加氢反应器内件安装

摘要：加氢反应器的设计、制造、安装在整个加氢装置的建设过程中占据了举足轻重的地位。本文仅结合自己在施工过程中的切身经历阐述在加氢反应器的检修安装过程中如何实现内件的“安全、优质、高效”安装，确保装置按预定开停工期进行交接。

关键词：加氢反应器；设备内件；安装；

由于加氢反应器在加氢装置的工艺流程中起着核心作用， 2009年9月乌石化公司炼油厂加氢装置停工检修时对加氢反应器进行了整体更换，加氢装置日产1920吨柴油，加氢油比不加氢油价格差按 3000元／吨计算，检修时间提前一天可实现增加利润576万元。在整个检修过程中，由于加氢反应器内件安装的技术要求十分严格，所以加氢反应器的更换最大难点就是新反应器的内件安装。加氢反应器的内件一般由分配盘、冷氢盘、催化剂支持盘等部件组成，这几部分的安装质量直接关系到能否实现工艺流程和达到设计产量的要求，安装质量还对产品的成本（能耗）有很大的关系。由于是在装置停工检修期间进行加氢反应器的更换，内件安装的效率高低也是决定本次施工成败的关键。为实现内件的“安全、优质、高效”安装，确保装置按预定开停工期进行交接，在装置的检修安装过程中我们主要进行了以下工作，提供一些经验介绍，以此能对以后的类似反应器的更换检修施工提供一些参考。

1安装准备（技术准备、机具材料准备、水平度测量仪制作）

施工单位一般在正式施工前很长一段时间就会拿到设计院的设备施工图纸，在拿到图纸之后施工单位应进行一系列的施工前的准备工作；技术人员应仔细阅读设备图纸，弄清设备的构造，特别是关键部件的结构，为内件的现场安装做好技术准备，编制内件的安装施工方案，与经验丰富的钳工师傅一道研究最具操作性的施工方法，做好施工前的技术交底。技术人员在弄清图纸和初步确定好施工方法后，还应积极与设计人员联系，了解设计人员对安装是否有特殊的技术要求和一些关键尺寸的要求。如有特殊要求，应与设计人员一道商讨在安装过程中采取何种措施来实现这些要求。技术人员在全面熟悉图纸和设计意图之后还应对以前编制的施工方案和技术交底进行细化和修改，使方案和交底对安装更具指导性和实用性。在方案确定之后，技术员应及时申报安装所需的施工机具和辅助用材，如根据图纸确定安装螺栓用的各种规格的扳手，用于塔盘找平的各种规格的与塔盘材质相同的垫片。由于塔盘水平度要求较高，我们专门制作了一个如图所示的专用水平度测量仪，

有了这个仪器对后续的安装精确度的保证起了至关重要的作用，因为有了储水罐就减少了水在不同的测点的流动性而实现测量的准确性，使用较硬的塑料管就保证了在不同的测点水不会因管子的变形而导致测量不准，使用蓝色液体便于在设备内部由于光线不足而不致发生读数不准确。

加氢反应器内件安(压缩)

加氢裂化反应器内件的安装

宋亚伟 夏大卫 刘文 胡丽花

摘要 加氢裂化反应器是整个加氢装置的核心装置，反应器内件

安装质量直接关系到加氢裂化反应的质量，本文简述加氢裂化反应器内件安装方法。 关键词 反应器 内件安装 0 前言

大港石化分公司新建100万吨/年加氢裂化装置以减压蜡油及部分焦化蜡油为原料，采用两剂串联尾油全循环工艺，最大限度的生产航煤、柴油，同时生产液化气、重石脑油、轻石脑油等产品。加氢裂化反应器属于本装置的核心设备，高44m，内径3.5m，壁厚207mm，总重800吨。内表面堆焊层材质为不锈钢，由于反应器本身的结构特性比较复杂，内部构件只能从顶部入口进料，给反应器内件安装带来了极大的困难。

1 概况

加氢裂化反应器共有五个床层，其中上面三个床层为精制部分，就是指对馏份油进行脱硫、脱氮、脱氧、脱金属和沥青等杂质及对烯烃、芳烃的加氢饱和，从而来改善油品的气味、颜色和安定性，提高油品的质量。下面两个床层为裂化部分，就是在催化剂作用下，烃类和非烃化合物加氢转化。烷烃、烯烃进行裂化、异构化和少量环化反应；多环化物最终转化为单环化物。加氢裂化均采

用具有裂化和加氢两种作用的双功能催化剂，是催化加氢和催化裂化两种反应的有机结合。加氢裂化实质上是在氢压下进行的催化裂化。

加氢裂化反应器的床层分布结构(见图-1)为最顶部只有一层顶部分配盘，下面四层结构一样，分别由中部分配盘、筛孔盘、冷氢混合箱、冷氢盘、冷氢管、催化剂支持盘组成(见图-2)。

图-2

2 安装顺序

内件开箱检查→地面预组装→反应器内部检查→反应器内部定位划线→中部分配盘安装→筛孔盘安装→冷氢混合箱安装→冷氢盘安装→冷氢管安装→催化剂支持盘安装→

顶部入口

填料

连接板

出口 出口收集器

图-1

清扫(前面四层结构一样，最顶部只有一层顶部分配盘)

3 内件开箱检查

内件开箱检查是反应器安装的一个重要步骤，因为反应器内件结构比较复杂，配件数量和种类比较多，而且多为螺栓和卡子连接。数量的清点和分类对以后的预组装和安装的进度很重要。对于施工技术人员来说，对

内件开箱检查过程，也是

对内件结构和尺寸熟悉

的一个直观过程。因为有些配件涉及到某些专利技术，而在我们施工图上显示的只是一些示意图。很难直观的了解其具体结构形式。

4 地面预组装

地面预组装是加氢裂化反应器内件安装过程中非常重要的一个环节，在地面预组装阶段，可以发现很多难以估计的问题。本反应器由美国UOP公司设计，内件分别由中国一重和意大利制造，预组装不仅是一个检查内件之间相互组装配合的过程，也是对内件安装的一次预演。可以直观的看到内件在反应器内部安装的状态，同时也可以对安装要求尺寸以及注意事项有一个详细的了解。

