沿融合層生長的粗大

39、結(jié)晶的影響等）。3. 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。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)）(1) 環(huán)境條件： * 操作溫度和 氫分壓是最 重要的影響 參數(shù)。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)） * 冷卻速度的影響：冷卻速度越快越容易剝離。 * 反復(fù)加熱冷卻的循環(huán)次數(shù)影響：反復(fù)加熱冷卻次 數(shù)越多越容易引起剝離和促進剝離的進展。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)） (2) 制造工藝： * 焊后熱處理 的影響: 焊后熱處理 溫度越高， 材料抗剝離 能力就更差。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)） * 焊接條件

40、的 影響: 曾有實驗證明， 采用高焊速大 電流可獲得良 好的抗剝離能 力。（六）奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（續(xù)）4. 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(yán)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。六. 新Cr-Mo鋼的開發(fā)與應(yīng)用 （一）國外的開發(fā)應(yīng)用 從20世紀(jì)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

41、加氫反應(yīng)器技術(shù)推進到了一個新階段。 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， 原來所采用的Cr-Mo鋼難以適應(yīng)。（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)）* 隨著裝置大型化引 起設(shè)備的大型化， 原來使用的Cr-Mo 鋼強度顯偏低，使 設(shè)備壁厚很厚，給 制造、運輸和吊裝 帶來難，希望能有 更高強度的鋼材。 原2Cr-1Mo鋼強度 隨溫度的變化（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） * 熱壁反應(yīng)器在長期使用中曾發(fā)生的一些損傷, 雖已有許多改進，但仍有某些問題未完全解 決。(2) 開發(fā)目標(biāo) * 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

42、適應(yīng)性，以滿足更趨高溫高 壓化的氫環(huán)境的使用條件。 * 具有良好的加工工藝性能。 * 成本較低。（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)）3. 實施方法 * 通過改變原鋼號的熱處理條件，以提高強度。 如將原2Cr-1Mo鋼的回火溫度由675降低 到620，從而使抗拉強度由原515690MPa 提高到585760MPa。 * 在原鋼號的基礎(chǔ)上添加 V，以實現(xiàn)高強度化, 同時為了改善鋼的其他性能，配套添加了某些 合金元素，如Cb、Ti、B、Ca等。（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 4. 開發(fā)成功的鋼種 * 增強型(Enhanced) Cr-Mo鋼 Enh. 2Cr-1Mo鋼 * 改進型(Modified) Cr-Mo鋼

43、 3Cr-1Mo-V-Ti-B鋼 3Cr-1Mo-V-Cb-Ca 2Cr-1Mo-V鋼 2Cr-1Mo-V-Cb-Ca鋼（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點 * 除增強型2Cr-1Mo鋼是依靠降低原鋼號的回 火或焊后熱處理溫度來達(dá)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2Cr-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： (1) 強度高 在室溫下,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗拉強度為585760MPa， 5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） 而原來的2Cr-1Mo鋼僅為515690 MPa，可見標(biāo)準(zhǔn)

44、規(guī)定的最小抗拉強度值就提高約13%。 不同Cr-Mo鋼強度的對比5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） 高強Cr-Mo鋼的蠕變斷裂強度對比5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） 再看設(shè)計應(yīng)力值，與當(dāng)時2001年版ASME 規(guī)范 第卷第二冊中給出的3Cr-1Mo- V鋼和2Cr- 1Mo-V鋼在454下的設(shè)計應(yīng)力強度就分別比 2Cr-1Mo鋼提高9.2%和12.4%以上（按現(xiàn)在最 新的2007版提高的就更多，分別達(dá)到18.8%和 33.1%）。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。 (2) 抗高溫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5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點

45、（續(xù)） 具有很好的抗高溫氫腐蝕性能。從1997年第5版的 API RP 941（推薦作法）開始，就將2Cr-1Mo- V鋼正式列入該標(biāo)準(zhǔn)中的納爾遜曲線圖里。從此 圖線中可查到2Cr-1Mo-V鋼的使用極限溫度為 510，比原2Cr-1Mo鋼提高了56。 (3) 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 即使在常溫下仍具有較強的捕集氫能力，由此所5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)）能提供給引發(fā)開裂部位的氫量比起2Cr-1Mo鋼就少,所以氫脆敏感性低,抗氫致裂紋擴展能力強。 不同Cr-Mo鋼捕捉氫能力5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)）* 試驗還表明，加釩鋼在氫環(huán)境中的門檻應(yīng)

