反應(yīng)及沉降器高寒地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)分段熱處理方案

馬相偉 李 慧

（1、大慶市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，黑龍江 大慶163311 2、大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠第五油礦，黑龍江 大慶163511）

本文主要解決大型石化煉油廠中反應(yīng)器在制作過(guò)程中熱處理的問(wèn)題，反應(yīng)器作為石化煉化中的主要設(shè)備。反應(yīng)器由于尺寸超規(guī)格，無(wú)法實(shí)現(xiàn)路上交通運(yùn)輸，所以只能選擇在設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制造，制造過(guò)程中關(guān)于熱處理環(huán)節(jié)也提上議程，考慮到實(shí)際情況，我們采取分段熱處理的方式，特別說(shuō)明的是在熱處理還處于施工地的冬季，溫度仍在零下，最冷達(dá)到零下20℃。

1 概況

1.1 工程概況

某大型石化項(xiàng)目的第三反應(yīng)及沉降器（以下簡(jiǎn)稱反應(yīng)器），屬于Ⅱ類壓力容器，根據(jù)設(shè)計(jì)制造和國(guó)家現(xiàn)行壓力容器制造技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求，需對(duì)其進(jìn)行焊后熱處理。為確保熱處理質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，特制定本方案。

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)。 該設(shè)備筒體規(guī)格：φ5640/9840/11000/13600mm；壁厚：24/28/36/38/52/58mm；材質(zhì)：Q245R。

1.2.2 分段幾何參數(shù)。反應(yīng)器擬分六段進(jìn)行預(yù)制，第一段：φ5640x24/28x13306mm；第二段：φ5640/9840x24/38x4737mm；第三段：φ9840x38x6700mm；第四段：φ9840/11000/13600x38/58/36 x8376mm；第五段：φ13600x36x9000mm；第六段：φ13600x36/52x 5015mm。

2 熱處理方法

2.1 綜述

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及設(shè)計(jì)要求，反應(yīng)器殼體分段熱處理采用內(nèi)部燃油法進(jìn)行熱處理，整體合攏后的環(huán)焊縫熱處理采電加熱局部熱處理。

具體方法及流程說(shuō)明如下：（1）反應(yīng)器按照預(yù)制的六段均在地面進(jìn)行分段熱處理。（2）六段分段熱處理完成后進(jìn)行吊裝、組焊，最后完成各段之間的環(huán)焊縫的局部熱處理。

2.2 反應(yīng)器殼體的熱處理方法

利用制作平臺(tái)作為爐子的底部，平臺(tái)的鋼板上用硅酸鋁保溫絕熱；對(duì)殼體進(jìn)行外部保溫；殼體與爐子基礎(chǔ)（及封蓋）組成爐膛。在爐子底部地面配備一臺(tái)全自動(dòng)燃燒器，燃燒器通過(guò)噴嘴將輕柴油噴出并霧化點(diǎn)燃，通過(guò)風(fēng)機(jī)送風(fēng)助燃。隨著燃油不斷燃燒產(chǎn)生的熱風(fēng)，吹入爐子的底部，熱風(fēng)向上流動(dòng)，在殼體內(nèi)壁產(chǎn)生對(duì)流傳導(dǎo)和火焰熱輻射作用，使殼體升溫到熱處理所需的溫度，廢氣通過(guò)煙囪排出爐外。

2.2.1 六段熱處理方法：（1）外部保溫：在筒體外部安裝鋼帶，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：選用一臺(tái)燃燒器，燃燒器（hy-11d）放置在地面上，燃燒器熱風(fēng)出口朝上。（3）在頂部開(kāi)孔處安裝煙囪。

2.2.2 第二、三、四、五段熱處理方法：（1）外部保溫：方法同第一段。（2）燃燒器布置：方法同第一段。（3）封蓋安裝：熱處理時(shí)，在殼體上部處安裝封蓋，封蓋內(nèi)側(cè)覆蓋一層保溫材料，封蓋中心處開(kāi)孔并安裝煙囪。

3 熱處理工藝

嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)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)。熱處理工藝參數(shù)為保溫溫度620±20℃，保溫時(shí)間≥92min，升溫速度（≤400℃時(shí)可不予控制）196-105℃/h，降溫速度（≤400℃時(shí)可不予控制）250-134℃/h，升溫時(shí)的最大溫差≤140℃，升溫、保溫、降溫時(shí)的最大溫差指最下部至最上部所包容的設(shè)備受熱范圍內(nèi)的塔壁外側(cè)金屬溫度的最大差值；保溫期間加熱范圍內(nèi)最高與最低溫度之差不宜大于80℃。

4 熱處理工藝系統(tǒng)

熱處理工藝系統(tǒng)由保溫系統(tǒng)、加熱與控制系統(tǒng)、檢測(cè)溫系統(tǒng)組成。

4.1 保溫系統(tǒng)

