石化装置特点及典型设备检验案例(一)

大型石化装置的特点及典型容器检验（1）容器检验

自治区特种设备检验研究院

2011-3-25

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以石油、石油炼制后的产品、油田气或天然气作为原料•，采用不同

的工艺流程，生产燃料型和润滑型油品、化工原料、化工中间体和其它

化工产品的工业，统称为石油化学工业。

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石油化学工业包括炼油、石油化工、化纤和化肥四大行业，是国民

经济的支柱产业之一，在国民经济中占有重要地位，发挥着重要作用。人

们的衣、食、住、行等样样都离不开石油化工产品。石化产品与人们的

生产生活密切相关，渗透到国民经济的各个领域，被广泛使用在飞机、

传播、汽车及制造业、建筑业和农业上，而且成为发展国防工业和尖端

科学技术必不可少的原料。

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石化企业的特点

随着石油化学工业的迅速发展，也为我们提出了新的课题，即安全

生产问题。石油化工生产从安全的角度分析，不同于冶金、机械制造、

基本建设、纺织和交通运输等部门，有其突出的特点。具体表现在:

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易燃易爆、毒害性、腐蚀性强

石油化工生产，从原料到产品，包括工艺过程中的半成品、中间体、

溶剂、添加剂、催化剂、试剂等，绝大多数属于易燃易爆物质，还有爆

炸性物质。它们又多以气体和液体状态存在，极易泄漏和挥发。尤其在

生产过程中，工艺操作条件苛刻，有高温、深冷、高压、真空，许多加

热温度都达到和超过了物质的自燃点，一旦操作失误或因设备失修，便

极易发生火灾爆炸事故。另外，就目前的工艺技术水平看，在许多生产

过程中，物料还必须用明火加热；加之日常的设备检修又要经常动火。

这样就构成一个突出的矛盾，即怕火，又要用火，再加之各企业及装置

的易燃易爆物质储量很大，一旦处理不好，就会发生事故，其后果不堪

设想，以往所发生的事故，都充分证明了这一点。

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石油化工生产，有毒物质普遍地大量地存在于生产过程之中，其种

类之多，数量之大，范围之广，超过其它任何行业。其中，有许多原料

和产品本身即为毒物，在生产过程中添加的一些化学性物质也多属有毒

的，在生产过程中因化学反应又生成一些新的有毒性物质，

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石油化工生产过程中的腐蚀性主要来源于：其一，在生产工艺过程

