渣油加氫多點(diǎn)柔性熱電偶固定方式改進(jìn)

　　加氫，反應(yīng)器柔性熱電偶安裝方式優(yōu)缺點(diǎn)分析以及固定方式改進(jìn)措施反應(yīng)器是渣油加氫裝置的核心設(shè)備之一,，它處于高溫,、高壓、高硫和臨氫的工藝環(huán)境,，其催化劑床層溫度是整個(gè)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)渣油加氫裝置卸催化劑時(shí)發(fā)現(xiàn)柔性熱電偶大部分從支架處脫落,，及少量斷裂的情況，分析原設(shè)計(jì)柔性熱電偶固定方式易出問題的原因,，并提出改進(jìn)措施,，經(jīng)過2年的時(shí)間驗(yàn)證，效果良好,。
　　隨著汽油國六標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，原油輕質(zhì)化和低硫低氮化的要求被進(jìn)一步提高,，使得煉油廠中加氫裝置的地位越來越重要,。加氫反應(yīng)器是加氫裝置的核心設(shè)備之一,，而控制反應(yīng)器床層溫度是調(diào)整產(chǎn)品指標(biāo)合格的主要手段，其風(fēng)險(xiǎn)在于加氫反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱反應(yīng),，必須嚴(yán)格控制床層溫度,，避免“飛溫”導(dǎo)致催化劑失活,。在實(shí)際操作中,，原料性質(zhì)變化,、催化劑失活結(jié)焦以及床層壓降增大等現(xiàn)象只能通過調(diào)整床層溫度解決，這就對(duì)在高溫,、高壓,、臨氫條件下溫度元件的安全性和穩(wěn)定性提出較高的要求。
　　某煉油項(xiàng)目4.0Mt/a渣油加氫裝置有兩個(gè)系列,，共10臺(tái)加氫反應(yīng)器。每臺(tái)反應(yīng)器有3個(gè)床層,，每個(gè)床層有均勻分布的4處測溫點(diǎn),，全部溫度監(jiān)控共有120點(diǎn)。該項(xiàng)目加氫反應(yīng)器材質(zhì)使用225Cr1Mo鋼,，管口為3級(jí)鍛件,，不能在反應(yīng)器上開太多孔,，否則會(huì)影響反應(yīng)器殼體強(qiáng)度。
　　因此,，無法使用普通帶護(hù)管的溫度測量方案,，只能采用高壓柔性多點(diǎn)熱電偶解決。渣油加氫按催化劑的使用壽命,，一般15~18個(gè)月更換一次催化劑,。針對(duì)換劑檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)柔性熱電偶脫落及斷裂問題進(jìn)行分析，并對(duì)安裝固定方式提出改進(jìn)措施,。
柔性熱電偶常用安裝方式及其優(yōu)缺點(diǎn)
　　柔性熱電偶的結(jié)構(gòu)分為單支單點(diǎn)、單支多點(diǎn)以及多支多點(diǎn),。無論采用哪種結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)都是所有熱電偶共用一個(gè)法蘭,，但又相互獨(dú)立,。同時(shí),，較好地解決了偶芯耐受高溫高壓的難題,，在不需要保護(hù)套管的情況下,，其柔性的保護(hù)鎧管為測量到同一床層不同方向的溫度點(diǎn)提供了可能,。由于沒有保護(hù)管,，熱電偶直接接觸工藝介質(zhì)，因此鎧管需根據(jù)高溫,、高壓,、高硫以及臨氫的工況選擇安全系數(shù)較高的材質(zhì),。常用的安裝形式如圖1所示,。
 
1.A是在反應(yīng)器測溫層安裝一個(gè)梁,，熱電偶被固定在梁上,。梁由熱電偶供應(yīng)商成套供貨,，具體結(jié)構(gòu)可由業(yè)主和熱電偶制造廠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。該方案結(jié)構(gòu)簡單,，安裝方便,，但在測溫點(diǎn)分布上較為受限,，僅能在一個(gè)剖面布局,，不能敷設(shè)到其他位置。同時(shí),，支撐梁是整體制造,，無法應(yīng)用在直徑較大的反應(yīng)器,。
2.B是熱電偶成環(huán)形分布，從反,，應(yīng)器側(cè)面法蘭口插人,，按提前設(shè)計(jì)好的路徑進(jìn)行安裝,。該方案根據(jù)不同的工藝要求需要二次設(shè)計(jì)安裝支架,，可以在反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件上焊接支架，對(duì)于測溫點(diǎn)沒有內(nèi)構(gòu)件的可以在反應(yīng)器器壁上焊接支架,，或獨(dú)立設(shè)計(jì)支架,，如圖2所示,。其優(yōu)點(diǎn)是可應(yīng)用于測溫點(diǎn)多且非直線分布的場合;缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)量大,，安裝復(fù)雜,，支架全部使用螺栓聯(lián)接,，對(duì)支架長周期使用的穩(wěn)定性提出較高的要求,。
 