設(shè)備熱處理保溫過(guò)程，即是常規(guī)意義上的筑爐過(guò)程，保溫材料及保溫層厚度的選定、保溫層安裝質(zhì)量的好壞，直接影響著熱處理質(zhì)量。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，選用硅酸鋁針刺毯及無(wú)堿玻璃棉被作為保溫材料。保溫系統(tǒng)絕熱工程施工包括鋼帶制造，安裝及絕熱層安裝等三個(gè)部分。

4.2 加熱與控制系統(tǒng)

燃燒器。根據(jù)熱工計(jì)算，本次熱處理選用1 臺(tái)HY-11d 全自動(dòng)燃燒器，單位時(shí)間的總最大燃油量為300kg/h，完全滿足使用要求。

4.3 檢測(cè)溫系統(tǒng)

檢測(cè)溫系統(tǒng)由熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線和無(wú)紙記錄儀組成。熱電偶和記錄儀表均應(yīng)在使用前均應(yīng)經(jīng)校驗(yàn)合格。

4.3.1 熱電偶的布置。按照《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》GB/T 30583-2014 和設(shè)計(jì)文件要求，熱處理時(shí)相鄰兩測(cè)溫點(diǎn)的距離小于4600mm，產(chǎn)品焊接試板應(yīng)布測(cè)溫點(diǎn)。

4.3.2 溫度監(jiān)測(cè)記錄。配置盤(pán)古多通道記錄儀，用于記錄殼體的溫度。

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(cè)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(cè)記錄崗，時(shí)刻監(jiān)視溫度曲線的變化，并對(duì)各測(cè)溫點(diǎn)溫度進(jìn)行記錄，具體記錄方法為：在控溫期間的各階段每30 分鐘記錄一次各點(diǎn)的溫度。

4.4 產(chǎn)品焊接試板與塔體的同步熱處理

設(shè)備熱處理過(guò)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。試板與筒體之間必須緊密貼合，每邊和筒體點(diǎn)焊一點(diǎn)（焊縫長(zhǎng)度約5mm），點(diǎn)焊試板所采用的焊接工藝和產(chǎn)品正式焊接一致。

5 筒節(jié)之間焊縫熱處理方法

采用電加熱局部熱處理的方法進(jìn)行熱處理。

5.1 熱處理工藝規(guī)范

嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)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，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇如下熱處理工藝參數(shù)：（1）保溫溫度620±20℃；（2）保溫時(shí)間≥92min；（3）升溫速度（≤400℃時(shí)可不予控制）≤140℃/h；（4）降溫速度（≤400℃時(shí)可不予控制）≤180℃/h；（5）升溫時(shí)的最大溫差≤140℃；（6）保溫時(shí)的最大溫差≤40℃。

5.2 熱處理工藝系統(tǒng)

熱處理工藝系統(tǒng)由保溫系統(tǒng)、加熱與控制系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)組成。

5.2.1 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（鋼帶上焊有保溫鋼釘），用以安裝保溫材料，熱處理結(jié)束時(shí)不得用強(qiáng)力拆除鋼帶，應(yīng)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60mm的硅酸鋁保溫被，內(nèi)外層保溫材料的接縫處應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，相鄰保溫材料間搭接量應(yīng)不小于100mm，將保溫被固定在鋼帶的保溫鋼釘上并用22＃細(xì)鐵絲捆綁結(jié)實(shí)牢固，保溫材料必須緊貼加熱器表面。（3）焊縫保溫寬度不少于900mm。

5.2.2 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2 臺(tái)，最大輸出率720KW，可準(zhǔn)確調(diào)控溫度?？刂乒耠娫葱栌?20KW，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置電源線及配電箱。

5.2.3 檢測(cè)溫系統(tǒng)。檢測(cè)溫系統(tǒng)由熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線和無(wú)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18 個(gè)控制回路，每個(gè)回路設(shè)置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，共計(jì)18 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。測(cè)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(cè)溫端貼近筒體，并頂在焊縫上，然后用鐵絲捆扎在筒體上且捆扎要牢固。（3）溫度監(jiān)測(cè)記錄。配置盤(pán)古40 路記錄儀1 臺(tái)，用于記錄殼體的溫度。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(cè)溫點(diǎn)。熱電偶和記錄儀表均應(yīng)在使用前經(jīng)校驗(yàn)合格。

以上方法，適用于大型現(xiàn)場(chǎng)組焊壓力容器的現(xiàn)場(chǎng)熱處理，對(duì)于同類產(chǎn)品有借鑒意義。此方法具有效果好，成本低，且方便拆卸和改裝，在實(shí)際的使用中完全達(dá)到了設(shè)計(jì)技術(shù)條件的要求，保證生產(chǎn)能夠保質(zhì)保量的順利完成。