图 ２入口分布器示意图 设计温度下椭圆形封头的最 大允许工作所承受的压力按 GB150-1998 《钢 制能承受压力的容器》式（7-3 ）计算：

  ４．４ 裙座的设计 裙座是非受压元件，但是裙 座壳用钢按受压元件用钢要求选 取。本设备裙座材料选用 Q235-B， t 地脚螺栓宜选用符合 GB/T700 规定 2δ e [σ ] φ [ pw ] = ， 查 GB150的 Q235， 其许用应力为 147MPa。 裙 ４．３ 热电偶口套管的选材与计算 KDi 0.5δ e 座与塔体的连接采用对接型式， 热电偶套管是在反应器中承 1998 表 7-1 得 k 值为 1，计算得在设 裙座壳的外径与塔壳封头外径相 受双面腐蚀的，腐蚀余量为 6mm ， 计温度 60℃时，椭圆形封头最大允 等，裙座壳与相连接塔壳封头的 其公称直径为 25mm ，若选用碳钢 许工作所承受的压力约为 5.47MPa。 连接焊缝采用全焊透连续焊。 管必须加大壁厚。壁厚加大会影 （3）碟形封头：设计温度下碟 响传热，因此热电偶口的材质选 形封头的计算厚度按 GB150-1998 ４．５ 入口分布器和出口收集器的设 用不锈钢。由于反应器中的介质 《钢制能承受压力的容器》式（7-4 ）计算： 计原则 为氢， 选用奥氏体不锈钢 0Cr18Ni9, 入口分布器的作用是使进入 结构图见图 1 。热电偶套管承受外 Mpc D i δ = 反应器的气体分布均匀。进入反 t 2 [σ ] φ − 0.5 pc ，式中 M 压，故热电偶套管需外压校核： 应器的气流经过 3 道环板整流碰撞 D0/ δ =34/3.94 ≈ 8.6320； e 后，扩散到反应器催化剂床层的 为碟形封头的形状系数， M 取 1.34， D0 —圆筒外直径， δe —圆筒 上部，且防止气体直接冲击催化 得计算厚度为 21.7mm； 的有效厚度

  设计温度 60℃时，半球形封头最大 允许工作所承受的压力约为 10.75MPa。 （2）标准椭圆形封头：设计温 度下椭圆形封头的计算厚度按 GB150-1998 《钢制能承受压力的容器》 式 （71）计算：

  设计温度 60℃时，碟形封头最大允 许工作所承受的压力约为 4.42MPa。 通过上述三种不同形式封头 的计算对比发现，半球形封头的 受力最好，碟形封头的受力最差， 椭圆形封头介乎两者之间。虽然 半球形封头较之椭圆形封头受力 好，但是其加工制造复杂，经济性 差，所以在满足需用应力的条件 下，本设备选用标准椭圆形封头。

  聂涛１何智灵１刘锐２ （１．山东三维石化工程股份有限公司山东淄博２５５４３４） （２．青岛渤海实业集团公司山东青岛２６６０００）

  从安全、经济、防腐蚀等方面考虑了材料的选择，对重要的受压元件， 如筒体、法兰、封头进行了详细的计算和校核，为脱硫反应器设计的最 优化提供了理论基础。 【关键词】 脱硫反应器 材料 受压元件

  式和无损探伤检验的要求选取。 有效厚度δe = δn -c 1 -c 2 ，得有 本 设 备 为 第 三 类 压 力 容 器 ， 效厚度为20.7mm 根据容规第 85 条，设备 A、B 类焊 计算的σt ≈ 118.3MPa，σt 接接头必须进行 100% 的射线 声检测，其焊缝系数取为 1[6]。 ４．２ 封头的选型和强度计算 封头形式的最佳选择取决于 ４关于结构设计和强度计 压力、容器直径、壁厚和所用材 ８］ 算［７， 质。常用的封头有半球形封头、椭 圆形封头和碟形封头。 ４．１ 筒体 （1）半球形封头：设计温度下 内压筒体是能承受压力的容器的基本 半球形封头的计算厚度按 GB150组成元件，它的强度直接影响到 1998《钢制能承受压力的容器》式（5-5）计 容器的安全运行。在内压作用下 算： 圆筒产生薄膜应力，计算采用中 t 径公式。 公式适用范围： p c ≤ 0.6 [σ ] 设计温度下圆筒的计算厚度 按 GB150-1998《钢制能承受压力的容器》式 pc Di （5-1 ）计算，公式适用 δ = t 4 [σ ] φ − pc ，得计算厚 范围为：

