加氢裂化设备基础知识

1、 海南炼化海南炼化HNLH 加氢裂化设备加氢裂化设备 基础知识基础知识 周辉周辉 海南实华炼油化工有限公司海南实华炼油化工有限公司 2004年年9月月 海南炼化海南炼化HNLH 一、主要工艺设备一、主要工艺设备 海南炼化海南炼化HNLH 1.1.反应器反应器 海南炼化海南炼化HNLH 加氢反应器是加氢裂化装置的核心设备加氢反应器是加氢裂化装置的核心设备 。有两个特点：。有两个特点： 一是操作于高温高压环境中，且进入到一是操作于高温高压环境中，且进入到 反应器的物料中往往含有硫和氮等杂质，与反应器的物料中往往含有硫和氮等杂质，与 氢反应分别形成具有腐蚀性的氢反应分别形成具有腐蚀性的H H2 2S

2、 S和和NHNH3 3。 海南炼化海南炼化HNLH 二是加氢裂化是个放热反应，在反二是加氢裂化是个放热反应，在反 应过程中，其反应热较大（约应过程中，其反应热较大（约630- 840KJ/kg），使床层温度升高，会引起），使床层温度升高，会引起 局部过热现象。局部过热现象。 如此苛刻的使用条件给设计、制造如此苛刻的使用条件给设计、制造 带来很大难度。所以，反应器的问世，带来很大难度。所以，反应器的问世， 不仅体现出加氢高压设备技术的进步，不仅体现出加氢高压设备技术的进步， 而且在某种程度上也是一个国家总体技而且在某种程度上也是一个国家总体技 术水平的一个重要标志。术水平的一个重要标志。 海南炼

3、化海南炼化HNLH 1.1 反应器技术发展概况反应器技术发展概况 随着加氢工艺的广泛应用，并且一直随着加氢工艺的广泛应用，并且一直 向上保持着发展的趋势，因而加氢工艺设备向上保持着发展的趋势，因而加氢工艺设备 技术也得到了很快的发展与进步，具体表现技术也得到了很快的发展与进步，具体表现 在：在： 大型化大型化 为了获得较佳的经济效益，装置日趋大为了获得较佳的经济效益，装置日趋大 型化带来了设备的大型化我国在型化带来了设备的大型化我国在1989年自行年自行 研制成功的第一台锻焊结构的热壁加氢反应研制成功的第一台锻焊结构的热壁加氢反应 器，器， 海南炼化海南炼化HNLH 重量约重量约220t，成功

4、用于抚顺石化公司石油，成功用于抚顺石化公司石油 三厂的加氢裂化装置，三厂的加氢裂化装置，1998年已分别生产年已分别生产 出内径达出内径达4.2m和单台重量近千吨的大型反和单台重量近千吨的大型反 应器。应器。 海南炼化海南炼化HNLH 安全性安全性 在核心技术上主要是围绕其使用的安在核心技术上主要是围绕其使用的安 全性上得以提高，包括设计方法、结构型全性上得以提高，包括设计方法、结构型 式及反应器材料（包括焊接材料）等许多式及反应器材料（包括焊接材料）等许多 方面的技术都有明显的进步。这一系列成方面的技术都有明显的进步。这一系列成 就为安全使用提供了牢靠的基础。这些技就为安全使用提供了牢靠的基

5、础。这些技 术的发展与进步是与科学、制造、冶金及术的发展与进步是与科学、制造、冶金及 计算机应用等技术的进步与发展密不可分计算机应用等技术的进步与发展密不可分 的。的。 海南炼化海南炼化HNLH 设计方法设计方法 过去一般采用的过去一般采用的“规则设规则设 计计”即即“常规设计常规设计”的方法（的方法（GB150等）等） ，它是以弹性失效准则为理论基础，它是以弹性失效准则为理论基础,采用第采用第 一强度理论，用第一主应力为控制应力。一强度理论，用第一主应力为控制应力。 现在逐步发展到采用以现在逐步发展到采用以“应力分析为基础应力分析为基础 的设计的设计”，即，即“分析设计分析设计”的方法，采用

