加氢反应器最低升压温度预测方法

年 月 炼 油 技 术 与 工 程 第 卷第 期 加氢反应器最低升压温度预测 张喜亮 周昌玉 南京工业大学机械与动力工程学院 江苏省南京市 摘要 利用平衡晶界偏聚理论 , 计算焊缝金属中 元素晶界偏聚量 。 以某加氢反应器为例的理论计算结果与 试验结果较吻合 , 明应用平衡偏聚理论解释加氢反应器回火脆化现象是可行的 。 提出了求解加氢反应器停车后 再次开车时最低升压温度与运行时间关系的方法 , 求得该加氢反应器运行巧 后最低升压温度为 犯 ℃ 。 并预测其在运行 及 的最低升压温度分别为 ℃和 ℃ 。 关键词 平衡晶界偏聚 回火脆化 最低升压温度 加氢反应器 加氢反应器是加氢装置中的关键设备 , 长期 在高温 、 高压 、临氢环境中运行 , 一旦出现事故 , 将 是灾难性的 。 其安全运行 , 包括停车后再次开车 所需最低升压温度的确定 , 一直是工业界和学术 界关心的问题 ’ 一 , 一 。 加氢反应器回火脆化现象一 直备受关注 ’〕, 回火脆化是加氢反应器脆性破坏 的主要危险因素之一匡 。 随着加氢反应器的运 行 , 其材质脆化不断加深 , 相应的最低升压温度也 会随之升高 。 目前国内外计算得到的最低升压温 度都是某一时间点的值 , 难以指导加氢反应器后 续运行 。 文献 「一 〕指出加氢反应器的破坏主要 发生在焊缝金属上 , 其回火脆化现象比母材严重 。 故以焊缝金属作为研究对象计算最低升压温度与 运行时间的关系 , 以确保加氢反应器的安全运行 。 本研究以某加氢反应器为对象 , 通过平衡晶界偏 聚理论 , 建立加氢反应器焊缝金属脆化量与时间 关系 , 根据 一 经验公式计算得到最低升 压温度与运行时间函数关系式 , 为加氢反应器长 期使用的安全性和安全评定等提供依据 。 妙二 —杂质元素 在达到平衡时的晶界浓度 脚 —杂质元素 在初始状态时的晶界浓度 几 —杂质元素 的扩散系数 , 是温度的 函数 —富集比 , 吼 二 , 是晶内的初 始浓度 —晶界宽度 —补余误差函数 。 杂质元素 在焊缝金属中的参数〔’。 一 , , 见表 。 表 焊缝金属中 元素的计算参数 几 , 几 , · 一 叨 一 一 砂二 , 。 元素平衡偏聚量的计算 根据 平衡偏聚理论 , 导出晶界偏聚动 力学公式〔‘ , , 片。 一 脚 妙二 一 脚 利用平衡晶界偏聚理论可求得加氢反应器运 行 及 后杂质元素 的晶界偏 聚量 , 试验结果与本研究理论计算结果见表 。 其杂质元素 晶界偏聚量的表达式如下 妙 一 华 、 卿以肠 一 , 、 ‘ 一‘万 「 一 式中 乓。 —杂质元素 在 时间内的晶界浓度 收稿 日期 一 一 作者简介 张喜亮 , 南京工业大学硕士研究生 , 从事加氢反 应器寿命预测研究 。 一 爵 第 期 张喜亮等 加氢反应器最低升压温度预测方法 一 一 表 元素的平衡晶界偏聚量 运行时间 试验结果 理论计算结果 误差 , 根据材料的屈服强度求出假设裂纹长度 下的应力强度因子 凡 , 本研究假设裂纹为内表面 半椭圆裂纹 , 且 二 为裂纹深度 , 。 为 裂纹长度 , 则 凡。的计算公式为〔’‘ 〕 、, 。 二 亘晒亚 勺 由理论计算和试验结果对 比可知 , 杂质元素 在焊缝金属中的平衡晶界偏聚量的理论计算与 试验结果基本一致 , 误差分别为 和 , 说明可以应用平衡晶界偏聚理论研究加氢反应器 材质的回火脆化问题 , 并且可以利用这一理论进 一步推导加氢反应器最低升压温度与运行时间函 数关系 。 其中 为形状因子 , 当 。 二 , 为屈服强度 。 