渣油加氫多點(diǎn)柔性熱電偶固定方式改進(jìn)

　　加氫，反應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)措施反應器是渣油加氫裝置的核心設備之一，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)裝置安全穩定運行的關(guān)鍵參數。根據渣油加氫裝置卸催化劑時(shí)發(fā)現柔性熱電偶大部分從支架處脫落，及少量斷裂的情況，分析原設計柔性熱電偶固定方式易出問(wèn)題的原因，并提出改進(jìn)措施，經(jīng)過(guò)2年的時(shí)間驗證，效果良好。
　　隨著(zhù)汽油國六標準的實(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(chǎng)中加氫裝置的地位越來(lái)越重要。加氫反應器是加氫裝置的核心設備之一，而控制反應器床層溫度是調整產(chǎn)品指標合格的主要手段，其風(fēng)險在于加氫反應屬于強放熱反應，必須嚴格控制床層溫度，避免“飛溫”導致催化劑失活。在實(shí)際操作中，原料性質(zhì)變化、催化劑失活結焦以及床層壓降增大等現象只能通過(guò)調整床層溫度解決，這就對在高溫、高壓、臨氫條件下溫度元件的安全性和穩定性提出較高的要求。
　　某煉油項目4.0Mt/a渣油加氫裝置有兩個(gè)系列，共10臺加氫反應器。每臺反應器有3個(gè)床層，每個(gè)床層有均勻分布的4處測溫點(diǎn)，全部溫度監控共有120點(diǎn)。該項目加氫反應器材質(zhì)使用225Cr1Mo鋼，管口為3級鍛件，不能在反應器上開(kāi)太多孔，否則會(huì )影響反應器殼體強度。
　　因此，無(wú)法使用普通帶護管的溫度測量方案，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。針對換劑檢修時(shí)發(fā)現柔性熱電偶脫落及斷裂問(wèn)題進(jìn)行分析，并對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)
　　柔性熱電偶的結構分為單支單點(diǎn)、單支多點(diǎn)以及多支多點(diǎn)。無(wú)論采用哪種結構，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，在不需要保護套管的情況下，其柔性的保護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(méi)有保護管，熱電偶直接接觸工藝介質(zhì)，因此鎧管需根據高溫、高壓、高硫以及臨氫的工況選擇安全系數較高的材質(zhì)。常用的安裝形式如圖1所示。
 
1.A是在反應器測溫層安裝一個(gè)梁，熱電偶被固定在梁上。梁由熱電偶供應商成套供貨，具體結構可由業(yè)主和熱電偶制造廠(chǎng)根據經(jīng)驗設計。該方案結構簡(jiǎn)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，不能敷設到其他位置。同時(shí)，支撐梁是整體制造，無(wú)法應用在直徑較大的反應器。
2.B是熱電偶成環(huán)形分布，從反，應器側面法蘭口插人，按提前設計好的路徑進(jìn)行安裝。該方案根據不同的工藝要求需要二次設計安裝支架，可以在反應器內構件上焊接支架，對于測溫點(diǎn)沒(méi)有內構件的可以在反應器器壁上焊接支架，或獨立設計支架，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)是可應用于測溫點(diǎn)多且非直線(xiàn)分布的場(chǎng)合;缺點(diǎn)是設計量大，安裝復雜，支架全部使用螺栓聯(lián)接，對支架長(cháng)周期使用的穩定性提出較高的要求。
 
