關于加氫反應器的制造檢驗及在用檢驗第1頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器的制造檢驗使用與防腐前言1加氫反應器及材料的發展過程2加氫反應器的制造與檢驗3加氫反應器的使用和腐蝕4.加氫反應器的使用中腐蝕問題實例5加氫反應器的在用檢驗第2頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器主要作用高溫、高壓加氫反應器主要用于加氫裂化、精制以及加氫重整、脫硫和脫除重金屬等工藝過程,是石油化工行業的重要裝置。在生產中使加氫處理達到低成本、高效率。①脫出物料中的不純物。例如PTA裝置中的加氫反應器使TA(對苯二甲酸)中的不純物對羧基苯甲醛（4－CBA）還原成對甲基苯甲酸(P-TA)。通過后面的工序把溶于熱水的對甲基苯甲酸除去,從而制得精對苯二甲酸（PTA）。第3頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三重油加氫精制②重質原料油的裂解精制,提高產品的出率和品質。反應器的工作介質為石腦油原料氣(含氫氣)。其主要工作原理是石腦油通過加熱器加熱至(400±10℃)進入加氫反應器,這時石腦油的主要成分為甲烷、乙烷、芳烴、烯烴等含硫不飽和烴,通過催化劑的作用,加入氫氣,使不飽和烴變成飽和烴。第4頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三脫出有害元素③脫出有害元素硫、氮、氧的有機物，在加氫處理過程中產生斷鏈反應。脫硫-S-+H2→H2S；脫氮-N-+H2→NH3；脫氧-O-+H2→H2O；脫鹵Cl-+H2→HCl④脫除重金屬。加氫處理脫去原料中的砷鉛銅等金屬第5頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器及材料的發展過程

國內六七十年代制造的加氫反應器多為冷壁反應器。這種形式的反應器內的隔熱層占據了內殼的空間，減少了反應器容積的利用率，浪費了材料。另外，由于冷壁反應器內的非金屬隔熱層在介質的沖刷下或在溫度的變化中極易脫落損壞，造成了反應器的不安全隱患。而熱壁反應器卻克服了上述的缺點。第6頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三三個重要指標回火脆化敏感性系數J=(Si+Mn)(P+Sn)×104≤100(目標值80);X=(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2≤15ppm(目標值12);回火脆化敏感性試驗

vTr54+3ΔvTr54≤0℃。第7頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三第一階段:拼焊內襯不銹鋼筒,Cr-Mo鋼板＋收口筒節鍛造,+10℃,AKv≥55J(一個最低值≥47J);第二階段:整體結構,雙層堆焊,Cr-Mo鋼,-15℃,工廠＋現場組裝,vTr54+2.5ΔvTr54≤+38℃,J≤180,AKv≥55J(一個最低值≥47J);第三階段:整體結構,雙層堆焊,-30℃,AKv≥55J(一個最低值≥47J,工廠＋現場組裝,J≤130;第四階段:整體結構,雙層堆焊Cr-Mo鋼和添加V,內徑Φ4500mm,工廠＋現場組裝,J≤130,X≤10ppm,vTr54十2.5ΔvTr54≤0℃加氫反應器發展的四個階段第8頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三國內主要制造廠中國第一重型機械集團公司(簡稱一重)用2.25Cr-1Mo（F22）鍛鋼制造了近百臺加氫反應器。此外,蘭石、上鍋和金重等先后也用2.25Cr-1Mo鋼制造了多臺加氫反應器。第9頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器鋼材

三種鋼材性能比較第10頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三2.25Cr-1Mo(F22)2.25Cr-1Mo鋼是用于加氫反應器最成熟的鋼種,它廣泛用在重油加氫裂化和加氫脫硫裝置。對使用26年的6臺反應器進行檢測和解剖分析證明:對于設計溫度≤454℃、氫分壓≤20.7MPa的加氫反應器,采用2.25Cr-1Mo鋼制造是可靠的。第11頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三表3加氫精制反應器某些部件