  （1）本脱硫反应器为三类压力 容器，应按 GB150-1998《钢制压力 容器》和 JB/T4710-2005《钢制塔式 容器》进行制造、检验与验收，并 接受《能承受压力的容器安全技术监察规 程》的监督。 （2）筒体、封头所用 Q245R 钢 板应符合 GB713-2008 《锅炉和压力 容器用钢板》的规定，正火状态供 货，按炉复验钢板的化学成分，按 批复验钢板的力学性能。所用接 管应符合 GB9948-2006《石油裂化 用无缝钢管》之规定。所用锻件应 符合 JB4726-2000 《能承受压力的容器用碳素 钢和低合金钢锻件》中Ⅲ级要求。 （3） 本设备应按 JB/T4709-2000 《钢制能承受压力的容器焊接规程》进行施 焊。 （4 ）本设备 A 、B 类焊接接头 均应进行 100％的 X 射线 《承压设备无损检 测》中 II 级为合格。所有 C 、D 类 焊接接头均进行磁粉探伤检测， 以 JB4730-2005 中 I 级为合格。 （ 5 ）本设备须进行焊后热处 理。热处理后，对不锈钢内部件进 行酸洗钝化，酸洗钝化后以蓝点

  焊缝是容器薄弱环节之一。因 焊缝热影响区存在焊接残余应力， 焊缝金属晶粒粗大，焊缝内可能存 在气孔、夹渣、裂纹以及由于抽验 可能造成缺陷漏检等原因，影响焊 接强度，故采用焊缝系数，来补偿 元件焊接连接部分被削弱的强度。 焊缝系数的大小与焊缝型式、焊接 工艺及焊缝无损检测的宽严范围有 关。焊缝系数只用于能承受压力的容器强度 p (D δ ) σt = c i e 的计算，并根据能承受压力的容器的焊缝型 2δ e

  钢材受高温高压的氢气作用 表１ １设计参数 而变脆甚至破裂的现象称氢腐蚀。 钢材发生氢腐蚀可分为两个阶段， 在能承受压力的容器设计过程中需要 即氢脆阶段和氢浸蚀阶段[4]。由于 考虑的因素是多方面的，应全面 本设备的操作温度 40℃，操作压力 考虑设计条件规定的压力、温度、 为 4.3MPa ，所以不会产生氢浸蚀。 当温度和压力比较低，或者 介质特性和操作工况对能承受压力的容器 [3] 的综合影响 。脱硫反应器设计参 温度和压力虽不低，但是钢材与 氢气接触时间不长时，钢的氢腐 数如表 1 。 蚀不严重，只是韧性降低，材料变 脆，这就是氢脆阶段。处于氢脆阶 ２关于设备选材 段的钢材，由于内部未与氢发生 选择能承受压力的容器用钢应考虑容 化学反应，组织结构并未遭受破 器的使用条件（如设计温度、设计 坏，而溶解在钢中的氢往往可在 压力、介质特性和操作特点等） ， 低压下加热或常温下静置时从钢 材料的焊接性能，容器的制造工 中逸出，则钢材的脆性可以部分 消除，甚至可以恢复钢材的原来 艺以及经济合理性。 H2S → HHS脱硫反应器的操作介质为氢 韧性。 HS- → HS2气（硫化氢含量 12ppm） ，由于操作 ［５］ 钢在硫化氢的水溶液中发生 温度为 40℃，因此在选材时须考虑 ２．２硫化氢腐蚀 由于操作介质中含有 12 pp m 电化学反应： 氢脆和硫化氢腐蚀。 硫化氢，在 H2SH2O 腐蚀环境中， 阳极反应 Fe → Fe22e 硫化氢在水中发生离解： 二次过程 Fe2 S2- → FeS ２．１ 氢腐蚀 或 Fe2 HS-→FeSH 作者简介 阴极过程 2H2e → 2H → H2 ↑ 钢在 H2S 水溶液中，不只是由 聂涛（１９８１－）主要从事炼油和化工设备设计工作。 于阳极反应生成 FeS 而引起一般腐