在地面预组装时，首先要铺设好一个较大平台，平台的平面度要求比较高，根据反应器内件安装要求，平台的平面度要求在±3mm，而且在平台上要铺设一层帆布，以防止反应器内件渗碳（内件全部为不锈钢材质）。同时还要准备一些不锈钢工具如撬棍、特制长柄扳手以及吊装用的吊装带和自制吊装索具等。具备以上条件后开始根据内件制造商提供的组装图开始预组装。反应器内件筛孔盘和冷氢盘的连接部位都是用螺栓连接，需要自备一些不锈钢螺栓，因为不锈钢材质较碳钢比较软，螺栓拧紧后，螺栓螺纹容易被破坏，所以不能用正式螺栓。在预组装冷氢系统时，因为冷氢系统要求密封，配件之间要求用陶瓷纤维密封垫密封，密封垫为一次件，所以在预组装阶段不加密封垫。预组装

时要留出密封垫的尺寸，以确保预组装的尺寸。按照组装图预组装完后，调整好水平度，圆度，以及所要保证的尺寸。完成以上工作后,在每一配件上做好编号（标清层号，方位号等），同时在组装图上要做上相应的标记。做好编号之后，把这一层的配件及所需螺栓和密封件打包或者单独存放，以便进入反应器内部正式安装。每一层内件都要按上述方法进行预组装。

5反应器内部检查和反应器内部定位划线

反应器内部检查和反应器内部定位划线可以在同一个步骤进行。内部检查前要求反应器内部有足够的照明和一个双层操作平台，内部检查项目包括支撑圈的水平度，反应器筒体的圆度，支撑圈之间的距离，以及反应器催化剂卸料口和冷氢入口的检查。支撑圈的水平度用水平连通管来检查，筒体圆度和支撑圈间的距离用卷尺来检查，检查结果做好记录，以便在内件安装过程中保证安装尺寸和间隙。

内部定位划线就是在安装内件之前，在反应器内部确定各盘层的方位以及梁的位置的过程。画完定位线复核无误后用记号笔在反应器内壁做上记号。

6 中部分配盘的安装

中部分配盘由意大利制造，是反应器内件一个床层的最底部的一层（见图-3），它的

主要作用是把油品和从冷氢管过来的冷氢充分均匀的混合反应。每一个床层的结构形式虽然一样，但由于床层的作用不同，所以局部尺寸不一样。安装时要注意各分配盘相应安装床层。安装中部分配盘时要确保分配盘各部件之间的密封，首先要确保四根梁之间的尺寸，以保证各块分配盘的和梁的密封距离。然后要注意分配盘的水平度，以便混氢

图-3

油品均匀充分混合反应。

分配盘的四周和筒体之间要用陶瓷纤维绳密封，陶瓷纤维绳要塞紧塞实，高度和分配盘的边缘平齐。分配盘与筒体支撑圈用L型卡子连接,与梁的密封是单面密封焊接，为了防止焊接变形，在焊接前采用方木支撑法和焊接时采用焊接顺序控制法，先间隔焊接，每隔150mm焊接150mm。然后再进行密封焊接。安装完成后打扫清理分配盘。

7 筛孔盘的安装

筛孔盘是安装在分配盘上部的一个盘层（见图--4），它的主要作用就是把从冷氢箱出来的液体均匀的传给分配盘，它的安装要 求比较高。它的开孔有特点（见图-5），在分配器顶部正对着位置没有孔，分配器与分配 器之间开有孔，以便油品能充分进入分配器。

梁

冷氢箱

筒体 筛孔盘 分配盘

支持圈

图--4

分配器

筛孔盘上的孔

图---5

筛孔盘安装是用卡子连接固定在中部分配盘的大梁上，且筛孔盘和中部分配盘连为一体。安装时要注意筛孔盘上的开孔位置不能在分配器的正上方，同时要注意安装的水平度和卡子位置的密封性。如果水平度不好就能使液体流向不均，反应不充分。安装完成后打扫清理筛孔盘。

8 冷氢混合箱和冷氢盘的安装

冷氢混合箱和冷氢盘是安装在筛孔盘上的一个盘层(见图--6)，它的主要作用是吸收从催化剂支持盘过来的介质和冷氢管过来的冷氢通过溢流通道进入冷氢混合箱进行混合反应。

大梁

溢流通道

冷氢盘

筒体

冷氢盘

支持圈

图—6

安装冷氢混合箱和冷氢盘时，一个非常关键的问题是要注意它的密封性，冷氢混合箱和冷氢盘密封性的好坏直接关系到初次混合的效果和反应的效率。它们之间的所有连接处都必须用陶瓷纤维密封垫垫好，螺栓拧紧。冷氢盘（效果图见图—7）安装不但要求密封好，而且水平度要求也比较高，图-7中四个孔就是溢流通道，中间的圆柱是冷氢管上的分配器。分配器上开有四个孔，每一个孔的位置都正对着两个溢流通道中间，安装时要注意方向。从催化剂支持盘中出来的介质和冷氢通过溢流通道进入冷氢混合箱进行混合反应。安装水平度越好，混合越均匀，反应越充分。

图—7

冷氢混合箱和筛孔盘、中部分配盘预组装完的实物图（图—8）。

图—8

9 冷氢管的安装

冷氢管安装在冷氢盘上部，催化剂支持盘底部。它主要作用是从外部给反应器注入冷氢。冷氢管安装要求冷氢管的安装水平和冷氢分配器出口的方向。同时要注意冷氢管和反应器筒体之间的密封。冷氢管是通过反应器筒体的法兰口安装，安装完后，冷氢管和反应器筒体之间用石墨缠绕垫密封，最后由一块圆环密封板密封焊接。由于床层的作用不一样，所以冷氢管分配器开孔尺寸也不一样，安装时要注意不同的冷氢管安装床层位置。