　　目前,，加氫裝置單套規(guī)模不斷擴(kuò)大，反應(yīng)器內(nèi)徑也在不斷增大,，無論是滴流床加氫反應(yīng)器還.是液相加氫反應(yīng)器柔性熱電偶安裝普遍使用B方案。
　　與其他煉油廠技術(shù)交流時(shí)發(fā)現(xiàn),，該方案能夠較好地滿足了工藝對(duì)催化劑床層溫度的監(jiān)控,，但隨著生產(chǎn)周期的延長，催化劑沉降引起環(huán)形支架下沉,，導(dǎo)致熱電偶嚴(yán)重變形,。同時(shí),，高溫高硫氫氣環(huán)境使得固定熱電偶的金屬扎帶脆化斷裂，特別是在卸催化劑時(shí),，熱電偶直接從支架上脫落,。此外,，環(huán)形支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若有結(jié)焦現(xiàn)象,，卸劑人員很難在保護(hù)熱電偶的前提下,，將催化劑清除干凈。
渣油加氫柔性熱電偶安裝的不足
柔性熱電偶安裝方案
　　渣油加氫反應(yīng)器有上,、中,、下3個(gè)床層溫度,，安裝有3套柔性熱電偶。熱電偶鎧管規(guī)格為φ8mmx1.6mm,，材質(zhì)A182347,4點(diǎn)式單支雙芯結(jié)構(gòu),，可滿足溫度異常時(shí)更換至備用線芯測量,。反應(yīng)器內(nèi)徑約5500mm,，直徑較大,，除頂部分配器和底部收集器外，其他部位無任何鋼結(jié)構(gòu),。
　　根據(jù)工藝包專利商要求,，催化劑床層溫度點(diǎn)分布距離反應(yīng)器器壁1m左右即可，若使用環(huán)形支架方案,，則支架體積較大,、質(zhì)量大,、螺栓聯(lián)接多,，極易受催化劑沉降影響其穩(wěn)定性,。因此，初始設(shè)計(jì)在測溫層同-平面的反應(yīng)器器壁上焊接多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的支架,，支架沿圓周均勻分布，熱電偶沿著預(yù)焊接好的支架路徑數(shù)設(shè)安裝,。支架如圖3所示,。
 
1支架I:每床層4個(gè),，用于螺栓聯(lián)接800mm的347延長板，熱電偶感溫端被固定在延長板末端,。
2.支架II:每床層6個(gè),，支架I間均勻分布,用于熱電偶固定,。
3.支架II:每床層8個(gè),支架I間均勻分布，用于熱電偶固定,。
　　這種方案只要前期設(shè)計(jì)正確,安裝是比較方便靈活的，且預(yù)埋件體積小,，數(shù)量少,，可有效減小焊接對(duì)反應(yīng)器器壁堆焊層的影響。安裝方案的不足通過渣油加氫換劑檢修時(shí)發(fā)現(xiàn),，延長支架嚴(yán)重下垂,，大量熱電偶從支架脫落，甚至直接斷裂,，如圖4所示,。分析原因主要有兩點(diǎn):
 
1.柔性熱電偶在3種支架及延長板上的固定均使用0.5mm的316金屬扎帶。
　　316材質(zhì)可以滿足抗硫化氫腐蝕,，但根據(jù)氫腐蝕機(jī)理可知,，.當(dāng)溫度高于200℃，氫分壓大于8.0MPa時(shí),，將加速氫原子向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散,，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長形成“氫脆”,導(dǎo)致金屬扎帶強(qiáng)度和韌性下降或發(fā)生晶間斷裂。檢修人員在重新固定熱電偶時(shí)反饋,，基本上所有的扎帶都脆化,熱電偶隨著卸劑完成后脫落,。
2延長支架采用“一”字347鋼板，僅用兩顆螺栓聯(lián)接,。在第2個(gè)換劑周期發(fā)現(xiàn)大量螺栓松動(dòng)或斷裂,，延長支架嚴(yán)重下垂，綁在其上的熱電偶也都脫落,。從斷裂的螺栓分析,，應(yīng)屬于高溫硫化氫腐蝕，加_上高純度氫氣的存在,，又進(jìn)一步加速了螺栓的腐蝕,。
　　其次，固定螺栓縱向安裝,，催化劑下沉的壓力作用在支架上,，與螺栓形成“剪刀”力，導(dǎo)致螺栓斷裂,。
渣油加氫柔性熱電偶固定方式的改進(jìn)
　　渣油加氫反應(yīng)器柔性熱電偶各種問題的整改不僅延長了換劑檢修周期,，而且檢修人員站在催化劑.上作業(yè)也對(duì)催化劑密相裝填帶來一定的影響,，更加大了設(shè)備的采購成本。因此,，需要對(duì)熱電偶固定方式進(jìn)行改進(jìn),。改進(jìn)措施如圖5所示。
 