回火脆性的實測值第12頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三表4加氫精制反應器某些部件力學性能的實測值第13頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三2.25Cr-1Mo-0.25V(F22V)發展煤的液化技術,需要開發能適應設計溫度達482℃和更高壓力臨氫環境的鋼材。與常規2.25Cr-1Mo和3Cr-1Mo-0.25V鋼相比,2.25Cr-1Mo-0.25V有更高的最大許用應力值。設計技術條件對鋼材化學成分的要求見表。第14頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三國產化的F22V指標化學成分的實測值均能滿足設計要求;回火脆性的實測值:J系數為42～68;X系數為6.6～8.55ppm;vTr54+3ΔvTr54為-91.8～-40.7℃，均低于0℃～-18℃;AKV平均值為170～290J、最低值為150J;HB為179～225。這表明國產化的F22V各項指標接近日本制鋼產品的水平。第15頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三1．3加氫反應器

鍛件進口和國產的性能比較我國目前在制的世界上最大的煤液化裝置中的兩臺加氫反應器是一種流態化床的加氫反應器。設計殼體選用2.25Cr-1Mo-0.25V鍛鋼。兩臺煤液化反應器中各有11個筒節采用法國進口的2.5Cr-1Mo-0.25V鍛鋼精加工筒節。內徑Φ4812mm、壁厚334mm、長度2750mm、每個筒節凈重117.4t。第16頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三差距中、法鍛件都能滿足設計要求。國產的鋼材對有害元素的控制上(P、S、As、Sb、P+Sn)稍有遜色;J、X系數也稍高于法國。兩國鍛件力學性能相當,但法國鍛件抗回火脆性優于中國。第17頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三2加氫反應器的制造與檢驗以中石油克拉瑪依分公司的兩臺加氫反應器的制造為例介紹加氫反應器的制造與檢驗的技術要點。加氫處理保護反應器和加氫處理反應器是30萬噸/年潤滑油高壓加氫裝置中的兩臺核心設備。選用2.25Cr-1Mo–0.25V鋼板制造,是國內迄今為止器壁最厚的板焊式加氫反應器。第18頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三2.1設備的主要技術參數設計壓力19.53MPa;設計溫度454℃;操作介質油氣、氫氣、硫化氫;設備內徑:Φ2200mm;壁厚(140+7.5)mm;總高:26050mm(加氫處理保護反應器),35775mm(加氫處理反應器);水壓試驗壓力:28.4MPa(臥置)。第19頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三制造要點①鋼板。設備殼體用SA542TyepdCL14A鋼板,厚度為140mm,鋼板供貨商為法國阿賽洛公司。②鍛件。設備所用2.25Cr-1Mo–0.25V鍛件由上海福勤機械有限公司提供,對應法蘭0Cr18Ni10Ti鍛件由蘭石鍛熱廠提供。材料進廠后對其質量證明書進行審查,鋼板和鍛件按設備專用技術條件有關要求驗收合格;對于主要受壓元件用料按有關要求進行化學成分、力學性能及超聲波探傷復驗。

第20頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三回火脆性系數回火脆化敏感性系數J=≤100(目標值80);X=≤15ppm(目標值12);回火脆化敏感性試驗vTr54+3ΔvTr54≤0℃。金相組織照片不存在板條狀組織,晶粒度不小于7級。第21頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三金相組織照片（貝氏體組織）第22頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三表11全板厚硬度測試

沿板厚方向以5mm間隔進行了全厚度硬度測試,見表11?？梢钥闯?沿板厚方向其硬度差值小于13HV10,說明沿厚度方向上力學性能均一性良好。第23頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三焊接材料設備主體焊縫采用法國SAF公司生產的焊絲。焊絲:S225V,焊劑:F537,焊條:E225V。第24頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三設備制造工藝--厚壁筒節成型

由于筒節壁厚140mm,直徑相對較小,曲率大,要求筒節圓度≤7mm;因此筒節成形是一大難點。確定采用溫卷、溫校成型工藝。加熱溫度低于鋼板的回火溫度。筒節卷制成形后,逐件進行100%超聲檢測,符合JB4730—94Ⅰ級要求;檢查筒節幾何尺寸:圓度差最大6mm,A類焊縫最大棱角度為3，最大錯邊量2mm,全部合格。筒節中溫卷板/校圓:加熱溫度660+15-10℃,保溫時間5h。第25頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三封頭成型

