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摘 要

论文介绍了加氢反应器的制造流程及工作原理，通过查找相关文献，在老师和同学的帮助下，计算并设计了一台DN2600的加氢反应器。

首先，进行相应的加氢反器主要结构的设计、主要结构的强度计算和校核，并且确定了各种附件的结构型式；紧接着对加氢反应器几处接管进行了补强设计，从而增强设备的安全性；最后对加氢反应器进行了包括装配图与各种零件图的CAD绘制。

关键词：加氢反应；反应器；结构设计

Abstract

This paper briefly introduced the manufacturing process and working principle of the hydrogenation reactor. Through searching relevant literature and with the help of teachers and classmates, I calculated and designed the hydrogenation reactor of DN2600 after that. 

Firstly, the design of the main structure, strength calculation and check of the main structure of the hydrogenation inverter are carried out, and the structural types of various accessories are determined. After that, several connections of the hydrogenation reactor were reinforced to enhance the safety of the equipment. Finally, the hydrotreating reactor is made by CAD including assembly drawing and various parts drawing.

Key word：Hydrogenation reaction；reactor；Structure design

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 概述 5

1.1加氢反应器的应用及发展前景 5

1.2加氢反应器设计发展 5

1.3加氢反应器现状 7

1.4设计任务 7

1.4.1 设计参数 7

1.4.2结构简图 7

1.4.3 设计流程 8

第二章 结构设计 10

2.1加氢反应器结构设计 10

2.1.1加氢反应器筒体设计 10

2.1.2加氢反应器封头设计 11

2.1.3加氢反应器零部件设计 12

2.2加氢反应器开孔和开孔补强设计 17

2.2.1封头补强 18

2.2.2筒体的开孔补强 19

2.3密封元件 19

2.3.1密封元件选择 19

2.3.2装配注意事项 20

2.4材料选择 20

2.4.1引用文件 20

2.4.2 材料选择及其他 21

2.5小结 23

第三章 加氢反应器的强度计算 25

3.1基本设计参数 25

3.2计算条件 25

3.2.1载荷条件 25

3.2.2材料性能数据 26

3.3强度校核 26

3.3.1上封头 26

3.3.2 筒体 27

3.3.3下封头 27

3.3.4各接管总体薄膜应力校核 28

3.3.5液压试验下的强度校核 28

3.4小结 29

第四章 加氢反应器制造与验收 30

4.1 材料 30

4.1.1主体材料 30

4.1.2紧固件材料 31

4.1.3焊接材料 32

4.2反应器的检验与验收 32

4.2.1反应器的检测要求 33

4.2.2焊后热处理 33

4.2.3其它要求 33

4.3小结 34

第五章 加氢反应器的经济分析评价 35

5.1重量估算 35

5.2价格估算 36

参考文献 37

致谢 39

第一章 概述

1.1加氢反应器的应用及发展前景

近日，渤海发现一亿吨大油田。这一油田的重大发现对我们来说无疑是一个好消息。随着经济的持续快速发展，石油作为多个行业的主要能量来源之一，自从历史上开发使用以来，人类对石油的需求一直处于上升趋势^[1]。而从开采的原油到利用，中间需要经过复杂而又繁多的提炼步骤^[2]。

加氢反应一般在高温高压工艺情况下进行，这种独特的操作环境可能发生一些其他装置设备不会发生或不易有的损伤或腐蚀现象^[3]。因其介质是氢气，极其容易使钢材产生氢脆等对设备危害极大的问题，毫不夸张的说，解决氢脆的问题就是解决了危险。不然的话，一旦发生泄漏易引起爆炸及发生二次灾害的危险不仅仅对设备造成负面影响，还威胁到人员安全^[4]。

加氢裂化装置组成复杂繁多，在石油化工行业中的最重要的核心设备就是加氢反应器，但是一开始进入反应器内的原油物料中杂质众多，一些常见的杂质颗粒可根据沉降等工艺排出，但是其他的比如氮和硫等无法排出时，于高温、高压、临氢环境下风险相比更大了，因为这些物质多多少少的带有一些危害，而又极其容易在这种环境下发生反应。氮和硫在这种环境的反应条件下和氢迅速反应，产生不希望留下也不希望得到的硫化氢和氨。众所周知，硫化氢和氨这些物质会腐蚀设备，如果放任设备就这样下去势必会带来危险，严重的还有可能会伤及人财，引起不可挽回的后果^[5]。

加氢反应器在石油工业中有重要的位置，常用于经过加氢把重质部分的渣油转化为轻质油。渣油这样的重质油粘度和密度过大、有毒的杂质又多，因此不方便使用^[6]。这就要用到加氢反应器把它生产成在日常生活中比较容易使用的轻质油，日常的汽油、柴油等也比较常见^[7]。

此外，因为加氢反应一般情况下都是放热反应，所以毫无疑问在反应过程中不可避免的会产生一些使床层温度升高、局部过热等问题^[8]。以上苛刻的使用条件，为加氢反应器的设备选材、结构设计、热处理工艺等提出了较高的要求，每一项都应该慎重选择并仔细对照相关规定。因此，加氢反应器在设计过程中除了必要的使用性能需要着重关注外，需要对其制造与验收制定相应的要求，其安全性能方面的需求还必须满足^[9]。

1.2加氢反应器设计发展

根据以往的经验与教训，加氢反应器的设计也在不断地改进^[10]。现如今的反应器为适应日益发展飞速前进的科技水平可以满足越来越长的服役时间，体积也逐渐大型化^[11]。

单层结构的加氢反应器包含钢板卷焊和段焊结构，多层结构的加氢反应器分为绕带式和热套式^[12]。板焊式结构简单，综合来说，板焊式结构经济比较合理，所以板焊式结构是普遍采用的型式。球形封头受力较好，尤其适用于加氢反应器这种极限的操作工况^[13]。加氢反应器连接部位的热应力比较大易发生重大安全事故，为避免发生并解决这一问题，我们仍需大量工作开展投入到未来中去^[14]。常用是连成整体过渡段^[15]。

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