　　目前，加氫裝置單套規模不斷擴大，反應器內徑也在不斷增大，無(wú)論是滴流床加氫反應器還.是液相加氫反應器柔性熱電偶安裝普遍使用B方案。
　　與其他煉油廠(chǎng)技術(shù)交流時(shí)發(fā)現，該方案能夠較好地滿(mǎn)足了工藝對催化劑床層溫度的監控，但隨著(zhù)生產(chǎn)周期的延長(cháng)，催化劑沉降引起環(huán)形支架下沉，導致熱電偶嚴重變形。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)形支架結構復雜，若有結焦現象，卸劑人員很難在保護熱電偶的前提下，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。熱電偶鎧管規格為φ8mmx1.6mm，材質(zhì)A182347,4點(diǎn)式單支雙芯結構，可滿(mǎn)足溫度異常時(shí)更換至備用線(xiàn)芯測量。反應器內徑約5500mm，直徑較大，除頂部分配器和底部收集器外，其他部位無(wú)任何鋼結構。
　　根據工藝包專(zhuān)利商要求，催化劑床層溫度點(diǎn)分布距離反應器器壁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定性。因此，初始設計在測溫層同-平面的反應器器壁上焊接多個(gè)不同結構的支架，支架沿圓周均勻分布，熱電偶沿著(zhù)預焊接好的支架路徑數設安裝。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(cháng)板，熱電偶感溫端被固定在延長(cháng)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計正確,安裝是比較方便靈活的，且預埋件體積小，數量少，可有效減小焊接對反應器器壁堆焊層的影響。安裝方案的不足通過(guò)渣油加氫換劑檢修時(shí)發(fā)現，延長(cháng)支架?chē)乐叵麓?，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(cháng)板上的固定均使用0.5mm的316金屬扎帶。
　　316材質(zhì)可以滿(mǎn)足抗硫化氫腐蝕，但根據氫腐蝕機理可知，.當溫度高于200℃，氫分壓大于8.0MPa時(shí)，將加速氫原子向鋼材內部擴散，隨著(zhù)生產(chǎn)時(shí)間的延長(cháng)形成“氫脆”,導致金屬扎帶強度和韌性下降或發(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(zhù)卸劑完成后脫落。
2延長(cháng)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)現大量螺栓松動(dòng)或斷裂，延長(cháng)支架?chē)乐叵麓?，綁在其上的熱電偶也都脫落。從斷裂的螺栓分析，應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)
　　渣油加氫反應器柔性熱電偶各種問(wèn)題的整改不僅延長(cháng)了換劑檢修周期，而且檢修人員站在催化劑.上作業(yè)也對催化劑密相裝填帶來(lái)一定的影響，更加大了設備的采購成本。因此，需要對熱電偶固定方式進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)措施如圖5所示。
 
1.根據預焊接在反應器器壁上支架的形狀和熱電偶鎧管外徑,設計中間鏤空，兩端或一端用螺栓固定的夾板來(lái)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可以活動(dòng)，滿(mǎn)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根據支架I預留的螺栓孔位,將延長(cháng)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(cháng)支架的抗壓力，同時(shí)將螺栓升級為321材質(zhì)。需要注意的是，使用在“L"形延長(cháng)支架_上的夾板尺寸要比用在支架II上的小，并根據熱電偶安裝路徑預制夾板螺栓孔位。
3.支架III類(lèi)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，因此該處設計使用彈簧固定，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(guò)大導致鎧管開(kāi)裂。根據工藝環(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(cháng)板上，也可用在其他類(lèi)型支架熱電偶的固定。要充分考慮反應器內部高溫環(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。夾板尺寸要小于預焊接在反應器其壁上的支架，已減少催化劑沉降對其影響。
2.金屬扎帶斷裂勢必使得熱電偶隨催化劑一起下沉。因此，彈簧的設計是一大亮點(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力腐蝕開(kāi)裂性。由于Incoloy825的鎳鉻基體通過(guò)加入鉬和鈮來(lái)加強，使得其在1093C的高溫環(huán)境下仍具有高強度的韌性和拉伸性。同時(shí)，彈簧2.5mm線(xiàn)徑遠大于0.5mm的金屬扎帶，甚本解決的材料腐蝕斷裂的可能。
結語(yǔ)
　　渣油加氫反應器自上而下的介質(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器內高溫高壓和H2+H2S的惡劣工況，以及支架結構和材料不合理的設計。目前，國內大型加氫反應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(wú)法有效解決柔性熱電倜長(cháng)周期穩定使用的問(wèn)題。
　　通過(guò)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(wèn)題，不僅延長(cháng)了熱電偶的使用周期，更極大地降低了設備采購成本,特別是夾板的設計，效果甚好，已申請實(shí)用性發(fā)明專(zhuān)利。該技術(shù)對同類(lèi)加氫反應器柔性熱電倜的固定安裝極具價(jià)值的參考意義，為加氫反應器的長(cháng)周期穩定運行奠定了良好基礎，可以在其他加氫裝置進(jìn)行廣泛推廣應用，降低柔性熱電倜損壞的故障率。