CN110872643A - 临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，主要解决现有技术中安全指导不规范、安全性较差的问题。本发明通过采用一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，通过遵循脱氢处理的原则和方案、脱氢处理的总体要求、临氢设备材料的性能与选择、开停工过程脱氢处理安全指导四个方面的安全规定，确保临氢设备在开停工过程中脱氢处理得以合理、规范及安全的进行，从而防止发生氢损伤等安全事故的技术方案较好地解决了上述问题，可用于临氢设备开停工过程中。

Description

临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法
技术领域
本发明涉及一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，属于石油与天然气工程技术领域。
背景技术
近年来加氢装置非计划停工次数和停工天数明显增加，其中非计划停工次数增加较多的装置为加氢裂化、柴油加氢。设备问题是造成加氢装置非计划停工的主要因素，集中在高压换热器、空冷、机组、泵以及设备管线腐蚀。高温部位关键设备和管线，如反应器、高压换热器、反应流出物管线等，发生氢损伤是主要因素。
在高温、高压和临氢环境下操作的设备，面临氢气渗入钢材中产生氢损伤的危害，造成钢材强度降低，甚至设备破坏。氢损伤包括两种形式，第一种形式是“氢腐蚀”，即在高温下钢中的碳和氢进行化学反应生成甲烷，致使钢材出现脱碳和内部裂纹。另一种形式是“氢脆”，其特征是氢扩散到钢中后，在149℃以下钢材的延展性降低而缺口敏感性增加。在(149℃以下，不引起裂纹扩展的、设备壳壁允许的过饱和氢最大浓度被定义为安全氢浓度Cs。如果一台加氢裂化反应器在一个操作周期之末、开始停工时的初始氢浓度CR超过了安全氢浓度Cs，那么在反应器的停工程序中就要采取专门的措施将过饱和的氢气从壳壁中尽可能多的排出去,以使反应器壳壁在冷到149℃以下时,所包含的氢浓度低放安全氢浓度Cs值。这个专门的措施称为脱氢处理。
因此，临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的是非常重要的，是避免设备发生氢脆的根本保证，然而，国内许多加氢装置在停工过程中不进行脱氢处理或脱氢处理没有合理、规范及安全的进行，使得氢损伤等安全事故时有发生，研究临氢设备开停工过程恒温脱氢的安全操作具有重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中安全指导不规范、安全性较差的问题，提供一种新的临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，具有安全指导规范、安全性较好的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，包括以下内容：
(1)制定脱氢操作的基本原则和方案，
在临氢系统材质选择合理的前提下，规范加氢装置开停工过程的工艺操作，确保设备脱氢处理得以圆满完成的基本原则；企业能根据实际情况，统筹考虑增加开停工过程临氢设备检验、测试方案，落实实施细则，确保加氢装置临氢设备开停工过程恒温脱氢处理安全进行是基本方案；
(2)明确脱氢处理的总体要求，加氢装置的开停工操作应符合企业工艺操作规程的要求，并通过相关审批，应按照最新版的纳尔逊曲线和相关规范的要求，选择临氢设备的材料，深入了解相关材料热处理性能，是临氢设备恒温脱氢处理的前提；加强装置开停工过程的检查，开展临氢设备的相关检验、测试工作；
(3)临氢设备材料的性能与选择；
(4)开停工过程脱氢处理安全指导：
开工过程的工艺操作：
1)升压限制
第一次开工时，器壁最低温度在达到50℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度在达到50℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力，升压速率不宜大于2.8MPa/h；
操作一个周期后再开工，升压过程中，反应器器壁最低温度在达到93℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度达到93℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力，升压速率不大于2.8MPa/h；
2)升温限制
严格控制任何反应器两个表面热电偶之间的温度差，通过控制进料的升温速率和进料温度来满足上述条件；
停工过程的工艺操作：
1)降压限制
第一次停工时，器壁最低温度在降到50℃以前，操作压力必须降至设计压力的1/4以下，操作一个周期后再停工，器壁最低温度在降到93℃以前，其操作压力必须降至设计压力的1/4以下；
2)降温限制
通过控制进料的降温速率和进料温度，来防止器壁产生较大的温差应力；
