應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統的製作方法

2023-12-05 08:20:36 2

專利名稱：應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於石油化工行業的加氫裂化反應流出物系統結構，具體的 說是涉及一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統。
背景技術：
能源是社會、經濟發展的基礎，其中石化工業作為我國能源工業的重要支 撐，是保障能源安全供應，有效解決能源短缺的重要途徑之一。加氫裂化反應
流出物空冷器(Reactor effluent air coolers,簡稱REAC)系統是劣質油清潔化、 重質油輕質化裝置的核心設備，長期承受高壓、臨氫的特殊設備，結構特殊， 翅片管壁厚僅為3mm,承受多種腐蝕的綜合作用，易形成管束洩漏穿孔繼而引 發非計劃停工事故，已成為制約企業安全生產與行業持續發展的重要障礙。因 此，REAC系統的失效一直是工程界關注的焦點。
隨著我國加入WTO，中東高硫、含氯等重質原油的進口量穩步增加，許多 煉油企業的煉油裝置相繼進行了高硫擴能改造工程，繼而發生了多起REAC系統 管束流動腐蝕洩漏。由於REAC系統工藝複雜、工況條件苛刻，引發的洩漏、爆 管等失效形式具有明顯的局部性、突發性和風險性，國內多家煉油企業多次發 生REAC系統管束洩漏爆管引發的非計劃停工事故，不僅嚴重影響了企業的生產 計劃，增大了煉油成本，而且還嚴重威脅著裝置和社會公共安全。為了有效解 決REAC系統的頻繁失效問題，NACET-8委員會、UOP公司、API協會先後進行 了大量的調研，提出將流速、腐蝕因子Kp值、NH4HS濃度作為控制REAC系統 腐蝕的主要指標，並於2002年和2004年推出了API932-A、 API932-B，為REAC 系統的設計、製造、運行、檢驗提供了指導意見。但上述研究成果主要源於腐 蝕現象的失效分析，實際應用中存在著一定的局限性。國內許多煉油裝置儘管 嚴格按照標準設計，但仍然發生了多起洩漏爆管事故，REAC系統的腐蝕未能得 到根本控制。2005 2007年間，中石化集團曾多次組織技術研討，並開展全國 性調研事故分析，失效案例解剖表明失效位置多出現在REAC系統第一管程， 且兼具NH4Cl、 NH4HS沉積垢下腐蝕和衝蝕形貌，充分說明腐蝕性流體介質的垢 下腐蝕和衝蝕是導致REAC系統腐蝕洩漏或爆管的關鍵因素。
本課題組長期研究發現，中東高硫、含氯原料油加工過程中，REAC系統的 結構特性是影響系統腐蝕的關鍵因素。因此，創新設計適合高硫、含氯等重質油加工的REAC系統結構至關重要，通過優化改造管箱、管束、管程結構避免 NH4Cl、 NH4HS結晶沉積垢下腐蝕或多相流衝蝕已成為解決目前加工含氯、高硫 原料油過程中REAC系統頻繁失效的重要途徑。

發明內容
本發明的目的在於提供一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷 器管束系統，可有效解決含氯、高硫原油加工過程中REAC系統管束銨鹽結晶 沉積垢下腐蝕和多相流衝蝕等頻繁失效問題。該結構可提高REAC系統整體耐 腐蝕能力，尤其是第一管程耐NH4Cl、 NH4HS結晶沉積垢下腐蝕和多相流衝蝕 能力，延長REAC系統的使用壽命，減少非計劃停工事故的發生概率。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案是
本發明包括第一管箱、第一管排管束、第二管排管束、第二管箱、第三管 排管束、第四管排管束、第三管箱、第五管排管束、第六管排管束和第四管箱； 第一管排管束與第二管排管束組成第一管程，第三管排管束與第四管排管束組 成第二管程，第五管排管束與第六管排管束組成第三管程；第一管箱、第二管 箱、第三管箱、第四管箱均由外側管箱和內側管箱通過聯接螺栓構成，其中第 一管箱外側管箱設有反應流出物進口，第四管箱外側管箱設有反應流出物出口； 第一管箱出口通過第一管排管束、第二管排管束與第二管箱進口相連通，第二 管箱出口通過第三管排管束、第四管排管束與第三管箱進口相連通，第三管箱 出口通過第五管排管束、第六管排管束與第四管箱進口相連通；第一管箱、第 二管箱、第三管箱、第四管箱沿連接管束的外端軸向設有多個剖面為矩形的凹
所述的第一管程管束中的每一根管束均由複合外管和嵌入其內部的複合內 管組成，管束兩端分別有一直徑與複合內管外徑相同，長度為150 200mm，末 端為錐度的錐孔，其中管束與第一管箱連接處嵌有外錐度襯管，管束兩端露出 第一管箱和第二管箱內側2 4mm，沿複合外管外側周向與內側管箱連接處通過 焊縫密封；第二管程管束、第三管程管束中的每一根管束均由基管組成，基管 露出第二管箱、第三管箱、第四管箱內側管箱l 4mm，沿基管外側周向與內側 管箱連接處通過焊縫密封，其中基管與第二管箱出口、第三管箱出口的連接處 嵌有內錐度襯管。