6、的方法，采用 最大剪应力为控制作用的第三强度理论，最大剪应力为控制作用的第三强度理论， 按照按照JB4732-95钢制压力容器钢制压力容器-分析设计分析设计 标准标准进行设计。进行设计。 “分析设计分析设计”要求对容要求对容 器的有关部位器的有关部位 海南炼化海南炼化HNLH 的应力进行详细计算及按应力的性质进的应力进行详细计算及按应力的性质进 行分类，并对各类应力及其组合进行评行分类，并对各类应力及其组合进行评 价，同时对材料、制造、检验也提出了价，同时对材料、制造、检验也提出了 比比“常规设计常规设计”更高的要求，该设计方更高的要求，该设计方 法先进、严格，从而提高了设计的准确法先进、严格

7、，从而提高了设计的准确 性与使用的可靠性，设备重量减轻，投性与使用的可靠性，设备重量减轻，投 资节省，它是容器设计观点和方法的一资节省，它是容器设计观点和方法的一 个飞跃。个飞跃。 海南炼化海南炼化HNLH 结构型式结构型式 反应器本体经历了由单层到反应器本体经历了由单层到 多层的阶段，后来由于冶金、锻造等技术的多层的阶段，后来由于冶金、锻造等技术的 进步，单层锻造结构或厚板卷焊结构的反应进步，单层锻造结构或厚板卷焊结构的反应 器又逐渐占了统治地位。从使用状态下其高器又逐渐占了统治地位。从使用状态下其高 温介质是否直接与器壁接触来看，又分为热温介质是否直接与器壁接触来看，又分为热 壁结构和冷壁

8、结构。为了易于解决反应器用壁结构和冷壁结构。为了易于解决反应器用 材的耐氢腐蚀和硫化氢腐蚀等问题，在反应材的耐氢腐蚀和硫化氢腐蚀等问题，在反应 器内表面衬非金属隔热衬里结构或通以温度器内表面衬非金属隔热衬里结构或通以温度 不高的氢气以达到保护反应器不直接受高温不高的氢气以达到保护反应器不直接受高温 高压氢腐蚀的另一种带高压氢腐蚀的另一种带“瓶衬瓶衬”的结构称为的结构称为 冷壁结构；反之称为热壁结构。冷壁结构；反之称为热壁结构。 海南炼化海南炼化HNLH 材料技术材料技术 热壁结构是伴热壁结构是伴随着随着冶金技术和堆焊技冶金技术和堆焊技 术的进步而出现的，与冷壁结构相比，具有以下优点：术的进步而

9、出现的，与冷壁结构相比，具有以下优点： 器壁相对不易产生局部过热现象，从而可提高器壁相对不易产生局部过热现象，从而可提高 使用的安全性。而冷壁结构在生产过程中隔热衬里较易使用的安全性。而冷壁结构在生产过程中隔热衬里较易 损坏，热流体渗到壁上，导致器壁超温，使安全生产受损坏，热流体渗到壁上，导致器壁超温，使安全生产受 到威胁或被迫停工。到威胁或被迫停工。 可以充分利用反应器的容积，其有效容积利用可以充分利用反应器的容积，其有效容积利用 率可达率可达80-90%。 海南炼化海南炼化HNLH 1.2结构特征结构特征 1.2.1 本体结构本体结构 可分为两大类：一是单层结构，二是多层结可分为两大类：一

10、是单层结构，二是多层结 构。在单层结构中又有钢板卷焊结构和锻焊结构构。在单层结构中又有钢板卷焊结构和锻焊结构 两种。多层结构有绕带式、热套式等多种形式。两种。多层结构有绕带式、热套式等多种形式。 在单层结构的设计中，一般在反应器等设备在单层结构的设计中，一般在反应器等设备 内壁堆焊双层不锈钢（内壁堆焊双层不锈钢（309L+347）以抵抗）以抵抗H2S的的 侵蚀，单层结构以锻焊结构的优点明显多。表现侵蚀，单层结构以锻焊结构的优点明显多。表现 在：在： 海南炼化海南炼化HNLH 实心锻造可清除钢锭中的偏析和夹杂，实心锻造可清除钢锭中的偏析和夹杂， 8080年代开发的中空锭锻造技术既可降低锭中年代开

