一、装置简介
(一)装置的发展及类型
1．加氢装置的发展
加氢是指石油馏分在氢气及催化剂作用下发生化学反应的加工过程，加氢过程可分为加氢精制、加氢裂化、临氢降凝、加氢异构化等，下面重点介绍加氢裂化加工过程。
加氢技术最早起源于20世纪20年代德国的煤和煤焦油加氢技术，第二次世界大战以后，随着对轻质油数量及质量的要求增加和提高，重质馏分油的加氢裂化技术得到了迅速发展。
1959年美国谢夫隆公司开发出了Isocrosking加氢裂化技术，其后不久环球油品公司开发出了Lomax加氢裂化技术，联合油公司开发出了Uicraking加氢裂化技术。加氢裂化技术在世界范围内得到了迅速发展。
早在20世纪50年代，我国就已经对加氢技术进行了研究和开发，早期主要进行页岩油的加氢技术开发，60年代以后，随着大庆、胜利油田的相继发现，石油馏分油的加氢技术得到了迅速发展，1966年我国建成了第一套4000kt／a的加氢裂化装置。
进入20世纪90年代以后，国内开发的中压加氢裂化及中压加氢改质技术也得到了应用和发展。
2．装置的主要类型
加氢装置按加工目的可分为：加氢精制、加氢裂化、渣油加氢处理等类型，这里主要介绍加氢裂化装置。
加氢裂化按操作压力可分为：高压加氢裂化和中压加氢裂化，高压加氢裂化分离器的操作压力一般为16MPa左右，中压加氢裂化分离器的操作压力一般为9．OMPa左右。
加氢裂化按工艺流程可分为：一段加氢裂化流程、二段加氢裂化流程、串联加氢裂化流程。
一段加氢裂化流程是指只有一个加氢反应器，原料的加氢精制和加氢裂化在一个反应器内进行。该流程的特点是：工艺流程简单，但对原料的适应性及产品的分布有一定限制。
二段加氢裂化流程是指有两个加氢反应器，第一个加氢反应器装加氢精制催化剂，第二个加氢反应器装加氢裂化催化剂，两段加氢形成两个独立的加氢体系，该流程的特点是：对原料的适应性强，操作灵活性较大，产品分布可调节性较大，但是，该工艺的流程复杂，投资及操作费用较高。
串联加氢裂化流程也是分为加氢精制和加氢裂化两个反应器，但两个反应器串联连接，为一套加氢系统。串联加氢裂化流程既具有二段加氢裂化流程比较灵活的特点，又具有一段加氢裂化流程比较简单的特点，该流程具有明显优势，如今新建的加氢裂化装置多为此种流程，本节所述的流程即为此种流程。
二、重点部位及设备
(一)重点部位
1．加热炉及反应器区
加氢装置的加热炉及反应器区布置有加氢反应加热炉、分馏部分加热炉、加氢反应加热器、高压换热器等设备，其中大部分设备为高压设备，介质温度比较高，而且加热炉又有明火，因此，该区域潜在的危险性比较大，主要危险为火灾、爆炸是安全上重点防范的区域。
2.高压分离器及高压空冷区
高压分离器及高压空冷区内有高压分离器及高压空冷器，若高压分离器的液位控制不好，就会出现严重问题。主要危险为火灾、爆炸和H2S中毒，因此该区域是安全上重点防范的区域。
3．加氢压缩机厂房
加氢压缩机厂房内布置有循环氢压缩机、氢气增压机，该区域为临氢环境，氢气的压力较高，而且压缩机为动设备，出现故障的机率较大，因此，该区域潜在的危险性比较大，主要危险为火灾、爆炸中毒，是安全上重点防范的区域。
4．分馏塔区
分馏塔区的设备数量较多，介质多为易燃、易爆物料，高温热油泵是应重点防范的设备，高温热油一旦发生泄漏，就可能引起火灾事故，分馏塔区内有大量的燃料气、液态烃及油品，如发生事故，后果将十分严重，此外，脱丁烷塔及其干气、液化气中H2S浓度高，有中毒危险，因此该区域也是安全上重点防范的区域。