10 催化剂支持盘的安装

催化剂支持盘是反应器内件安装一个床层最上部一层，也是安装质量最大的一层(见图-9)。它的作用是支撑催化剂，然后介质通过催化剂支持盘的格栅流向下一盘层。

安装催化剂支持盘要注意安装前后顺序，其中最大的梁重1.8吨，采用单绳双跨吊装法。先安装最两侧的月牙形的格栅板，然后再放主梁，每根大梁就位后，迅速安上

梁连接板

梁之间连

格 栅边缘 板

螺栓连接

检

填

料

大梁 格栅格栅

图—9

梁的连接板，以便固定。梁安装完之后，安装格栅板，最后，调整梁和格栅，格栅和反应器筒体，大梁和筒体之间的距离，使之相等且为19mm。（安装完局部效果图见图-10）。为了防止催化剂颗粒泄露和热膨胀，在梁和格栅板，格栅板和反应器筒体及大梁和筒体之间填充φ10mm的钢丝绳和φ25mm的陶瓷纤维绳。钢丝绳双排5层，陶瓷纤维绳为3层。要求钢丝绳和陶瓷纤维绳要塞紧塞实。以防止催化剂颗粒泄露到下一反应层。

图-10

图—8

9 冷氢管的安装

冷氢管安装在冷氢盘上部，催化剂支持盘底部。它主要作用是从外部给反应器注入冷氢。冷氢管安装要求冷氢管的安装水平和冷氢分配器出口的方向。同时要注意冷氢管和反应器筒体之间的密封。冷氢管是通过反应器筒体的法兰口安装，安装完后，冷氢管和反应器筒体之间用石墨缠绕垫密封，最后由一块圆环密封板密封焊接。由于床层的作用不一样，所以冷氢管分配器开孔尺寸也不一样，安装时要注意不同的冷氢管安装床层位置。

10 催化剂支持盘的安装

催化剂支持盘是反应器内件安装一个床层最上部一层，也是安装质量最大的一层(见图-9)。它的作用是支撑催化剂，然后介质通过催化剂支持盘的格栅流向下一盘层。

安装催化剂支持盘要注意安装前后顺序，其中最大的梁重1.8吨，采用单绳双跨吊装法。先安装最两侧的月牙形的格栅板，然后再放主梁，每根大梁就位后，迅速安上

梁连接板

梁之间连

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螺栓连接

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大梁 格栅格栅

图—9

梁的连接板，以便固定。梁安装完之后，安装格栅板，最后，调整梁和格栅，格栅和反应器筒体，大梁和筒体之间的距离，使之相等且为19mm。（安装完局部效果图见图-10）。为了防止催化剂颗粒泄露和热膨胀，在梁和格栅板，格栅板和反应器筒体及大梁和筒体之间填充φ10mm的钢丝绳和φ25mm的陶瓷纤维绳。钢丝绳双排5层，陶瓷纤维绳为3层。要求钢丝绳和陶瓷纤维绳要塞紧塞实。以防止催化剂颗粒泄露到下一反应层。

图-10

11 内部验收与清理

由于反应器内件安装的特殊性和重要性，安装过程中，美国UOP公司技术服务专家要进行全程跟踪指导检查。在安装完每一床层，我们技术人员要进行自检,所有安装方位尺寸达到要求后,由美国技术专家都要进行复检，复检合格后，方可进行下一层安装。

由于在安装过程中，使用大量陶瓷纤维绳和陶瓷纤维垫以及施工过程中留下的灰尘和杂质，在安装完以后一定要进行清理，考虑到一些死角和灰尘难以清理，可用大功率吸尘器进行清理。以达到内件安装清洁度的要求。

结束语

反应器内件安装是一个细致和长期的工程，安装准备工作一定要做充分，地面预组装工序非常重要，尤其是各部件的连接位置合适与否。安装时采用合适的安装方法和安装工具(包括自制)对安装质量和进度都有很大提高。同时安装过程中的工作统筹安排也很重要，可以提高工作效率。本反应器安装的安装方法和安装质量获得美国UOP公司现场技术总监的高度评价。

加氢反应器内件结构分析

蘸震

　 第与　

１

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氢反加应器 内结构件 分　

析于 跃　

摘要 对 ：上 流式 与 下 流式 氢 反加应 器 的内 件结 构 进 行深了 入的 较 和比 分析 。 　

关键词 ：上 流

；下流式 ；式氢加应反器 内；　

件 中图分 号类：Ｔ ６ ９ 献标文识 码 ： Ｂ 章 编 号文 ：１ ７—３５ （０ ５ ０ ０ － ０３Ｅ６ ６ ３ ３５２ ）０ －１０ ６ ０

　Ｓ ｒ ｕ ｃａ ｔ 　 ｄ　 ｎＨｙ ｒ ｇ ｎＰｏ ｅ ｓｇ Ｒ ｅｃ ｏ 　 ｅｎ ｌ　 ＹｕｎＹ ｕ 　ｔ ｕｔ ｒ ｌｕ ｙ ｏ　 ｏｄｅ －ｒ ｃｓ ｉ ａ　ｔ ｒＩ ｔｒ ａ ｓ Ｓ ｎ　 ｅ

ｂＡｔ ａｔ ｒ ｆｕｄ ｃ ｍｐｒ ｏ 　 ｎ 　ｔ ｄ　 ｒ 　ｄ 　 ｎｔｅ ｒｓ ｃｕ ｅ ｆ　 ｐ ｅ －ｏ ｐ 　 ｔ ｎ 　 ｎｏ— ｏｙ 　 ｅｈｄ ｏｅ　 ｓ ｒ ｃＰ： ｏｏ ｎ　ｏ ａｉ ｎ ａ ｓｄ ｕｙａ ｅ ｍ ｅ ａ ｏｈ 　　 ｕｔｔ ｒｓ ｏ　 ｒ ｐ ｗｆ 　 ａ ｄｅｄ ｗ ｎ ｗ ｐ 　ｔｙ ｒ ｇ ｎ — ｓ ｕ ｙ

