国产约翰逊网在固定床反应器中的应用

第４３卷第２期　２００６年４月　化１二设备与管道　

ＰＲＯＣＥＳＳ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＰＩＰＩＮＧ　Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．２　

Ａｐｒ．２００６　

国产约翰逊网在固定床反应器中的应用　钱小燕　（中国石化集团上海工程有限公司，上海２００１２０）　摘要：通过对固定床反应器中所用的几种筛网形式进行比较，说明了约翰逊网的特点，简要介绍了约翰逊网国产　化的过程、遇到的问题和所作的改进，以及在固定床反应器中的应用情况。　关键词：固定床反应器；　约翰逊网；　国产化　中图分类号：ＴＱＯ５２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—３２８１（２００６）０２－００２１－０４　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｏｍｅｓｔｉｃ　Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｓｃｒｅｅｎ　ｉｎ　Ｆｉｘｅｄ　Ｂｅｄ　Ｒｅａｃｔｏｒ　Ｑｉａｎ　Ｘｉａｏｙａｎ　（ＳＩＮＯＰＥＣ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，　ｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００１２０）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｃｒｅｅｎｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｆｉｘｅｄ　ｂｅｄ　ｒｅａｃｔｏｒ，ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｓｃｒｅｅｎ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ・　Ａｌｓｏ．ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｊｏｈｎｓｏｎ　ｓｃｒｅｅｎ，ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｕｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｐｐｌｉｅｄ，ａＳ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｔ　ｉｎ　ｆｉｘｅｄ　ｂｅｄ　ｒｅ。　ａｃｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｆｉｘｅｄ　ｂｅｄ　ｒｅａｃｔｏｒ，Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｓｃｒｅｅｎ，ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　

在炼油、石化、化工等行业中，固定床反应器是　常用的反应过程设备。在反应容器中，催化剂被充　装在以筛网为界的固定床层中，流体穿过筛网进入　催化剂床层进行反应，然后再通过筛网离开床层。　在同定床反应器结构设计中，除了催化剂床层　的设计直接影响到反应效果外，筛网的设计也是影　响反应器性能的重要因素。例如：筛网的开孔率会　影响流体的流动和压力降；筛网孔径的尺寸精度会　影响催化剂颗粒的损失程度，等等。　１　反应器中的固定床结构　在轴向固定床反应器中，流体在立式容器中轴　向流动，由下向上或由上向下。催化剂床层是水平　布置的。床层下部的筛网一般用格栅支撑，为了承　受重量有时还要加支撑梁。床层上部可以用筛网，　也可以用瓷球堆层代替筛网阻挡催化剂颗粒外流　（见图１）。　在径向固定床反应器中，催化剂床层与立式容　器壳体呈同心圆布置，筛网在催化剂床层内、外，呈　两个同心圆。流体从容器顶部管口进入后，分散到　

圈１轴向固定床反应器　壳体内的最外圈，然后沿径向穿过外层筛网进入催　化剂床层，再沿径向穿出内层筛网，进人中心管，向　

收稿日期：２００５－１０－２８　作者简介：钱小燕（１９５６～），女，高级工程师，副总工程师。主要从　事压力容器审定工作。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４３卷　钱小燕．国产约翰逊网在固定床反应器中的应用　－２１・　下流出反应器。流体也可以朝相反的路径流动（见　图２）。　

图２径向固定床反应器　２　固定床反应器中使用的筛网形式　二十多年前，国内制造的固定床反应器普遍使　用的筛网形式为多孔板或金属丝网。　多孔板一般是在钢板上冲出许多排列整齐的小　孔。冲孔的钢板不能太厚，通常采用薄钢板，便于冲　孔。为了增加薄钢板的刚度，可以将多孔板折成波　纹状，也可以做成扇形筒（见图３），或者用格栅或其　他方式支撑。多孔板折成波纹状或扇形筒，除了增　强刚度外，还可以增加开孔面积。　