11、发的中空锭锻造技术既可降低锭中 的碳偏析，又可使锻件制造时间大为缩短；的碳偏析，又可使锻件制造时间大为缩短； 锻造变形过程的拔长、扩孔等工艺，使锻造变形过程的拔长、扩孔等工艺，使 锻件各向性能差别较小，增加内部致密度，锻件各向性能差别较小，增加内部致密度， 所以材料的均质性和致密性较好；所以材料的均质性和致密性较好； 海南炼化海南炼化HNLH 焊缝较少，特别是没有纵焊缝，从而提高焊缝较少，特别是没有纵焊缝，从而提高 了反应器耐周向应力的可靠性，同时也可缩了反应器耐周向应力的可靠性，同时也可缩 短制造周期及减少制造和使用过程中对焊缝短制造周期及减少制造和使用过程中对焊缝 检查的工作量；检查的工作

12、量； 锻造筒的粗造度和尺寸精度高，可方便锻造筒的粗造度和尺寸精度高，可方便 筒节对接，错边量小；筒节对接，错边量小； 反应器内部支撑结构可加工成与筒体一反应器内部支撑结构可加工成与筒体一 体的结构，这对于防止有关的脆性损伤很有体的结构，这对于防止有关的脆性损伤很有 好处。好处。 海南炼化海南炼化HNLH 1.2.2 细部结构细部结构 细部结构的设计也很重要。一些脆性细部结构的设计也很重要。一些脆性 损伤事故往往发生在一些细部结构部位，损伤事故往往发生在一些细部结构部位， 如内部承受重载荷的支撑圈和较大法兰的如内部承受重载荷的支撑圈和较大法兰的 应力集中的高应力区。对于这些部位以及应力集中的高应

13、力区。对于这些部位以及 对于一些不便于使用中的维护与检测或是对于一些不便于使用中的维护与检测或是 不利于各类应力水平降低的细部结构都作不利于各类应力水平降低的细部结构都作 了一些改进，避免或大大减少了各类损伤了一些改进，避免或大大减少了各类损伤 的出现的出现。 海南炼化海南炼化HNLH 催化剂支撑结构催化剂支撑结构 最早支撑催化剂的支持圈多半都是直接最早支撑催化剂的支持圈多半都是直接 焊接于筒体上，如图焊接于筒体上，如图-1（a）所示。使用中在）所示。使用中在 支持圈处发现多起裂纹，改进为如图支持圈处发现多起裂纹，改进为如图-1（b） 所示的结构。所示的结构。 海南炼化海南炼化HNLH 海南炼

14、化海南炼化HNLH 反应器进出口大法兰密封结构反应器进出口大法兰密封结构 一般反应器进出口管的尺寸较大，其法一般反应器进出口管的尺寸较大，其法 兰多采用环形八角型金属垫片密封。由于螺兰多采用环形八角型金属垫片密封。由于螺 栓载荷大，且原先设计上有不完善之处，曾栓载荷大，且原先设计上有不完善之处，曾 在法兰密封槽内发生过裂纹，因而将该结构在法兰密封槽内发生过裂纹，因而将该结构 的设计的图的设计的图-2（a）改进为图）改进为图-2（b）的结构）的结构 海南炼化海南炼化HNLH 海南炼化海南炼化HNLH 反应器支撑结构反应器支撑结构 为了改善反应器裙座支撑部位的应力状为了改善反应器裙座支撑部位的应力

15、状 况和为使裙座连接处焊缝在制造与使用过程况和为使裙座连接处焊缝在制造与使用过程 检修时能够进行超声和射线检测，将此处的检修时能够进行超声和射线检测，将此处的 结构由过去的图结构由过去的图-3（a）的形式改进为图）的形式改进为图-3（ b）的形式。）的形式。 海南炼化海南炼化HNLH (过 去 的 结 构 (新 的 结 构 图 - 3 催 化 剂 支 持 结 构 的 改 进 海南炼化海南炼化HNLH 改善裙座连接处应力水平的结构改善裙座连接处应力水平的结构 设计设计 反应器在操作状态下，裙座连接部反应器在操作状态下，裙座连接部 位由于器壁和裙座的边界条件差别较大位由于器壁和裙座的边界条件差别较

