1、 化学工程与装备 2023年 第5期 184 Chemical Engineering&Equipment 2023年5月 板焊PTA 加氢反应器代替锻焊 加氢反应器可行性分析 黄永军，王威涛（新疆中泰（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 834100）摘 要：在精对苯二甲酸（PTA）生产工艺中，产品精制加氢是一步重要的反应，因此 PTA 加氢反应器是PTA生产设备中重要的核心设备，其中以锻焊加氢反应器应用最为广泛，而板焊加氢反应器在PTA 生产工艺中并不常见，相较于锻焊，板焊具有制作周期段、成本低等特点，而且板材的焊接试件和锻件材料性能方面基本一致，包括化学成分、金相组织、物理性能（抗拉、弯
2、曲、低温冲击、硬度）等，基于此其具有代替锻件的条件，因此应用板焊PTA加氢反应器来代替锻焊加氢反应器具有一定的优势，但是在性能上是否能否满足PTA生产工艺的实际要求，还需要通过试验进行探究。本文对PTA生产工艺进行了介绍，并且对板焊PTA加氢反应器代替锻焊加氢反应器的可行性进行了探讨。关键词：板焊；加氢反应器；锻焊；焊接工艺 1 板焊加氢反应器与锻焊加氢反应器的主要差别分析 锻焊加氢反应器的优点是具有较强的承受周向力的能力，这是由于其各承压部件采用的是锻件，由于锻件的性能，使其不会出现A类焊缝，焊接过程只会使容器出现环焊缝，不会出现焊接缺陷。板焊加氢反应器的特点主要体现在以下方面:筒体和封头等
3、都是通过拼接而成的，从而使其很多的焊缝，这就对焊接技术和焊缝质量的检验技术有较高的要求，才能够确保焊缝不存在较大的缺陷，并且确保其金属性能能够超过母材。通过采用一定的焊接工艺可以比较出现封头拼接的情况，如用整板小弧顶+封头与筒节过渡段锻件的焊接方式就能够达到这一效果。在保证金属性能和使用性能都满足的前提下，板焊和锻焊主要具有以下几方面的区别：（1）制作周期。相较于锻焊需要较长的加工周期。板焊的加工周期要短很多，根据钢板的进口周期，板焊制作周期在九个月左右，而锻焊生产效率比较低，由于其加工过程有较大的余量，因此后续还需要进行精加工，这样加工的周期会被拉长，其加工周期在十四个月左右。（2）制作流程
4、。板焊的制作流程要比锻焊简单一些，加工速度更快，生产效率更高，相应的制作成本也更低。（3）安全性。锻焊PTA加氢反应器和板焊PTA加氢反应器安全性要求的不同之处在于。锻焊PTA 加氢反应器的安全性是通过使加工过程严格按照锻焊工艺标准来执行来实现的；而板焊PTA加氢反应器的安全性的影响因素较多，为了确认其安全性，需要综合测试材料、制作以及环境使用等多方面的条件，在均达标以后才能够确定其安全性。材料区别：板焊PTA加氢反应器采用热轧厚板来作为材料，其通过热轧成型，经过此加工工艺钢板的金属性能良好，各厚度切片性能基本一致，这是其由于锻件的地方。锻件的金属性能内外表面最优，中心相对较差；在加工过程中，
5、在完成锻件的焊接工作之后，需要通过车削加工来修整锻件内外壁，由于外皮强度最高，而通过车削外皮被去掉，使中心部分成为受压部件，在这样的情况下，为了确保锻件的性能，对于锻件的成型和机械加工控制要求较高。2 板焊试件试验 2.1 材料选取 目前，在加氢反应器材料选取方面，行业内的常规方案为2.25Cr1Mo、2.25Cr1MoV1。通过对企业设计、加工PTA加氢反应器板材的情况进行综合性的分析，在加氢反应器材料选择方面，2.25Cr1Mo在加氢反应器材料选择中，价格最为低廉，而且随着加工技术的发展，2.25Cr1MoV、2.25Cr1Mo的反应器的制造质量，都可以得到保证，综合考虑性能、物流成本和材
6、料成本等因素，其能够满足实际要求。因此本文选择2.25Cr1Mo作为原材料，进行板焊试件试验，验证其是否能够满足加氢反应器的实际应用需求。2.2 2.25Cr1Mo性能测试（1）化学成分分析。2.25Cr1Mo-0.25V的化学成分分析根据GB/T223.5的相关规定来进行，检测结果显示，2.25Cr1Mo-0.25V在化学成分方面满足性能要求。（2）拉伸试验。试件试验开展基于GB/T228-2002进行，按照其规定进行试件的制作。即在常温的环境条件下，对试件的纵向、横向以及Z向进行拉伸试验，每个试验要对两个试件进行测试；通过拉伸试验，结果表明，材料的拉伸强度可以满足实际使用要求。（3）冲击试