封頭為球缺形,整板下料在水壓機上整體熱沖壓成型。加熱溫度940±20℃,保溫時間2h;成型后封頭進行淬火+回火熱處理。封頭正火:加熱溫度930+15-10℃,保溫時間3h。保溫后出爐淬火采用專用噴淋裝置；封頭回火:加熱溫度720+15-10℃,保溫時間3.5h,空冷。檢查封頭成型后最小厚度為97.2mm,內表面形狀偏差最大為8mm,均符合圖樣要求。每個封頭帶1塊母材熱處理試板，試板模擬焊后熱處理:≤400℃裝爐,升溫和降溫速度均≤50℃/h,加熱溫度705+5-14℃,保溫時間14h。試板焊后熱處理后,力學性能檢驗全部合格。第26頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三焊接工藝評定項目第27頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三產品的焊接

產品的焊接主要采用電弧焊和埋弧焊兩種焊接方法。依據評定結果,確定產品焊接工藝為:焊前預熱≥180℃,多層多道焊;焊條電弧焊的焊接線能量控制在16～27kJ/cm,埋弧焊的焊接線能量控制在22～32kJ/cm;層間溫度≤250℃;焊后立即進行消氫處理（300～350℃×5h）;從而獲得成形美觀和無損檢測合格率高的焊接接頭。第28頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三焊后熱處理加氫反應器設備整體進爐進行最終焊后熱處理,加熱溫度705+5-14℃,保溫8h?？刂蒲b爐溫度≤400℃,升、降溫速度≤50℃/h。第29頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三設備內壁堆焊層的要求部件內壁堆焊309L+347L后,要在堆焊層表面2.5～3.0mm以下處取樣進行化學分析,其結果應滿足表8的要求。表8堆焊層347熔敷金屬的化學成分(%)第30頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三堆焊層試塊做抗氫剝離試驗

在試塊上按工藝堆焊TP309L+TP347L,將試樣置于氫氣壓力19MPa,470℃,經48h恒溫,升溫速度50℃/h,降溫速度260℃/h至室溫。試驗循環6次,要求第一循環試樣冷卻到室溫24℃以后,停留168h,再升溫至第二循環。第二至第六循環,試樣冷卻到24℃以后各停留48h。最后對試樣堆焊層進行超聲檢測,不允許有剝離現象。第31頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三水壓試驗設備在廠內臥置進行了水壓試驗,試驗壓力為28.4MPa,試壓用水氯離子含量≤15ppm。水壓試驗一次合格。第32頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三

加氫反應器現場組焊技術

及質量控制要點

一重為某廠制造的加氫反應器筒體內徑為Φ4413mm;壁厚為127mm;封頭的最小壁厚為68mm;總高為28531mm;總重410420kg。由于反應器組焊后超長、超重,無法進行整體遠距離運輸,所以分上、中、下三段運到現場進行現場組焊,即編號為B7的焊縫和編號為B11的焊縫必須在現場組焊。第33頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三設備的起吊--組裝精度控制在組焊現場使用汽車吊,吊放殼體時要使用兩臺吊車同時工作。先組焊下段、中段,將工件吊至滾輪架組以后仔細調整,使殼體下段、中段對中，滿足組對的質量要求，完全組焊完畢后,再組焊上段、中段,按上述方法進行調整。第34頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三現場焊接--現場熱處理按焊接規程的要求,焊接區域進行150~250℃的預熱,且對焊接電流、電壓、焊速等有嚴格的要求。采用龍門窄間隙焊機焊接。整個施焊過程中均采用燃氣式簡易加熱器對焊接區域加熱和保溫。由于現場的工作環境尤其自然風的變化,對焊接區域的預熱和保溫有重大影響。因此,及時的監視溫度變化,并隨溫度的變化調節加熱器的氣流量,以保證焊接過程的穩定。對接焊縫焊接完成后,立即進行中間消氫熱處理,探傷合格后,進行焊接接頭的最終熱處理(PWHT)。第35頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三無損檢測技術及水壓試驗現場組焊的B7、B11焊縫,除了常規的檢驗外,還采用了多通道自動化超聲波檢測(TOFD)方法,取代了射線檢驗。B7、B11焊縫檢測一次合格。水壓試驗采用臥式試壓法,試驗壓力為11.9MPa對試驗用水的水質及水溫都作了嚴格的規定。經國家特種設備監察部門、用戶、監造單位及制造廠檢驗人員現場共同檢查,確認水壓試驗合格。第36頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三3加氫反應器的使用和腐蝕在役加氫反應器經過長期運行,面臨的的典型損傷主要有回火脆性、氫脆、氫腐蝕、堆焊層剝離、堆焊層裂紋和蠕變脆化等,如圖2所示。第37頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器的使用和腐蝕第38頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三回火脆性及特征