所述的第一管箱、第二管箱、第三管箱、第四管箱的材料為16MnR，複合 外管的材料為碳鋼，複合內管、外錐度襯管和內錐度襯管的材料均為316L;外 錐度襯管長度為150 200mm，內錐度襯管長度為150 250mm,末端均有錐度。本發明具有的有益效果是-
加氫REAC系統第一管程的兩排管束採取複合管的結構，即碳鋼管束內部 嵌入不鏽鋼襯管，可以避免第一管程管束冷卻過程中NH4Cl結晶沉積垢下腐蝕 或垢下腐蝕引起的局部衝蝕；第二管程、第三管程由於液態水量增加，採用碳 鋼管束可降低REAC系統的製造成本；管箱採用可拆合式結構，既便於管箱與 管束的安裝，有利於襯管和碳鋼基管之間的脹接；反應流出物進口水平流入第 一管箱進口，反應流出物出口水平流出第四管箱出口，有效避免了油、氣、水 三相之間在上下排管束的分布不均問題。本發明可切實提高加氫REAC系統的 安全運行周期，提高企業的經濟效益。


圖1是加氫反應流出物空冷器管束系統結構示意圖。 圖2是第一管程單根管束與管箱連接的放大圖。 圖3是第二管程、第三管程單根管束與管箱連接的放大圖。 圖中1、第五管排管束，2、第三管箱，3、反應流出物進口， 4、外側管 箱，5、聯接螺栓，6、第一管箱，7、內側管箱，8、第一管排管束，9、第二管 排管束，10、第三管排管束，11、第四管排管束，12、第二管箱，13、反應流 出物出口， 14、第四管箱，15、第六管排管束，16、複合內管，17、凹槽，18、 複合外管，19、外錐度襯管，20、基管，21、內錐度襯管，22、焊縫。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統包 括第一管箱6、第一管排管束8、第二管排管束9、第二管箱12、第三管排管束 10、第四管排管束11、第三管箱2、第五管排管束1、第六管排管束15、第四 管箱14、反應流出物進口3、反應流出物出口13;第一管排管束8與第二管排 管束9組成第一管程，第三管排管束10與第四管排管束11組成第二管程，第 五管排管束1與第六管排管束15組成第三管程；第一管箱6、第二管箱12、第 三管箱2、第四管箱14由外側管箱4和內側管箱7通過聯接螺栓5構成；第一 管箱6出口通過第一管排管束8、第二管排管束9與第二管箱12進口相連通， 第二管箱出口經第三管排管束10、第四管排管束11與第三管箱2進口相連通， 第三管箱2出口經第五管排管束1、第六管排管束15與第四管箱14進口連通； 第一管箱6、第二管箱12、第三管箱2、第四管箱14沿連接管束的外端軸向設 多個剖面為矩形的凹槽17。如圖2所示，為第一管程單根管束與管箱連接的放大圖，第一管程管束由 一排複合外管18和嵌入其內部的複合內管16組成，複合外管18和複合內管16 材料分別為碳鋼、316L，管箱材料為16MnR，管束兩端分別露出第一管箱6、 第二管箱12內側2 4mm，沿複合外管18外側周向與內側管箱連接處通過焊縫 22密封，焊接材料為507;為避免管束兩端焊接密封時複合內管16與管箱異種 鋼焊接形成應力腐蝕，因此，流體進口端A管束開有一直徑與複合內管16外徑 相同，長度為150 200mm，末端錐度為1: 10的錐孔，錐孔內嵌入外徑和內徑 均與複合內管相同，末端外側倒角10: l的外錐度襯管19，安裝完畢後，複合 內管16與外錐度襯管19恰好構成一薄壁圓筒，再通過脹管機對該薄壁圓筒進 行擴脹，使外錐度襯管19與複合外管18緊密結合，降低了複合外管與管箱焊 接時引起複合內管應力腐蝕開裂的風險，凹槽17的作用主要是擴脹過程中，確 保複合外管18與管箱接觸緊密；流體出口端A'管束亦開設有一直徑與複合內 管16外徑相同，長度為150 200mm，末端錐度為10: 1的錐孔，該錐孔內不 嵌入襯管，與流體進口端管束開錐孔的目的相同，同樣是為了降低管束與管箱 12焊接時引起複合內管16應力腐蝕的風險。第一管排管束8、第二管排管束9 的複合內管16材料選擇316L，主要是為了提高抗氯化銨沉積垢下腐蝕的能力；
如圖3所示，為第二管程、第三管程單根管束與管箱連接的放大圖。第二 管程、第三管程管束中的每一根管束均有基管20組成，基管20露出第二管箱、 第三管箱、第四管箱的內側管箱1 4mm，沿基管20外徑周向與內側管箱連接 處通過焊縫22密封，焊條材料為507;其中，第二管箱12、第三管箱2與流體 進口端B連接處嵌有材料為316L，長度為150 250mm,末端內側具有1: 10 錐度的內錐度襯管21，嵌入完畢後，通過脹管機對內錐度襯管21進行擴脹，確 保內錐度襯管21與基管20貼合緊密，擴脹過程中凹槽17有利於基管20與管 箱緊密貼合；流體出口端管束B'不嵌襯管；