7、验。根据GB/T229-1994规定来看展冲击试验，试验环境分别为-18 C、-30 C，取样位置有两处，分别是为钢板的厚度的一半以及1/4处，结果如表1。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.019 黄永军：板焊PTA加氢反应器代替锻焊加氢反应器可行性分析 185 表1 冲击试验各项结论 试验温度 取样位置 吸收功AKV.J 侧向膨胀值mm 韧性断口百分数%380 374 353 2.52 90 375 2.50 90 1/2T处 355 2.48 90 365 2.48 90 375 2.46 90-18C 1/4T处 360 2.50 90 375 2.58 9
8、0 365 2.48 90 1/2T处 370 2.56 90 355 2.52 90 370 2.46 90-30C 1/4T处 365 2.48 90（4）弯曲试验。弯曲试验按照GB/T232-1999中的相关规定来进行，制造冷弯试件。试验的参数设置如下：弯心处的直径为d=3a，试件的厚度为20mm，弯曲的度数为180。试件在经过冷弯试验以后，并没有出现裂纹，材料的塑性良好。2.3 钢板热成型和热处理后的力学性能 通过对钢板的性能进行分析，确定了采用的正火以及回火热处理工艺，具体的工艺条件如下：正火（水冷）温度条件：98010C2h，水加速冷却；回火温度条件：72010C2.5h，空冷；（
9、1）常温拉伸试验。拉伸试件的制造按照国标GB/T228中的相关规定进行，试件在常温条件下进行三向拉伸，对材料的性能进行测试，通过分析测试结果，常温条件下拉伸参数符合规定要求。（2）冲击试验。冲击试验的试件按照国标GB/T229中的相关规定进行，试件按照水冷+回火+Min.PWHT或Max.PWHT的操作步骤后，进行冲击试验。通过对试件的结果进行分析，确认试件各项性能良好，均能够满足规范的相关要求。（3）弯曲试验。弯曲试验的试件加工按照国标GB/T232的相关规定进行，试件按照水冷+回火+Min.PWHT或Max.PWHT操作后，开展弯曲试验。在弯曲试验以后，对试件进行检查，查看试件相应位置是否
10、有裂纹，结果显示没有出现裂纹，说明其性能合格。（4）硬度、显微组织、奥氏体晶粒度检测。对钢板加工成的试件，采用三种不同的加工方式来测试硬度，同时取样检验金相组织，结果如表2中所示：表2 正火（水冷）+回火+PWHT后的冲击韧性试验结果 热处理状态 试验温度 取样位置 吸收功 AKV.J 侧向膨胀值 mm 韧性断口百分数%355 2.64 90 354 2.64 90 1/2T处 取样 396 2.65 90 372 2.63 90 374 2.64 90-18C1/4T处 取样 374 2.62 90 375 2.60 90 372 2.63 90 1/2T处 取样 365 2.62 90 3
11、65 2.60 90 355 2.54 90 正火（水冷）+回火+Min.PWHT-30C1/4T处 取样 345 2.44 90 348 2.60 90 340 2.64 90 1/2T处 取样 355 2.52 90 340 2.68 90 335 2.62 90-18C1/4T处 取样 325 2.58 90 348 2.52 90 345 2.47 90 1/2T处 取样 335 2.54 90 345 2.55 90 335 2.48 90 正火（水冷）+回火+Max.PWHT-30C1/4T处 取样 355 2.72 90 表3 正火（水冷）+回火+PWHT后的硬度测量结果 热处理
12、状态 硬 度（HV10）正火+回火 240 240 240 240 240 236 236 240 240 240 236 正火+回火+MAX PWHT 196 198 194 188 186 183 正火+回火+MIN PWHT 210 214 212 208 207 204 186 黄永军：板焊PTA加氢反应器代替锻焊加氢反应器可行性分析 通过分析实验结果，在不同的热处理方式下，材料受到的影响是不同的，采用前两种热处理状态后，材料的性能指标良好，显微组织和奥氏体晶粒度的指标都能够满足要求；但是后两种处理状态下，相较于第一种热处理方式，硬度指标较小。（5）回火脆性敏感性试验 制作试件，然后对