时取 最低升压温度与运行时间关系的确定方法 对于加氢反应器最低升压温度随运行时间变 化关系的确定采用经典的方法 , 按如下步骤 ” 〕 根据加氢反应器随炉运行的试样挂片历 年来冲击试验数据拟合加氢反应器焊缝金属回火 脆化量 和上平台冲击功 的关系 。 根据 一 经验公式 , 可以得到上 平台下的断裂韧性 凡 与 的关系 丛些 丛 一 『 『 利用加氢反应器随炉运行的试样挂片历 年来冲击试验数据拟合 和 元素晶界偏聚 量的关系 , 进而可得出 元素晶界偏聚量与上平 台冲击功的关系 。 确定加氢反应器最低升压 温 度 与 的关系 。 文献 〔 」按照 分 布给出 了 置 信度时 一 与 凡 凡 、 的关系函数 「 一 」泪一︶厂八议衬,‘八曰户之州如蕊︸二 。一一一 一 尸月 「 一 一 卢 片导今 把上述过程中得到的函数关系及参数值 代人式 中即可求得加氢反应器最低升压温度 与运行时间的表达式 。 加氢反应器最低升压温度与运行时间关系 文献 〔 〕对加氢反应器运行 及 的挂片试样进行了冲击试验 , 根据其试 验数据拟合可得到 ”与 吼。 , 与 坑 关系如下 。 一 · 一 · 一 · ‘ 加氢反应器最小 临界裂纹尺 寸 , 对于焊缝金属 , 其 。。 取值为 , 则由 式 可得 。 。 · 。 将 值代人式 整理后即可求出加 氢反应器最低升压温度与时间关系的函数式 — 一 」 丫 一 , 成 一 一 万 一 , 一 万 该加氢反应器已运行约 , 根据公式 由表 可 以看出 , 加氢反应器最低升压温度 分别计算加氢反应器运行不同时间后的最低 随着运行时间的增长而逐渐增大 , 在运行初期 升压温度 , 见表 。 之前 最低升压温度增长较快 , 而运行 一 一 炼 油 技 术 与 工 程 年第 卷 后期增长较为平缓 。 该加氢反应器出厂要求的最 低升压温度为 ℃ , 如今已运行约 巧 , 由计算结果可知其最低升压温度为 ℃ , 仍 在安全运行范围内。 当运行至 时 , 其最 低升压温度为 ℃已经达到出厂要求的最低升 压温度 , 需进行适当的调整 , 以确保加氢反应器的 安全运行 。 表 加氢反应器不同运行时间下的最低升压温度 〕 罗 调整 。 运行时闯 最低升压 温度 ℃ 〕 印 以 即 峨兀 汾 叹 , 】《幻 为 男 , 田 料 刀 结 论 利用平衡晶界偏聚理论计算加氢反应器 焊缝金属的 元素晶界偏聚量与时间的函数关 系 , 理论计算结果与试验结果较为吻合 , 表明应用 平衡晶界偏聚理论解释加氢反应器的回火脆化现 象是可行的 根据加氢反应器实际随炉挂片试验数据 进行拟合 , 得出回火脆化量与 元素晶界偏聚量 的关系式 , 即 与 元素的晶界偏聚量呈线 性增长关系 。 可进一步推导出 与运行时间 的关系 以 元素的晶界偏聚量与时间关系为桥 梁建立了加氢反应器最低升压温度与运行时间的 函数关系 , 最低升压温度随运行时间增长而逐渐 增大 , 在运行 之前 , 其增长较为迅速 , 后增长较为缓慢 。 加氢反应器运行 后最低升压 温度为 犯 ℃ , 仍低于出厂要求的最低升压温 度值 ℃ 。 对加氢反应器 的最低升压温度进行预 测 , 当其运行到 后最低升压温度增长到 ℃ , 已经达到出厂要求值 , 即 为其 临界运行时间 , 为确保加氢反应器后续的安全运 行 , 当运行到此刻时必需对最低升压温度进行 参考文献 , 一 」 群 , , 一 〔 」 , 一 。 」 币 罗 , , 周昌玉 , 胡桂明 , 孙宇 应力作用对 一 。 