第一管排管束8、第三管排管束10和第五管排管束1整排管束均為46根， 第二管排管束9、第四管排管束11和第六管排管束15整排管束均為45根，所 有管束長度均為10m。
本發明的具體工作過程
如圖1所示，首先，流體介質經反應流出物進口3進入第一管箱6，第一管 箱6的出口經第一管排管束8和第二管排管束9冷卻後流入第二管箱12，流體 介質經第三管排管束IO和第四管排管束11冷卻後流入第三管箱2，然後再經第 五管排管束1和第六管排管束15冷卻後流入第四管箱14，最後經反應流出物出口13流出，完成整個加氫反應流出物空冷器管束系統冷卻過程。管束系統第六 管排管束15底部設有風機，對第一至第六管排管束進行不間斷吹風，以達到冷 卻效果。
權利要求
1、一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統，其特徵在於包括第一管箱(6)、第一管排管束(8)、第二管排管束(9)、第二管箱(12)、第三管排管束(10)、第四管排管束(11)、第三管箱(2)、第五管排管束(1)、第六管排管束(15)和第四管箱(14)；第一管排管束(8)與第二管排管束(9)組成第一管程，第三管排管束(10)與第四管排管束(11)組成第二管程，第五管排管束(1)與第六管排管束(15)組成第三管程；第一管箱(6)、第二管箱(12)、第三管箱(2)、第四管箱(14)均由外側管箱(4)和內側管箱(7)通過聯接螺栓(5)構成，其中第一管箱(6)外側管箱設有反應流出物進口(3)，第四管箱外側管箱設有反應流出物出口(13)；第一管箱(6)出口通過第一管排管束(8)、第二管排管束(9)與第二管箱(12)進口相連通，第二管箱(12)出口通過第三管排管束(10)、第四管排管束(11)與第三管箱(2)進口相連通，第三管箱(2)出口通過第五管排管束(1)、第六管排管束(15)與第四管箱(14)進口相連通；第一管箱(6)、第二管箱(12)、第三管箱(2)、第四管箱(14)沿連接管束的外端軸向設有多個剖面為矩形的凹槽(17)。
2、 根據權利要求1所述的一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空 冷器管束系統，其特徵在於所述的第一管程管束中的每一根管束均由複合外 管(18)和嵌入其內部的複合內管(16)組成，管束兩端分別有一直徑與複合 內管(16)外徑相同，長度為150 200mm，末端為錐度的錐孔，其中管束與第 一管箱(6)連接處嵌有外錐度襯管(19)，管束兩端露出第一管箱(6)和第二 管箱(12)內側2 4mm，沿複合外管(18)外側周向與內側管箱連接處通過焊 縫(22)密封；第二管程管束、第三管程管束中的每一根管束均由基管(20) 組成，基管(20)露出第二管箱(12)、第三管箱(2)、第四管箱(14)內側管 箱1 4mm，沿基管外側周向與內側管箱連接處通過焊縫(22)密封，其中基管 與第二管箱(12)出口、第三管箱(2)出口的連接處嵌有內錐度襯管(21)。
3、 根據權利要求1所述的一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空 冷器管束系統，其特徵在於所述的第一管箱(6)、第二管箱(12)、第三管箱(2)、第四管箱(14)的材料為16MnR，複合外管(18)的材料為碳鋼，複合 內管(16)、外錐度襯管(19)和內錐度襯管(21)的材料均為316L;外錐度襯 管(19)長度為150 200mm，內錐度襯管(21)長度為150 250mm,末端均 有錐度。
全文摘要
本發明公開了一種應用於含氯原料油加工的加氫反應流出物空冷器管束系統。包括四個管箱和六個管排管束。管箱由外、內側管箱構成；第一管箱出口通過第一、第二管排管束與第二管箱進口相連通，第二管箱出口通過第三、第四管排管束與第三管箱進口相連通，第三管箱出口通過第五、第六管排管束與第四管箱進口相連通。第一管程的兩排管束採取複合管，避免冷卻過程中NH4Cl結晶沉積垢下腐蝕或垢下腐蝕引起的局部衝蝕；第二、第三管程由於液態水量增加，採用碳鋼管束可降低REAC系統的製造成本；反應流出物進口水平流入第一管箱，反應流出物出口水平流出第四管箱，避免油、氣、水在上下排管束的分布不均。本發明可提高加氫REAC系統的安全運行周期和經濟效益。
文檔編號F28B1/06GK101430166SQ200810162179
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者偶國富, 包金哲, 夏翔鳴, 汪志忠, 胡傳清, 金浩哲 申請人:中國石化揚子石油化工有限公司;浙江理工大學