16、大 ，在设计中往往发现此处的热应力相当，在设计中往往发现此处的热应力相当 大。为了能够使裙座连接部位的温度梯大。为了能够使裙座连接部位的温度梯 度减小，以降低其热应力，对此连接处度减小，以降低其热应力，对此连接处 的设计，由过去的图的设计，由过去的图-4（a）改进为设有）改进为设有 热箱的图热箱的图-4（b）的结构。）的结构。 海南炼化海南炼化HNLH 海南炼化海南炼化HNLH 1.3 主要内件形式及作用主要内件形式及作用 反应器内件的设计性能的优劣与催化剂性能反应器内件的设计性能的优劣与催化剂性能 一道是关系到加氢裂化工艺水平的关键因素。在一道是关系到加氢裂化工艺水平的关键因素。在 加氢过程

17、中存在着气、液、固三相状态，反应器加氢过程中存在着气、液、固三相状态，反应器 内件特别是液体分配盘的设计很重要，如果反应内件特别是液体分配盘的设计很重要，如果反应 物分布不好，就会出现短路、沟流等现象，反应物分布不好，就会出现短路、沟流等现象，反应 温度控制不好，就会出现温度控制不好，就会出现“飞温飞温”、催化剂过快、催化剂过快 结焦、缩短运转周期、目的产品收率下降等情况结焦、缩短运转周期、目的产品收率下降等情况 。反应物均匀分布和反应温度控制是加氢裂化装。反应物均匀分布和反应温度控制是加氢裂化装 置正常运转的关键，因此，优化反应器内构件设置正常运转的关键，因此，优化反应器内构件设 计，确保反

18、应器进料与催化剂颗粒的有效充分接计，确保反应器进料与催化剂颗粒的有效充分接 触，在催化剂床层内不发生流体偏离；以及针对触，在催化剂床层内不发生流体偏离；以及针对 加加 海南炼化海南炼化HNLH 氢反应为放热反应的特点，对于多床层氢反应为放热反应的特点，对于多床层 的情况设置了有效的温控结构（如冷氢的情况设置了有效的温控结构（如冷氢 箱），以保证生产安全和催化剂的使用箱），以保证生产安全和催化剂的使用 寿命。在加氢裂化装置中，到目前为止寿命。在加氢裂化装置中，到目前为止 一般采用固定床的工艺过程。为此，要一般采用固定床的工艺过程。为此，要 确保：确保： 海南炼化海南炼化HNLH 进入反应器的进入

19、反应器的 液体停留时间不要太长液体停留时间不要太长 ，以免过度反应；，以免过度反应； 避免催化剂的流化与磨损；避免催化剂的流化与磨损； 压力降要小压力降要小 基于以上几点考虑，反应器的形式几乎基于以上几点考虑，反应器的形式几乎 都为气液并流的下流式结构，包括：都为气液并流的下流式结构，包括： 入口扩散器入口扩散器 设置目的是防止高速设置目的是防止高速流流 体直接冲击液体分配盘，影响分配效果，体直接冲击液体分配盘，影响分配效果， 海南炼化海南炼化HNLH 从而起到预分配的作用；从而起到预分配的作用； 气液分配盘气液分配盘 目的是使进入反应器的物料均目的是使进入反应器的物料均 匀分散，与催化剂颗粒

20、有效的接触，充分发挥催化匀分散，与催化剂颗粒有效的接触，充分发挥催化 剂的作用；剂的作用； 积垢蓝积垢蓝 置于催化剂床层的顶部，是由各种置于催化剂床层的顶部，是由各种 规格的不锈钢金属丝网与骨架构成的蓝筐，它为反规格的不锈钢金属丝网与骨架构成的蓝筐，它为反 应器的进入物料提供更多的流通面积，使催化剂床应器的进入物料提供更多的流通面积，使催化剂床 层可积聚更多的锈垢和沉积物而不致引起床层压降层可积聚更多的锈垢和沉积物而不致引起床层压降 过分的增加；过分的增加； 冷氢箱冷氢箱 由冷氢管、冷氢盘、再分配盘组成由冷氢管、冷氢盘、再分配盘组成 ，用以控制加氢放热反应引起的床层温升，用以控制加氢放热反应引