(二)主要设备
1.加氢反应器
加氢反应器多为固定床反应器，加氢反应属于气—液—固三相涓流床反应，加氢反应器分冷壁反应器和热壁反应器两种：冷壁反应器内有隔热衬里，反应器材质等级较低；热壁反应器没有隔热衬里，而是采用双层堆焊衬里，材质多为2×1/4Cr—1M0。加氢反应器内的催化剂需分层装填，中间使用急冷氢，因此加氢反应器的结构复杂，反应器人口设有扩散器，内有进料分配盘、集垢篮筐、催化剂支承盘、冷氢管、冷氢箱、再分配盘、出口集油器等内构件。
加氢反应器的操作条件为高温、高压、临氢，操作条件苛刻，是加氢装置最重要的设备之一。
2．高压换热器
反应器出料温度较高，具有很高热焓，应尽可能回收这部分热量，因此加氢装置都设有高压换热器，用于反应器出料与原料油及循环氢换热。现在的高压换热器多为U型管式双壳程换热器，该种换热器可以实现纯逆流换热，提高换热效率，减小高压换热器的面积。管箱多用螺纹锁紧式端盖，其优点是结构紧凑、密封性好、便于拆装。
高压换热器的操作条件为高温、高压、临氢，静密封点较多，易出现泄漏，是加氢装置的重要设备。
3．高压空冷
高压空冷的操作条件为高压、临氢，是加氢装置的重要设备，我国华北地区某炼油厂中压加氢裂化装置，高压空冷两次出现泄漏，使装置被迫停工处理，因此，高压空冷的设计、制造及使用也应引起重视。
4．高压分离器
高压分离器的工艺作用是进行气—油—水三相分离，高压分离器的操作条件为高压、临氢，操作温度不高，在水和硫化氢存在的条件下，物料的腐蚀性增强，在使用时应引起足够重视。另外，加氢装置高压分离器的液位非常重要，如控制不好将产生严重后果，液位过高，液体易带进循环氢压缩机，损坏压缩机，液位过低，易发生高压窜低压事故，大量循环氢迅速进入低压分离器，此时，如果低压分离器的安全阀打不开或泄放量不够，将发生严重事故。因此，从安全角度讲高压分离器是很重要的设备。
5.反应加热炉
加氢反应加热炉的操作条件为高温、高压、临氢，而且有明火，操作条件非常苛刻，是加氢装置的重要设备。加氢反应加热炉炉管材质一般为高Cr、Ni的合金钢，如TP347。
加氢反应加热炉的炉型多为纯辐射室双面辐射加热炉，这样设计的目的是为了增加辐射管的热强度，减小炉管的长度和弯头数，以减少炉管用量，降低系统压降。为回收烟气余热，提高加热炉热效率，加氢反应加热炉一般设余热锅炉系统。
6．新氢压缩机
新氢压缩机的作用就是将原料氢气增压送入反应系统，这种压缩机一般进出口的压差较大，流量相对较小，多采用往复式压缩机。
往复式压缩机的每级压缩比一般为2—3．5，根据氢气气源压力及反应系统压力，一般采用2～3级压缩。
往复式压缩机的多数部件为往复运动部件，气流流动有脉冲性，因此往复式压缩机不能长周期运行，多设有备机。
往复式压缩机一般用电动机驱动，通过刚性联轴器连接，电动机的功率较大、转速较低，多采用同步电机。
7．循环氢压缩机
循环氢压缩机的作用是为加氢反应提供循环氢。循环氢压缩机是加氢装置的“心脏”。如果循环氢压缩机停运，加氢装置只能紧急泄压停工。
循环氢压缩机在系统中是循环作功，其出人口压差一般不大，流量相对较大，一般使用离心式压缩机。由于循环氢的分子量较小，单级叶轮的能量头较小，所以循环氢压缩机一般转速较高(8000—10000r／nfin)，级数较多(6～8级)。
循环氢压缩机除轴承和轴端密封外，几乎无相对摩擦部件，而且压缩机的密封多采用干气式密封和浮环密封，再加上完善的仪表监测、诊断系统，所以，循环氢压缩机一般能长周期运行，无需使用备机。