ｐｌ ｓｃ ｉ ｇ ｒａｔ ｒ ｉ ｅｎａ 　 ｓ ｏｒｅ ｎｓ　ｅ ｃｏ　 ｒｌ ． ｎ

ｔＫｅ 　

ｒ ｓ ｐｕｒ — 　 ｐｏ ；ｏ－ ｗｌｔ ； ｙ ｒｐ ｎｇ —ｒ ｃ ｓｉｇｒ ｔｒ ｉａｔ ａｒｓ ｙ ｗｏ ：ｄｐ ｅ — ｗ ｅｔ ｄ ｎ ｆ ｗ　ｅ ｈ ｄ ｏ —ｅｏ ｅ ｎ 　ｓｃ ｏ；ｎ ｅ ｌ　 ｌ ｙ ｆｏ ｙｐｅ ｎ

加

氢技 术 在 炼 和石 化 工业油中 的应用 十分 广　

扩 散

向器 处于 部下的静 止 体催固化剂 匀 喷均洒 并， 在流　经 化催剂过 程 中发 生 化学 变化 生，成所需 的 目 　 标 品 （ 图 产２ 下 。 式 流 反应 结 构器 简单 ， 在 石　见 ）油 加 氢置装上 大已量 用采 。 　 上式 反应流器 和下流 式 应器反工 艺技术 方 上案

　的特点 ，决 了定反应 器 内 在件 结 上构 明显 有不 ，同　

泛

。 当今，在 各 种 各 样的 加氢装 置 中 仍，以 固定 床 　 应反 使 用 最 器多 固。定 床反应 器从 物 料 流向　

又可 分上为 上 流式 下 流式和 两种 。 今 年 我公 司设 计 　

的数 某台项目大 型 氢加 应反器 中 就 分 别 采 用了 　上 流 和 式下流 式 两种 技术 本 人 ，具在 体设 计 这 两种　 不 同类 型反 器 内应 的件 过 中程 对，此做 了 入深比　

分较析 ，下 分别面介 绍种 两术技的 特点 。 　

下 面 对 内其 的特件 点加 以对比分 析。

　２

内件结构 特点 析分 　

１　工 艺 特　点

　１２ 口入扩散器　 ．

上 流

技 式 术是Ｃ

ｅｒｎ 司 公９ ｈｌｏｖ９ ９ 年请 申 一的 项　专 利 技术 。这 是 种 一上 流 固式 定 床渣油 加 技　

氢 （术 １ 。渣图油加 氢 特 别是 含硫 原 油 渣 油 的　物见 ）

入口 扩 散器 介是 进质入 反应器 遇到 的 一 第个部

　性 化 质除 了 点 高 沸馏、 重分 分、 子量 大 氢、碳 　比小 、含固体 物 外 ， 胶其质 、 青沥 质 、 金 属、 、硫　 氮

含 和量黏 度 也 都比较 或 很 高 ；在 高上流 式 反 应

件　用。于止高速流防直接冲击液体体分配 盘，气使 　产 生 预液混和 并 尽可 能 扩散 到个整 反 应器 截面 。 上　 时同还能到积存起进中一料些锈垢的 用。 　 （）上 作流 式 应器反的 入口扩 散器 设 在下 置封 头　 １ 底部 其侧 ，开面 有 足够 量数 长方 的形孔并 且沿 周　圆均布 ，顶部 一为盖盲 ，在气流向上板吹时动，板　平挡 住 气 向流上的流 动方 向 ， 其经使 过 缓后 沿 侧冲 面　 长形方孑 流 人向 分口 盘配 由。上 流式 于艺 工 流程要 Ｌ　求 原油 自下而上料过反应通器的流很速 ，且低多　 劣为质渣 ，采用油这 样 的入口扩 散 器应 用 效果 良　好

（图 ３　见 ）

器

液 中体 反应物 自 向上 流下 动 与， 传 统的下 流 式 　反应 器 相 比 ， 上 式 反流 应器 具 更低 有的 降 和 更压　大 抗的 压 能降 力 。上 式流技 术 具 有 容易 控 制工 　

参艺数 和操作 简 单等 点优 ， 主 要 于用 厂炼 已 有的固 定　床渣 油加 氢装置 的改造 以提，高 现 有 装置的 　处理能力 加 工较 或劣 质的渣 油 能力 。 的 　 下式流反应 器 的气 体 和 液 体反 应 物通 人过口

　园　

１一重

集大团连设计究院有研公司工限师 ，程辽宁． 连　 １６大 　０　 ６ １

０２１ ～每０ ０ 箩 期　 　 　７ 曼）３期 　

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图

４ 下 流 式 口扩入 器　散

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图５ 上流 式 入 口分 盘配

（上流 ）反 应式器的 人 分口配 由盘 梁 、分主配　 １

—Ｉ

　 、盘罩 板和 化 催剂支 撑组 网 。成其中 ，分 配罩 由顶　盖

和 筒组圆 。成盖在 气顶液流 时动将起到 一 定 的　缓冲 、 吹散 和阻挡 作用 （见 图６ 由。 上于流 式 应反 ）　 的物 器常 用 料劣渣质 ，催油化 剂支撑网 也 到 起很了　 的 过好作 滤用 。　

一 ｌ

口出收 集器 ； 中部 裙２ 筒 ；ｌ 口人扩 散 器 ２ ；人口分 配 盘 一　一 　 一 ３ 人口分配盘 ４ ；口扩人器 。散３ 中部 裙 筒 ４；出 口 收集 器 。 一一 　一 一 　

１图 上流 式反应 　

器图 ２下 流式 反 器应　

．　

， ｉｌ ｋ

Ｉ● 　 盘　

、 ．Ｊ １．．， Ｉ 　，　

．．

Ｉ 　

图３ 上 流 入 式扩 散口器 　

（） 流式 反应 器 下的 人扩口 散器设 在上置 头　封

２顶

部 采 用 的，丝是 网筛结构 。反 的高 流应 物速经料　 丝过 筛 网的阻 挡 使一部， 介分质截 流 后扩 散入在 １： ３　

配 盘分 边周大面积 上 另一， 部分 质介经 丝过网筛 　整

图 ６

上 流式 分配 罩　

（）

下流式 反 器 应入的口 配分盘 由主梁 、筛 　孔

２

盘 泡、 分配盘罩 泡和 罩组 。气成液流 经筛 盘孔 时由

于 发　 垂 直生 碰 撞 粉被 碎并 被且 散 （ 图 吹 ，筛７　见 ）

流 被扩 后 散流 向， 人分配 盘口 的部 中区 域丝，网筛 　 要起主到截 流作用 扩 ，效 散 良果 （ 好 ４图 。 见）

　２ 入 ２分 口配盘 。

孔盘和 罩泡分 盘 上面 的孔错配 开均 布， 分部 物料会

积 　在 泡聚罩分配盘 上 经 罩 溢泡分流配 ， 泡 罩两层　 漏 的形 斗面 斜对物料起 到 有了效 的截 流用 作并， 以且 　此达到 更 的好分配效果 （图 ８ 见。）　 ２ 中部３ 裙筒内件　 中 部． 裙 内筒 件中 的 氢冷 连管 接 分部 均 用采　Ｇ Ｏ ＡＲＬ Ｃ法 兰 连 以便 接于拆 卸和 更 换 。冷 氢 结构