13、其开展回火脆性敏感性试验。对试件进行热处理分析，然后得到相应的结果，具体的实验参数如下：VTr54C=-151C，VTr54C=5C，VTr54+3VTr54=-136C，试验结果显示，各项参数均能够满足要求。2.4 板焊试件与锻焊PTA加氢反应器材料显微组织对比 通过对材料为2.25Cr-1Mo的PTA加氢反应器锻焊材料的显微组织图进行分析发现，锻焊结合处材料晶体均匀，无明显缺陷，满足使用要求。通过对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V低合金耐热钢的PTA加氢反应器板焊材料焊接处显微组织图进行分析发现，2.25Cr-1Mo-0.25V的焊接特征独特，焊缝区与热影响区晶体过渡均匀，不存在明显
14、的缺陷，满足板焊焊接的标准，能够满足使用要求。3 结 论 通过对板焊加氢反应器和锻焊加氢反应器的差别进行分析，发现相较于锻焊加氢反应器，板焊加氢反应器在制作周期、制作流程和性能方面均具有一定的优势，通过选择2.25Cr1Mo-0.25V进行试验，通过化学成分析、焊接材料的性能测试和显微组织对比等方式，认为板焊加氢反应器可以满足实际生产工艺的需求，因此板焊加氢反应器具备代替锻焊加氢反应器的条件。参考文献 1 查永明.加氢反应器的制造J.化学工业与工程技术,2007(S1):159-162.2 徐丽丽.探析我国加氢反应器制造面临的课题J.中国石油和化工标准与质量,2012,32(02):269.3
15、 Huciska J.Advanced vanadium modified steels for high pressure hydrogen reactorsJ.Advancesin Materials Science,2003,43(2):21-27.4 王刚.2.25Cr-1Mo厚壁板焊加氢反应器的制造J.石油化工设备,2008,37(S1):25-29.（上接第178页）_（8）关注好破渣机油压运行情况，落渣管温度变化，U1400系统暂定收渣时间1500S,监控好捞渣机电流及现场运行情况。（9）检查V1201AB两个系列下料变化趋势，煤线不能盲目调整，排除启磨机补料阶段，当出现偏差时及
16、时调整煤线。（10）气化炉出现升、降负荷期间温度控制偏高一些，确保渣的流动性，严格控制固含量。（11）当出现渣池液位频繁波动时，及时检查V1403收渣状态，停止14KS0001顺控，进行排堵处理。（12）排堵时先解除14LIC0001、13PDY10065 ESD跳车联锁，直接将V1403压力充到 5.0Mpa进行上顶操作，检查排堵效果，正常进行排渣处理。（13）若充压5.0Mpa排堵无效果时，进行V1403泄至常压，少量排水，V1403保持85%液位再次进行充压5.0Mpa，进行排堵处理。（14）通过充气排堵时，需要注意大量气体至V1402底锥爆破时，部分气体吸入P1401导致P1401 无
17、流量，瞬时造成V1401液位降低，当气体排出后P1401 流量正常，渣池液位恢复正常。（15）当出现排堵1小时无效果时，及时联系调度气化炉降负荷运行。（16）修改完善堵渣处理应急预案内容，确保装置安全稳定运行。6 结 论 通过对运行数据进行分析，主要原因为新桥煤内部块煤较多，配煤不均匀，新桥煤、新桥块煤、小庄煤灰熔点相差较大，在气化炉内反应挂渣效果差导致气化炉落渣口渣块脱落，排堵过程炉膛渣块脱落。参考文献 1 陈倩倩,何晓方,孙东柏.气化炉堵渣问题及解决J.氮肥与合成气,2021,49(11):36-39.2 刘振宁,孙晓伟,李海根.SE-东方炉运行主要问题原因分析与改进建议J.广州化工,2021,49(11):101-104.3 李乐伦,李娜.多喷嘴水煤浆气化炉堵渣原因及原料煤粘温特性浅析J.中氮肥,2018(06):14-16.4 杨砚.气化炉堵渣问题浅析J.大氮肥,2020,43(03):160-163.5 冯恩刚.SHELL气化炉渣口堵渣原因分析及对策J.化工管理,2020(01):206-208.6 刘朋.多喷嘴水煤浆气化炉堵渣原因及原料煤粘温特性研讨J.化工管理,2019(20):135-136.