循环氢压缩机多采用汽轮机驱动，这是因为蒸汽汽轮机的转速较高，而且其转速具有可调节性。
8．自动反冲洗过滤器
加氢原料中含有机械杂质，如不除去，就会沉积在反应器顶部，使反应器压差过大而被迫停工，缩短装置运行周期。因此，加氢原料需要进行过滤，现在多采用自动反冲洗过滤器。
自动反冲洗过滤器内设约翰逊过滤网，过滤网可以过滤掉≥25／1m的固体杂质颗粒，当过滤器进出口压差大于设定值(0．1～0．18MPa)时，启动反冲洗机构，进行反冲洗，冲洗掉过滤器上的杂质。
三、危险因素及其防范措施
(一)开停工时的危险因素及其防范措施
1.开工时的危险因素及其防范措施
(1)加氢反应系统干燥、烘炉
加氢装置反应系统干燥、烘炉的目的是除去反应系统内的水分，脱除加热炉耐火材料中的自然水和结晶水，烧结耐火材料，增加耐火材料的强度和使用寿命。加热炉煤炉时，装置需引进燃料气，在引燃料气前应认真做好瓦斯的气密及隔离工作，一般要求燃料气中氧含量要小于1．0％。防止瓦斯泄漏及窜至其他系统。加热炉点火要彻底用蒸汽吹扫炉膛，其中不能残余易燃气体。加热炉烘炉时应严格按烘炉曲线升温、降温，避免升温过快，耐火材料中的水分迅速蒸发而导致炉墙倒塌。
(2)加氢反应器催化剂装填
催化剂装填应严格按催化剂装填方案进行，催化剂装填的好坏对加氢装置的运行情况及运行周期有重要影响。催化剂装填前应认真检查反应器及其内构件，检查催化剂的粉尘情况，决定催化剂是否需要过筛。催化剂装填最好选择在干燥晴朗的天气进行，保证催化剂装填均匀，否则在开工时反应器内会出现偏流或“热点”，影响装置正常运行。催化剂装填时工作人员须要进入反应器工作，因此，要特别注意工作人员劳动保护及安全问题，需要穿劳动保护服装，带能供氧气或空气的呼吸面罩，进反应器工作人员不能带其他杂物，以防止异物落入反应器内(一般催化剂装填由专业公司专业人员进行)。
(3)加氢反应系统置换
加氢反应系统置换分为两个阶段，即空气环境置换为氮气环境、氮气环境置换为氢气环境。在空气环境置换为氮气环境时需要注意，置换完成后系统氧含量应<1％，否则系统引入氢气时易发生危险；在氮气环境置换为氢气环境时应注意，使系统内气体有一个适宜的平均分子量，以保证循环氢压缩机在较适宜的工况下运行，一般氢气纯度为85％较为适宜。
(4)加氢反应系统气密
加氢反应系统气密是加氢装置开工阶段一项非常重要的工作，气密工作的主要目的是查找漏点，消除装置隐患，保证装置安全运行。加氢反应系统的气密工作分为不同压力等级进行，低压气密阶段所用的介质为氮气，氮气气密合格后用氢气作低压气密。由于加氢反应器材质具有冷脆性，一般要求系统压力大于2．0MPa时，反应器器壁温度不小于100℃，所以，氢气2．0MPa气密通过以后，首先开启循环氢压缩机，反应加热炉点火，系统升温，当反应器器壁温度大于100℃后，系统升压，作高压阶段气密。
(5)分馏系统冷油运
分馏系统冷油运的目的是检查分馏系统机泵、仪表等设备情况，分馏系统冷油运应注意工艺流程改动正确，做到不跑油、不窜油。
(6)分馏系统热油运
分馏系统热油运的目的是检查分馏系统设备热态运行状况，为接收反应生成油作好准备。分馏系统升温到100~C左右时应注意系统切水，防止泵抽空。升温到250℃左右时应进行热紧。
(7)加氢反应系统升温、升压
加氢反应系统升温、升压时应按要求的升温、升压速度进行，一般要求系统升温速度为20℃几左右，系统升压速度不大于1．5MPa／h。如升温、升压速度过快易造成系统泄漏。
