大型厚壁壓力容器現(xiàn)場熱處理

謝孔華,馬文啟（威?；C(jī)械有限公司,山東 威海 264200）

大型厚壁壓力容器現(xiàn)場熱處理

謝孔華,馬文啟
（威?；C(jī)械有限公司,山東 威海 264200）

隨著石化化工產(chǎn)量的加大，化工設(shè)備的規(guī)格越來越趨于大型化，常規(guī)在公司內(nèi)部使用大型熱處理爐的熱處理方式已經(jīng)不能滿足于生產(chǎn)需要。在保證熱處理的質(zhì)量和效果的前提下，研究開發(fā)大型厚壁壓力容器現(xiàn)場新型熱處理工藝的必要性，通過設(shè)置科學(xué)合理的熱氣流導(dǎo)向裝置，采用微正壓內(nèi)燃工藝，配備新型大功率燃油噴嘴、布置合理的測溫裝置，從而解決大容積變截面不等壁厚超大容積壓力容器的現(xiàn)場熱處理問題。該技術(shù)使得大型厚壁壓力容器的熱處理具有工期短,熱處理效果好,經(jīng)濟(jì)效益明顯等特征.

壓力容器;現(xiàn)場熱處理;內(nèi)燃法

1 概述

1.1 工程概況

我公司給山東某化工股份有限公司制造的，用于低碳烷烴脫氫裝置中的脫乙烷汽提塔（C-1201），該設(shè)備為低碳烷烴脫氫制烯烴及綜合利用項(xiàng)目的核心設(shè)備，由于設(shè)備直徑較大，整體無法運(yùn)輸，需要在現(xiàn)場進(jìn)行分段組對(duì)焊接、熱處理、水壓等重要工序。為確保熱處理質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，特研究制定了現(xiàn)場采用內(nèi)燃法進(jìn)行熱處理的方案。

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1）

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 熱處理方法

2.1 根據(jù)現(xiàn)場條件及設(shè)計(jì)要求，采用內(nèi)燃法及局部電加熱的方法,對(duì)脫乙烷汽提塔進(jìn)行焊后熱處理，具體方法及流程說明如下：

脫乙烷汽提塔現(xiàn)場熱處理部分為：筒體及下封頭計(jì)劃分三段。首先完成各段的熱處理工作，然后對(duì)三段間的對(duì)接環(huán)焊縫進(jìn)行局部熱處理，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體熱處理的要求。每段均在地面進(jìn)行燃油內(nèi)燃臥式分段熱處理，每一分段熱處理完與前段焊接完成后再做局部電加熱處理。

2.2 脫乙烷汽提塔殼體分段整體熱處理方法（熱處理示意圖）

2.2.1第一段熱處理方法：

第一分段熱處理采用燃油內(nèi)燃法，將塔體固定在臨時(shí)支座上，具體個(gè)數(shù)和間隔距離可根據(jù)實(shí)際調(diào)整。熱處理前，需制作一個(gè)臨時(shí)封頭，安裝在第一分段的頂部。在熱處理過程中，燃燒器及煙囪放置位置如圖1所示。

2.2.2第二段、第三段熱處理方法

第二段熱處理采用燃油內(nèi)燃法，將塔體固定臨時(shí)支座上，具體個(gè)數(shù)和間隔距離可根據(jù)實(shí)際調(diào)整。熱處理前，需制作2個(gè)臨時(shí)封頭，安裝在第二分段的頂部與底部。在熱處理過程中，燃燒器及煙囪放置位置如圖2所示：

圖1

圖2

（1）外部保溫：保溫材料固定在鋼帶上，并用細(xì)鐵絲將其封嚴(yán)密。

（2）燃燒器布置：每段選用二臺(tái)（hy-09d）燃燒器進(jìn)行處理，燃燒器布置位置大概在每節(jié)筒體的兩端，并與導(dǎo)流管道連接，高溫氣流出口固定在塔器中心線上。

（3）臨時(shí)封頭安裝：熱處理時(shí)，在筒體開口一側(cè)安裝臨時(shí)封頭，封頭內(nèi)側(cè)覆蓋一層保溫材料，封頭中心處開孔。

（4）煙囪安裝在臨時(shí)封頭開孔處。

2.3 熱處理工藝規(guī)范

嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)行壓力容器制造技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)技術(shù)條件要求規(guī)定，選擇如下熱處理工藝參數(shù)。

表2 熱處理工藝參數(shù)

2.4 熱工計(jì)算

2.4.1熱工計(jì)算參數(shù)（以第二段為例）

表3 熱工計(jì)算參數(shù)

表中：

Q1—塔體壁板升溫所需熱量

Q2—塔體壁板與保溫層的傳熱損失

Q3—保溫層的蓄熱損失

Q4—燃料化學(xué)不完全燃燒損失的熱量

Q5—燃料機(jī)械不完全燃燒損失的熱量

Q6—廢氣帶走的熱量

B— 燃料油的用量

2.6 熱處理質(zhì)量控制

2.6.1 熱電偶的布置

按照NB/T47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》和設(shè)計(jì)文件要求，熱處理時(shí)在第一段殼體上共設(shè)22個(gè)測溫點(diǎn)（其中封頭2點(diǎn)；筒體20點(diǎn)）；第二段筒體上共設(shè)20個(gè)測溫點(diǎn)；第三段筒體上共設(shè)20個(gè)測溫點(diǎn)。