合金結構鋼淬火以后,隨著回火溫度的提高,其抗拉強度降低,韌性、塑性提高。但是在特定溫度區回火或在其中緩冷時,沖擊韌性出現顯著降低的現象,稱為回火脆性。主要是由于鋼中的雜質如P、Sn、As和Sb等元素在鋼中偏析,使晶界強度降低,易于在晶界破壞的同時產生脆性破壞的現象。第39頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三高溫回火脆性

高溫回火脆性和低溫回火脆性,其中高溫回火脆性（300－600℃）是可逆的,即在重復回火時仍會表現出來，一般所說的回火脆性就是指高溫回火脆性。特征是沖擊試樣的斷口為晶粒狀,斷口的顏色也較暗。對于2.25Cr1Mo鋼焊縫金屬及熱影響區的回火脆化敏感性比同質母材高。第40頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三回火脆性的評定在評價回火脆化度時,觀察轉變溫度的變化能更好地了解脆化的實質。一般作沖擊試驗時,多用轉變溫度vTrs（如40ft.lb能量轉變溫度vTrs40）或斷口脆性轉變溫度FATT(vTrs)的上升來定量地評價。第41頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三氫脆

氫脆就是鋼中吸收氫所引起的脆化現象,即鋼在臨氫條件下使用時,氫以原子狀態擴散侵入晶格之間,然后又以分子狀態積聚于晶界或非金屬夾雜物的周圍。金屬的抗拉強度或硬度雖然沒有特別引人注目的變化,但在常溫附近的缺口強度、韌性顯著降低,有時會產生裂紋等。受到氫脆的材料,如果沒有產生裂紋經過脫氫處理后,其延性及韌性會得到恢復。第42頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三氫腐蝕氫腐蝕是在高溫高壓條件下,侵入到鋼中的氫與鋼中的滲碳體反應生成甲烷，因而導致鋼材晶粒邊界及附近的空隙、雜質、不連續部脫碳為起點形成甲烷聚集,在壓力升高的同時,逐漸形成微小縫隙。這種反應過程隨著溫度、壓力升高而加劇,最終導致局部屈服或鼓包并產生裂紋,材料的性能明顯降低。

Fe3C+2H2――Fe＋CH4↑第43頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三回火脆化和氫脆及氫腐蝕在高溫高壓臨氫條件下工作的材料,有時同時出現回火脆化和氫脆。實驗表明,2.25Cr1Mo鋼加氫后的夏比沖擊轉變溫度上升,沖擊能降低,隨著氫量的增加,這種傾向也在增大?；鼗鸫嗷瘜τ谀覆牡臍渲抡T導開裂有促進作用。氫腐蝕即使經過脫氫處理,性能也不會恢復,是不可逆的過程。鋼中碳含量越高,則越容易發生氫腐蝕,因此應嚴格控制碳含量小于0.15%。第44頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三堆焊層剝離和層下裂紋堆焊層剝離發生在母材與不銹鋼堆焊層之間的界面,經顯微鏡觀察,剝離是沿著粗晶界面而引發和擴展的,而粗晶界面是在焊接界面中鄰近界面碳化物區域處形成的,剝離一般發生在距離界面幾十微米內,其剝離面為晶界斷裂和解理裂。