(8)加氢催化剂的硫化、钝化
加氢反应催化剂在开工前为氧化态，氧化态催化剂没有加氢活性，因此，催化剂需要进行硫化。催化剂硫化的方法有湿法硫化、干法硫化两种方法，常用的硫化剂有二硫化碳、DMDS，催化剂进行硫化时系统的H2S浓度很高，有时高达1％以上，因此，要特别注意硫化氢中毒问题。
新硫化的加氢裂化催化剂具有很高的加氢裂化活性，为抑制这种活性，需要对加氢裂化催化剂进行钝化。钝化剂为无水液氨。加氢裂化催化剂进行钝化时应注意维持系统中硫化氢浓度不小于0．05％。
(9)加氢反应系统逐步切换成原料油
加氢催化剂的硫化、钝化过程完成后，加氢反应系统的低氮油需要逐步切换成原料油，切换步骤应按开工方案要求的步骤进行。切换过程中应密切注意加氢反应器床层温升的变化情况。
(10)装置操作调整
加氢反应系统原料切换步骤完成之后，应进一步调整装置的工艺操作，使产品质量合格，从而完成开工过程。
2．停工时的危险因素及其防范措施
(1)反应系统降温、降量
加氢装置停工首先反应系统降温、降量。在此过程中应遵循先降温后降量的原则。反应系统进料量降低，空速减小，加氢反应器温升增加，易出现反应“飞温”现象。所谓“飞温”就是反应器温度迅速上升，以致不可控制的现象。
(2)用低疑点原料置换整个系统
加氢装置的原料油一般较重，凝点较高，在停工时易凝结在催化剂、管线及设备当中。为避免上述情况出现，在停工前应用低疑点油置换系统，所用的低凝点油一般为常二线油。
(3)停反应原料泵
切断反应进料时，应注意反应器温度应适宜，使裂化反应器无明显温升。
(4)反应系统循环带油及热氢气提
切断反应进料后，反应加热炉升温，用热循环氢带出催化剂中的存油，热氢气提的温度应根据催化剂的要求确定，一般为枷℃左右，热氢气提的温度不能过高，以避免催化剂被热氢还原。
(5)反应系统降温、降压
加氢反应系统按要求的速度降温、降压。
(6)反应系统N：置换
反应系统用N，置换成N：环境，使系统的氢烃浓度<1％。
(7)卸催化剂
使用过的含碳催化剂在空气中易发生自燃，反应器是在N2气环境下进行卸催化剂作业，必须由专业的卸剂公司人员进反应器进行卸剂，因此，在卸催化剂装桶应使用N：或干冰保护催化剂，避免催化剂自燃。
(8)加氢设备的清洗及防腐
加氢装置高压部分的设备及部件，在停工后应用碱液进行清洗，以避免在接触空气后发生腐蚀，损坏设备。另外，高硫系统的设备主要是后处理部分在打开前应用水进行冲洗，以避免硫化铁在空气中自燃。
(9)装置退油及吹扫
加氢装置停工，应将装置内的存油退出并吹扫干净，保证不留死角。
(10)辅助系统的处理
加氢装置停工后将装置的火炬系统、地下污水系统等辅助系统处理干净，并加盲板使装置与系统防腐以使装置达到检修条件。
(二)正常生产时的危险因素及其防范措施
1.遵守“先降温后降量”的原则
加氢装置正常操作调整时必须遵守“先降温后降量”、“先提量后提温”的原则，防止“飞温”事故的发生。
2．反应温度的控制
加氢装置的反应温度是最重要的控制参数，必须严格按工艺技术指标控制加氢反应温度及各床层温升。
3.高压分离器液位控制
高压分离器液位是加氢装置非常重要的工艺控制参数，如液位过高易循环氢带液，损坏循环氢压缩机；如液位过低易出现高压窜低压事故，造成低压部分设备毁坏，油品和可燃气体泄漏，以至更为严重的后果。因此应严格控制高压分离器液位，经常校验液位仪表的准确性。
4．反应系统压力控制