21、起的床层温升 海南炼化海南炼化HNLH 热电偶热电偶 对加氢放热反应引起的催对加氢放热反应引起的催 化剂床层温升及床层截面温度分布状况进行化剂床层温升及床层截面温度分布状况进行 监控。监控。 出口收集器等出口收集器等 用于支持下部的催化剂用于支持下部的催化剂 床层，以减轻床层的压降和改善反应物料的床层，以减轻床层的压降和改善反应物料的 分配。分配。 海南炼化海南炼化HNLH 海南炼化海南炼化HNLH 2.高压换热器高压换热器 海南炼化海南炼化HNLH 在炼厂中使用的换热器形式较多，但用于高温高在炼厂中使用的换热器形式较多，但用于高温高 压含有压含有H2和和H2S介质场合的换热器并不多。这是介质

22、场合的换热器并不多。这是 由于随着装置的大型化，所需换热器的尺寸也越由于随着装置的大型化，所需换热器的尺寸也越 来越大，解决给在如此苛刻条件下密封问题带来来越大，解决给在如此苛刻条件下密封问题带来 很大困难。另外，这类装置加工或处理的物料中很大困难。另外，这类装置加工或处理的物料中 都含有腐蚀性介质，换热器需要抽芯进行内部检都含有腐蚀性介质，换热器需要抽芯进行内部检 查，要求管束的拆装方便容易。上述难点和要求查，要求管束的拆装方便容易。上述难点和要求 ，对于炼厂中使用较多的普通大法兰型换热器，对于炼厂中使用较多的普通大法兰型换热器， 虽具有结构简单等优点，但难以满足要求。特别虽具有结构简单等优

23、点，但难以满足要求。特别 是大型化后，这种形式换热器紧固螺栓将很大，是大型化后，这种形式换热器紧固螺栓将很大， 给紧固和拆卸带来相当困难，既不便维修，又难给紧固和拆卸带来相当困难，既不便维修，又难 以保证不泄漏。同时管壳程的大法兰螺栓也随之以保证不泄漏。同时管壳程的大法兰螺栓也随之 海南炼化海南炼化HNLH 变大、变厚，既不易加工，又使金属耗量增变大、变厚，既不易加工，又使金属耗量增 加，从而使制造成本上升。所以，在加氢裂加，从而使制造成本上升。所以，在加氢裂 化和加氢脱硫装置中使用较多的是螺纹环锁化和加氢脱硫装置中使用较多的是螺纹环锁 紧式换热器。紧式换热器。 此类换热器多用此类换热器多用U

24、型管式，它的独特结型管式，它的独特结 构在于管箱部分，管壳程均为高压时称为构在于管箱部分，管壳程均为高压时称为H- H型，对于壳程为低压而管程为高压的称为型，对于壳程为低压而管程为高压的称为 H-L型。型。 海南炼化海南炼化HNLH 主要特点主要特点 密封性能可靠密封性能可靠 这是由于在管箱中内压引起的轴向力通过管这是由于在管箱中内压引起的轴向力通过管 箱盖和螺纹锁紧环传递给管箱壳体承受。它不象箱盖和螺纹锁紧环传递给管箱壳体承受。它不象 普通型法兰换热器，其法兰螺栓载荷由两部分组普通型法兰换热器，其法兰螺栓载荷由两部分组 成：一是流体静压力产生的轴向力使法兰分开，成：一是流体静压力产生的轴向力

25、使法兰分开， 需克服此种端面载荷；二是为保证密封性，在垫需克服此种端面载荷；二是为保证密封性，在垫 片或接触面上需维持足够的压紧力。因此普通型片或接触面上需维持足够的压紧力。因此普通型 法兰换热器所需的螺栓大，拧紧困难，密封可靠法兰换热器所需的螺栓大，拧紧困难，密封可靠 性相对较差。螺纹锁紧环换热器密封结构则不同性相对较差。螺纹锁紧环换热器密封结构则不同 ，螺栓只需提供给垫片密封所需的密封压紧力，螺栓只需提供给垫片密封所需的密封压紧力， 流体静压力产生的轴向力通过螺纹环传到了管箱流体静压力产生的轴向力通过螺纹环传到了管箱 壳体上，由管箱壳体承受，所以螺栓小，便于拧壳体上，由管箱壳体承受，所以螺