2.6.2 熱電偶安裝

熱電偶應(yīng)在其施焊區(qū)域的保溫工作結(jié)束后用儲(chǔ)能壓力焊機(jī)進(jìn)行焊接。

（1）揭開熱電偶預(yù)留位置處的保溫棉，在基體表面用磨光機(jī)磨出一塊直徑60～100mm的光滑區(qū)域。

（2）用雙股細(xì)鐵絲將熱電偶固定在光滑區(qū)域附近的鋼帶上，并保證熱電偶焊接端位于光滑區(qū)之內(nèi)。

（3）將熱電偶焊機(jī)的吸盤吸附在磨出的光滑區(qū)域邊緣內(nèi)側(cè)。

（4）用平口鉗將熱電偶線焊接端修剪成平面，并用焊鉗將熱電偶線彎成90度進(jìn)行施焊。并保證兩條熱電偶線端點(diǎn)分開5～15mm距離。

（5）焊接結(jié)束后輕輕覆蓋上保溫層，并將熱電偶冷端吊離保溫層400mm以外。

（6）熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線由銅-康銅導(dǎo)線制成。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接后，固定于離殼體保溫層外圍300mm以遠(yuǎn)的位置上，不得與保溫層外的保溫鐵釘相接觸。

2.6.3 溫度監(jiān)測記錄

配置盤古40通道記錄儀1臺(tái)，共可記錄40個(gè)測溫點(diǎn)，用于記錄塔體的溫度。

記錄系統(tǒng)的巡檢時(shí)間間隔為3秒鐘，即每3秒鐘巡檢一個(gè)測溫點(diǎn)，自動(dòng)記錄溫度值及溫度－時(shí)間曲線。另外，還設(shè)置了人工觀測記錄崗，時(shí)刻監(jiān)視溫度曲線的變化，并對(duì)各測溫點(diǎn)溫度進(jìn)行記錄。

2.7 三段之間環(huán)焊縫熱處理方法

采用電加熱局部熱處理的方法進(jìn)行熱處理。

2.7.1 熱處理工藝規(guī)范

見2.3熱處理工藝規(guī)范

2.7.2 保溫系統(tǒng)

（1）采用雙面保溫，筒體內(nèi)、外焊縫上下各安裝兩圈鋼帶，用以安裝保溫材料，熱處理結(jié)束時(shí)，用角向磨光機(jī)小心磨削除去，以免損傷筒體。

（2）鋪設(shè)保溫層時(shí)，里層鋪設(shè)一層硅酸鋁氈，厚度為30mm，外層用厚度為40mm的無堿玻璃棉保溫被，將保溫被固定在鋼帶的保溫鋼釘上。

（3）焊縫保溫寬度每側(cè)不得少于壁厚的5倍，且每側(cè)應(yīng)比加熱器的安裝寬度增加不少于100mm；

2.7.3 加熱與控制系統(tǒng)

（1）加熱器：1）采用專用履帶式加熱器加熱，焊縫一側(cè)的加熱寬度不小于鋼材厚度的3-5倍；2）加熱片的安裝：把局部熱處理用加熱片固定在環(huán)焊縫外部，在焊縫上下500mm的位置各固定一條鋼帶,用鐵絲將加熱片固定在鋼帶上，然后用鐵絲將加熱片捆綁在筒體壁上，加熱片與筒體壁要貼合緊密。

（2）控制柜。采用微機(jī)自動(dòng)溫度控制柜3臺(tái)，最大輸出率600KW，可準(zhǔn)確調(diào)控溫度?？刂乒耠娫葱栌?04KW，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置電源線及配電箱。采用單片12kw的電加熱片，共42片，覆蓋到焊縫表面，均勻排布。

2.7.4 檢測溫系統(tǒng)

檢測溫系統(tǒng)由熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線和無紙記錄儀組成。

（1）熱電偶的布置：環(huán)焊縫局部熱處理時(shí)共設(shè)置15個(gè)控制回路，每個(gè)回路設(shè)置一個(gè)測溫點(diǎn)，共計(jì)15個(gè)測溫點(diǎn)。測溫點(diǎn)沿環(huán)焊縫圓周均布。

（2）熱電偶安裝：熱電偶安裝采用捆扎法，將熱電偶測溫端貼近筒體從加熱片下面插入，并頂在焊縫上，然后和加熱片一起用鐵絲捆扎在筒體上且捆扎要牢固。

（3）溫度監(jiān)測記錄：配置40路無紙記錄儀1臺(tái)，用于記錄殼體的溫度。

熱電偶和記錄儀表均應(yīng)在使用前經(jīng)校驗(yàn)合格。補(bǔ)償導(dǎo)線的兩端的編號(hào)應(yīng)一致，便于及時(shí)、迅速地確定測溫部位。

2.8 產(chǎn)品焊接試板與塔體的同步熱處理

設(shè)備整體熱處理過程中，要求產(chǎn)品焊接試板與筒體采用相同工藝進(jìn)行熱處理。把試板立置于筒體內(nèi)部，與筒體同時(shí)進(jìn)行熱處理。

2.9 熱處理結(jié)果的分析

熱處理完成后，通過對(duì)熱處理記錄曲線的分析和產(chǎn)品試板進(jìn)行分割試驗(yàn)，各項(xiàng)結(jié)果均能滿足標(biāo)準(zhǔn)和圖紙的要求，充分說明通過該熱處理方法可以達(dá)到理想的熱處理效果。