加氢装置反应系统压力是重要的工艺控制参数，反应压力影响氢分压，对加氢反应有直接的影响，影响加氢装置反应系统压力的因素很多，应选择经济、合理、方便的控制方案对反应系统的压力进行控制。
5．循环氢纯度的控制
循环氢纯度影响氢分压，对加氢反应有直接的影响，是加氢装置重要的工艺控制参数，影响循环氢纯度的因素很多，催化剂的性质、原料油的性质、反应温度、压力、新氢纯度、尾氢排放量等因素都影响循环氢纯度，其中可操作条件为尾氢排放量。加大尾氢排放，循环氢纯度增加；减小尾氢排放循环氢纯度降低。
循环氢纯度高，氢分压就会较高，有利于加氢反应进行，但是，高循环氢纯度是以大量排放尾氢、增加物耗为代价的；循环氢纯度低，氢分压就会较低，不利于加氢反应进行，而且，循环氢纯度低时，循环氢平均分子量大，在循环氢压缩机转速不变的情况下，系统压差就会增加，循环氢压缩机的动力消耗也会增加。因此，循环氢纯度要控制适当。
6．加热炉的控制
加热炉是加氢装置的重要设备，加热炉的使用应引起重视。加热炉各路流量应保持均匀，并且不低于规定的值，防止炉管结焦；保持加热炉各火嘴燃烧均匀，尽量使炉堂内各点温度均匀；控制加热炉各点温度不超温；保持加热炉燃烧状态良好。
7．闭灯检查
加氢装置系统压力高，而且介质为氢气，容易发生泄漏，高压氢气发生泄漏时容易着火，氢气火焰一般为淡蓝色，白天不易发现，在夜间闭上灯后，很容易发现这种氢气漏点。因此，定期进行这种夜间闭灯检查，对发现漏点，将事故消灭在萌芽状态，保证装置安全稳定运行具有重要意义。
8．装置防冻凝问题
加氢装置的原料一般较重，凝点较高，通常在20—30℃，容易发生冻凝。如发生冻凝事故，不但影响装置稳定生产，还容易引发安全生产事故，因此，加氢装置的防冻凝问题应引起足够重视。
9．循环氢压缩防喘振问题
加氢装置的循环氢压缩机多为离心式压缩机，离心式压缩机存在喘振问题，因此，在操作中应保持压缩机在正常工况下运行，避免压缩机出现喘振。
10．原料质量的控制
加氢装置的原料性质，对加氢装置的操作有重要影响，必须严格控制。一般控制原料的干点在规定的范围内，Pe不大于1X10(-6，如铁含量高，反应器压差增加过快，装置不能长周期运行。C1不大于1X10（-6，N低于规定的值，原料没有明水。
11．防硫化氢中毒
加氢装置的原料中含有硫，这些硫在加氢后变为硫化氢，并在脱丁烷塔塔顶及脱硫部分富集，形成高浓度的硫化氢。硫化氢的毒性很强，允许最高浓度为10mg/m3。因此，加氢车间必须注重防硫化氢中毒问题，在高硫区域内进行切液、采样等操作时尤其注意，要求带防毒面具并有人监护。
12．时刻保持冷氢线畅通
加氢装置的急冷氢是控制加氢反应器床层温度的重要手段，它对抑制反应温升具有重要作用。高凝点油有时倒窜人冷氢线内凝结，堵塞冷氢线，如有这种情况发生将十分危险，因此，操作过程中要时刻保持冷氢线畅通。
13．密切注意热油泵及轻烃泵的运行状况
加氢装置的一些热油泵运行温度较高，高于油品的自燃点，若有泄漏，易发生火灾事故。因此，在操作时要注意热油泵的运行状态，注意泵体、密封等处有无泄漏，如有泄漏应立即处理。
加氢装置内存有大量的轻烃，如发生泄漏，会引发重大事故。因此，对轻烃泵的运行状况也要引起足够重视。
(三)设备腐蚀
加氢装置高温、高压、临氢、系统内存在U2S、NH3，因此，加氢装置的腐蚀问题也应引起重视，解决加氢装置腐蚀问题的主要方法是合理选材，在使用时加强监视与检测。
1．高温氢腐蚀
氢气在常温下对普通碳钢没有腐蚀，但是在高温、高压下则会产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性降低。