26、栓小，便于拧 紧，很容易达到密封效果。紧，很容易达到密封效果。 海南炼化海南炼化HNLH 拆装方便拆装方便 因为它的螺栓小，很容易操作。因为它的螺栓小，很容易操作。 金属用量少金属用量少 结构紧紧凑，占地面积小结构紧紧凑，占地面积小 海南炼化海南炼化HNLH 3.高压分离器高压分离器 海南炼化海南炼化HNLH 3.1概述概述 加氢裂化装置通常在高压反应器的下游设置高加氢裂化装置通常在高压反应器的下游设置高 压分离器，对反应器流出物进行分离。通常采用的压分离器，对反应器流出物进行分离。通常采用的 反应流出物高分流程有冷高分和热高分两种流程。反应流出物高分流程有冷高分和热高分两种流程。 因此随着装

27、置采用的高分流程的不同，高分也相应因此随着装置采用的高分流程的不同，高分也相应 的分为热高分和冷高分两类。本装置设计采用热高的分为热高分和冷高分两类。本装置设计采用热高 分流程，好处是：分流程，好处是： 换热量大大减少，减少高压换热面积；换热量大大减少，减少高压换热面积； 空冷负荷减少，空冷面积大大减少；空冷负荷减少，空冷面积大大减少； 生成油分馏的换热负荷降低，减少投资；生成油分馏的换热负荷降低，减少投资； 可以防止稠环芳烃的积聚，堵塞高压空冷，可以防止稠环芳烃的积聚，堵塞高压空冷， 特别对于全循环流程更为合适；特别对于全循环流程更为合适； 海南炼化海南炼化HNLH 可以避免冷高分的油水乳化

28、现象发生，尤其可以避免冷高分的油水乳化现象发生，尤其 是开停工期间，同时可缩短开工时间；是开停工期间，同时可缩短开工时间； 降低装置的能耗。降低装置的能耗。 从安装方式来看，有立式和卧式之分。从安装方式来看，有立式和卧式之分。 立式的优点是占地面积小立式的优点是占地面积小 卧式更有利于油、水、气的分离卧式更有利于油、水、气的分离 目前大都采用立式，因此，在冷高分设计时目前大都采用立式，因此，在冷高分设计时 ，对内部构件进行了特殊考虑，以满足工艺的需，对内部构件进行了特殊考虑，以满足工艺的需 要。要。 海南炼化海南炼化HNLH 3.2 结构结构 加氢装置中的高分要实现气液两相分离加氢装置中的高分

29、要实现气液两相分离 需要有合适的气相分离空间和充分的液相停需要有合适的气相分离空间和充分的液相停 留时间。对于立式冷高分，由于要分离液相留时间。对于立式冷高分，由于要分离液相 中的油和水比卧式冷高分难度大，因此需在中的油和水比卧式冷高分难度大，因此需在 液相部分设置有利于油水两相分离的聚液器液相部分设置有利于油水两相分离的聚液器 ，以利于缩小分离空间，减小高分体积，降，以利于缩小分离空间，减小高分体积，降 低设备吨位，减少设备投资。低设备吨位，减少设备投资。 海南炼化海南炼化HNLH 二、加氢裂化设备的氢损伤二、加氢裂化设备的氢损伤 形式形式 海南炼化海南炼化HNLH 1.概述概述 在加氢过程

30、中，设备处于高温高压氢气中在加氢过程中，设备处于高温高压氢气中 ，氢损伤是常见的问题。金属材料中由于有氢，氢损伤是常见的问题。金属材料中由于有氢 的存在或氢与金属的相互作用而引起其机械性的存在或氢与金属的相互作用而引起其机械性 能变坏的现象，通称为氢损伤（能变坏的现象，通称为氢损伤（HD）（）（ Hydrogen Damage）。原子态的氢是唯一能通）。原子态的氢是唯一能通 过扩散进入金属中的物质，因而只有原子态的过扩散进入金属中的物质，因而只有原子态的 氢才引起氢损伤。金属材料的氢损伤，根据产氢才引起氢损伤。金属材料的氢损伤，根据产 生条件、作用机理和破坏形态，主要可分为两生条件、作用机理和

