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| 我国锻焊结构热壁加氢反应器技术的进步 | |
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摘要：总结了我国自行研究、设计、制造的首台锻焊结构热壁加氢反应器成功安全运行10年的经验。介绍了该反应器的主要技术参数及技术特点。指出我国加氢反应器研制技术有了很大的进步且实力逐步加强，如制造能力的提高、大型化的进展和反应器性能与质量的提高，以及大型化反应器现场组焊技术的开发成功等。为进一步改善现有Cr-Mo钢对环境强度的适应性而自行研制成功的3Cr-1Mo-1/4V新钢材已在1台新加氢反应器的制造中得到应用。
主题词：中国加氢裂化反应器；设计；制备；锻造；焊接；技术发展水平
10年前，由原中国石油化工总公司组织洛阳石油化工工程公司、中国第—重型机器厂（下称一重厂）、北京钢铁研究总院、抚顺石油化工公司石油三厂(下称抚顺三厂)和合肥通用机械研究所等单位自行研究、设计、制造出我国第一台高温高压锻焊结构热壁加氢反应器，并以最快的速度(在2个月之内)完成了运输和安装，在抚顺三厂的改扩建加氢裂化装置上投入正常使用，结束了国内该类反应器依靠进口的局面，填补了我国一项技术空白。
10年来，该反应器一直正常运行，为企业创造了可观的经济效益。实践证明了我国锻焊结构热壁加氢反应器研制技术是非常成功的。
1 研制工作的经验
该项研制工作获得成功主要基于下面3点：
(1)对引进技术进行了充分地消化，将国外在该技术的发展和应用过程中的成功经验、出现的问题与对策，作为研制的借鉴。
(2)在研制中坚持科学态度，确保万无一失。从80年代初就开始了包括设计技术、制造技术、安全使用等主要内容的研究工作。特别是对于制造技术，首先进行实验室试验，进而开展工业性放大研制(含焊接材料)，以及外径为1.65 m、长约2 m、壁厚与实际产品相当、重约28 t的筒体模拟环工业性试制攻关，取得了3万多个数据，突破了主要技术难关。经国家组织专家评定认可后方进入实际产品的研制工作。
(3)依靠集体智慧，充分发挥了研究、设计、制造、使用单位的各自特长与优势，密切合作，联合攻关。
2 反应器的主要技术参数与特点
2.1 主要技术参数
根据当时抚顺三厂实际生产装置的需要，确定研制反应器的主要技术参数为：
内径：1.8 m长度：22 m
设计压力：20.6 MPa设计温度：450℃
材料：筒体为2 1/4Cr-1Mo＋Tp.347堆焊，封头为2 1/4Cr-1Mo＋Tp.309＋Tp.347堆焊；
壁厚：简体150 mm，另Tp.347堆焊最小有效厚度3 mm；
设备总重：约220 t。
2.2 主要技术关键与特点
从热壁加氢反应器的使用特点及以往国外使用中曾发生的诸如氢腐蚀、氢脆、回火脆化、连多硫酸应力腐蚀开裂及奥氏体不锈钢堆焊层的剥离现象等一些特殊问题和损伤情况来看，研究人员充分意识到，要处理和解决好这些问题，在很大程度上取决于制造反应器所用材料(包括焊接材料)要具有好的或特殊的性能，并要控制好实际产品上的应力分布与水平以及结构设计的技巧。这些就成为研制反应器的主要技术关键和特点。
(1)采用以“应力分析为基础”的设计方法，提高设计的准确性和使用可靠性。研制组开发或移植了多项应力分析程序，采用有限单元法对反应器中可能出现高应力区的有关部位，按内压和内压与温差联合作用进行应力分析计算与应力评定，并满足有关规范要求，这对于保证设备的安全使用是很重要的。
(2)采用合理的设计结构，以改善各部位结构的应力分布，减少塑性应变振幅。在反应器结构设计中，在筒体与封头的连接，裙座的支承等处都设计成应力分布较均匀且又方便在制造中进行无损检测的结构。又如，对国外反应器使用中曾出现脆性开裂的主密封、内部支承环等部件做了若干改进。
(3)利用各种先进技术与手段和合理的冶炼工艺，使主体材料获得纯洁、致密、均质的内质特性和具有特殊的优异性能：
①结合我国当时尚不具备完全采用电炉冶炼的实际情况，成功地采用了“碱性平炉和电炉冶炼，再在钢包炉中精炼，然后进行真空处理，最后在真空浇注过程中，通过真空碳脱氧(VCD)进行强化脱氧和脱气”的二次精炼工艺，冶炼出了高纯2 1/4Cr-1Mo钢，为保证锻件质量打下牢固基础。
②采用大变形度的强化锻造，充分利用高温下锻造时热扩散与机械扩散的叠加作用效应及严格控制总锻比和锻造变形度等多次控温加热和控温锻造的专项技术，使锻件获得了良好的致密性和均质性。
③在上述两项技术的基础上，采用了重复热处理，并选择合理的奥氏体化温度和冷却速度及对回火脆化特性与参数控制等技术措施，使锻件获得优良的综合性能。既满足了力学性能要求，又最大限度地消除或抑制2 1/4Cr-1Mo钢回火脆性敏感性，提高了材料抵抗回火脆性的能力。
(4)采用或开发先进的焊接装备，探索多种焊接新工艺，保证和提高了焊接质量：
①成功研制和采用了与2 1/4Cr-1Mo钢配套的超低氢焊条、高纯度焊丝、脱渣性能好的高碱度烧结焊剂和适应单层堆焊的Tp.347L焊带等。
②采用先进的自动焊机进行窄间隙焊接，使主焊道焊后经各种无损检测方法100%检测结果全部一次合格。且国产焊材试板经回火脆化处理后的韧性指标vTr54＋1.5△vTr54最小值达到－47.5℃。
③应用现代控制与焊接技术，成功研制了深坡口接管自动埋弧焊机，实现接管与壳体连接的自动焊，既加快了焊接速度，又提高了焊接质量。
④采用了焊接工艺难度很大的Tp.347L单层堆焊，并针对当时国外刚刚在在役反应器上发现堆焊层剥离现象的问题和普遍认为浅熔深的单层堆焊对抗剥离能力较差等看法，又做了一些研究与改进，比如对与剥离有关的诸如堆焊过程的稀释率、堆焊层中Nb的含量以及Nb/C值中的C含量上限等都摸索到了合适的控制指标。而且为了排除堆焊过程中某些因素对单层带极堆焊质量的影响，还研制出带极堆焊用自动移距装置及改进其磁场控制等，以保证稳定的堆焊质量，满足了设计要求，使堆焊层显现出较强的抗剥离性能。表1是当时对几种堆焊材料的堆焊层进行剥离试验的结果比较。 表1 堆焊层抗剥离试验结果比较 （图片）表2国产反应器大型化的进展 （图片）表3 冶金质量对比 （图片） | |
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