第45頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三吸氫的影響正常運轉時,在高溫高壓作用下,母材和堆焊層吸收氫,停工時,氫將擴散析出。由于堆焊層界面兩側,奧氏體堆焊層和基體母材的吸氫過飽和度不同,兩者之間滲氫率和擴散率也不同,氫易于向奧氏體側聚集,界面材料的KIH低。由于溫度壓力的波動、進入正常狀態之前的升溫升壓、停止運轉時的保溫降壓等處理不當,將使設備受到熱應力作用。使堆焊層界面發生剝離現象。因此應盡可能地考慮緩慢地升溫升壓和降溫降壓。第46頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三熱膨脹系數不同的影響由于母材2.25Cr1Mo鋼與堆焊層奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數不同,在反復加熱、冷卻的過程中,兩者熱膨脹或冷收縮的步調不一致,在界面上產生很大的剪切應力,加上界面氫的存在,促進了堆焊層的剝離。第47頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三堆焊層剝離的危害堆焊層剝離本身并不是一種可怕的缺陷,某種意義上說,只是在局部范圍內把單層容器變成了多層容器?？膳碌氖怯捎趧冸x而產生微裂紋,穿透堆焊層,使基體材料直接暴露于工作介質之中,

甚至堆焊層下裂紋向母材方向延伸,這將是構成加氫反應器重大事故的威脅性的缺陷,是需要注意和通過定期檢驗進行監測的問題。第48頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三熱疲勞設備在超過一定溫度以上時,材料會出現熱疲勞裂紋,溫度越高,發生熱疲勞的可能性越大。加氫反應器的殼體出現熱疲勞裂紋一般集中發生在反應器上下開口的根部連接處及裙座安裝部位的角焊縫。裂紋一般由表面或接近表面的位置發生,向內部擴展,肉眼無法看見,須用磁粉探傷才能檢查出來。熱疲勞也被稱為蠕變脆化裂紋。第49頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器的使用中

腐蝕問題第50頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三2006年3月,某廠已運行17年的高壓加氫裂化裝置反應器DC-102(設計壓力17.44MPa、設計溫度442℃),接管焊縫處有1mm左右的小砂眼,6h后該砂眼迅速發展成外壁弧長約40mm的環向裂紋,裝置被迫停車。加氫反應器接管焊縫裂紋第51頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫裂化裝置反應器接管

焊縫環向裂紋

第52頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三焊縫裂紋實物照片

第53頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三裂紋末端出現發散裂紋示意第54頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三檢驗檢測①光譜測定。對現場裂紋部位焊縫及法蘭、短接管進行光譜檢測。結果表明:法蘭、短接管材質為12CrMo910與X10CrNiTi189,其間異種鋼焊接的焊條為Inconel182。焊縫金屬光譜檢測結果與Inconel182合金元素含量比較見表。第55頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三

硬度HB測定對產生裂紋的法蘭及短接管熱影響區、焊縫、母材進行硬度測定,并與相同工況、同異種鋼焊接的其它管道進行比較,兩者對應部位的硬度基本一致。第56頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三母材、焊縫及熱影響區UT檢測焊縫外裂紋42mm,內裂紋340mm。

第57頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三裂紋產生原因分析法蘭材料12CrMo910鍛件,內壁堆焊了TP309L+TP347L,裂紋發生在焊縫上,而且在修復打磨過程中,發現整條焊縫有大小不等的斷續裂紋,隨著開停工次數增加,或異常情況下緊急停車,溶解氫來不及擴散釋放,聚集在法蘭內壁堆焊層與焊縫熔合線處會引起堆焊層鼓包、開裂。另外，法蘭短接管之后的工藝管道焊接是現場組對焊接,存在較大管道應力。第58頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三③堆焊層下腐蝕由于12CrMo910鋼對加氫反應器高溫介質的耐蝕性低于奧氏體不銹鋼,所以腐蝕產物會在堆焊層裂紋下面聚集,產生堆焊層下腐蝕。第59頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器床層漿料液面下的孔蝕PTA(精對苯二甲酸)加氫反應的原理是把充分混合并升溫升壓的對苯二甲酸粗制品水溶液送到加氫反應器,通過催化劑床層,在工作壓力6.86---8.63MPa,工作溫度275-288℃的環境下,使TA(對苯二甲酸)中的不純物對羧基苯甲醛（4－CBA）還原成對甲基苯甲酸(P-TA)。對甲基苯甲酸易溶于熱水,通過后面的工序把溶于熱水的對甲基苯甲酸除去,從而制得精對苯二甲酸（PTA）。第60頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三

