加氢联合装置培训讲义(设备部分)

扬子石化股份有限公司炼油厂加氢联合装置100万吨/年中压加氢裂化装置120万吨/年柴油加氢精制装置设备培训讲义编写：谭金龙戴国军2004年2月18日1§1概述联合加氢装置由100万吨/年中压加氢裂化、120万吨/年柴油加氢精制两套装置组成，总投资5.1亿元，由中石化北京设计院(BDI)设计。装置设备选型采用国产和进口相结合，选用技术先进、质量可靠、性能价格等比较好的产品，节省投资并考虑今后技术上的进一步改造与发展。装置中采用进口的设备有：加氢裂化新氢压缩机K-53101A/B、循环氢压缩机K-53102的干气密封系统、8台高压多级泵（4台反应进料泵，4台贫胺液升压泵）、注氨泵、硫化剂泵、部分工艺阀门、关键仪表等。设备具体情况介绍如下。1．设备概况表1－1装置设备数量100万吨/年中压加氢裂化装置120万吨/年柴油加氢精制装置总计反应器(R)2台1台3台塔器(C)6台2台8台容器(D)25台20台45台加热炉(F)2座1座3座换热器(E)22台10台32台空冷器(A)271643台过滤器(FI)3列3列6列泵(P)42台(含液力透平)24台66台压缩机(K)3台3台6台风机2台2台4台其它工艺设备26台套12台套38台套总计160台套94台套254台套22．设备位号简介(1)设备代号：设备名称设备代号反应器R压缩机K加热炉F塔类C冷换设备E空冷器A容器D泵P过滤器SR喷射器、抽空器EJ消音器SIL安全阀SV取样点SC流量孔板RO(2)设备位号：设备位号由设备代号后缀5位数字组成：设备代号－XYZab代号的含义a)X：装置种类1常减压装置，2催化裂化装置，3延迟焦化装置，4蒸汽裂解装置，5加氢装置，6硫磺回收装置，7公用工程系统，8油品储运系统b)Y：装置代号1一套常减压装置，2二套常减压装置1一套延迟焦化，2二套延迟焦化31二加氢装置，2一加氢装置，3加氢裂化，4加氢精制1硫磺回收，2酸水汽提c)Z：装置内部划分的单元号反应系统为100＃，分馏部分为200＃，胺液再生系统300＃，公用工程系统400＃。3．主要设备情况简介1)加氢反应器加氢联合装置共有3台加氢反应器，其中加氢裂化装置2台，反应器位号分别为精制反应器R-53101、裂化反应器R-53102；柴油加氢精制装置1台反应器，位号为R-54101，设计和操作参数见附表。由于介质含有H2、H2S及油气，为了抗氢及抗H2S的需要，反应器的材料选用21/4Cr1Mo，内表面双层堆焊E-309L+E-347。其中R-53101、R-53102壁厚较大，采用锻焊结构；R-54101壁厚较小，采用板焊结构。反应器入口设液体分配器，中间设有催化剂支持盘，分配盘及冷氢盘，底部设有出口收集器，所有内件材料均采用奥氏体不锈钢。2)高压换热器加氢联合装置有8台高压换热器：其中裂化装置4台，位号分别为E-53101、E-53102、E-53103A/B、柴油加氢精制装置4台，位号分别为E-54101、E-54102、E-54103A/B，8台高压换热器都采用Ω密封环型高压换热器。这种结构换热器具有传热效率高，密封可靠，操作周期长，即使在操作过程中发生压力和温度波动的情况下也不易发生泄漏；但其结构较复杂，加工精度高，制造难度较大。由于E-53101、E-54101两台高压换热器在高温、高压、临氢及硫化氢介质的条件下操作，壳体材料采用21/4Cr1Mo，内部堆焊TP309L+TP347双层不锈钢防腐层，管束采用0Cr18Ni10Ti不锈钢。其余几台换热器相应操作条件要缓和一些。3)高压容器加氢联合装置共有45台容器，其中加氢裂化装置25台，柴油加氢精制装置204台。45台中有6台容器(即2台冷高压分离器D-53103、D-54102；2台循环氢压缩机入口分液罐D-53105、D-54105；和2台凝聚器D-53108、D-54106)在高压低温湿硫化氢条件下操作，在这种工况下会产生湿硫化氢应力腐蚀，因此D-53103采用了SA516-70(HIC)、另外5台设备采用了16MnR（HIC）,这两种钢材质相近，均为抗H2S应力腐蚀材料，S、P含量非常低，综合机械性能比较好。