　人

口分 盘配 为了是 一步 均进布反应介 质 改，　善其流动

状 况 实， 现 与其 化剂 催的良 好接 触， 催 使化 　 的剂作用 得到 分发 充 ，进挥而 达到 向和径轴 向的均　

匀

分布 。配盘分 均设在 切线 近处， 这样 可 以增 加　催化剂

容 的积（ 图５ 。 见）

２ 年 第 ５１盛 ７ １　 ０ ０期 （ 期

ｙ ３ｓ ｌｏ ｉｉ ｚ＠ｈ． ｃｍ 　

ｃ

的挡阻用作并，且对冷氢分管配流的流出进体行再

　 １　

次滤过 这。 的里 氢 系冷统采用 了 树枝状 结构， 在　

树　． ． ．　 　　

．　

．　．

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。 ８

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： ｌ　 Ｉ． 　Ｊ Ｊ　 　 　’ｊ Ｉ 　

枝管状上路布分个过滤装多置。这 中部种裙筒 内件　

结构 简 单体积、小 、 省节 高 （度 图 ９ 。 ）见

　（） 下流式 应 反 的器 部 裙中筒 内

件包 括格 栅、 　

图２ ７下 式 流入 分口配 盘　

冷氢盘 、收集盘 管筛、 孑和泡罩盘分配 和泡盘　 罩

Ｌ

ｌ耋ｆ

１ 　　

１ ｆ

　图８

流

式 泡 　草

ｌ中 部 分 盘配； ２ 氢 系统 。冷 一－ 　

９图 上 流 式中部 内 裙 结 构筒

可 使以冷 氢 气 更 匀地均 喷射在 反应 器 整个截 面 上　以改

善 合效混果，并且 能够 排过 多 除反 的应热， 调　 催节 剂 床化层 度 温，使 催化 得剂 更 有到效 地 用 ，利实　现

长 期周 运行 　。

（

图 ） 见１０ 上。 部 格 主栅 要 起支 催 化撑剂 作 用。格　 栅 的下环 冷形 氢管盘上 开 有 个小 数孑，冷 气氢从小　

Ｌ孑 均 喷 出匀 。 冷在氢盘 管下 面 的集收盘 上将上 床层 Ｌ　

流

下来 的 料 与从物冷 盘氢 注管 入的 氢冷 进 行合 。混 　 然后 料 流 物向下 的 面筛 盘孔上 再 次 折 流强 化 混合 ，

再　 进行分配 最 。层底的泡 分配 盘负 罩责对 分 预配　

后

（） 上流式 反应器 的部中裙 筒件内有 中部 配　分 １ 盘和冷氢 系统。 部此 分中部的 配分 设盘有主 梁 、　 配分 、罩 板 和上 下两层盘 化催支剂撑丝 网 。 部上丝网　 支催 化撑剂 ，下而 部 丝则网对下部 催 剂 化 到起好　

的很 气油 作终 的 最分配。 　

ｌ

一格 栅 ２； 冷氢盘管一； ３收集盘一 ；４ 一孔盘筛；５ 泡分配罩 。 ～器　

图

下 流１式 中 内裙 简 结部构　 Ｏ

剂的用使效率 和命 寿所 以。， 多来年 各 都 在努国 　

力 ３ 结　语 　

上综所 述，在 渣油 氢加工艺 中 ， 同 定 床得已 到　

降

低内 的件尺寸 或拆除部 分内件 另。外 催 ， 剂化的

　利 率用 还催与 化 剂的装填 方 有关式。因 此 很 ，多　

老 厂造改 时 都采会 部用分 新 的型 内件 构以增 加 ，应　反器催 化 存剂 储空 间 。未 来油 渣 加氢化催装 置 的发 展 重　点将 主 围要绕 何 如 提装置 的经 高济 来进 性 。行由 　

世于界 原油 资源 限有 ， 质 重的 稠 油、 稠 油 超的采　 量开逐 年 增加，因 而渣油 加氢技 的应 用 术和 展发将更

为　 速 迅 　

。参 考文献　

】【李大 ，加东处理工 艺与氢工程 国中化石 版社 ２０ 出．ｌ ４０

收 　 日期稿：２ １ ～ ６ ０ 　 Ｏ０ ０－２

大

量工 业应 用。 而定固 反床器应内 件设的计 ， 对 　反应 器 操的 作 性起 着至能关重 要 的作用 因此 。近 ，年

　来

国 外 对内加 氢 反器 的研 应究 要集 主在中开 新 型　

发构件 内上。 其目的 在于 增加反 应 内催器 化 剂 的有效　

填 装空 间强 化气和 分液配效果 ， 防以止 沟 流催 、化

　剂结 现焦象 现及延出长 催化 使剂用 效 和 率命 寿。在　反应器 内件

的 选择 设计和上不 能 有 许 失误 些，否　则

仅会 减少 反不应器 的 部内空 ，间而还 会影 响催且化　

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ＣＦ ＨＩ　

加氢反应器的内件支撑结构

加氢反应器的内件支撑结构

12 张新宇 ，孙家鹏

摘要:主要介绍加氢反应器的分配盘支持圈和催化剂格栅支撑凸台的结构形式、制造方法、优缺点以及各种支撑

结构的发展演变。

关键词:反应器内件支撑;结构形式;制造方法;发展历程

中图分类号:TE966 文献标识码:A 文章编号:1673-3355 (2013) 06-0008-03

Internals Support in Hydrogenation Reactor Zhang Xiny，uSun Jiapeng Abst act: The paperma inly introduces the structure style, manufacturing process, merits andof faultsdistribut ionplate r

support ring and catalyst grid support iflangen hydrog enaon reactor as we as development of varioussupports. till