中使用一些强腐蚀性物质，如硫酸、硝酸、盐酸和烧碱等，它们不但对

人有很强的化学性灼伤作用，而且对金属设备也有很强的腐蚀作用。其

二，在生产过程中有些原料和产品本身具有较强的腐蚀作用，如原油中

含有硫化物，常将设备管道腐蚀坏。其三，由于生产过程中的化学反应,

生成许多新的具有不同腐蚀性的物质，如硫化氢、氯化氢、氮氧化物等。

根据腐蚀的作用机理不同，腐蚀分为化学性腐蚀、物理性腐蚀和电腐蚀

三种。腐蚀的危害不但大大降低设备使用寿命，缩短开工周期，而且更

重要的是他可使设备减薄、变脆，承受不了原设计压力而发生泄漏或爆

炸着火事故。

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生产装置大型化

目前，世界各国石油化工生产装置的规模越来越向大型化发展，规

模的扩大可以降低单位产品的投资和生产成本。我国乙烯装置已达45万

品的投资和生产成本。我国乙烯装置已达45万吨/年以上，涤纶生产装

置已达48万吨/年以上，年以上，涤纶生产装置已达48万吨/合成氨生

产装置采用了35万吨以上的规模，炼合成氨生产装置采用了35万吨以

上的规模，炼油生产装置的年加工能力已达500万吨以上。油生产装置

的年加工能力已达500万吨以上。通过挖掘潜力和技术改造，生产装置

还会向更大的规模发展。

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生产的连续性

制取石油化工产品，生产的工序多，过程复杂，随着社会对产品的

品种和数量需求日益增大，迫使石油化工企业向着大型的现代化联合企

业方向发展，以提高加工深度，综合利用资源，进一步扩大经济效益。

其生产具有高度的连续性，不分昼夜，不分节假日，长周期的连续倒班

作业。在一个联合企业内部，厂际之间，车间之间，管道互通，原料产

品互相利用，是一个组织严密，相互依存，高度统一不可分割的有机整

体。任何一个厂或一个车间，乃至一道工序发生事故，都会影响到全局。

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工艺过程和辅助系统庞大复杂

石油化工生产从原料到产品，要经过许多工序和复杂的加工单元，

通过多次的化学反应和物理处理过程才能完成，因而生产过程既复杂又

庞大。另外为了满足石油化工生产的需要，需要设有供电、供热等庞大

的辅助系统。生产过程使用的各种反应器、塔、槽、罐、压缩机、均以

管道相连通，从而形成了工艺过程复杂和工艺流程长的一系列生产线。

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石化生产中涉及物料危险性大

发生火灾、爆炸、群死群伤事故几率高发生火灾、爆炸、群死群伤

事故几率高石化生产过程中所使用的原材料、辅助材料半成品和成品，

如原油、天然气、汽油、液态燃、乙烯、丙烯等等，绝大多数属易燃、

可燃物质，一旦泄漏,易形成爆炸性混合物发生燃烧、爆炸；许多物料

是高毒和剧毒物质，如苯、甲苯、氟化钠、硫化氢、氯气等等，这些物

料的处置不当或发生泄漏，容易导致人员伤亡；石化生产过程中还要使

用、产生多种强腐蚀性的酸、碱类物质，如硫酸、盐酸、烧碱等，设备、

管线腐蚀出现问题的可能性高；一些物料还具有自燃、暴聚特性，如金

属有机催化剂、乙烯等。

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石化生产工艺技术复杂，运行条件苛刻

石化生产过程中，需要经历很多物理、化学过程和传质、传热单元

操作，一些过程控制条件异常苛刻，如高温、高压，低温、真空等。如

蒸汽裂解的温度高达1100℃,而一些深冷分离过程的温度低至一100℃以

1100℃,而一些深冷分离过程的温度低至一100℃下；高压聚乙烯的聚合

压力达350MPa,涤纶原料聚酯下；高压聚乙烯的聚合压力达350MPa,涤

纶原料聚酯的生产压力仅12mmHg；特别是在减压蒸储、催化的生产压

力仅1〜2nlmHg；特别是在减压蒸镭、催化裂化、焦化等很多加工过程中，

物料温度已超过其自燃点。这些苛刻条件，对石化生产设备的制造、维

护以及人员素质都提出了严格要求，任何一个小的失误就有可能导致灾

难性后果。

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装置大型化，生产规模大，连续性强

石化生产装置呈大型化和单系列，自动化程度高，只要有某一部位、

某一环节发生故障或操作失误，就会牵一发而动全身。石化生产装置正

朝大型化发展，单套装置的加工处理能力不断扩大，如常减压装置能力

已达1000万力已达1000万t/a,催化裂化装置能力最大为800万t/,

催化裂化装置能力最大为800万a,乙烯装置能力将达90万t/a。装置

的大型化将带来，乙烯装置能力将达90万系统内危险物料贮存量的上

升，增加风险。同时，石化生产过程的连续性强，在一些大型一体化装

置区，装置之间相互关联，物料互供关系密切，一个装置的产品往往是

另一装置的原材料，局部的问题往往会影响到全局。

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装置技术密集，资金密集

发生事故财产损失大发生事故财产损失大石化装置由于技术复杂、

设备制造、安装成本高，装置资本密集，发生事故时损失巨大。成本高,

装置资本密集，发生事故时损失巨大。由于石化装置资金密集，事故造

成的财产损失由于石化装置资金密集，事故造成的财产损失巨大。据有

关资料对1969~1997年世界石化行巨大。据有关资料对1969~1997年

世界石化行业重大事故进行统计分析，发现单套装置的事业重大事故进

行统计分析，发现单套装置的事故直接经济损失惊人（图1）。如1989年

10月美国直接经济损失惊人（1）。如1989年10月美国菲利浦斯石油公

司得克萨斯工厂发生爆炸，财产损失高达812亿美元；1998年英国西方

石产损失高达8.12亿美元；1998年英国西方石油公司北海采油平台事

故直接经济损失达3油公司北海采油平台事故直接经济损失达3亿美元;

2001年巴西海上半潜式采油平台事故损美元；2001年巴西海上半潜式采

油平台事故损失5亿多美元。

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高温、高压、深冷易使设备材料损坏，金属材料发生蠕变、改变金

相组织，降低机械强度，低温会使得设备材料变脆易裂。因此事故易发、

多发性、突发性和严重危害性是石油化工装置的主要特点。1987年的主

要特点。1987年7月8日的石化丙烯睛装置，1996年1996年6月18日

的高化苯酚丙酮装置，1996年718日的高化苯酚丙酮装置，1996年月

19日和2002年7月23日的石化二次乙烯装置19日和2002年23日的石

化二次乙烯装置事故，以及今年919日的高桥精细化工厂事事故，以

及今年9月19日的高桥精细化工厂事故，都说明了石油化工生产装置的

事故多发性和危害性。

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研究石油化工装置的构造特点、火灾危险性和生产过程中的工艺要

求，有助于我们了解掌握石油化工装置的特征和事故发生的规律，有助

于我们掌握事故处置的主动权，针对性地采取处置对策，有助于减轻或

消除事故危害。

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在石油化工生产、加工、输送、储运中常常伴随着易燃、易爆、高

温、高压、深冷、有毒有害和腐蚀等危险因素，由于高温、高压、深冷能

够提高生产效率，降低能源，取得更好的经济效益，石油化工的生产工

艺日益向高深发展，火灾的风险也随之加大。例如石油裂解装置内的温

度高达800~900℃的温度高达800~900℃,生产尿素的反应压力在

lOMPa以上，高压聚乙烯需要在100〜lOMPa以上，高压聚乙烯需要在

100~300MPa的压力和50~300℃300MPa的压力和50〜300℃的高温下

才能聚合生成，乙烯生产要在〜103℃生成，乙烯生产要在〜103℃的低

温下才能运送和储存。

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石油化工装置的构造特点及火灾危险性

石油化工装置具有连续性、工艺过程的复杂性特特点，其装置布置

高度密集，管道纵横交错，密密麻麻，让人眼花缭乱。在错综复杂尽管

石油化工装置中，我认为塔、炉、罐、槽、泵、管线是构成石油化工装

置的基本要素。因生产物料、产品工艺要求等生产要素不同，石油化工

装置的工艺参数也有很大的差别。这里重点分析以下装置：

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（-）蒸发与蒸播装置

蒸发与蒸镯装置是石油化工生产的重要单元，应用十分广泛，蒸发

是在液体表面发性的气化现象，是石化生产中最简单的过程，一般压力

不大，温度不高，相对危险性较小，蒸馀是借液体混合物中各组分沸点

的不同来分离液体，将混合物分离为纯组分的操作过程。蒸播按操作方

法分为间歇蒸播和连续蒸播；按压力分可分为常压蒸储（一般蒸播）、减

压蒸镭（真空蒸储）、加压蒸储（高压蒸储）、特殊蒸馀四种。其过程是

原料一加热一蒸发一蒸镭四种。其过程是原料一加热一蒸发一分播一冷

凝一不同产品冷凝一

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用于蒸播的主要设备称为蒸播塔。蒸播塔按塔板结构（内部结构）

