脫乙烷汽提塔立式內燃法整體熱處理

王志東（吉林亞新工程檢測有限責任公司，吉林 吉林132021）

隨著國內大型壓力容器設計技術不斷取得進步，與之相應的大型壓力容器制造技術也穩(wěn)步提高，近些年不斷有超限大型壓力容器被應用于施工。這些超限大型壓力容器的特點或是重量超重，或是長度超長，或是直徑超大，或是壁厚超厚。在一些施工現場，又出現一種長度超長，直徑較小，壁厚較厚的大長徑比超限大型壓力容器，如何對其進行整體熱處理施工，這是一個極高的挑戰(zhàn)。

1 設備概況

在浙江某公司年產45萬噸丙烯及30萬噸聚丙烯二期項目丙烷脫氫裝置中，有一臺脫乙烷汽提塔需進行整體熱處理。該設備長52.33米，內徑5.5米，長徑比近10:1，因運輸能力及運輸成本限制，只能在現場進行組對安裝，再進行整體熱處理施工。

2 施工方法選擇

（1）爐內熱處理：操作簡單，維修方便，但建爐周期長、成本較高。

（2）內部電加熱法：熱處理溫度容易控制，熱效率極高，但施工周期長，加熱元件損耗率高，并受現場電力負荷的制約[1]。

（3）高溫煙氣法：熱處理施工周期短，裝置簡單、維護容易，施工成本相對較低[2]，但只停留在設計階段。

（4）內燃法熱處理：熱量輸出穩(wěn)定，熱效率高，施工周期短，成本低。

結合脫乙烷汽提塔大長徑比、壁厚較厚、立式安裝后塔體側壁及塔下錐體底部多處管口都可布置燃燒器的特點，適合進行內燃法整體熱處理施工。

3 施工難點

（1）該塔是目前國內長徑比較大的大型壓力容器，熱處理時溫差不容易控制，熱處理工藝不容易實現。

（2）該塔受場地和建爐成本限制，不具備爐內熱處理條件，只能進行現場內燃法整體熱處理施工；同時由于其結構限制，只能采用立式熱處理施工方法，熱處理施工難度極大。

（3）對長徑比近10:1的脫乙烷汽提塔采用內燃法進行一次性整體熱處理施工無可靠技術資料及成功經驗用以指導施工，對技術要求極高。

4 施工工藝設計

針對脫乙烷汽提塔長徑比較大的特點，采用內燃法進行整體熱處理施工時，對存在的技術難點，進行如下工藝設計。

4.1 分層供熱設計

將多臺燃燒器分四層布置供熱，通過對每層燃燒器的供熱進行控制，來調節(jié)每段塔體的內部的供熱區(qū)間，借此來分別控制每段塔體內部空間的溫度場，提高控溫精度，降低內部溫差。

4.2 導流設計

根據汽提塔的內部結構形式和燃燒器的擺放位置，設計分四層搭設導流裝置。在塔內分三層設置多根中心管導流裝置，將每層燃燒器燃燒形成的火焰流和熱氣流引導向塔內中心部位，促進塔內熱循環(huán)、保證塔內空間溫度場的分布均勻。

5 立式內燃法整體熱處理施工

5.1 立式內燃法整體熱處理施工原理

將外部保溫后的脫乙烷汽提塔作為一個密閉爐膛，采用多臺燃油燃燒器分層進行供熱，利用塔內分層設置的中心管導流裝置將火焰流和熱氣流引導集中在塔體中心部位，從而實現對脫乙烷汽提塔整體的均勻加熱，達到整體熱處理的目的。施工原理參見圖一。

圖一：脫乙烷汽提塔立式內燃法整體熱處理施工原理圖

5.2 分層供熱設置

（1）第一層供熱設置：在塔體下錐體底部布置一臺主燃燒器，縱向向上燃燒供熱，通過調節(jié)燃燒器的供熱來調節(jié)塔中下部20米左右范圍內的溫度場，重點為中下部提供熱量。

