大型厚壁壓力容器現場熱處理

謝孔華,馬文啟（威海化工機械有限公司,山東 威海 264200）

大型厚壁壓力容器現場熱處理

謝孔華,馬文啟
（威海化工機械有限公司,山東 威海 264200）

隨著石化化工產量的加大，化工設備的規格越來越趨于大型化，常規在公司內部使用大型熱處理爐的熱處理方式已經不能滿足于生產需要。在保證熱處理的質量和效果的前提下，研究開發大型厚壁壓力容器現場新型熱處理工藝的必要性，通過設置科學合理的熱氣流導向裝置，采用微正壓內燃工藝，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場熱處理問題。該技術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,經濟效益明顯等特征.

壓力容器;現場熱處理;內燃法

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），該設備為低碳烷烴脫氫制烯烴及綜合利用項目的核心設備，由于設備直徑較大，整體無法運輸，需要在現場進行分段組對焊接、熱處理、水壓等重要工序。為確保熱處理質量滿足設計規定的要求，特研究制定了現場采用內燃法進行熱處理的方案。

1.2 主要設計參數（見表1）

表1 主要設計參數

2 熱處理方法

2.1 根據現場條件及設計要求，采用內燃法及局部電加熱的方法,對脫乙烷汽提塔進行焊后熱處理，具體方法及流程說明如下：

脫乙烷汽提塔現場熱處理部分為：筒體及下封頭計劃分三段。首先完成各段的熱處理工作，然后對三段間的對接環焊縫進行局部熱處理，最終實現設備整體熱處理的要求。每段均在地面進行燃油內燃臥式分段熱處理，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燃法，將塔體固定在臨時支座上，具體個數和間隔距離可根據實際調整。熱處理前，需制作一個臨時封頭，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燃法，將塔體固定臨時支座上，具體個數和間隔距離可根據實際調整。熱處理前，需制作2個臨時封頭，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，并用細鐵絲將其封嚴密。

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

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

（4）煙囪安裝在臨時封頭開孔處。

2.3 熱處理工藝規范

嚴格執行國家現行壓力容器制造技術法規、標準及設計技術條件要求規定，選擇如下熱處理工藝參數。

表2 熱處理工藝參數

2.4 熱工計算

2.4.1熱工計算參數（以第二段為例）

表3 熱工計算參數

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—燃料化學不完全燃燒損失的熱量

Q5—燃料機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 熱處理質量控制

2.6.1 熱電偶的布置

按照NB/T47015-2011《壓力容器焊接規程》和設計文件要求，熱處理時在第一段殼體上共設22個測溫點（其中封頭2點；筒體20點）；第二段筒體上共設20個測溫點；第三段筒體上共設20個測溫點。

2.6.2 熱電偶安裝

熱電偶應在其施焊區域的保溫工作結束后用儲能壓力焊機進行焊接。

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

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

（3）將熱電偶焊機的吸盤吸附在磨出的光滑區域邊緣內側。

（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度進行施焊。并保證兩條熱電偶線端點分開5～15mm距離。

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

2.6.3 溫度監測記錄

配置盤古40通道記錄儀1臺，共可記錄40個測溫點，用于記錄塔體的溫度。

記錄系統的巡檢時間間隔為3秒鐘，即每3秒鐘巡檢一個測溫點，自動記錄溫度值及溫度－時間曲線。另外，還設置了人工觀測記錄崗，時刻監視溫度曲線的變化，并對各測溫點溫度進行記錄。

2.7 三段之間環焊縫熱處理方法

采用電加熱局部熱處理的方法進行熱處理。

2.7.1 熱處理工藝規范

見2.3熱處理工藝規范

2.7.2 保溫系統

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

（2）鋪設保溫層時，里層鋪設一層硅酸鋁氈，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）焊縫保溫寬度每側不得少于壁厚的5倍，且每側應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

（1）加熱器：1）采用專用履帶式加熱器加熱，焊縫一側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。采用微機自動溫度控制柜3臺，最大輸出率600KW，可準確調控溫度。控制柜電源需用504KW，應單獨設置電源線及配電箱。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

檢測溫系統由熱電偶，補償導線和無紙記錄儀組成。

（1）熱電偶的布置：環焊縫局部熱處理時共設置15個控制回路，每個回路設置一個測溫點，共計15個測溫點。測溫點沿環焊縫圓周均布。

（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）溫度監測記錄：配置40路無紙記錄儀1臺，用于記錄殼體的溫度。

熱電偶和記錄儀表均應在使用前經校驗合格。補償導線的兩端的編號應一致，便于及時、迅速地確定測溫部位。

2.8 產品焊接試板與塔體的同步熱處理

設備整體熱處理過程中，要求產品焊接試板與筒體采用相同工藝進行熱處理。把試板立置于筒體內部，與筒體同時進行熱處理。

2.9 熱處理結果的分析

熱處理完成后，通過對熱處理記錄曲線的分析和產品試板進行分割試驗，各項結果均能滿足標準和圖紙的要求，充分說明通過該熱處理方法可以達到理想的熱處理效果。