可分为填料塔、筛板塔、浮阀塔、沧罩塔、舌型塔、哨旋塔以及管式塔

等多种形式的塔器。为了经济效益和安全设置的需要，在石油工业生产

中采用常压蒸播与减压蒸储联用并连续进行的方法。

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常压塔的工作温度一般在370℃常压塔的工作温度一般在370℃左

右，例如：工作压力为0.2MPa的原油一如：工作压力为0.2MPa的原油

一换热器和加热炉加热到360〜370℃常压塔一和加热炉加热到360~

370℃一常压塔一分离出汽油、煤油、柴油。减压塔，温度为420℃,

真空高为700〜温度为420℃,真空高为700〜720nlmHg(蒸播装置)

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蒸储装置主要火灾危险性：一是加热过热或用明火加热等引起火灾

爆炸；二是塔壁、塔盘锈蚀使易燃液体或蒸汽逸出；三进出料管道焊接、

密闭装置损坏，燃液体或蒸汽泄漏引发事故；四是物料凝结堵塞管道使

塔内压力增高引起爆炸；五是减压蒸镭中由于内部压力低于常压，如设

备密封不良易吸及空气而有引发着火或爆炸的危险。

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(-)深冷装置

冷却、冷凝、冷冻是石油化工生产中重要环节，一般生产都有热交

换，有加热也有冷却，通过热交换中的不同温度来控制、生产需要的产

品。冷却、冷凝所使用的设备统称为冷凝、冷却器。一般说来，冷冻范

围在一100C内的称为冷冻，而在一100℃200℃范围在一100C内的称为

冷冻，而在一100℃〜200℃或更低的温度称深度冷冻或简称深冷。适当

选择冷冻剂及其操作过程，几乎可以降到摄氏零度或绝对零度的程度。

乙烯的沸点是一103.7℃程度。乙烯的沸点是一103.7℃,因此乙烯的生

产装置需要经过深冷处理才能液化储存。一般常用的压缩冷冻装置由压

缩机、冷凝器、蒸发器与膨胀阀四个部分组成。石化30万吨乙烯装置以

柴油为原料，裂解和分组成。石化30万吨乙烯装置以柴油为原料.，裂解

和分离，生产聚合级乙烯和化学级丙烯的副产品。

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乙烯的沸点一103.在常温下蒸发可得到一70^乙烯的沸点一

103.7℃在常温下蒸发可得到-7（＞--100℃的低温，乙烯的临界温度为

9.5℃100℃的低温，乙烯的临界温度为9.5℃,能在高压（3MPa）和较

高的温度（-25℃）下冷凝，又能在低3MPa）和较高的温度（-25℃压

（0.27Mpa）和较低温度（-123℃压（0.27Mpa）和较低温度（-123℃）

下蒸发，石油化工生产中乙烯、丙烯是石油裂解的产品，可以就地取材,

因此在石油化工生产中常把乙烯作为冷冻剂。乙烯生产中常用丙烯作乙

烯的冷冻剂（乙烯在O.IMpa乙烯生产中常用丙烯作乙烯的冷冻剂（乙烯

在0.IMpa下沸点一47.7℃下沸点一47.7℃）,乙烯与丙烯交换冷却，经

过多级压缩逐级降温，乙烯、丙烯在常温下均属可燃气体，乙烯的爆炸

极限为2.75〜34%,丙烯的爆炸极限为2烯的爆炸极限为2.75〜34%,丙

烯的爆炸极限为2〜11.1%。11.l%o

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由于乙烯、丙烯均属不饱和烧，性质的不稳定性、深冷装置高压和

低温对装置的破坏性，以及乙烯、丙烯的易燃易爆性等特性，石油化工

生产中深冷装置的火灾危险性极大。

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（三）聚合反应装置

聚合装置是将若干个分子结合成一个较大的组成相同而分子量较高

的化合物的反应过程，如聚氯乙烯是氯乙烯的聚合物等。聚合过程在工

业上应用很广泛。乙烯低压聚合可生产高密度聚乙烯塑料；乙烯高压聚

合可生产低密度聚乙烯塑料；丁乙烯、异戊乙烯、苯乙烯、异丁烯、氯

丁二烯、丙烯睛等都可以通过聚合生产各种不同材质的橡胶。

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乙烯聚合目前主要有高压法和低压法两种。高压聚合法的生产压力

在100〜种。高压聚合法的生产压力在100〜300MPa（1000~3000kgf/

平方厘米），300MPa（1000〜3000kgf/平方厘米），再进行二级压缩至

100~280MPa100~（1000〜2800kgf/平方厘米），经过预热1000-

2800kgf/平方厘米），经过预热进入聚合反应器，并连续加入少量氧或有

机过氧化物，在100〜220℃有机过氧化物，在100〜220C下聚合成熔

融状聚乙烯，再生粒半成品聚乙烯。反应成为：

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低压法生产的压力一般低于2MPa,是将低压法生产的压力一般低于

2MPa,是将配制好的催化剂、活化剂和高纯度乙烯加入聚合釜内，在60〜

80℃0.1〜加入聚合釜内，在60〜80℃和0.1〜0.5MPa下进行聚合反应。

在反应中采用0.5MPa下进行聚合反应。在反应中采用较多的是以氧化镁

为载体，四氯化钛为催化剂，三甲基铝或三异丁基铝为活化剂的催化体

系进行聚合反应。乙烯低压聚合生产流程如图：

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聚合反应按照聚合分式可分为本体聚合，悬浮聚合、溶液聚合和乳

