预加氢产物分离罐的设计探讨

（1.山东昊华工程管理有限公司，山东 青岛266400；

2. 中石油华东设计院有限公司，山东 青岛266071）

摘  要：预加氢产物分离罐是催化重整装置中比较重要的一台容器。本文就该设备在设计过程中的材料选择、结构设计、制造等问题进行了探讨，阐述了在设计过程中应注意的一些事项。

关键词：容器；材料；结构

催化重整工艺是以石脑油为原料，生产高辛烷值汽油或者轻质芳烃并副产氢气的过程。催化重整工艺一般包含原料预处理、重整反应部分，当生产轻质芳烃时，一般还设有芳烃分离部分[1]。其中预加氢产物分离罐是预处理单元中比较重要的一台设备。本文根据某项目催化重整装置预处理单元中预加氢产物分离罐的设计及使用情况，就该容器材料选择、结构设计、制造等问题进行了探讨。

1 材料选择

预加氢产物分离罐中操作介质为混合石脑油、氢气、硫化氢。在某项目的催化重整装置中，该设备操作压力为2~4MPa，操作温度~40℃。

预加氢产物分离罐在操作过程中与水、硫化氢接触，使用过程中在腐蚀性介质作用下，可能产生硫化物应力开裂、氢诱导开裂、氢鼓泡、阶梯裂纹、应力导向诱导开裂等风险，以及壁厚减薄、承载力下降，导致发生泄漏、引起火灾、甚至爆炸等事故。

根据设备介质情况，需要考虑湿硫化氢应力腐蚀。根据SH/T 3193-2017“石油化工湿硫化氢环境设备设计导则”规定，在湿硫化氢环境下，使用的材料主要有三大类：普通碳素钢和碳锰钢、抗HIC普通碳素钢和碳锰钢以及普通碳素钢和碳锰钢加不锈钢复合材料[2]。综合考虑设备的安全性，经济性，设备材质一般选用Q345R(RHIC)、16Mn(RHIC)。

2 结构设计

预加氢产物分离罐一般选用卧式容器。设备的计算、鞍座的布置等依据GB/T 150-2011“压力容器”和NB/T 47042-2014“卧式容器”，充分考虑内压、外压、地震载荷、风载荷等因素，并考虑一定的腐蚀裕量确定出满足要求的壳体和接管厚度。结构上，不连续处采用圆滑过渡减小应力集中。

本部分主要就预加氢产物分离罐进料口结构、液位计开口结构、液包开口结构等问题，并结合开口补强计算问题进行讨论。

2.1  进料口结构

进料口结构设计是否合理直接影响着工艺操作和设备的使用。根据操作介质特性，进料口选用图1所示结构。

进料口接管法兰应按照标准进行补强计算，并在设备内部增加一段内伸管。在内伸管部分开槽，开槽开口朝向临近的封头，有利于气液分离，并可避免液面产生剧烈扰动。开槽位置及开槽大小需根据工艺要求进行计算。根据设备直径、内伸管规格不同，可以在内伸管下端增加支撑结构，增加内伸管的稳定性。

2.2  液位计开口结构

液位计开口一般比较小，当满足GB/T 150.3-2011中6.1.3的所有条件时，开孔补强可免除计算[3]。当接管偏心或者倾斜布置时，应核算是否满足免除计算的条件。

在有的设备中，设备液位较低，液位计开口的位置距离设备中心线较远，开孔的长径与短径之比大于2，超出等面积法补强计算适用范围。

在此种情况下，可在原开孔位置增加径向厚壁管，进行开孔补强计算，并增加弯管（或者弯头）连接液位计口接管法兰，见图2所示结构。

2.3  液包开口结构

预加氢产物分离罐一般需要设置液包。液包的直径较大时，按照保持内径不变，向外增加壁厚的方法（图3），可能超出等面积法补强适用范围和应用限制条件。此时可采用圆筒径向接管开孔补强设计的分析法或者ASME方法进行计算。也可以采用图4方法，保持外径不变，向内增加壁厚的方法，以达到缩小计算开孔直径，进行补强计算。此方法同时有利于降低材料成本。

不同的补强设计方法都规定了结构尺寸、开孔形状、圆角过渡、材料强度、焊接接头检测和制造检验等方面的要求，设计时应根据具体选用的计算方法确定合适的参数。

3 制造注意事项

湿硫化氢腐蚀环境下的硫化物应力开裂对硬度比较敏感，因此，在制造过程中，应对焊缝（包含角焊缝、对接焊缝）的硬度检测足够重视。设备全部焊接工作完成后应进行焊后消应力热处理。热处理温度不应低于610±10℃，且不允许采用降低热处理温度，延长保温时间的方法消除设备的残余应力。

4 结语

预加氢产物分离罐应根据设备操作条件，介质中的腐蚀成分等，确定设备材质，并根据标准、规范的要求完善设备结构。在设计中还应根据设计经验，使用情况等优化设备设计，做到既安全可靠，又经济合理。

参考文献

[1] 刘家明.石油化工设备设计手册［M］.北京：中国石化出版社，2013：1081-1089.

[2] SH/T 3193-2017，石油化工湿硫化氢环境设备设计导则［S］.

[3] GB/T 150.1~150.4-2011，压力容器［S］.

来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第5期   在线投稿  >>