1.根據(jù)預(yù)焊接在反應(yīng)器器壁上支架的形狀和熱電偶鎧管外徑,設(shè)計(jì)中間鏤空,，兩端或一端用螺栓固定的夾板來替代金屬扎帶,。夾板中間鏤空的空間要大于熱電偶鎧管外徑，且安裝時(shí)螺栓為非完全緊固,，保證熱電偶在夾板內(nèi)可以活動(dòng),，滿足高低溫環(huán)境下的熱脹冷縮。夾板材質(zhì)可用321金屬材質(zhì),，也可用374替換,。
2根據(jù)支架I預(yù)留的螺栓孔位,將延長板由“-'形改為“L”形,，增加橫向螺栓,，與縱向螺栓形成三角支撐，加大延長支架的抗壓力,，同時(shí)將螺栓升級(jí)為321材質(zhì)。需要注意的是,，使用在“L"形延長支架_上的夾板尺寸要比用在支架II上的小，并根據(jù)熱電偶安裝路徑預(yù)制夾板螺栓孔位,。
3.支架III類似鞍型掛環(huán),，金屬扎帶斷后柔性熱電偶因其柔韌特性隨催化劑成弧形下沉，稍嚴(yán)重點(diǎn)鎧管會(huì)被壓斷,。由于有效固定空間只有3mm,，因此該處設(shè)計(jì)使用彈簧固定，能有效限制熱電偶的下沉,，同時(shí)又允許有少量的下沉,，保證整根熱電偶的彈性，防止局部彎曲過大導(dǎo)致鎧管開裂,。根據(jù)工藝環(huán)境，彈簧的材質(zhì)選擇incoloy825,，尺寸和最大工作載荷根據(jù)柔性熱電偶的自重和允許下沉的位移量決定,。
技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
1.中間鏤空的夾板不局限于使用在支架II和延長板上,，也可用在其他類型支架熱電偶的固定,。要充分考慮反應(yīng)器內(nèi)部高溫環(huán)境所引起的熱電偶膨脹因素,，夾板凹槽橫向、縱向空間均比熱電偶外徑大約5mm,。在安裝時(shí),，固定螺栓為非完全緊固，進(jìn)一步給予熱電偶一定的膨脹空間,。夾板尺寸要小于預(yù)焊接在反應(yīng)器其壁上的支架,，已減少催化劑沉降對(duì)其影響,。
2.金屬扎帶斷裂勢必使得熱電偶隨催化劑一起下沉,。因此，彈簧的設(shè)計(jì)是一大亮點(diǎn),。Incoloy825是一種鎳基高溫合金,，在高溫高壓水介質(zhì)中有良好的耐應(yīng)力和耐腐蝕性，且在H,+H2S介質(zhì)中也具有良好的耐酸腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕開裂性,。由于Incoloy825的鎳鉻基體通過加入鉬和鈮來加強(qiáng),，使得其在1093C的高溫環(huán)境下仍具有高強(qiáng)度的韌性和拉伸性,。同時(shí)，彈簧2.5mm線徑遠(yuǎn)大于0.5mm的金屬扎帶,，甚本解決的材料腐蝕斷裂的可能,。
結(jié)語
　　渣油加氫反應(yīng)器自上而下的介質(zhì)流速為0.06m/s,，沖刷熱電偶的可能性很小,。因此，柔性熱電偶脫落的主要原因還是反應(yīng)器內(nèi)高溫高壓和H2+H2S的惡劣工況，以及支架結(jié)構(gòu)和材料不合理的設(shè)計(jì),。目前,，國內(nèi)大型加氫反應(yīng)器普遍使用柔性熱電倜測量床層溫度,，特別是重油加氫更使用單價(jià)昂貴的進(jìn)口品牌,，但依然無法有效解決柔性熱電倜長周期穩(wěn)定使用的問題,。
　　通過柔性熱電倜固定方式的改進(jìn)，能夠徹底解決其頻繁脫落問題,，不僅延長了熱電偶的使用周期，更極大地降低了設(shè)備采購成本,特別是夾板的設(shè)計(jì),，效果甚好,，已申請(qǐng)實(shí)用性發(fā)明專利,。該技術(shù)對(duì)同類加氫反應(yīng)器柔性熱電倜的固定安裝極具價(jià)值的參考意義，為加氫反應(yīng)器的長周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ),，可以在其他加氫裝置進(jìn)行廣泛推廣應(yīng)用,，降低柔性熱電倜損壞的故障率。