Key words: Internalssuppor ;tStructural style;Manufacturingproce ss;Development

加氢反应器是炼油工艺中的关键设备, 通常处的凸台，无论支持圈还是凸台都属于容器本体结构 于 高 温 、高 压 的临氢状态，内部通常会有氢气 、 的突变，又承受重载荷，所以是应力集中的高应力

区，比较容易产生应力腐蚀，诱发裂纹等各种形式 硫化氢等腐蚀性介质，所以对加氢反应器的材料

及结构都有较高的要求。为了满足各种工艺条件， 的损伤，所以支撑结构的形式及制造方法至关重 加氢反应器的内件结构比较复杂，通常会有入口 要。

扩散器、顶部分配盘，冷氢盘、喷射盘、催化剂 由于加氢反应器一般都是高温高压设备，为了

满足设计要求，反应器主体材料一般都要采用高强 支撑格栅、出口收集器等主要内部构件。而这些

Cr-Mo 钢，因为 Cr-Mo 钢有很好的抗高温氢 度的 盘板的支撑结构不仅仅受到催化剂的重力和液体

压降的作用，而且还面临着应力腐蚀等问题。 腐蚀性能和优良的综合机械性能。又因容器内部工

随着社会对能源需求的不断增长，炼油产业 艺环境中通常都含有硫化氢和氢气等腐蚀性介质， 发展迅猛，同时为了获得更大的经济效益，炼油 筒体内壁通常都 堆 焊 有 E309L+E47( 防 高 温 硫 腐 设备也日趋大型化，而作为炼油工艺中的核心设 蚀) 或 E309L+E316( 防环烷酸腐蚀) 等不锈钢堆

焊层，而内构件通常直接采用抗腐蚀性较好的不锈 备-加氢反应器的制造规模也随之越来越大，反应

器也由原来的多层结构逐步过渡到以更高级的板 钢如06Cr18Ni11Ti 等。

焊结构和锻焊结构为主。由于设备的直径越来越

1 分配盘支持圈的制造及改进 大，在高温高压工艺条件下，钢板的许用应力值 迅速降低，钢 板的厚度已经不能满足设计要求， 1.1 分配盘支持圈的形式及焊接 只能改用锻造结构。现阶段的厚壁锻焊加氢反应 早期的加氢反应器内径较小，内构件重量也较 器最大内部直径已经达到 覫5 400 m m， 壁 厚 达 到 轻，特别是承载泡帽的顶部分配盘和再分配盘的支 340 mm。反应器的内部构件形式也必须随着主体 持圈受力更小，故支持圈大多采用钢板直接加工而 设备的加大而不断改进。反应器的内件支撑一般 成。 是指支撑各种分配盘的支持圈和支撑催化剂格栅

116600 1. 一重集团大连设计研究院有限公司高级工程师，辽宁 大连

2. 一重集团大连设计研究院有限公司助理工程师，辽宁 大连 116600

28 2013 年 第 6 期(总 156 期) yz.js@cfhi.com CFHI

CFHI TECHNOLOGY 设计与计算

(1) 支持圈的加工

首先将钢板校平，然后将钢板内外圆加工到图

纸规定尺寸后，再加工出坡口，为了保证焊透且焊

接后支持圈不变形，通常将钢板加工成双面对称的

焊接坡口 (见图 1)。

图 2 改进后的支持圈结构

因为过厚的支持圈开坡口后，本体所剩余高度会较

小 (不足 30 mm)，且校平工作也很难完成。所以

后来的支撑凸台又采取了其它的改进措施。

图 1 过去的支持圈结构

2 催化剂支撑制造及改进 (2) 焊前准备 对于锻焊结构的反应器筒体一般 是先加工筒节 2.1 板焊反应器凸台结构 内壁至图纸规定尺寸，对于板焊容器直接卷制筒 对于承载较轻的内件，采用上述图 2 结构即 节，需先按技术条件要求对筒体待堆焊表面按 JB 可，但对于支撑较重的内件，如催化剂支撑格栅就 4730.5 进行磁粉检测，?级合格。然后进行筒节的 不太适合，因为凸台的上转角处所受拉应力较大， 堆焊，堆焊 E309L 前需按技术条件要求将筒节预 又因为位于结构突变处，由于长期承重，在临氢状 热到 100~150? ，堆焊完成后空冷至室温再堆焊 态下受材料脆化等因素影响很容易产生应力腐蚀。 E347。 因此，为防止氢脆的发生，尤其是 σ 相脆化现象， (3) 支持圈的焊接 应尽量减少应变幅度，最有效的办法是加大催化剂 筒 体 堆 焊 完 成后，直接在反应器的堆焊层 支撑凸台的转角半径，降低热应力和避免应力集 E347 上 焊 接 不 锈 钢 板 ， 钢 板 材 质 大 多 为 中;尽量保持堆焊金属 E347 和焊接金属有较高的 06Cr18Ni11T、i02219Cr19Ni10 等，由于钢板已经 延性，对于支撑凸台的上转角处应采取最终热处理 开好坡口，所以一般采用双面焊全熔透结构。 后再堆焊表层 E347 的方案以避开敏化温度，防止 1.2 支持圈结构优缺点 晶间腐蚀。所以催化剂格栅的支撑一般都采用堆焊

这种结构的支持圈优点是制造简单，省工时， 的方法，对于板焊且内部堆焊 E309L+E347的反 应 省焊材。但这种焊接结构也有缺点，那就是支持圈 器则应采用在母材处直接堆焊出支撑凸台，然后再 的焊缝也随设备一同进行最终热处理 (一般加氢反 堆焊 E309L+E347，对于支撑凸台的上转角处采取 应器材质都是选用 12Cr2Mo1R或 是 12Cr2Mo1VR 最终热处理后再堆焊表层 E347 的方案，实践证 制造，而用这两种材料制造的反应器必须要进行最 明，采用堆焊能实现 100%自动焊，焊接质量非常 终焊后热处理)，而最终焊后热处理温度时间分别 好 (见图3)。