液聚合、缩合聚合五种。聚合生产火灾危险性很大：一是反应压力高、

速度快、易分解，如乙烯高压聚合反应一般在130〜300MPa下进行，反

应乙烯高压聚合反应一般在130〜300MPa下进行，反应过程中流速很快,

停留在聚合装置中的时间为10秒到过程中流速很快，停留在聚合装置中

的时间为10秒到几分钟，聚合温度高达150〜300℃几分钟，聚合温度

高达150〜300℃,再加上此条件下乙烯的不稳定性，能分解成碳、甲烷、

氢气等，一旦反应失控很容易着火、爆炸。二是原料、单体、催化剂等

易燃易爆，如烷基铝在空气中氧化自燃，遇湿燃烧爆炸，氧气作为催化

剂加速反应，催化剂的加入均加速了反应过程，如投料控制不当，反应

将是很危险的。三是聚合设备和管道常被聚合物堵塞，以致使装在反应

器上的湿度计，放射性液面计不能起作用，导致反应失控。石化高压聚

乙装置的爆炸威力，据技术人员介绍相当于0.5吨TNT炸药。人员介绍

相当于。5吨TNT炸药。

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高化厂的丁二烯聚合生产顺丁橡胶，脱氧、脱快、聚合串联，聚合

温度50〜氧、脱快、聚合串联，聚合温度50〜60℃,压力0.1〜IMAa,

使用酒精、丁二60℃,压力0.1〜IMAa,使用酒精、丁二烯、金属钠等危

险品，具有易燃、遇湿燃烧等危险特性。

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（四）催化重整装置

在加热、加压和催化剂作用下，对原料的分子结构加以重新调整的

工艺称为催化重整。催化重整主要是对直播汽油、粗汽油进行重整，通

过重整使原料中脂肪脱氢、芳香花和异构化，同时有轻度的热裂化，提

高辛烷值。催化重整所用的催化剂有：铝铝、铝铝、销、银等催化剂。

例如伯重整一般是以常减压蒸储装置的轻汽油为原料•，在伯（即白金）

催化剂的作用下，重整调整分子结构，以提高汽油的辛烷值抽取苯、甲

苯、二甲苯等化工产品。

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催化重整装置内塔群、设备管线多，原料及产品都是闪点较低的液

体和爆炸性很强的气体。以预处理过程中大量使用氢气（1平方米原料

油需加入70〜120平氢气（1平方米原料油需加入70〜120平方米的氢

气）并在22.5Mpa的高压下加方米的氢气）并在2〜2.5Mpa的高压下加

氢，且氢气对碳钢设备腐蚀很大，催化重整过程中，需要很大的加热炉

才能供应所需的反应热，因此产生过程中火灾危险性很大。

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（五）热裂化装置

热裂化装置是化工装置中较危险的生产装置，它主要是对常减微分

油在分储塔与塔底重油一起加热，经裂化后进行冷却，进行高压蒸发、

分偏、再进行低压蒸发获得裂解气、粗汽油和轻柴油。

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热裂化的主要火灾危险性在于，生产过程在高温、高压下进行，裂

化温度450〜程在高温、高压下进行，裂化温度450〜770℃,压力27MPa,

裂解加热炉管处770℃,压力2〜7MPa,裂解加热炉管处用火加热至800〜

1000℃用火加热至800〜1000C,装置内的油品温度一般超过其自燃点，

若漏出即会起火。热裂化过程中产生大量的裂解气，一旦装置不严密很

容易形成爆炸性气体混合物，遇加热沪火源爆炸。热裂化装置是事故多

发装置。

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氧化反应通常是放热反应，有些反应工艺要求需要加热。如乙烯氧

化成环氧乙烷，反应温度为200~280℃烷，反应温度为200~280℃,反

应压力为1〜2MPa；异丙苯气化生成苯酚丙酮，2MPa；异丙苯气化生成

苯酚丙酮，反应温度为105〜120℃反应温度为105〜120℃,反应压力

为0.3MPa。氧化装置最危险的设备是氧化0.3MPao氧化装置最危险的设

备是氧化塔，也称氧化反应哭。反应过程中投料配比不当，控温控压不

当、仪器仪表提供数据有误等极易发生事故。

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热壁加氢反应器系统和管线在用检验

自治区特种设备检验研究院

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本专题研究重点

1、了解加氢裂化装置的原理、流程及特点，以及类似高了解

加氢裂化装置的原理、流程及特点，高压、临氢环境中易发生的材料损

伤类型。温、高压、临氢环境中易发生的材料损伤类型。了解225CrlMo

钢以及其它格铝钢材料(15CrMoRCrCrMoR.2、了解2.25Cr-lMo钢，

以及其它铭铜钢材料(15CrMoR、3Cr-lMo-l/4V-Ti-B)的特性，适用范

围和选材依据。Cr-lMoTi的特性，适用范围和选材依据。了解加氢裂化

反应器的结构特点，以及类似大型高压、3、了解加氢裂化反应器的结

构特点，以及类似大型高压、厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。

厚壁特殊压力容器制造要求和检验方法。加氢裂化反应器和类似大型、

高压、厚壁、4、加氢裂化反应器和类似大型、高压、厚壁、重

要压力容器制造质量控制要点。容器制造质量控制要点。加氢裂化反

应器和类似大型、高压、厚壁、5、加氢裂化反应器和类似大型、高

压、厚壁、重要压力容器定期检验方案编制、检验项目和方法的选

择，容器定期检验方案编制、检验项目和方法的选择，各种检测方

法的应用目的和技术特点各种氢损伤检测方法、缺陷处理方法和安全性

分析。6、各种氢损伤检测方法、缺陷处理方法和安全性分析。

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加氢装置原理、流程及特点加氢装置原理、

加氢裂化是将大分子的重质油转化为广泛使用的小分子的轻质油的

一种加工手段。可加工直播柴油、子的轻质油的一种加工手段。可加

工直播柴油、催化裂化循环油、焦化播出油，也可用脱沥青重残油

生产汽油、循环油、焦化馀出油，也可用脱沥青重残油生产汽油、

航煤和低凝固点柴油。煤和低凝固点柴油。加氢裂化装置是炼油厂最

重要的的生产装置，在高温、高压、临氢状态下操作。产装置，在高温、

高压、临氢状态下操作。加氢裂化装置的工艺流程主要有三种类型方法:

加氢裂化装置的工艺流程主要有三种类型方法：一次通过法：所产尾油

不参加循环。⑴一次通过法：所产尾油不参加循环。部分循环法：所

产尾油一部分参加循环，⑵部分循环法：所产尾油一部分参加循环，一

部分排出装置。出装置。全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排

尾油。⑶全部循环法：所产尾油全部参加循环，不排尾油。加氢裂化

装置主要设备有加氢精制反应器加氢精制反应器、加氢裂化装置主要设

备有加氢精制反应器、加氢裂化反应器、予加氢反应器、加热炉、高压

热交换器、反应器、予加氢反应器、加热炉、高压热交换器、高压空冷

器、高压分离器、高温高压临氢管道、高温阀门等。冷器、高压分离器、

高温高压临氢管道、高温阀门等。详见图1见图1、图2、图3、图4。

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加氢裂化装置流程简图（带循环尾油）图1加氢裂化装置流程简图

（带循环尾油）

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图2大连热壁加氢反应器

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图3

高温高压临氢管线

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图4冷壁加氢反应器

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热壁加氢反应器概述

1、热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温、高温、

热壁加氢反应器是炼油、化工行业关键设备。通常在高温高压、临氢条

件（所谓高温、高压、临氢条件是指温度,高压、临氢条件（所谓高温、

高压、临氢条件是指温度〉250℃,氢分压至少＞1.4MPa）工作，使用条

件十分恶劣。250℃,氢分压至少＞1.4MPa）工作，使用条件十分恶劣。

我国是在80年代初开始由国外引进热壁加氢反应器，80年代初开始由国

外引进热壁加氢反应器2、我国是在80年代初开始由国外引进热壁加氢

反应器，并於89年在国内制造了第一台560吨级锻焊式热壁加氢反应器

年在国内制造了第一台560吨级锻焊式热壁加氢反应器，89年在国内制

造了第一台560吨级锻焊式热壁加氢反应器，目前的制造能力已达到千

吨级（齐鲁石化公司）。）o煤化工目前的制造能力已达到千吨级（齐鲁

石化公司）。煤化工使用的热壁加氢反应器甚至可以达到20002000吨使

用的热壁加氢反应器甚至可以达到2000吨（厚336nlm）。据不完全统计

国内在用的热壁加氢反应器已达上百台。据不完全统计国内在用的热壁

加氢反应器已达上百台。热壁加氢反应器主要是由225cLiMo钢材和锻

件制成的3、热壁加氢反应器主要是由2.25cLiMo钢材和锻件制成的设

计壁厚大致在在80240mm范围内锻焊结构、80〜范围内（设计壁厚

大致在在80〜240mm范围内（锻焊结构、板焊结），内壁堆焊两层奥氏体

不锈钢堆焊层347盖面内壁堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（盖面、构）,

内壁堆焊两层奥氏体不锈钢堆焊层（347盖面、309过渡层），设计压力为

设计压力为820MPa,设计温度大致在370370〜过渡层），设计压力为8〜

20MPa,设计温度大致在370〜目前国内开始大量使用3Cr

lMo-l/4V-Ti3Cr410℃（目前国内开始大量使用3Cr-lMo-l/4V-Ti-B材料

制造热壁加氢反应器或225Cr加钢，造热壁加氢反应器或2.25Cr-lMo

加钢，设计温度可以达450℃）,工作介质主要是H）,工作介质主要是到

450℃）,工作介质主要是H2、油、H2S等。热壁加氢反应器主体材料面

临着介质腐蚀应力腐蚀、介质腐蚀、4、热壁加氢反应器主体材料面临

着介质腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列

问题等一系列问题，腐蚀、氢脆、回火脆化和蠕变脆化等一系列问题，

国内热壁加氢反应器已使用了620年其危险性在逐年递增。壁加氢反

应器已使用了6〜20年，其危险性在逐年递增。有必要给予足够的重视。

必要给予足够的重视。2011-3-2543

111

112

U3

凸台

114

115

s-k116

1

热壁加氢反应器

2011-3-2544

加氢反应器产生的缺陷及部位

缺陷种类回火脆化氢腐蚀裂纹氢致裂纹蠕变裂纹奥氏体不锈钢

焊接部位的氢脆裂纹奥氏体不锈钢堆焊层的剥离应力集中裂纹奥氏

体不锈钢连多硫酸应力腐蚀裂纹2011-3-25产生缺陷温度和现象缺

陷存在部位长期在350593℃下使用350〜下使用，2.25Cr-lMo钢母

材钢母材、长期在350〜593℃下使用，不纯2.25Cr-lMo钢母材、焊缝

物在晶界偏析，产生脆化，物在晶界偏析，产生脆化，材料金属脆性

转变温度向高温侧迁移。脆性转变温度向高温侧迁移。2.25CrTMo钢母

材、2.25Cr-IMo钢母材、焊缝钢母材金属2.25CrTMo钢母材钢母材、

2.25Cr-lMo钢母材、焊缝热影响区400℃蠕变区域＞400℃蠕变区域反

应器开口锻件与壳体连接部位焊缝热影响区高温操作氢扩散入钢内，停

工后反应器内部堆焊层，内构高温操作氢扩散入钢内，反应器内部堆

焊层，件连接焊缝，冷却速度快易开裂件连接焊缝，垫片密封槽高温

操作后急冷使母材与堆焊层筒体、筒体、封头堆焊层界面分离裙座与

封头连接部位，由于结构的不连续性和温度应力裙座与封头连接部位,

外产生的集中应力构件连接部位反应器停工后堆焊上的FeS反应器停

工后堆焊上的FeS与湿反应器内构件和内部堆焊FeS与湿空气中的氧和

水反应生成H空气中的氧和水反应生成H2sX06层产生应力腐蚀裂纹45

长期在250℃以上温度使用，长期在250℃以上温度使用，介250℃以上

温度使用质与钢产生表面和内部脱碳高温操作后急冷

材料选择(纯净化)材料选择(纯净化)