46、力強度因子K1H值比2Cr-1Mo鋼高許多。從斷口情況看，2Cr-1Mo 鋼已為晶間 型裂紋時, 加釩改進型 Cr-Mo鋼仍 呈準(zhǔn)解理型。5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） (4) 抗回火脆化性能更好 國外曾對板材、鍛 件和焊縫金屬進行 過“階冷”處理試 驗，其結(jié)果表明， 試驗前后的轉(zhuǎn)變溫 度增量都很小，說 明沒有明顯的回火 脆化現(xiàn)象。 改進型3Cr-1Mo鋼和焊縫階冷前后的vTr54 5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） (5) 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也得到改善；同時還改變了氫在鋼中的擴

47、散速度和溶解度特性，從而使裝置在停工過程當(dāng)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。5. 加釩Cr-Mo鋼的優(yōu)點（續(xù)） * 抗氫致剝離能力的對比情況：（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 6. 標(biāo)準(zhǔn)化情況 新Cr-Mo鋼開發(fā)成功后，首先都先向美國機械 工程師學(xué)會(ASME)申請，以規(guī)范案例(Code Case) 的形式認(rèn)可，如增強型2Cr-1Mo鋼為 Code Case 1960；2Cr-1Mo-V鋼為Code Case 2098；3Cr-1Mo-V-Ti-B鋼為Code Case 1961；3Cr-1Mo- V-Cb-Ca鋼為Code Case 2151

48、。過了一段時間以后，才相繼地被美國的ASME、ASTM，日本的JIS，英國的BS 5500及德國的VdTV等一些國家標(biāo)準(zhǔn)所列入。（一）國外的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 7. 應(yīng)用情況 增強型Cr-Mo鋼在20世紀(jì)80年代中期已開始應(yīng)用； 3Cr-1Mo-1/4V-Ti-B鋼開發(fā)成功較早，1987年就用 于實驗裝置上，1989年正式在工業(yè)裝置上使用； 3Cr-1Mo-1/4V-Cb-Ca鋼在1995年用于工業(yè)裝置。 并于1997年制造出單臺質(zhì)量1500t的3Cr-1Mo-1/4V 鋼反應(yīng)器；21/4Cr-1Mo-1/4V鋼，由于配套焊材研究 成功較晚，直到20世紀(jì)90年代初才開始應(yīng)用。但是 由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)

49、計應(yīng)力強度值比3Cr-1Mo-1/4V鋼 還高 。所以應(yīng)用勢頭更好。 7. 應(yīng)用情況（續(xù)） 截止1999年8月統(tǒng)計，世界上（不含中國,下同）采用改進型3Cr-1Mo-1/4V鋼制造的設(shè)備有51臺,而比3Cr-1Mo-1/4V鋼推廣應(yīng)用相對晚約5年的改進型21/4Cr-1Mo-1/4V鋼制造的反應(yīng)器就有43臺。到了2004年2月國外又有報導(dǎo),世界上總共制造加釩 Cr-Mo鋼反應(yīng)器143臺，其中采用3Cr-1Mo-1/4V鋼制造的仍是51臺，采用21/4Cr-1Mo-1/4V鋼制造的為92臺。經(jīng)過四年半凈增49臺反應(yīng)器的材質(zhì)均為21/4Cr-1Mo-1/4V鋼。且在2003年制造出單臺質(zhì)量為148

50、5t的21/4Cr-1Mo-1/4V鋼反應(yīng)器。在投入使用的反應(yīng)器中，已有經(jīng)過了在役檢驗，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)的檢測，還未見有發(fā)現(xiàn)任何異?；蛉毕莸膱蟮馈?六. 新Cr-Mo鋼的開發(fā)與應(yīng)用（續(xù)） （二）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(dāng)?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(jì)90年代初開始進行各種準(zhǔn)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 3Cr-1Mo-V和2Cr-1Mo-V兩種材料及其反應(yīng)器。 （二） 國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)項 目3Cr-1Mo-1

51、/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V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在內(nèi)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在內(nèi)的研究。 1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V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

52、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-1/4V鋼+Tp.309L+Tp.347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2Cr-1Mo-V鍛板+Tp309L+Tp347 1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo

53、-1/4V鋼工業(yè)性 中間試驗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(rèn)為達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的實物水平。 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(biāo)均滿足研制和設(shè)計技術(shù)條件的要求。 氫損傷行為試驗* 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)21/4Cr-1Mo鋼* 進行了高溫氫腐蝕試驗。試驗是以開發(fā)的2Cr-1Mo-V鋼、 3C

54、r-1Mo-V鋼和國外SA336-F3V1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V鋼氫損傷 行為試 驗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(dāng)。* 進行堆焊層抗氫致剝離試驗。將開發(fā)材料制成的試樣(帶Tp.309L+Tp.347堆焊層)在試驗裝置中經(jīng)16.4MPa氫壓、470、 48h的充氫后，材料及國產(chǎn)2Cr-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)2Cr-1Mo-V鋼的抗高溫氫