为 690 ?×8 h 和 705 ?×8 h，最长热处理时间可达 2.2 锻焊反应器凸台的加工与堆焊 32 h，且该温度恰好在奥氏体不锈钢的敏化温度范 (1) 凸台的加工 对于锻焊反应器来说，支撑凸围内 (敏化温度范围 400~850 ?)，而奥氏体不锈钢 台结构得到了根 在腐蚀介质中极容易出现敏化现象，如果发生晶间 本的改善，因为在锻造时筒节内壁处一定会有锻造 腐蚀，将大大降低焊缝金属的强度及韧性。 余量，粗加工筒节内壁时在凸台处只需加工到内壁 1.3 分配盘支持圈焊接的改进 见圆即可，其余部分加工至内径尺寸，这样在内壁

为了解决这个问题，后来的加氢反应器支持圈 上自然就留出了凸台的根部。注意:在凸台的两侧 结构改为在最终热处理以后再焊受力较大的凸台上 应各留 10:15 mm 的加工余量。 转角 (见图 2)。 (2) 凸台的堆焊 筒体内表面及凸台根部加工

但这种结构也仅仅适用于较薄支持圈的焊接。 后，在凸台的长度

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一重技术 设计与计算

利商要求产品的支撑结构全部要求由锻件组成，不

允许堆焊 (见图 5)。

图 3 板焊反应器凸台结构

方向还需要进行 Cr-Mo 钢凸台堆焊，一般采用埋

图 5 锻焊反应器整体凸台结构 弧自动堆焊方法，堆焊时应按照评定合格的焊接工

然而该类结构要求锻件本身必须留有很大的锻 艺认真执行，严格控制焊接热输入量，防止因焊接

造余量，如果支持圈高 60 mm，则锻件壁厚的余量 热输入量过大而降低焊缝金属冲击韧性，也防止焊

就要在原来余量的基础上再加 60 mm，对于厚壁反 接热裂纹的产生，对于堆焊量较大的凸台可在其堆

应器来说最大厚度将达到 300:400 mm，由此造成 焊一半时增加一次中间消应力热处理。应注意在凸

材料浪费，且壁厚过厚还会降低锻件质量，主要是 台的两侧一定要多出凸台根部侧面，以保证凸台厚

因为锻件太厚，淬火冷却时不容易淬透，且锻件的 度的加工量。凸台尺寸达到工艺要求后，入炉进行

冷却效果也不好，会使心部机械性能严重下降，在 消应力热处理。工件出炉后冷却至室温再进行无损

壁厚的 1/2 处取样时将很难达到技术条件的要求， 检测，合格后由重型立车完成凸台精加工。凸 台

特别是冲击韧性及高温屈服强度。因此，与其牺牲 加工结束后，按产品技术条件要求进行尺寸检查、

锻件的力学性能来保证凸台的质量，还不如采用堆 超声 、磁粉等各项检测，合格后进行筒体内表面

焊的结构形式，不但经济合理，安全性也能得到保 的耐腐蚀层堆焊。这种结构的凸台根部与筒体是整

证。 体结构而非板焊反应器类的焊接结构，受力状况较

好 (见图 4)。

结 语3

根据我公司多年的生产经验和反应器使用情况

的信息反馈，对于厚度大于 30 mm 的凸台采用堆

焊的结构最好 (见图 3、图 4)，锻焊结构以图 4 最

为理想，而对于厚度小于 20 mm 的支持圈采用焊

接结构即可 (见图 2)，这样的选择既能保证加氢

反应器的产品质量又能提高反应器的制造效率，缩

短制造周期。

参考文献 锻焊反应器凸台结构 图 4

[1] 李国磊. 炼油设备工程师手册. 北京:中国石化出版社，2003. 2.3 整体结构的凸台 [2] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会编，李世玉主编. 压力容

器设计工程师培训教程. 新华出版社，2005. 对于锻焊反应器的内件支撑结构属图 4 最为理

[3] 仇恩沧. 加氢反应器:讲座稿. 2007. 想。当然，尽管从受力角度来看，一体化结构最 收稿日期:2013-12-13 好，但若如此要求又将引发其它的问题，如国外专

筠

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加氢反应器内件结构分析

设计与计算

10.3969/j.issn.1673-3355.2010.05.006

CFHITECHNOLOGY

加氢反应器内件结构分析

于

跃1

摘要：对上流式与下流式加氢反应器的内件结构进行了深入的比较和分析。关键词：上流式；下流式；加氢反应器；内件中图分类号：TE966

文献标识码：B文章编号：1673-3355（2010）05-0006-03

StructuralStudyonHydrogen-ProcessingReactorInternalsYuYue

Abstract:Profoundcomparisonandstudyaremadeonthestructuresofupper-flowtypeanddown-flowtypehydrogen-processingreactorinternals.

Keywords:upper-flowtype;down-flowtype;hydrogen-processingreactor;internals

加氢技术在炼油和石化工业中的应用十分广

泛。当今，在各种各样的加氢装置中，仍以固定床反应器使用最多。固定床反应器从物料流向上又可分为上流式和下流式两种。今年我公司设计的数台某项目大型加氢反应器中就分别采用了上流式和下流式两种技术，本人在具体设计这两种不同类型反应器内件的过程中，对此做了深入比较分析，下面分别介绍两种技术的特点。