通过全面遵循上述安全规定，确保临氢设备在停工过程中脱氢处理得以合理、规范及安全的进行，从而防止发生氢损伤等安全事故。
上述技术方案中，优选地，按照行业标准SH/T3096选择临氢系统设备的典型材料。
上述技术方案中，优选地，所述反应器两表面热电偶之间距离小于2.5(R×T)1/2，其最大温差不宜大于28℃，式中：R——反应器半径，单位：米；T——反应器壁厚，单位：毫米。
上述技术方案中，优选地，实际操作时应按工艺操作手册的要求尽量降低升温速率。
上述技术方案中，优选地，升温限制中，当反应器器壁最低温度<50℃时，进料升温速率32℃/h；当反应器器壁最低温度>50℃时，进料升温速率56℃/h。
上述技术方案中，优选地，升温限制中，进料温度或床层温度＜相邻近的表面热偶温度+167℃，且＜反应器出口温度+111℃。
上述技术方案中，优选地，降温限制中，当反应器器壁最低温度<50℃时，进料降温速率32℃/h；当反应器器壁最低温度>50℃时，进料降温速率56℃/h。
上述技术方案中，优选地，降温限制中，进料温度或床层温度＞相邻近的表面热偶温度-111℃且＞反应器出口温度-111℃。
上述技术方案中，优选地，在临氢系统材质选择合理的前提下，规范加氢装置开停工过程的工艺操作，特别是临氢设备在开停工过程中升降温、升降压、提降量的速率和时间，确保设备脱氢处理得以圆满完成的基本原则。
上述技术方案中，优选地，深入了解相关材料的热处理性能是正确选材的基础，相关数据不足时，应委托专业研究机构和大学，开展材料在临氢环境下性能的研究。
针对目前国内许多加氢装置在开停工过程中，不进行临氢设备的脱氢处理或脱氢处理不合理、不规范及不安全的进行，使得氢损伤等安全事故时有发生。本发明提供了一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，通过遵循脱氢处理的原则和方案、脱氢处理的总体要求、临氢设备材料的性能与选择、开停工过程脱氢处理安全指导四个方面的安全规定，确保临氢设备在开停工过程中脱氢处理得以合理、规范及安全的进行，从而防止发生氢损伤等安全事故，杜绝装置非计划停工的发生，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，包括以下四个方面：
1、合理制定脱氢操作的基本原则和方案
在临氢系统材质选择合理的前提下，规范加氢装置开停工过程的工艺操作，特别是临氢设备在开停工过程中升降温、升降压、提降量的速率和时间等，确保设备脱氢处理得以圆满完成的基本原则。
遵循本安全指导方法外，企业可以根据实际情况，统筹考虑增加开停工过程临氢设备检验、测试等方案，落实实施细则，确保加氢装置临氢设备开停工过程恒温脱氢处理安全进行是基本方案。
2、明确脱氢处理的总体要求
加氢装置的开停工操作应符合企业工艺操作规程的要求，并通过相关审批，其中，临氢设备开停工过程恒温脱氢处理的应符合本指导方法。
应按照最新版的纳尔逊曲线和相关规范的要求，选择临氢设备的材料，深入了解相关材料热处理性能，是临氢设备恒温脱氢处理的前提。
临氢设备在开停工过程中升降温、升降压、提降量的速率和时间，以及保温温度和保压时间等，都应该符合本指导方法。
加强装置开停工过程的检查，有条件可以开展临氢设备的相关检验、测试工作。
3、临氢设备材料的性能与选择
深入了解相关材料的热处理性能是正确选材的基础，相关数据不足时，应委托专业研究机构和大学，开展材料在临氢环境下性能的研究。
七种临氢设备典型选用材料的抗氢性能，见表1。
表1典型材料的抗氢性能
Figure BDA0001786967890000041
Figure BDA0001786967890000051
临氢系统设备的典型选用材料，见行业标准SH/T3096。
4、开停工过程脱氢处理安全指导。
开工过程的工艺操作：
(1)升压限制
第一次开工时，器壁最低温度(由表面热电偶测出)在达到50℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度在达到50℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力，升压速率不宜大于2.8MPa/h(即此阶段MPT为50℃)。
操作一个周期后再开工，升压过程中，反应器器壁最低温度(由表面热电偶测出)在达到93℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度达到93℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力。升压速率不宜大于2.8MPa/h(即此阶段MPT为93℃)。
(2)升温限制
为了避免产生高的温差应力，应严格控制任何两个表面热电偶之间的温度差。如两表面热电偶之间距离小于2.5(R×T)1/2，其最大温差不宜大于28℃。式中：R——反应器半径，单位：米；T——反应器壁厚，单位：毫米。
一般通过控制进料的升温速率和进料温度来满足上述条件，见表2.