55、腐蝕性能還顯稍好。* 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1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V鋼氫損傷行為試驗以450/h的速度降溫，如此經(jīng)6個循環(huán)，未見剝離。 分別制成的試樣(均帶p309L+Tp347堆焊層)在試驗裝置中經(jīng)17.8MPa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。 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(zhǔn)和認(rèn)可于1999年9月底制造出了我國首臺3Cr-1Mo-1/4V鋼

56、加氫反應(yīng)器。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(zhǔn)和認(rèn)可于2002年3月制造出了我國首臺2Cr-1Mo-V鋼加氫反應(yīng)器。1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V鋼工業(yè)用 加氫反應(yīng)器研制 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。 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

57、11.68MPa，溫度450，操作介質(zhì)：油氣、H2、H2S、NH3等。 研制反應(yīng)器使用情況首臺反應(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8月投入正常1. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的開發(fā)（續(xù)）項 目3Cr-1Mo-1/4V鋼21/4Cr-1Mo-1/4V鋼研制反應(yīng)器使用情況至今一直安全地運轉(zhuǎn)著。曾于2001年6月按計劃停工進行第一次在役檢測，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(biāo)準(zhǔn)要求。運轉(zhuǎn)至今。裝置在2006年4月按

58、計劃停工檢修，對反應(yīng)器采用各種無損檢測手段進行第一次全面檢驗，其結(jié)果狀況良好。 （二） 國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用（續(xù)） 2. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的推廣應(yīng)用 (1) 開發(fā)成功的兩種加釩材料，如國外一樣很快地在國內(nèi) 加氫裝置的反應(yīng)器上推廣應(yīng)用。而且還用于制造出口的加氫反應(yīng)器。 (2) 主要推廣應(yīng)用情況： * 3Cr-1Mo-1/4V鋼反應(yīng)器共制造了8臺 * 2Cr-1Mo-V鋼加氫反應(yīng)器的研制成功，更為我國 的加氫反應(yīng)器技術(shù)奠定了堅固的基礎(chǔ), 成果顯著： 為我國有資格參加神華煤直接液化兩臺單臺質(zhì)量約 2100t的大型2Cr-1Mo-V鋼煤液化反應(yīng)器的國際 招標(biāo),并一舉中標(biāo)；2. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼

59、（鍛）的推廣應(yīng)用（續(xù)） 為近年國內(nèi)大量建造2Cr-1Mo-V鋼反應(yīng)器提供 了有力的物質(zhì)保證。截止2008年5月的統(tǒng)計，僅中 國一重制造的2Cr-1Mo-V鋼反應(yīng)器就有57臺， 其金屬總重已達(dá)41280t之多； 更可喜的是，從 2006年起，我國制造的加氫反應(yīng) 器已打入國外市場。中國一重與中國石油技術(shù)開 發(fā)公司共同與印度石油公司簽訂了第一個按照 ASME規(guī)范 第卷，第2冊并要求打U2鋼印的2臺 2Cr-1Mo-V鋼加氫反應(yīng)器設(shè)計、制造合同，反 應(yīng)器已于2008年4月按時交貨。 2. 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼（鍛）的推廣應(yīng)用（續(xù)）至2008年，中國一重已簽約國外加氫反應(yīng)器制造合同5個，共承制加氫反應(yīng)器

60、24臺，材質(zhì)絕大多數(shù)為2Cr-1Mo-V鋼。其中，最大的反應(yīng)器內(nèi)直徑4800mm，最大厚度328mm。 (2) 國內(nèi)加釩Cr-Mo鋼板開發(fā)應(yīng)用情況 * 舞陽鋼鐵公司于2006年也試煉和軋制成功了2Cr- 1Mo-V鋼板，已有用于加氫設(shè)備上。至今軋出的 最厚板為120mm。 七. 加氫反應(yīng)器制造程序 (鍛焊結(jié)構(gòu))（一）制造程序七. 加氫反應(yīng)器制造程序 (鍛焊結(jié)構(gòu))(續(xù))（二）制造過程的監(jiān)控 1. 針對加氫反應(yīng)器的特點，從保證安全使用的角度出發(fā), 對于制造過程除了常規(guī)的檢驗項目外，要特別注意對下表所列的相關(guān)點進行嚴(yán)格的監(jiān)控。 加氫反應(yīng)器制造過程的監(jiān)控要點項 目主要監(jiān)控內(nèi)容備 注主體材料Cr、Mo、