合金钢回火 脆性的影响 特殊钢 , , 一 〔 张喜亮 , 周昌玉 , 张国栋 基于平衡晶界偏聚理论的步冷试验 脆化机理研究【 材料热处理学报 , , 一 【 〕李祖贻 在役热壁加氢反应器检出缺陷及堆焊层裂纹初析 〔 石油化工设备技术 , , 一 〔 , , , 仁 」 一 面 , , 即 , 仁 」 , 一 」 」 一 仁 一 , 一 一 一 娜 脚笋 【 〕 脚 , , 一 一 〔〕 , , 刁 , 刁 刀 」 , , 巧 【 〕徐庭栋 非平衡晶界偏聚动力学和晶间脆性断裂 〔 〕北 京 科技出版社 , 一 杨火生 , 董绍平 , 曹水泉 , 等 加氢反应器运行状况安全分析 石油化工设备 , 以 〕, 一。一 【 高庆 工程断裂力学〔 重庆 重庆大学出版社 , 〕 , , 一 呷 一 仁 群 , , 一 【 华丽 回火脆化 一 。 钢氢脆性能的研究【 〕上海 华东理工大学 , 一 编辑 漆 萍 第 期 张喜亮等 加氢反应器最低升压温度预测方法 , 叮 咭 , 叮 了 邵 ’咭 , 哪 , 盯 叮 邵 卿 巧 邵 斗 叮 一 ℃ , , , ℃ ℃ 盯 砂 盯 , , , 国国内外动态态 催化重整科技情报站 年年会在长沙召开 催化重整科技情报站 年年会于 月 一 日 整再生器约翰逊网泄漏问题处理 ” 等 篇论文进行了大 在湖南长沙召开 。 参加本届年会的有来 自全国从事催化 会主题交流 。 重整技术的科研 、 设计 、 生产 、制造和管理等 个单位 , 大会分别安排了连续重整组和半再生重整组进行了 巧 名代表 。 大会共收到涉及催化重整工艺和催化剂 、科 分组交流和讨论 , 讨论的内容广泛 , 气氛热烈 , 如 中国石 研开发和工业应用 、装置设计和生产实践等方面论文共计 油大连石化分公司 、 中国石化扬子石化公司和天津分公司 犯 篇 。 的连续重整装置的操作 、水氯平衡 、装置大型化对全厂影 与会代表首先听取 了催化重整科技情报站所作的 响及工艺管道和设备优化设计和选用 、氧化态和还原态催 “ 年#工作总结#和 年工作和进展 ” 的 。 化剂的开工 、重整催化剂受高氯高水冲击导致催化剂失 年主要完成的工作有 召开 年催化重整科技情 活 、掺炼催化裂化后的操作问题和如何加工芳潜为零或纯 报站年会和第 届“ 催化重整与芳烃 ” 编委会 出版了四 烷烃原料等等 , 但是由于时间有限 , 许多问题没有得到深 期“ 催化重整与芳烃 ”期刊 整顿和健全通讯员网络 , 现已 人开展和进一步讨论 。 建成由 个单位 多名通讯员组成的网络系统 出版发 随着环境保护条例和法规 日趋严格 , 运输燃料质量要 行“ 催化重整 ”教材和表彰 年度的优秀通讯员 。 求也 日益苛刻 , 氢气和石化原料需求的增加 , 这些都给予 接着大会进入 了技术交流阶段 , 经 “ 催化重整 与芳 催化重整工艺的发展提供了广阔的空 间 。 据估计 , 烃 ”编委会认真讨论 , 选出了 “ 国产连续重整技术的开发 年后 , 我国将要有 巧 套催化重整装置陆续投产 , 届时我国 与发展 ” 、 “ 半再生重整装置运行存在的问题及解决方 催化重整装置的产能将达到 口 , 催化重整加工能力 案 ” 、 “ 烃重组及烃重组后加氢技术工业应用 ” 、 “ 将占原油加工能力的 , 达到世界发达国家水平 。 为了 催化重整生成油选择性加氢 ” 、 “ 国外催化重整工艺技术 生产更多的超清洁汽油 、 为了给人民提供更方便快捷地生 进步 ” 、 “ 广西石化分公司 “ 连续重整装置的优化 活方式 、为了我们共同的蓝天 , 履行我们应尽的社会责任 。 设计 ” 、“ 连续重整再生系统故障浅析及对策探讨 ” 和 “ 重 中国石化工程建设公司 胡德铭