热电偶产品(「化工装备大发展」537-加氢反应器高温高压多点热电偶国产化研制)

Posted 2023-06-02

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热电偶产品(「化工装备大发展」537-加氢反应器高温高压多点热电偶国产化研制)

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（根据网络资讯收集整理）

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渣油加氢固定床反应器

近年来，世界范围内原油开采难度逐年加大，常规原油资源已显著减少，开采出来的原油越来越重，质量越来越差。炼油技术发展的总趋势是：随着对轻质清洁燃料需求的增加，渣油深度转化将成为炼油业长期追求的目标，采用的深度加工技术路线将呈现多样化的发展趋势。但是，从未来生态环境保护和原油价格回暖的总体趋势看，加氢技术路线具有优质液体产品收率高、投资回报率高等优势，已经成为了目前国内外炼油技术研究的重点。

渣油加氢技术按照反应器类型主要分为固定床、沸腾床、移动床和悬浮床。固定床渣油加氢处理技术是比较成熟的渣油加工技术。相较于其它渣油加氢技术，固定床渣油加氢技术的投资和操作费用低、运行安全简单，是目前渣油加氢技术的首选技术，也是目前工业应用最多的渣油加氢技术，主要用于催化裂化原料的加氢预处理。

2019年洛阳石化新建260万吨/年渣油加氢装置的5台加氢反应器

固定床渣油加氢装置由于具有很强的原料适应性和加工灵活性，能够实现渣油的清洁高效利用，经济效益高，是目前石化行业应用较多的渣油处理装置，而且还在不断新建。目前加氢装置反应器大都以固定床反应器为主，也有少量的沸腾床、浆态床、液相加氢反应器。

固定床反应器1个反应器从上到下至少有3个以上的床层测温，每个床层最少需要5～10个测温点，5 Mt /a渣油加氢反应器甚至每一层会有24～26个测温点。1个反应器中要装几十个测温点，4个反应器中要装上百个测温点。

多点铠装热电偶国产化研制

由于反应器是高温高压容器，不宜开孔太多，普通的热电偶已无法满足要求，所以只能采用高温高压多点柔性铠装热电偶来解决。催化剂床层的径向温差直接反映了反应器的运行状态，现行生产过程要求床层温度在反应器内均匀分布，并对每个测温点进行实时监控。因此对反应器催化剂床层测温元件的精度、可靠性、安全性提出了很高的要求。

加氢反应器多点铠装热电偶因技术要求高，长期以来被国外品牌垄断，特别是高温高压渣油、蜡油加氢装置反应器更是如此。

中国石油化工股份有限公司金陵分公司、富阳富春江仪表厂、中石化洛阳工程有限公司三家单位联合攻关，经反复多次试制、实验，研制出了具有自主知识产权的渣油加氢多点高压铠装热电偶，产品经中石化金陵石化分公司1.80 Mt /a渣油加氢装置第四反应器使用，在温度385 ℃，压力18.5 MPa，5.5 kt /d处理量状态下，效果达到设计要求。

2022年4月，金陵石化1号渣油加氢装置检修期间在线检测高压热电偶质量

为解决多点铠装热电偶在高温高压临氢状态下正常工作，解决347牌号不锈钢是焊缝处容易高温氢脆腐蚀和不耐硫化氢腐蚀的问题，开发了镍、铬、钼、铌、钽、铝、硅和微量稀土元素构成的新型不锈钢材料，以提高高温下的强度和耐高温氢脆开裂及耐硫化氢腐蚀的性能。新材料以铬、铌、钼、钽为高温基础元素，特别提高了钼元素比例，以镍为平衡，铝、铌加钽组合比例相应提高，铝元素是抗硫和硫化氢腐蚀的理想材料。通过优化不锈钢中各元素的组成，镍铬合金中所含的钼、铌固溶体强化效应，调整能形成稳定碳化物元素的比例，能够降低碳氢化合反应和反应速率、减少氢溶解度和在铁晶格中的扩散系数，这些元素也使该合金具有卓越的耐腐蚀特性。实验证明：新材料制成的φ10 mm铠装热电偶套管，在1 100 ℃高温下仍有很高的强度、韧性和耐腐蚀性。

高压阀门结构可拆卸装配示意

为解决焊接密封结构无法独立更换热电偶和填料加锁紧螺母密封不可靠的问题，研制了多支铠装热电偶与高压法兰连接采用可拆卸结构，密封方法采用高压阀门结构原理，高压阀门结构可拆卸装配示意如图6所示。考虑到高温高压下材料的膨胀系数，包括法兰在内的各个部件分别采用不同材料，进行热处理工艺，优化材料性能。

高压焊接式结构装配示意

为了解决单管多点组合铠装热电偶容易产生内漏问题，研制了单管多点实芯铠装热电偶。按不同数量要求制作氧化镁瓷珠；将各点长度与偶丝直径正确计算，制成裸体热电偶，定位穿入大直径氧化镁瓷珠，再将穿好瓷珠的热电偶塞入不锈钢管内，挤压变径成型。改进后的单管多点实芯铠装热电偶与常规方法制做的铠装热电偶相比，同样直径的产品，保护管壁壁厚增加了一倍，偶丝直径增加了5倍，管内填料致密性高，套管不封闭耐压可达100 MPa而不内漏。综合性能：强度高、测温范围大、各测温点分离绝缘、极高的致密性，使用周期均大幅延长。

为了进一步延长铠装热电偶的使用寿命，在φ6 mm以上、铠管壁厚1.0 mm以上的铠装热电偶表面复合一层抗氢脆、耐腐蚀的保护层，通过加热、溶解、挤压等工艺，使保护层与铠装基体冶金结合。这种保护层能有效隔绝介质与基体的直接接触，可以更加延长铠装热电偶的使用寿命。

为保证产品的密封性，增加了密封部件的气密性试验和高温高压型试验：

1) 常温气密性测试装置。试压气源：氦气；指标：耐压30 MPa，保压1 h无泄漏，则为合格。

2) 高温高压型试验。试压介质：高温导热油；指标：温度450 ℃、压力50 MPa，保压12 h无泄漏，则为合格。

3) 二次密封腔耐压测试。试压介质：水；温度：常温；耐压30 MPa，保压1 h无泄漏，则为合格。

根据《石油化工自动化》杂志2018年01-《加氢反应器高温高压多点热电偶国产化研制》整理补充