高温氢腐蚀的机理为氢气与材料中的碳反应生成甲烷，使材料的机械强度和塑性降低，形成的甲烷在钢材的晶间积聚，使材料产生很大的内应力或产生鼓泡、裂纹。至于在什么条件下产生腐蚀，则根据Nels。n曲线确定。
为避免高温氢腐蚀，加氢装置高温、高压、临氢部分的设备、管线多采用合金钢或不锈钢。
2．氢脆
氢原子渗入钢材后，使钢材晶粒中原子结合力降低，造成材料的延展性、韧性下降，这种现象称为氢脆。这种氢脆是可逆的，当氢气从材料中溢出后，材料的力学性能就能恢复。
氢脆的危害主要出现在加氢装置的停工阶段，装置停工阶段，系统温度、压力下降，氢气在材料中的溶解度下降，由于氢气溢出的速度很慢，这时材料中的氢气处于过饱和状态，当温度冷却到150℃时，大量的过饱和氢气会聚积到材料的缺陷处，如裂纹的前端，引起裂纹扩展。
所以加氢装置停工时降温、降压的速度应进行适当的控制，进行脱氢处理。
3．高温n2S腐蚀
高温U2S腐蚀主要发生在反应系统高温部分，高温H2S腐蚀表现为与H2共同作用，氢气的存在加强了H2S的腐蚀作用，同时，U2S的存在也加强了氢气的腐蚀作用。该种腐蚀的防治方法是选择抗H2S腐蚀材质。
4．湿H2S的腐蚀
湿H2S的腐蚀是指温度较低并且含水部位的U2S腐蚀，包括高压空冷、高压分离器、脱丁烷塔塔顶系统、脱硫系统等部分。
湿H2S的腐蚀形态主要有：电化学腐蚀引起的表面腐蚀；H2S腐蚀过程中，产生氢原子引起的氢脆、氢裂；硫化氢引起的应力腐蚀破裂。
该种腐蚀的防止方法为：H2S浓度不高时，使用普通碳素钢，适当加大腐蚀裕度，在设备制造及施工中进行消除应力处理；当H2S浓度较高时，选用抗H2S腐蚀材料，或对设备内壁进行内喷涂处理。
(四)加氢装置的安全设施
1．设备平面布置
加氢装置火灾危险性属于甲类，设备平面布置按《石油化工企业设计防火规范》(GB 50160---92)中的要求进行布置。同类设备集中布置。
2．消防设施
加氢装置内设有环行消防道路，以利于发生事故时消防车进出。装置内设有环行消防水管网，装置内设有多处消防蒸汽服务站，装置内设置有一定数量的干粉式灭火器。
3．防火、防爆
加氢装置内的介质多为易燃、易爆介质，加氢装置内的电器、仪表设备均选用防爆型设备，管道、设备上安装防静电接地设施，要求接地电阻不大于412。
4．加热炉安全设施
加热炉周围设有蒸汽消防汽幕，加热炉炉堂内设有灭火蒸汽人口。
5．可燃气体报警器
在可能发生可燃性气体泄漏的位置，安装可燃气体报警器。
6．气防用品
由于加氢装置内有H2S等有毒气体，所以车间配备有防毒面具、正压式呼吸器等气防用品。
7．安全阀
按设计要求，凡需要安装安全阀的部位均安装有安全阀，而且按有关安全要求为双安全阀。
(五)紧急放空联锁系统
加氢装置的危险性较大，加氢反应为强放热反应，如控制不好，反应温度会迅速上升，反应温度升高后，会进一步加剧加氢裂化反应，使反应器温度在很短时间内上升很高，也就是发生“飞温”，以至烧毁催化剂和反应器。为避免“飞温”事故发生，加氢装置设有紧急放空联锁系统，系统降压速度为0.7MPa／min或2．1MPa／min。
1．紧急放空系统的联锁条件
①循环氢压缩机停运联锁。②循环氢压机人口分液罐高液位联锁。③由于系统较大泄漏、反应温度失控等原因，手动联锁。
2．紧急放空系统的联锁动作
①紧急放空阀打开，反应系统泄压。②反应进料泵停机。③新氢压缩机停机。④反应加热炉灭火。