（2）第二層供熱設置：將兩臺燃燒器分別布置在塔體側壁距地面約21米處的兩處管口位置，通過對兩臺對稱布置的兩臺燃燒器進行調節(jié)，來控制第二層燃燒器以上11米范圍內的溫度場，為塔中部提供熱量。

（3）第三層供熱設置：將兩臺燃燒器分別布置在塔體側壁距第二層燃燒器約11米高的兩處管口位置，通過對兩臺對稱布置的兩臺燃燒器進行調節(jié)，來控制第三層燃燒器以上11米范圍內的溫度場，為塔中上部提供熱量。

（4）第四層供熱設置：將兩臺燃燒器分別布置于塔體側壁距第三層燃燒器約11米高的兩處管口位置，通過對兩臺對稱布置的兩臺燃燒器進行調節(jié)，來控制第四層燃燒器以上11米范圍內的溫度場，為塔上部提供熱量。

7臺燃燒器同時供熱，通過對熱氣流的引導，控制內部空間溫度場的均衡，達到整體熱處理工藝要求。

5.3 立式內燃法整體熱處理施工工序

5.3.1 腳手架調整

對塔體外部搭設的腳手架進行適當調整，以保證滿足整體熱處理施工需要。

5.3.2 測溫點布置

測溫點均勻分布在塔體外表面上。相鄰兩測溫點間距不得大于4.6m，各相鄰周向測溫點分布時應錯開；每塊產品試板設測溫點1只。塔體共計設測溫點55點。

5.3.3 導流裝置的設置

共計設置四層導流裝置。

第一層導流裝置設置在自塔體底部起高約10米，其作用是防止局部過熱。

第二層中心管導流裝置設置于塔體側壁距地面約21 米處的管口處，將兩根導流管分別沿兩處管口位置伸向塔內中心部位，端頭彎頭向上。

第三層中心管導流裝置設置于塔體側壁距第二層導流裝置以上約11米處的管口處，將兩根導流管分別沿兩處管口位置伸向塔內中心部位，端頭彎頭向上。

第四層中心管導流裝置設置于塔體側壁距第三層導流裝置以上約11米處的管口處，將兩根導流管分別沿兩處管口位置伸向塔內中心部位，端頭彎頭向上。

5.3.4 煙道設置

煙道設置在上封頭接管上，其作用是排除煙氣，同時起到調節(jié)塔體內部溫度的作用。

5.3.5 外部保溫

采用雙層保溫，內層采用硅酸鋁保溫棉，外層采用無堿超細玻璃絲棉被。保溫材料應保持干燥，不得發(fā)潮。

保溫范圍包括塔體直筒段及下封頭。此外，自裙座與筒體間環(huán)焊縫向下1000mm范圍的裙座均進行保溫[3]。

保溫層應緊貼塔體外表面；接縫應嚴密，內外層接縫須錯開，縫間搭接寬度大于100mm；在熱處理過程中保溫層不得松動脫落。

6 熱處理實施效果

6.1 熱處理曲線核查

經檢查，脫乙烷汽提塔整體熱處理實際曲線符合工藝要求，見表1。

表1 熱處理曲線核查表

6.2 產品試板力學性能試驗

熱處理結束后，按NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定》對產品試板進行了力學性能試驗，各項試驗指標均合格。

7 結語

本次脫乙烷汽提塔選擇立式內燃法進行整體熱處理施工，通過分層供熱的方式有效促進塔體內部的溫度場均勻，最大限度地實現熱處理工藝。在內部設置六根中心管導熱裝置對各臺燃燒器的火焰流及熱氣流進行導流，將熱量集中在塔體中心部位，有效地促進了內部熱循環(huán)，降低了溫差,達到整體熱處理之目的。此次脫乙烷汽提塔立式內燃法整體熱處理的成功應用，不僅填補了我公司的一項熱處理技術空白，也填補了高長徑比大型壓力容器整體熱處理的行業(yè)空白，還創(chuàng)造了國內現場整體熱處理最大長徑比施工記錄。同時也解決了大型超限設備整體熱處理難題，在為今后大長徑比的超限設備現場整體熱處理提供了寶貴經驗。