表2
Figure BDA0001786967890000061
注：表2中仅表示理论上的最大升温速率限制，实际操作时应按工艺操作手册的要求尽量降低升温速率。
停工过程的工艺操作：
(1)降压限制
第一次停工时，器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到50℃以前，操作压力必须降至设计压力的1/4以下。操作一个周期后再停工，器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到93℃以前，其操作压力必须降至设计压力的1/4以下。
(2)降温限制
同样为了满足上述温差条件，降温时，一般可通过控制进料的降温速率和进料温度，来防止器壁产生较大的温差应力，见表3。
表3
Figure BDA0001786967890000071
通过全面遵循上述安全规定，确保临氢设备在开停工过程中脱氢处理得以合理、规范及安全的进行，从而防止发生氢损伤等安全事故。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，将所述方法用于2.25Cr-1Mo材料制设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导。
开工过程的工艺操作：
1设备升压限制
1.1设备(包括反应器、热高压分离器、高压换热器)第一次开工时，在任何阶段，如气密﹑干燥﹑硫化﹑正常运转等的升压过程中，设备器壁最低升压温度MPT(由表面热电偶测出)按下述要求确定：
装置首次开工设备产品焊接试板母材和焊接接头性能数据为：
J系数≤100；
X系数≤15；
FATT＝0℃～-90℃；
设备最低升压温度(MPT)为50℃，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度达到50℃以后，其操作压力逐渐升高到正常操作压力，升压速率不宜大于2.8MPa/h。
1.2装置操作前三个周期内(设备运行10年内)开工时，应按下述要求确定：
每个操作周期(按三年考虑)停工后，按照NB/T47013.3对设备进行100％％超声检测，I级合格，或设备产品焊接试块的检测数据满足规定要求，则设备最低升压温度(MPT)为50℃。如不能满足上述要求，则设备器壁最低升压温度(由表面热电偶测出)为80℃，其操作压力不得超过该设备升压限制值(该值由设备设计单位计算给出)，当器壁最低温度达到80℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力。升压速率不宜大于
2.8MPa/h。
1.3设备操作超过十年直至设备预期使用寿命范围内，应通过设备所带试块的数据检测确定最低升压温度，其要求如下：
a:如果J系数、X系数和FATT满足规定要求，则MPT为50℃；
b:如果J系数、X系数满足规定要求，FATT＝0℃～-50℃，则MPT为130℃；
c:如果设备未带产品试块，且无同类型的设备开工经验，则MPT为110℃。
2设备升温限制
2.1为了避免设备在升降温过程中产生较大的温差应力，应严格控制任意两个表面热电偶之间测得的温度差，，其任意两个表面热电偶测得最大温差不宜大于50℃。
2.2一般可通过控制进料的升温速率和进料温度来满足上述条件，见表4。
表4控制进料的升温速率和进料温度
Figure BDA0001786967890000081
注：表4仅表示理论上的最大升温速率限制，实际操作时应按工艺操作手册的要求
尽量降低升温速率。
停工过程的工艺操作：
1设备降压限制
1.1设备第一次停工时，设备器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到50℃
以前，操作压力必须降至设计压力的1/4以下。
1.2操作一个周期后再停工，设备器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到80℃
以前，其操作压力必须降至设计压力的1/4以下。
2设备降温限制
当设备壁温降到350度时，应控制进料的降温速率和进料温度，满足表5的规定。
对2.25Cr-1Mo-0.25V、2.25Cr-1Mo设备宜保持金属壁温350度、不少于4小时的恒温脱氢处理方法；恒温脱氢处理后，可不控制进料降温速度。
表5控制进料的降温速率和进料温度
Figure BDA0001786967890000091
注：表5仅表示理论上的最大降温速率限制，实际操作时，应按工艺操作手册的要求尽量降低降温速率。
【实施例3】
按照实施例1所述的条件和步骤，将所述方法用于2.25Cr-1Mo-0.25V材料制设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导中。
开工过程的工艺操作：
1设备升压限制
1.1设备(包括反应器、热高压分离器、高压换热器)第一次开工时，在任何阶段，如气密﹑干燥﹑硫化﹑正常运转等的升压过程中，设备器壁最低升压温度MPT(由表面热电偶测出)按下述要求确定：
设备产品焊接试板母材和焊接接头性能数据为：
J系数≤100；
X系数≤15；
FATT＝0℃～-90℃；
设备最低升压温度(MPT)为常温(20℃)，且其操作压力不得超过设计压力的1/4，此后，其操作压力逐渐升高到正常操作压力，升压速率不宜大于2.8MPa/h。
1.2装置操作前三个周期内(设备运行10年内)开工时，应按下述要求确定：
每个操作周期(按三年考虑)停工后，按照NB/T47013.3对设备进行100％％超声检测，I级合格，或设备产品焊接试块的检测数据满足规定要求，则设备最低升压温度(MPT)为常温(20℃)。如不能满足上述要求，则设备器壁最低升压温度(由表面热电偶测出)为50℃，其操作压力不得超过该设备升压限制值(该值由设备设计单位计算给出)，当器壁最低温度达到50℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力。升压速率不宜大于2.8MPa/h。