为了节省投资，D-54105利旧原二加氢旧高分V-102。3)塔器加氢联合装置共有8台塔设备，其中加氢裂化装置6台，加氢精制装置2台。在这8台塔中有2台循环氢脱硫塔，其操作条件及选材同冷高压分离器。4)高压空冷器加氢联合装置共有16片高压空冷器，其中加氢裂化装置8台，位号A-53101A～H；柴油加氢精制装置8台，位号A-54101A～H。其操作介质中含有油气、H2、H2S及NH3，且在高压低温湿硫化氢条件下操作，因此管箱选用16MnR（HIC）抗H2S应力腐蚀材料。装置高压空冷器采用丝堵式管箱结构形式。加氢裂化装置的A-53101A～H有4台采用变频调速电机来控制冷后温度。管束入口内衬600mm长度的钛管以防止腐蚀。5)新氢压缩机加氢联合装置中共有4台往复式新氢压缩机，其中加氢裂化装置2台，位号为K-53101A/B、加氢精制装置2台，位号为K-54101A/B，一开一备。K-53101A/B采用3级压缩，活塞力为70吨级，采用英国PBL公司产品；K-54101A/B采用2级压缩，活塞力为50吨级，国产。新氢压缩机输送介质含氢量96vol%（设计值），入口压力2.0MPa（G），采用6000V增安型无刷励磁同步电机驱动，K-53101AB单台额定气量为32000Nm3/h，K-54101AB单台额定气量18500Nm3/h。4台机组气缸和填料采用一台公用封闭式软化水站强制冷却。机组中间冷却器、5润滑油冷却器及电机冷却采用循环水冷却。K-53101A/B机组所需辅机设备及一次仪表、二次仪表随机采购，采用PLC+CRT控制显示；K-54101A/B机组所需辅机设备及一次仪表由国内制造厂供货，二次仪表全部引入ITCC综合控制系统。6)离心式压缩机和汽轮机机组离心式循环氢压缩机是加氢装置的关键设备，直接影响装置的平稳连续运行。本装置共有2台循环氢压缩机，加氢裂化装置循环氢压缩机位号为K-53102、柴油加氢精制装置循环氢压缩机位号为K-54102，两台机组均用背压式汽轮机驱动。由于离心式压缩机控制点及控制回路较多较复杂，机组控制系统采用目前最先进的透平－压缩机综合控制系统ITCC，每个机组1套。将其它关键设备的联锁因素和装置的ESD集成在一起，取消了传统的PLC+CRT控制显示。循环氢压缩机的轴封选用干气密封。干气密封技术先进、运行可靠、运行费用低。正常操作时，直接用压缩机出口气体做缓冲气，开停工时，或紧急停机时可通过干气密封系统配置的增压装置将出口气体增压后做缓冲气。考虑到对压缩机的保护，机组设有防喘振控制系统。该系统增加了机组的操作弹性，有利于压缩机的开停车及试运。7)多级高压泵加氢联合装置中共有8台泵如加氢裂化装置中的反应进料泵P-53102A/B、贫胺液升压泵P-53104A/B，柴油加氢精制装置中的反应进料泵P-54105A/B、贫胺液升压泵P-54107A/B，流量大、扬程高、工作条件苛刻。这8台泵在装置中也是非常关键的设备。出于节能考虑，加氢裂化装置中的反应进料泵P-53102A采用液力透平和电机双驱动，并作为主泵，另一台泵P-53102B为备泵。该透平约11级，效率约73％，工质为高分油，可回收功率327KW，可回收总功率的36％。由于贫胺液泵的工作介质中含有腐蚀性介质胺液和湿H2S，因此对于材质要求比较高，除了主要部件采用合金钢外，主轴采用沉淀硬化不锈钢17-4PH。另外，由于对6密封的要求较高，机械密封系统采用了增压型双封结构，也增加了开停机的难度。8)加热炉加氢裂化装置共设2座：即反应进料加热炉F-53101、分馏塔进料加热炉F-53201；柴油加氢精制装置设1座加热炉，即反应进料加热炉F-54101。2座反应进料加热炉采用双室水平管箱式炉，F-53101加热炉热负荷为10.6MW，F-54101加热炉热负荷为11.63MW。