扩散器向处于下部的静止固体催化剂均匀喷洒，并在流经催化剂过程中发生化学变化，生成所需的目标产品（见图2）。下流式反应器结构简单，在石油加氢装置上已大量采用。

上流式反应器和下流式反应器工艺技术方案上的特点，决定了反应器内件在结构上有明显不同，下面对其内件的特点加以对比分析。

2

2.1

内件结构特点分析

入口扩散器

1工艺特点

上流式技术是Chevron公司1999年申请的一

项专利技术。这是一种上流式固定床渣油加氢技术（见图1）。渣油加氢特别是含硫原油渣油的物化性质除了沸点高、馏分重、分子量大、氢碳比小、含固体物外，其胶质、沥青质、金属、硫、氮含量和黏度也都比较高或很高；在上流式反应器中液体反应物自下向上流动，与传统的下流式反应器相比，上流式反应器具有更低的压降和更大的抗压降能力。上流式技术具有容易控制工艺参数和操作简单等优点，主要用于炼厂已有的固定床渣油加氢装置的改造，以提高现有装置的处理能力或加工较劣质的渣油的能力。

下流式反应器的气体和液体反应物通过入口

入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件。用于防止高速流体直接冲击液体分配盘，使气液产生预混和并尽可能扩散到整个反应器截面上。同时还能起到积存进料中一些锈垢的作用。

（1）上流式反应器的入口扩散器设置在下封头底部，其侧面开有足够数量的长方形孔并且沿圆周均布，顶部为一盲盖板，在气流向上吹动时，平板挡住气流向上的流动方向，使其经过缓冲后沿侧面长方形孔流向入口分配盘。由于上流式工艺流程要求原料油自下而上通过反应器的流速很低，且多为劣质渣油，采用这样的入口扩散器应用效果良好（见图3）。

1.一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁大连116600

2010年第5期（总137期）

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一重技术1—出口收集器；2—中部裙筒；1—入口扩散器；2—入口分配盘；3—入口分配盘；4—入口扩散器。3—中部裙筒；4—出口收集器。

图1上流式反应器图2下流式反应器

图3上流式入口扩散器

（2）下流式反应器的入口扩散器设置在上封头顶部，采用的是丝网筛结构。反应的高流速物料经过丝网筛的阻挡，使一部分介质截流后扩散在入口分配盘周边大面积上，另一部分介质经过丝网筛整流后被扩散，流向入口分配盘的中部区域，丝网筛主要起到截流作用，扩散效果良好（见图4）。2.2

入口分配盘

入口分配盘是为了进一步均布反应介质，改善

其流动状况，实现其与催化剂的良好接触，使催化剂的作用得到充分发挥，进而达到径向和轴向的均匀分布。分配盘均设在近切线处，这样可以增加催化剂的容积（见图5）。22

2010年第5期（总

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期）

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图4下流式入口扩散器

图5上流式入口分配盘

（1）上流式反应器的入口分配盘由主梁、分配罩、盘板和催化剂支撑网组成。其中，分配罩由顶盖和圆筒组成。顶盖在气液流动时将起到一定的缓冲、吹散和阻挡作用（见图6）。由于上流式反应器的物料常用劣质渣油，催化剂支撑网也起到了很好的过滤作用。

图6

上流式分配罩

（2）下流式反应器的入口分配盘由主梁、筛孔

盘、泡罩分配盘和泡罩组成。气液流经筛孔盘时由于发生垂直碰撞被粉碎并且被吹散（见图7），筛孔盘和泡罩分配盘上面的孔错开均布，部分物料会积聚在泡罩分配盘上经泡罩溢流分配，泡罩的两层漏斗形斜面对物料起到了有效的截流作用，并且以此达到更好的分配效果（见图8）。2.3

中部裙筒内件

中部裙筒内件中的冷氢

管连接部分均采用

GRALOC法兰连接以便于拆卸和更换。冷氢结构

设计与计算

CFHITECHNOLOGY

的阻挡作用，并且对冷氢分配管流出的流体进行再次过滤。这里的冷氢系统采用了树枝状结构，在树枝状管路上分布多个过滤装置。这种中部裙筒内件结构简单、体积小、节省高度（见图9）。

图7

下流式入口分配盘

（2）下流式反应器的中部裙筒内件包括格栅、冷氢盘管、收集盘、筛孔盘和泡罩分配盘和泡罩

图8下流式泡罩

1—中部分配盘；2—冷氢系统。

可以使冷氢气更均匀地喷射在反应器整个截面上以改善混合效果，并且能够排除过多的反应热，调节催化剂床层温度，使催化剂得到更有效地利用，实现长周期运行。

（1）上流式反应器的中部裙筒内件有中部分配盘和冷氢系统。此部分的中部分配盘设有主梁、分配罩、盘板和上下两层催化剂支撑丝网。上部丝网支撑催化剂，而下部丝网则对下部催化剂起到很好

图9上流式中部内裙筒结构

）。上部格栅主要起支撑催化剂作用。格（见图10

栅下的环形冷氢盘管上开有数个小孔，冷氢气从小孔均匀喷出。在冷氢盘管下面的收集盘上将上床层流下来的物料与从冷氢盘管注入的冷氢进行混合。然后物料流向下面的筛孔盘上再次折流强化混合，再进行分配。最底层的泡罩分配盘负责对预分配后的油气作最终的分配

。

1—格栅；2—冷氢盘管；3—收集盘；4—筛孔盘；5—泡罩分配器。

图10下流式中部内裙筒结构

3结语

剂的使用效率和寿命。所以，多年来各国都在努力降低内件的尺寸或拆除部分内件。另外，催化剂的利用率还与催化剂的装填方式有关。因此，很多老厂改造时都会采用部分新型的内构件，以增加反应器催化剂存储空间。未来渣油加氢催化装置的发展重点将主要围绕如何提高装置的经济性来进行。由于世界原油资源有限，重质的稠油、超稠油的开采量逐年增加，因而渣油加氢技术的应用和发展将更为迅速。

参考文献

[1]李大东，加氢处理工艺与工程中国石化出版社2004.收稿日期：

2010-06-02

综上所述，在渣油加氢工艺中，固定床已得到大量工业应用。而固定床反应器内件的设计，对反应器的操作性能起着至关重要的作用。因此，近年来国内外对加氢反应器的研究主要集中在开发新型内构件上。其目的在于增加反应器内催化剂的有效装填空间和强化气液分配效果，以防止沟流、催化剂结焦现象出现及延长催化剂使用效率和寿命。在反应器内件的选择和设计上不能有些许失误，否则不仅会减少反应器的内部空间，而且还会影响催化

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