压力容器专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性，压力容器

专用钢材的纯净化不仅能改善钢的制造工艺性，如焊接时抗热裂、抗冷

裂和抗层状撕裂等工艺性能，如焊接时抗热裂、抗冷裂和抗层状撕裂

等工艺性能，更重要的是能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、的是

能显著改善钢的耐腐蚀、抗应变时效、抗回火脆化等使用性能，用

性能，从而可延长压力容器的使用寿命及提高压力容器的使用安全性。

使用安全性。1、专用钢材电炉精炼、真空脱氧；推荐正火加回火(①、

电炉精炼、真空脱氧；②、推荐正火加回火(N+T)。15CrMoR

(l.OCr-O.5Mo)>UCrlMoR(1.25Cr-0.5Mo)>15CrMoRCrMoR(CrMo)

14CrMoR(25CrCrlCrMo)12CrMolCr225CrMo)珠光体耐热钢(GB150

JB4732Crl50>4732)12Cr2MoiR(2.25CrTMo)。珠光体耐热钢(GB150、

JB4732)2、抗氢腐蚀和回火脆化NELSON抗氢曲线①、NELSON抗氢曲

线②、步冷试验控制材料的回火脆化敏感性(制造时机械步冷试验

控制材料的回火脆化敏感性(性能破坏性评价)性能破坏性评价)。

VTr4040+VTr4038℃100°40W式中：VTr4040VTr40+2.5AVTr40

W38℃(100°F)式中：VTr40-脆化型缺口试样的冲击吸收功为40英尺

磅（40英尺磅kg•前V型缺口试样的冲击吸收功为40英尺磅

（5.5kg•m）时对应的温度，40英尺磅脆化转变温度AVTUO英尺

磅脆化转变温度；40的温度，为40英尺磅脆化转变温度；AVTrM-按阶梯

冷却工艺进行回火脆化处理后与处理前的冲击功为4040英尺磅时对应

温进行回火脆化处理后与处理前的冲击功为40英尺磅时对应温度的

变化量。度的变化量。2011-3-2546

材料选择（纯净化）材料选择（纯净化）

3、日本JIS标准对硫磷含量的要求为：P为0.035以日本JIS

标准对硫磷含量的要求为：JIS标准对硫磷含量的要求为035以，S为

035以下以下。下,S为0.035以下。日本石油学会对压力容器专用

钢材的纯净化提出比较明确的推荐性规定，净化提出比较明确的推荐性

规定，如对于高温和高温高压氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，

环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，为了防止在使用过程中逐年老化

（蠕变、蠕变脆化和氢腐蚀）中逐年老化（蠕变、蠕变脆化和氢腐蚀），

要求压力容器专用钢材的硫、磷含量取以下值为妥：碳钢：015以下以

下,S用钢材的硫、磷含量取以下值为妥:碳钢:P为0.015以下,S为0.010

以下；0.5Mo钢：P为0.010以下，S为0.008以下；Cr25Cr

Cr25CrCrCrl.OCr-O.5Mo、1.25Cr_0.5Mo、2.25Cr-l.OMo、3.OCrMo>

CrMo等中温用钢的等中温用钢的P010以下,S为以下,S1.OMo、

5.0Cr-0.5Mo等中温用钢的P为0.010以下，S为0.008以下（2）。J

系数=（Si+Mn）X（P+Sn）X104^120；X系数=

系数10PSb+Sn+As)15ppmppm。(10P+5Sb+4Sn+As)*10-2W

15ppmo湿硫化氢环境下使用碳钢和低合金钢板及锻件，湿硫化氢环境

下使用碳钢和低合金钢板及锻件，其磷含量不应大于0005%硫含量不应

大于0010%量不应大于0.005%,硫含量不应大于0.010%。

2011-3-2547

临氢条件用钢防止脱碳和开裂的操作极限（图4临氢条件用钢防止

脱碳和开裂的操作极限（API941第6版）1998年4月第版年月

2011-3-25

48

2011-3-25临氢条件用C-0.5Mo和Mn-0.5Mo钢的使用经验（API941

第6版）1998年4月49钢的使用经验（图5临氢条件用和钢的使用

经验第版年月

2011-3-25

典型阶梯冷却线图

50

制造要求

1、凡选用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况，凡选

用材料在使用中有可能发生应力腐蚀开裂的情况，制造后均应进行焊后

热处理对不同材料推荐如下的焊前预焊后热处理。制造后均应进行焊

后热处理。对不同材料推荐如下的焊前预热温度（亦可根据焊接工艺

评定确定预热温度）热温度（亦可根据焊接工艺评定确定预热温度）。

CrMo、25CrCrMo150150℃25CrMo2200Cr200℃Cr-0.5Mo>

1.25Cr-0.5Mo^l50℃；2.25Cr-lMo^200℃奥氏体不锈钢堆焊层2100℃

奥氏体不锈钢堆焊层2100C焊接施工中应注意问题：2、焊接施工中应

注意问题：将应力集中较严重的部位如开口接管、⑴、将应力集中较严

重的部位如开口接管、裙座与封头连接部的角焊缝改为对接焊缝。接部

的角焊缝改为对接焊缝。焊缝的边缘应打磨圆滑过渡，⑵、焊缝的边缘

应打磨圆滑过渡，并将焊肉高度磨平以减小应力集中。小应力集中。焊

后热处理（PWHT）温度要选择适当，过高强度降低，⑶、焊后热处理（PWHT）

温度要选择适当，过高强度降低，蠕变断裂延性增加。蠕变断裂延性增