31、破坏形态，主要可分为两 大类：一类是在常温时由于氢扩散到金属中而大类：一类是在常温时由于氢扩散到金属中而 引起的氢脆（引起的氢脆（HE）（）（Hydrogen Embrittlement ）和氢鼓泡（）和氢鼓泡（HB）（）（Hydrogen Blistering）；）； 另一类是另一类是 在高温高压临氢条件下，氢进入金属在高温高压临氢条件下，氢进入金属 后产生化学反应，导致材料脱碳、膨胀及沿晶后产生化学反应，导致材料脱碳、膨胀及沿晶 海南炼化海南炼化HNLH 开裂的现象，称为氢腐蚀，简称氢蚀（开裂的现象，称为氢腐蚀，简称氢蚀（HC） （Hydrogen Corrosion）。炼油化工企业中，）

32、。炼油化工企业中， 除了加工含硫原油的原因外，在加氢裂化临除了加工含硫原油的原因外，在加氢裂化临 氢装置中存在有氢损伤的腐蚀环境，尤其是氢装置中存在有氢损伤的腐蚀环境，尤其是 对于装置中处于高温高压临氢环境的反应器对于装置中处于高温高压临氢环境的反应器 、换热设备和工艺管道来说，防止因氢蚀而、换热设备和工艺管道来说，防止因氢蚀而 造成突然事故的问题显得格外重要。造成突然事故的问题显得格外重要。 海南炼化海南炼化HNLH 2.氢的来源氢的来源 金属在冶炼、焊接、酸洗、电镀等生金属在冶炼、焊接、酸洗、电镀等生 产加工过程中都会吸收氢，因此都要加以严产加工过程中都会吸收氢，因此都要加以严 格控制，但

33、这不属于本文讨论的范畴。本文格控制，但这不属于本文讨论的范畴。本文 所关心的是金属设备在使用过程中与含氢介所关心的是金属设备在使用过程中与含氢介 质相接触时所吸收的氢。氢必须首先在金属质相接触时所吸收的氢。氢必须首先在金属 表面成为活性氢原子，然后才能扩散进入金表面成为活性氢原子，然后才能扩散进入金 属。活性氢原子的来源主要是通过以下三种属。活性氢原子的来源主要是通过以下三种 途径：途径： 海南炼化海南炼化HNLH 金属与氢气直接接触金属与氢气直接接触 金属与氢气直接接触，氢分子吸附在金金属与氢气直接接触，氢分子吸附在金 属表面并分解产生活性氢原子：属表面并分解产生活性氢原子： H2 + M

34、H2M H2M H + HM HM H + M 炼化企业的临氢装置都具备这个条件。炼化企业的临氢装置都具备这个条件。 海南炼化海南炼化HNLH 含氢化合物与金属表面接触含氢化合物与金属表面接触 含氢化合物与金属表面接触发生下列化含氢化合物与金属表面接触发生下列化 学反应，释放出原子氢：学反应，释放出原子氢： HX + M MX + H 炼化企业最常见的湿炼化企业最常见的湿H2S环境造成钢的氢致开环境造成钢的氢致开 裂就是由于发生了这类反应：裂就是由于发生了这类反应： H2S + Fe FeS + 2H 它由以下几个步骤完成：它由以下几个步骤完成： H2S在水中发生离解：在水中发生离解： H2S

35、 H+ + HS- HS- H+ + S-2 钢在钢在H2S的水溶液中发生电化学反应：的水溶液中发生电化学反应： 海南炼化海南炼化HNLH 阳极：阳极： Fe Fe+2 + 2e Fe+2 + S-2 FeS Fe+2 + HS- FeS + H+ 阴极：阴极： 2H+ + 2e 2H 海南炼化海南炼化HNLH 金属接触含氢离子的溶液金属接触含氢离子的溶液 水化质子（水化质子（H3O+）在金属表面与电）在金属表面与电 子 复 合 ， 生 成 活 化 氢 原 子 ：子 复 合 ， 生 成 活 化 氢 原 子 ： H3O+ + e H + H2O 当然，通过以上过程产生的氢原子当然，通过以上过程产生的氢原子 ，大部分会以氢气逸出，少部分则吸附，大部分会以氢气逸出，少部分则吸附 于金属表面，然后通过扩散进入金属于金属表面，然后通过扩散进入金属。 海南炼化海南炼化HNLH 3 氢损伤氢损伤(Hydrogen Damage) 3.1 氢脆氢脆 扩散到金属中以固溶态存在或生成金扩散到金属中以固溶态存在或生成金 属氢化物而导