图３多孔板扇形简　金属丝网是用金属丝编织而成的（见图４）。其　优点是制作简单，成本低；缺点是刚度差，网孔易变　形，表面不平滑，容易磨损催化剂。通常用在轴向固　定床反应器床层的下部，用格栅支撑，上面铺瓷球，　

防止催化剂破损和流失。　图４金属丝网　上世纪八十年代后期，随着改革开放，我国引　进了不少国外技术和装备。在引进的苯乙烯装置　中，我们看到了被称为“约翰逊网”的筛网，用在乙　苯脱氢制苯乙烯反应器中。该反应器为径向固定　床结构，催化剂装填在由两个同心圆内、外网构成　的圆环形床层中，内、外网均为约翰逊网。这种筛　网形式与多孔板或金属丝网完全不同，它是由平　行排列的网条与垂直于网条的支撑条焊接而成的　（见图５）。　

图５约翰逊网　约翰逊网在国外已有１００年的历史，近年来发　展速度较快。约翰逊网被广泛应用于给排水、化工　和石化工艺过程、矿产、造纸和食品加工过程等设备　中。化工和石化装置中的固定床反应器是它的主要　用途之一，可以用在轴向反应器中（平板型），也可　以用在径向反应器中（圆筒形）。约翰逊网的品种、　形状、规格越来越多，可根据不同的需要来选用。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ・２２・　化工设备与管道　２００６年第２期　３约翰逊网的特点　约翰逊网的结构是由平行排列的网条与垂直于　网条的支撑条焊接而成。网条的截面形状为Ｖ型，　网条上端是平面，下端是尖角，在与支撑条点焊时互　相熔合（见图６）。　

图６　Ｖ型网条　３．１　强度高　Ｖ型网条的截面高度大于宽度，网条自身有一　定的强度。网条与支撑条接触的每一点都通过焊接　固定，使所有网条结成牢固的整体。　３．２开孔率高　

一般多孔板的开孑Ｌ率不超过３０％，因为开孔之　间的孑Ｌ桥要有一定的宽度，否则孑Ｌ桥容易断裂，尤其　是条形孔不能开得太长，孔桥越是狭长越容易断裂。　约翰逊网则不受这样的限制，约翰逊网的孑Ｌ桥就是　网条，由于网条的加工方法和截面形状使它不易断　裂，所以孑Ｌ桥可以取相对较窄的尺寸。减小网条宽　度或扩大网条之间的间隙，可以提高约翰逊网的开　孔率。　３．３不易堵塞　Ｖ型网条排列在一起，从横截面看，开孔为喇叭　口。一旦有催化剂碎颗粒穿过网条间隙，随即会被　流体带走，因为颗粒与网条边缘只有两点接触，在网　条间隙中卡住的可能性很小（见图７）。　多孑Ｌ板的孑Ｌ边与颗粒的接触面积较大，可能会　发生颗粒卡住的现象（见图８）。　３．４可过滤细微颗粒　约翰逊网可以通过网条排列的疏密程度来控制　网条之间的缝隙宽度，因此可以制作出非常狭窄的　缝隙，用于过滤细微颗粒，这是多孔板和金属丝网无　法做到的。　４约翰逊网的国产化　约翰逊网虽然有诸多的优点，但它不菲的价格　