1.3设备操作超过十年直至设备预期使用寿命范围内，应通过设备所带试块的数据检测确定最低升压温度，其要求如下：
a:如果J系数、X系数和FATT满足规定要求，则MPT为50℃；
b:如果J系数、X系数满足规定要求，FATT＝0℃～-50℃，则MPT为80℃；
c:如果设备未带产品试块，则MPT为80℃。
2设备升温限制
2.1为了避免设备在升降温过程中产生较大的温差应力，应严格控制任意两个表面热电偶之间测得的温度差，，其任意两个表面热电偶测得最大温差不宜大于50℃。
2.2一般可通过控制进料的升温速率和进料温度来满足上述条件，见表6。
表6控制进料的升温速率和进料温度
Figure BDA0001786967890000101
注：表6仅表示理论上的最大升温速率限制，实际操作时应按工艺操作手册的要求
尽量降低升温速率。
停工过程的工艺操作：
1设备降压限制
1.1设备第一次停工时，设备器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到50℃
以前，操作压力必须降至设计压力的1/4以下。
1.2操作一个周期后再停工，设备器壁最低温度(由表面热电偶测出)在降到80℃
以前，其操作压力必须降至设计压力的1/4以下。
2设备降温限制
当设备壁温降到350度时，应控制进料的降温速率和进料温度，满足表7的规定。
对2.25Cr-1Mo-0.25V、2.25Cr-1Mo设备宜保持金属壁温350度、不少于4小时的恒温脱氢处理方法；恒温脱氢处理后，可不控制进料降温速度。
表7控制进料的降温速率和进料温度
Figure BDA0001786967890000102
Figure BDA0001786967890000111
注：表7仅表示理论上的最大降温速率限制，实际操作时，应按工艺操作手册的要求尽量降低降温速率。

Claims (10)

1.一种临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，包括以下内容：
(1)制定脱氢操作的基本原则和方案；
(2)明确脱氢处理的总体要求；
(3)临氢设备材料的性能与选择；
(4)开停工过程脱氢处理安全指导：
开工过程的工艺操作：
1)升压限制
第一次开工时，器壁最低温度在达到50℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度在达到50℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力，升压速率不宜大于2.8MPa/h；
操作一个周期后再开工，升压过程中，反应器器壁最低温度在达到93℃以前，其操作压力不得超过设计压力的1/4，当器壁最低温度达到93℃以后，其操作压力才允许逐渐地升高到正常操作压力，升压速率不大于2.8MPa/h；
2)升温限制
通过控制进料的升温速率和进料温度来满足上述条件；
停工过程的工艺操作：
1)降压限制
第一次停工时，器壁最低温度在降到50℃以前，操作压力必须降至设计压力的1/4以下，操作一个周期后再停工，器壁最低温度在降到93℃以前，其操作压力必须降至设计压力的1/4以下；
2)降温限制
通过控制进料的降温速率和进料温度，来防止器壁产生较大的温差应力；
通过全面遵循上述安全规定，确保临氢设备在停工过程中脱氢处理得以合理、规范及安全的进行，从而防止发生氢损伤等安全事故。
2.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于按照行业标准SH/T3096选择临氢系统设备的典型材料。
3.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于所述反应器两表面热电偶之间距离小于2.5(R×T)1/2，其最大温差不宜大于28℃，式中：R——反应器半径，单位：米；T——反应器壁厚，单位：毫米。
4.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于实际操作时应按工艺操作手册的要求尽量降低升温速率。
5.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于升温限制中，当反应器器壁最低温度<50℃时，进料升温速率32℃/h；当反应器器壁最低温度>50℃时，进料升温速率56℃/h。
6.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于升温限制中，进料温度或床层温度＜相邻近的表面热偶温度+167℃，且＜反应器出口温度+111℃。
7.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于降温限制中，当反应器器壁最低温度<50℃时，进料降温速率32℃/h；当反应器器壁最低温度>50℃时，进料降温速率56℃/h。
8.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于降温限制中，进料温度或床层温度＞相邻近的表面热偶温度-111℃且＞反应器出口温度-111℃。
9.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于在临氢系统材质选择合理的前提下，规范加氢装置开停工过程的工艺操作，特别是临氢设备在开停工过程中升降温、升降压、提降量的速率和时间，确保设备脱氢处理得以圆满完成的基本原则。
10.根据权利要求1所述临氢设备开停工过程恒温脱氢操作的安全指导方法，其特征在于深入了解相关材料的热处理性能是正确选材的基础，相关数据不足时，应委托专业研究机构和大学，开展材料在临氢环境下性能的研究。
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