PTA加氫反應工藝流程圖第61頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器腐蝕情況在2005年10月大檢修做容器檢驗時,發現鈀炭催化劑床層至漿料液面下約1m的環形區間表面到處都是腐蝕出的小孔,而其他部位未發現異常腐蝕。第62頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器腐蝕原因分析在加氫反應器的催化劑床層上流體流動時,流體中心流動速度最快,邊緣流動最慢,又由于催化劑床層的阻力,水溶液在催化劑床層上面至漿料液面下約1m的筒壁處流動速度緩慢,故水溶液的沉淀物最容易附著于此。由于水溶液中存在微量的Cl、Br（反應催化劑中含有Br）,具有孔蝕發生的環境,故此處很容易誘發孔蝕。第63頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器腐蝕面的修復①選用904L鋼板覆蓋在腐蝕面上,有效防止孔蝕。904L板材卷成外圓Φ2600mm、寬500mm的弧行板塊,四周打磨坡口,并在每塊上打幾個螺孔用于焊縫檢漏。采用可控式電加熱器在修復面上逐步加熱至350℃并保溫12h,消氫處理。選用E904L焊材，焊接參數選用小的熱輸入（熱量輸入≤1.5kJ）；和低層溫(≤100℃)。逐段用壓縮空氣及肥皂水對焊縫檢漏,檢漏后補焊螺孔并打磨光滑。用鈍化液進行酸洗鈍化。第64頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器下封頭發生破裂中石化巴陵分公司制氫裝置的加氫反應器,容器基材為15CrMoR。該設備在2003年6月大修后的開車過程中出現超溫現象(容器壁溫超過600℃),在運行了約8h以后,下封頭發生破裂,在裂口出有火焰噴出,并在開裂位置上方筒體發生鼓包。第65頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器的主要技術參數容器設計壓力3.7MPa;設計溫度425℃;主體材料15CrMoR;筒體內徑Φ1800;筒體及封頭的實際厚度36～38mm;

反應器的工作介質為石腦油原料氣(主要成分為甲烷、乙烷、芳烴、烯烴等含硫不飽和烴,)。石腦油加熱至400±10℃進入加氫反應器,加入氫氣通過催化劑(鈷鉬)的作用,使石腦油中的有機硫變成無機硫,不飽和烴變成飽和烴(90%以上的為甲烷)。第66頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三容器內外部宏觀檢查容器外側檢查發現1#裂紋在容器下封頭與裙座的角焊縫上方熱影響區，長760mm,最寬處約20mm；2#裂紋長750mm,最寬處約40mm。與1#裂紋交匯于角焊縫處。裂紋尖端可見大量與主裂紋平行的小裂紋。筒體從下數第二條環焊縫處筒體發生鼓包,鼓包面積約為700mm2,鼓包高度約30mm。第67頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三容器鼓包開裂位置示意第68頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三宏觀斷口與壁厚測量在容器上五處取樣進行試驗,裂紋斷口平齊,呈明顯脆性斷口特征。容器壁進行測厚,位置如圖所示，結果如表。第69頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三材料化學元素分析設計材質均為15CrMoR,取樣進行兩次化學元素分析,結果如表。容器下封頭材料的化學成分中不含Cr、Mo,不符合15CrMoR標準要求,懷疑該封頭材料為20R。第70頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三

機械性能分析在拉伸試驗,數據如表。結果表明,鼓包處試樣機械性能已下降,低于標準值。裂紋處試樣化學元素分析表明不是15CrMoR材料,機械性能同樣低于15CrMoR材料標準值。第71頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三金相分析試樣一、二和三的金相組織為片狀珠光體+鐵素體,珠光體球化為一級，裂紋尖端有許多平行于主裂紋的裂紋,裂紋主要為沿晶裂紋,個別位置為穿晶裂紋;試樣四的金相組織為珠光體+鐵素體,珠光體球化為三級至四級；試樣五的金相組織為珠光體+鐵素體,珠光體球化為二級,材料有帶狀組織。第72頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三一級