囤７网条间隙两点接触　图８多孔板　让国内用户望而却步。十年前市场上，进口不锈钢　约翰逊网的价格是同样面积多孔板价格的几十倍。　在这样的情况下，国内制造厂家纷纷开始试制类似　的产品。　由于无从了解国外产品的制作工艺，只能靠自　己摸索，土法上马。　首先是Ｖ型网条，国内厂家按照进口产品样本　上的形状和几何尺寸，经过试验拔出了几种规格的　网条。　接着试验高频电阻焊，将网条点焊连接。这是　制作约翰逊网的一道主要工序。　下一步就是如何将网条排列整齐，连结成不同　形状的筛网，这方面各家工厂所用方法不尽相同。　概括地说，用车床加高频电阻焊生产出了早期　的“约翰逊网”。　早期的产品品种单一，尺寸精度低，焊点常有漏　焊和松脱，网面不平整等等。最初的产品用在要求　不高的水处理过滤等设备中。　５在径向固定床反应器中的应用　国家“九五”规划期间，石化行业的“十条龙”攻　关项目之一是用国内自己开发的工艺技术建成一套　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４３卷　钱小燕．国产约翰逊网在固定床反应器中的应用　・２３・　１Ｏ万ｔ／ａ苯乙烯装置。装置中的核心设备——乙苯　脱氢制苯乙烯反应器的国产化设计、制造是攻关项　目中的重点。该反应器为径（轴）向固定床形式，催　化剂床层是立式圆环形。反应工艺要求催化剂筛网　具有高开孑Ｌ率和低阻力降等特性，在这种场合，采用　约翰逊网是最合适的解决方案。　当时国内的约翰逊网试制才刚刚起步，在苯乙　烯装置的脱氢反应器中，尚无应用先例。为了支持　约翰逊网的国产化，设计单位与制造厂共同研究改　进措施。　５．１　提高网条间缝隙的尺寸精度　网条之间的缝隙尺寸是根据催化剂颗粒的大小　由设计者确定的，而尺寸偏差的确定则要考虑制造　工艺水平是否能达到。尺寸偏差大所造成的结果　是：网孔正偏差，催化剂可能漏出；网孑Ｌ负偏差，减少　流通面积；我们希望偏差控制在０．Ｏｌｍｍ数量级。　为了提高精度，用精密的数控机床加工了专用胎具，　控制网条的排列间隙，从而满足设计要求。　５．２解决焊点松脱问题　在一张筛网上有成百上千个焊点，有部分焊点　漏焊或焊得不牢似乎不会影响筛网的强度。但苯乙　烯装置脱氢反应器的操作工况是高温，在六百多度　的高温下，网条受热膨胀变形，漏焊处可能出现空　隙，造成催化剂泄漏。　解决问题的措施：一是进行焊接工艺试验和评　定，找出合适的焊接工艺；二是掌握网条与支撑条熔　合深度对焊点质量的影响，控制熔合深度；三是增加　焊后检验，取焊接节点作拉力试验。　５．３改进筛网端边的平整度　第一次为脱氢反应器加工的约翰逊网，最明显　的缺点是筛网端边不平整，波浪形的端边挡不住催　化剂颗粒，不得已只能在安装时用钢带将筛网端部　封住。　在以后的约翰逊网加工时，筛网端部增加了收　边钢条，使端部既平整美观，又保证缝隙不超标。　６在轴向固定床反应器中的应用　在轴向固定床反应器中使用的筛网与径向反应　器中的筛网形状不同，受力情况也不同。平板形的　筛网置于催化剂床层底部，承受着整个床层的重量。　筛网支撑条的作用不仅是将网条连结成一体，还要　有足够的刚度保持网面不变形。从受力来说，支撑　条的截面积越大越好；从焊接来说，支撑条与网条的　尺寸越接近越好。为解决这一矛盾，采取的方法是：　先用小尺寸的支撑条与网条连接，再用截面积大的　扁钢加强（见图９）。　

图９平板型筛网　制造厂为了满足用户的需求，增加筛网的品种，　在装备上有较多改进，自制了各种加工设备和工装，　既能生产平板形，也能生产圆弧形或圆筒形。　设计单位为推动国产约翰逊网的发展，已将其　应用于苯酚丙酮装置的烃化反应器、丁苯橡胶装置　的干燥塔、乙　苯乙烯装置的烃　反烃化反应器　等轴向固定床反应器中。　７　结束语　国产的约翰逊网已在苯乙烯装置的脱氢反应器　中成功应用，在其他的固定床反应器中也已成功应　用。在质量达到设计要求的前提下，可以替代进口　产品，为企业降低成本。　国内的生产厂家经过多年实践，积累了一些经　验，逐步增加了检验、试验手段，产品质量不断提高，　但仍有改进余地。　由于约翰逊网具有许多优点，国内生产价格相　对便宜，除了上述应用实例外，还可以开发更多的　用途。