  要在出口收集器与下封头接触的下沿或与其连接的定心环的圆周上设数个缺口以便停工时排液制造检验与验收法检测钝化膜质量或有无铁离子污染11本设备制造检验合格后应进行水压试验立式水压试验压力为602mpa卧式水压试验压607mpa最后再进行气密性试验试验压力为48mpa

  某化工厂 5 万吨 / 年脱芳调和 剂项目中应用的脱硫反应器是固 定床吸附器[1 ，2] 。从上游装置来的 原料航煤经过加氢反应器后，生 成了一定量的硫化氢。含有硫化 氢的反应油气经冷高压分离器进 行气液分离，气相为含硫化氢的 氢气，液相为反应产物，最终成为 附加值较高的低芳调和剂产品， 而含有少量硫化氢的氢气经脱硫 反应器后成为纯净的氢气，为加 氢反应器循环使用。以下是该厂 5 万吨 / 年脱芳调和剂项目中脱硫反 应器的设计过程。

  剂床层。入口分布器结构如图 2 所 示，要求入口分布器分布均匀，有 合适的操作弹性，有足够的气流 通道Leabharlann Baidu积。 出口收集器（见图 3 ）用于支 撑下部的催化剂床层，以减轻床 层的压降和改善反应物料的分配。 要在出口收集器与下封头接触的 下沿或与其连接的定心环的圆周 上设数个缺口，以便停工时排液 用。

  查表（6-1）可得 A=0.0172，查 图 （6-7） 可得 B=129.96， 按 GB1501998《钢制能承受压力的容器》式（6-4）计 算： 图 １热电偶口详图 设计温度下碟形封头的最大 允许工作压力按 GB150-1998 《钢制 能承受压力的容器》式（7-5 ）计算：

  蚀。而且阴极反应生成的氢还能向 钢中渗透并扩散，而引起钢的氢鼓 泡（HB） 、氢诱发裂纹（HIC） 、应 力导向氢诱发裂纹（SOHIC）及硫 化物应力开裂（SSC） 。一般的，温 度增高则腐蚀增加。在 80℃时腐蚀 最高，在 110 ℃-120 ℃时腐蚀率最 低。在 H2SH2O 溶液中碳钢和低合 金钢的腐蚀速率开始很快，最初几 天可达 10mm/a 左右。 但跟着时间的 增长，腐蚀率迅速下降，到 1500h2000h后， 腐蚀速率趋于0.3mm/a。 故 装置经常开停工会加速设备的腐 蚀。在 pH ＞ 6 时，钢的表面为 FeS 所覆盖，有较好的保护作用，腐蚀 率会降低。 本设备操作介质中含 12ppm 硫 化氢，硫化氢分压 =ppm ×总压× 10-6，计算得到硫化氢分压为 60Pa， 介质的 pH 值无法测定，因此本设 备的介质环境不是湿硫化氢应力腐 蚀环境。普通的碳钢即可满足设备 材料腐蚀方面的需要。根据 GB7132008 列出的各类钢板在不同厚度、 热处理状态下，允许使用的介质、 压力及温度范围[9] ，考虑到经济性 和焊接性， 本设备材料选用 Q245R。