炉底设有32台附墙式扁平焰气体燃烧器，工艺介质先经对流室两排遮蔽管再进入辐射室加热至工艺所需温度。辐射盘管采用单排水平管双面辐射布置，其目的在于保证管内两相流动能达到理想的流型，并且使得管外热强度和管壁温度较为均匀，提高管材利用率。对流盘管除二排遮蔽管采用光管外，其余对流管均为翅片管。由于管内被加热介质为H2+油，且含H2S，操作温度、压力较高，所以加氢裂化装置的F-53101辐射炉管采用ASTMA312TP347，2管程，国外采购；加氢精制装置的F-54101辐射炉管采用ASTMA312TP321，2管程，国内采购。为了有效利用加热炉热量，F-53101对流室安排翅片管预热分馏塔进料介质，该部分翅片管的材质为20#钢，翅片材质为碳钢。分馏塔进料加热炉F-53201为辐射—对流型圆筒炉，炉底采用8台圆柱形火焰气体燃烧器，加热炉热负荷为13.4MW。炉管材质选用20号钢，4管程。每座加热炉分别设有加热炉余热回收系统，均采用下置式热管空气预热器回收烟气余热，并设有鼓风机和引风机。§2加氢反应器反应器是加氢反应进行脱硫、脱氮、脱氧、脱金属，对油品加氢的场所，是装置的关键设备，工作条件苛刻，制造困难，价格昂贵。加氢反应器的特点为：多层绝热、中间氢冷、挥发组分携热和大量氢气循环的三相反应器。根据介质的流动性质划分，7它属于滴流床反应器，根据介质是否直接接触金属器壁，分为冷壁式反应器和热壁反应器两种结构。加氢联合装置的3台反应器为热壁式结构。加氢反应器应具备条件：1．有良好的反应性能。液固两相有充分良好的接触，保持催化剂内外表面有足够的润湿效率，以使催化剂活性得到充分发挥，系统反应热能及时有效地导出反应区。尽量降低温升幅度与保持反应器径向床层温度的均匀。2．反应器内部的压力降不致过大，以减少循环氢压缩机的负荷，节省能源。§2.1反应器结构一．反应器内构件反应器内部构件的主要目的是达到气液均匀分布。R-53101、R-53102、R-54101三台反应器内构件包括：入口扩散器、气液分配盘、催化剂支持盘、急冷氢箱及再分配盘、出口集合器等。①入口扩散器它置于反应器顶部，起到初步分配和缓冲进料的作用。②气液分配盘气液分配盘有两种结构，即溢流管分配盘和和泡帽分配盘，泡帽分配盘较常用。使用泡帽分配盘时，由于液体被气流携带通过泡帽的降液管，控制适当的气液流速可使泡帽降液管出口气液流处于喷射流型。泡帽齿缝的高度和宽度对液体的均匀分布都至关重要。这种分配盘使整个床面液相分配，不论气相、液相负荷如何变化，分配盘上的液面会自动调节，不会出现断流、液泛而影响操作。泡帽式分配结构可以获得床层界面温差≯1℃的效果。③催化剂支持盘催化剂支承盘由T形梁、格栅、金属网组成。T形梁及筒体支持圈凸台的强度设计载荷，除考虑构件本身重量外，还要考虑流体净阻力降、床层上部结垢之后增加的8阻力降、催化剂及其内储液体的质量、反向急冷增加的压降和紧急放空时流速增加产生的阻力降。在格栅上面焊接几层不同网目数的不锈钢丝网（根据催化剂颗粒大小而定），起到支承催化剂的作用。格栅上还开有催化剂连通管。④冷氢箱、飞溅盘与再分配盘冷氢箱与再分配盘置于两个固定床层之间。在冷氢箱中打入急冷氢，是为了导出加氢反应放出的反应热，控制反应物温度不超过规定值。冷氢管喷出的氢气流与上床层来的反应物初步混合后进入冷氢箱，在此进行均匀混合。冷氢箱底部是均布开孔的喷液塔盘，气液两相均匀喷射到下层的再分配盘上，再分配盘与顶分配盘结构一样，起到对下床层截面均匀分配的作用。有些设计自催化剂支持盘到再分配盘之间设置几个连通管，内填充瓷球，卸催化剂只要打开底封头上的卸料口，就可以卸出全部催化剂。⑤底部出口收集器底部出口收集器的作用是支承催化剂，疏导反应物料，使催化剂颗粒不流入下游。⑥热电偶套管采用套管热电偶，即铠装热电偶。在测量截面上间隔120°布置3根。二．反应器筒体反应器筒体是由带大法兰的上头盖、筒体和下封头组成，上头盖兼作人孔，密封采用八角垫密封。筒体制造分板焊结构与锻焊结构，