加。所有角焊缝应彻底检查，以确定无裂纹。⑷、所有角焊缝应彻底检

查，以确定无裂纹。反应器制造过程中为提高密封面309347堆焊层的

韧性和抗裂性能过程中为提高密封面309和347堆焊层的韧性和抗裂性

能，347309和堆焊层的韧性和抗裂性能，堆焊层应尽量在最终热处理

后再堆焊和加工。堆焊层应尽量在最终热处理后再堆焊和加工。反应器

内部构件的支座台，3、反应器内部构件的支座台，内裙联接处为防

止裂纹可采用三层堆焊，第一层309第二层308最外层347309,308,

347o采用三层堆焊，第一层309,第二层308,最外层347。2011-3-25

51

制造要求

4、热交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，在热

交换器采用U型管结构时，管子为下列材料时，弯制成型后应进行热处

理。弯制成型后应进行热处理。Mo、CrMo钢管在弯曲半径小于钢管在

弯曲半径小于5⑴、C-1/2MO、CrMo钢管在弯曲半径小于5倍管子

直径时弯管部分和相邻直管300mm处应进行退火300mm处应进行退火。

弯管部分和相邻直管300mm处应进行退火。Crl8Ni9Ti(18Ni321)⑵、

lCrl8Ni9Ti(SUS321)钢管弯制成形后其弯管部分和相邻直管300mm处

要进行固溶化处理空冷。300mm处要进行固溶化处理，和相邻直管300nlm

处要进行固溶化处理，空冷。(3)、热处理后管子硬度小于下列值碳钢：

<HRB72或VI26HB碳钢：<HRB7272或126HBCrOMo钢HRB7777

或140HBCrO.5Mo钢:<HRB77或VI40HBCrMo钢HRB8585或163HB

CrMo钢：<HRB85或VI63HBCrl8Ni9Ti：18NiHRB9090或185HB

lCrl8Ni9Ti：<HRB90或<185HB不锈钢管的快速固溶化处理，采用U不

锈钢管的快速固溶化处理，采用U型管固溶化电加热处理装置，利用电

热在20~120秒中将钢管加热到1050C保温10电热在20秒中将钢管加

热到1050理装置，利用电热在20〜120秒中将钢管加热到1050C保温10

秒后，向管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到秒后，向

管内通压缩空气，90秒时间内将温度迅速冷却到300℃有效避开不锈

钢在450800℃的敏化区域，450〜300℃,有效避开不锈钢在450〜800℃

的敏化区域，消除内应解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。力。2011-3-25

解决不锈钢U形管的应力腐蚀问题。52

制造要求

5、在400℃以上的高温条件下,尽量避免采用异种钢的400℃

以上的高温条件下，焊接接头。格钥钢之间的焊接应采用珠光体焊条，焊

接接头。格铝钢之间的焊接应采用珠光体焊条，焊后需进行热处理,

一般不推荐用奥氏体焊条焊接及焊后不热处理。推荐用奥氏体焊条焊接

及焊后不热处理行热处理，一般不推荐用奥氏体焊条焊接及焊后不热处

理。在制造上采取的措施是：在制造上采取的措施是：根据操作条件

的苛刻程度可以选用双层衬里堆焊（309+347）或单层衬堆焊（347）选

用双层衬里堆焊（309+347）或单层衬堆焊（347）,双层抗剥

离性能要优于单层，如选用单层浅熔深堆焊（PZ法抗剥离性能要优于单

层，如选用单层浅熔深堆焊（PZ法）为提高其抗剥离性能要适当

加大堆焊金属的稀释率。提高其抗剥离性能要适当加大堆焊金属的稀释

率。最近国内采用抗剥离性能好的高速度大电流堆焊法。采用抗剥离

性能好的高速度大电流堆焊法。为防止堆焊层焊接热裂纹和操作中产生

。相，应控制堆焊层焊后状态铁素体的含量在310%范围，焊层焊后

状态铁素体的含量在3〜10%范围，堆焊层的铁素体含量可以采用

谢菲尔图（SCHAEFFLER）含量可以采用谢菲尔图（SCHAEFFLER）估

算或采用铁素体测量仪直接在堆焊层上测量。一般情况下后者测量值偏

高，量仪直接在堆焊层上测量。一般情况下后者测量值偏高，尤其

是单层堆焊。其是单层堆焊。

2011-3-2553

在用检验的意义

1、随着我国炼制原油含硫、含氮、酸值的增高加重了对随着我国炼

制原油含硫、含氮、设备的腐蚀。压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀

疲劳、设备的腐蚀。压力容器面临着防止应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤

等破坏方式的新课题，加氢裂化、加氢重整、损伤等破坏方式的新课题,

如加氢裂化、加氢重整、加氢精制容器的氢损伤与回火脆化、催化再生

器的露点腐蚀、制容器的氢损伤与回火脆化、催化再生器的露点腐蚀、

延迟焦碳塔热疲劳开裂、对低合金高强钢设备的应力腐蚀、焦碳塔热

疲劳开裂、湿H2s对低合金高强钢设备的应力腐蚀、冷换设备的cl腐蚀、

尿素设备的晶间腐蚀、冷换设备的cl-腐蚀、尿素设备的晶间腐蚀、化纤

设备的醋酸腐蚀等等等等。腐蚀等等。企业存在着相当数量的业已达

到设计寿命30年设计寿命（2、企业存在着相当数量的业已达到设计

寿命（30年）的超期服役压力容器。超期服役的H类容器中，超期

服役压力容器。超期服役的n、III类容器中，安全状况级的容器占50以

上，50%为3级、4级的容器占50%以上,其安全性与延寿是目

