關于地下污油罐設備熱處理事故的分析

王擁軍

（淄博佳能石化機械制造有限公司)

陳永志

（青島金海晟環保設備有限公司）

本文對某地下污油罐設備的熱處理事故原因進行了分析，并改進了熱處理工藝，使設備熱處理后焊接接頭硬度值滿足圖紙的設計要求。

1 地下污油罐設備參數

壓力容器的焊后消除應力熱處理是其制造過程中的一個關鍵步驟，也是改善焊接接頭質量的重要措施。焊后熱處理的目的是改善母材和焊接接頭的性能，消除焊接殘余應力，降低熱影響區的硬度，防止延遲裂紋的產生。

某公司生產的化工壓力容器地下污油罐，為Ⅱ類臥式容器。該設備規格覫1600 mm×12 mm×3000 mm，介質為污油，材質為Q245R正火板，設備內部有伴熱盤管，筒體上部人孔筒節和接管的高度均為1500 mm，下部為鞍式支座。該罐設計上要求焊后進行整體消除應力熱處理。圖1所示為該污油罐的結構。

圖1 污油罐結構

該公司采用容器內部電阻絲加熱帶加熱、熱電偶測溫、溫控儀控溫，容器外部保溫巖棉保溫的爐外整體熱處理工藝。該方法適用于設備內件較少的容器，在不具備熱處理爐的情況下這一方法不失為較好的選擇。熱處理工藝具體如下：檢查確認各儀表工作正常后，開始送電。控制升溫速度，在升溫至400℃后，加熱區升溫速度不得高于200℃/h，且最低不得低于55℃/h。焊件升溫期間，加熱區溫差不得超過120℃。保溫溫度600～640℃，保溫時間不少于30 min。保溫期間加熱區最高與最低溫度差不得大于80℃。 保溫達到規定時間后，斷電降溫，同時確保在溫度高于400℃時，降溫速度不得大于260℃/h，也不得小于55℃/h。打開保溫巖棉時溫度不得高于400℃，然后在靜止的空氣中繼續冷卻至常溫。

2 事故原因

該污油罐經過熱處理后，發現筒體的外表面出現嚴重的整體內凹變形，因而造成了筒體失效報廢的事故。通過核查自動記錄的熱處理溫度曲線圖（見圖2）可知，熱處理的升溫加熱和冷卻降溫速度均符合熱處理工藝要求。那么，究竟是何種原因造成了事故呢？通過對現場情況的分析，可將事故的原因歸結如下。

圖2 熱處理溫度曲線圖

（1）該設備發生的熱處理變形為蠕變變形，促使蠕變變形發生的原因主要有兩點：一是較高的溫度，二是一定的應力。鋼板在熱處理時加熱到一定溫度后會發生金屬晶粒松弛。由于該設備在熱處理時臥式放置，且直接放置于地面，雖然有保溫巖棉保溫，但下部無支撐件，設備在受熱釋放應力時其與地面接觸部分受到作用力約束，從而導致塑性變形，造成設備熱處理失效的事故。

（2）熱處理時為冬季，環境溫度較低 （約為-10℃），設備僅僅依靠保溫巖棉保溫，其與地面接觸部分由于內外溫差較大形成溫差應力，這也是筒體變形的原因之一。

（3）通常，消除應力熱處理的溫度應處于鋼板的下轉變溫度以下，金屬表面氧化層應呈現磚紅色，但實際情況是設備外部局部出現黑色氧化皮。經分析認為，該設備存在加熱不均勻的情況，其熱電偶的設置為兩端封頭各一個，上部筒體上一個，這樣就造成測定溫度與實際溫度有較大誤差的情況，從而導致設備下部發生局部過熱，引起設備下部局部變形。

（4）該設備壁厚只有12 mm，雖然熱處理溫度在工藝要求的范圍內，但熱處理保溫時間略長（圖2的熱處理溫度曲線圖顯示為80 min），比NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規程》標準要求的時間長約50 min。熱處理時間過長，熱處理溫度過高，不但消耗大量的能量，還會對金屬組織帶來不利的影響，因此GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》和NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規程》以及TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》標準和規范都對焊后熱處理的溫度和時間做出了詳細的規定。

3 改進措施

經過對事故進行以上分析后，對熱處理工藝及裝置做出了如下改進：

（1）熱處理時將設備放置于支撐支架上，保證設備筒體、封頭等部件不受外界約束。

（2）改善加熱狀況，加熱裝置均勻布置，在筒體上部增加三個熱電偶，多點控制，以保證熱處理溫度的自動記錄曲線和實際情況盡量符合。

（3）嚴格按照熱處理工藝進行操作，控制保溫時間。

經過以上工藝改進，對重新卷制焊接組裝后的設備進行了熱處理，產品的焊接接頭經硬度檢測達到了圖紙設計要求。

[1] GB 150.1～150.4—2011.壓力容器 [S] .

[2] TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全監察規程[S] .

[3] NB/T 47015—2011.壓力容器焊接規程 [S] .