試樣1一級(500×)試樣3三級、四級(500×)試樣2一級(500×)試樣4一級(1000×)試樣5二級(500×)第73頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三斷口掃描電鏡分析對容器下封頭裂紋的斷口進行掃描電鏡斷口分析,可見許多二次裂紋和空洞,可能是氫在聚集形成的空洞。取容器下封頭母材經拉伸得到新斷口進行斷口觀察為韌窩。

第74頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三破裂事故分析①下封頭所用材料是錯誤的低級別的材料。機械性能顯示容器下封頭材質的平均拉伸強度為411.9MPa,屈服強度為231.4MPa,裙座與封頭的焊接接頭機械性能也下降。②破裂事故發生過程中,由于容器的超溫運行,導致下封頭區域原本低級別的材料機械性能更低,于是在最薄弱的裙座與封頭的焊縫熱影響區出現了開裂。同時,材質球化相對嚴重的位置出現鼓包變形。第75頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三開裂最敏感的部位③容器的開裂位置位于裙座與容器下封頭焊接的位置。由于該處是容器所有重量的支撐點,同時受到重力、內壓、溫度等載荷的作用,成為容器受力最復雜、最刻苛和相對薄弱的部位,也是開裂最敏感的部位。第76頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三加氫反應器的在用檢驗在用檢測是采用適當的檢測方法,比較精確地檢出新生缺陷,監測原始缺陷的擴展情況。重點應是產生新缺陷危險性大的部位,以及有記錄的缺陷部位。加氫反應器可能出現缺陷的應力集中部位位于環形墊圈槽、主焊縫、開口接管角焊縫、外部連接件焊縫、內部支持圈凸緣、裙座與筒體間的焊縫等不連續處。因此檢驗時,應重點檢驗密封面、主焊縫、主螺栓和堆焊層下缺陷。確定缺陷的形貌、位置及尺寸。第77頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三主要的無損檢測方法設備本體及內件進行VT檢查;主體環焊縫、接管焊縫、裙座焊縫的外部，吊耳角焊縫和保溫支持圈角焊縫的外部進行100%MT（PT）和UT(采用RT)以及硬度檢查；不銹鋼堆焊層剝離及層下裂紋,外壁100％UT,內壁復查;支持圈凸臺外壁100%UT檢驗,內壁復檢;檢驗高壓雙頭螺栓100％MT檢驗,核對成分用光譜分析;內壁不銹鋼堆焊層、支持圈凸臺、熱電偶套管、托架和法蘭密封槽100%PT檢驗;內壁堆焊層實際厚度測定；現場容器表面顯微金相檢驗。第78頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三δ－鐵素體含量分析加氫反應器內壁不銹鋼堆焊奧氏體不銹鋼,無論是雙層堆焊還是單層堆焊,堆焊層的δ－鐵素體含量是非常關鍵的。一般焊后狀態鐵素體含量應為3－10％。δ－鐵素體含量過多時,會在熱處理時產生δ－鐵素體向σ相轉變,同時母材中的碳可能通過熔合線向不銹鋼堆焊層遷移形成馬氏體而引起脆化。δ－鐵素體含量少于3％不僅是引起堆焊層表面熱裂紋的主要原因,而且在使用中也易于發生剝離。第79頁，講稿共89頁，2023年5月2日，星期三試塊基本概況通常在設備運行約為50000小時后,停工檢修時將掛片取出,取樣進行試驗。試塊尺寸是500×400×240mm,中間有一條焊縫,外部六面都有堆焊層,基體材質為:12CrMo910,堆焊層材質為:TP347(相當于1Cr18Ni9Nb)。(1)PT檢驗：發現各有一處裂紋。試塊Ⅰ裂紋呈月牙狀,長5mm左右,經打磨后變長。試塊Ⅱ發現有一處裂紋長65mm。對試塊Ⅱ堆焊層表面裂紋做金相試驗