前企业一个十分重要的课题。一个十分重要的课题。装置与单体设备

的大型化必然导致低合金高强钢的3、装置与单体设备的大型化必然

导致低合金高强钢的广泛应用，但同时会引起裂纹敏感性增强。广泛应

用，但同时会引起裂纹敏感性增强。如目前高强钢压力容器占石化企业

全部在用压力容器的197%其中1010%力容器占石化企业全部在用压力

容器的1.97%,其中10%发现有各种原因造成的裂纹。有各种原因造成

的裂纹。因此如何提高压力容器管理和在用检验水平是目前的一个重要

任务。个重要任务。

2011-3-2554

承压设备风险管理技术

1、承压设备风险管理技术风险=事故概率X事故后果。风险=事

故概率X事故后果。通过对承压设备安全所进行的大量试验研究和

经验积累，人们发现：验研究和经验积累，人们发现：①、绝大部分的

承压设备内部都存在缺大部分的缺陷都是无害的，不会导致设备的失效;

陷；②、大部分的缺陷都是无害的，不会导致设备的失效；③、极少数的

缺陷会导致灾难性的失效后果；④、企业80%的风险是由不到20%设备的

缺陷会导致灾难性的失效后果；企业80的风险是由不到2080%20%提

供的；对于高风险设备可以通过检验检测来降低风险率风险率。提供

的；⑤、对于高风险设备可以通过检验检测来降低风险率。可接受的风

险率：工业生产死亡风险率以死亡/表示。2、可接受的风险率：工

业生产死亡风险率以死亡/（人.年）表示。数量级的死亡风险

率相当人类由于生病引起死亡的疾病死亡率，10-3数量级的死亡风险率

相当人类由于生病引起死亡的疾病死亡率，是社会和人民不能忍受的，

因此必须立即采取措施予以改进；是社会和人民不能忍受的，因此必须

立即采取措施予以改进；数量级的死亡风险率相当于中等程度危险，

10-4数量级的死亡风险率相当于中等程度危险，遇到这种情况应该采取

必要的措施；采取必要的措施；数量级的死亡风险率相当于体育运动的

事故风险率，10-5数量级的死亡风险率相当于体育运动的事故风险率，

人们对此是关心的，也愿意采取措施予以预防；是关心的，也愿意采取

措施予以预防；数量级的死亡风险率相当于地震和天灾的风险率，10-6

数量级的死亡风险率相当于地震和天灾的风险率，人们对此是关心的，

但即使投入再多的钱，效果也不显著，感到有些无能为力。关心的，但

即使投入再多的钱，效果也不显著，感到有些无能为力。以上数量级的

死亡率风险率相当于陨石坠落伤人的风险率，10-7以上数量级的死亡率

风险率相当于陨石坠落伤人的风险率，这种情况投资没有回报，通常没

有人愿意为这类事故投资加以预防。种情况投资没有回报，通常没有人

愿意为这类事故投资加以预防。可接受的风险率实际应用时一方面要从

经济上考虑是否合算、实际应用时，可接受的风险率实际应用时，一

方面要从经济上考虑是否合算、通常取1020倍的保险系数10~倍的

保险系数）另一方面也要考虑时代进步、（通常取10〜20倍的保险系

数），另一方面也要考虑时代进步、科技发人民和政府对人民生命财产损

失的承受力等方面的因素。展、2011-3-25人民和政府对人民生命财产

损失的承受力等方面的因素。55

承压设备无损检测特点

1、无损检测应与破坏性检测相接合：无损检测的最大特点是在不损

伤材无损检测应与破坏性检测相接合相接合：料和工件结构的前提下

检测，具有一般检测所无可比拟的优越性。料和工件结构的前提下检测，

具有一般检测所无可比拟的优越性。但是无损检测不能代替破坏性检测，

也就是说对承压设备进行评价时，无损检测不能代替破坏性检测，也就

是说对承压设备进行评价时，应将无损检测结果与破坏性检测结果（如

爆破试验等）进行对比，无损检测结果与破坏性检测结果（如爆破试验

等）进行对比，才能作出准确的判断。准确的判断。正确选用无损检

测时间：在进行承压设备无损检测时，2、正确选用无损检测时间：在

进行承压设备无损检测时，应根据检测目的，结合设备的特点，选择

合适检测时间。目的，结合设备的特点，选择合适检测时间。正确选用

最适当的无损检测方法：3、正确选用最适当的无损检测方法：由于

各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备

材质、制造方法、工作介质、特点，为提高检测结果可靠性，应根据设

备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的

缺陷种类、形状、部位和取向，使用条件和失效模式，预计可能产生的

缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。选择合适的

无损检测方法。综合应用各种无损检测方法：任何一种无损检测方法都

不是万能的，4、综合应用各种无损检测方法：任何一种无损检测方

法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。应尽可能多用几种

检测方法，每种方法都有自己的优点和缺点。应尽可能多用几种检测方

法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。长补短，以保障承压设

备安全运行。此外在无损检测的应用中，还应充分认识到，此外在无损

检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要

求的“高质量”而是应在充分保证可接受风险率和无损检追求过高要求

的“高质量”，而是应在充分保证可接受风险率和无损检测可靠性的基础

上着重考虑其