球罐热处理方案

中国石油化工股份有限公司安庆分公司含硫原油加工适应性改造及油品质量升级工程空分/空压站400m³净化风事故备用球罐和400m³高压氮气球罐编制：审核：批准：中核华誉工程有限责任公司二O一二年四月十八日施工技术方案1工程概况中国石油化工股份有限公司安庆分公司（以下简称中石化安庆分公司）含硫原油加工适应性改造及油品质量升级工程空分/空压罐区新建2台400m3球罐，球罐编号为750-T-01、750-T-03，根据球罐的设计制造技术条件和国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，需进行焊后整体热处理。采用内部燃油法对球罐进行焊后整体热处理。为确保热处理质量满足设计规定的要求，特制定本方案。1.1球罐主要设计参数（见表1）表1球罐主要设计参数序号项目参数1球罐规格Ф92002设计壁厚40mm48mm3公称容积408m3408m34球罐材质Q370R07MnCrMoVR5操作介质净化风氮气6金属质量≈97787kg≈110940kg1.2热处理施工依据《特种设备安全监察条例》《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009《钢制压力容器》GB150-1998《钢制球形储罐》GB12337-1998《球形储罐施工规范》GB50094-2010净化风事故备用球罐说明书75000EQ-DP50-0101高压氮气球罐说明书75000EQ-DP50-02012热处理方法及工艺规程2.1热处理方法采用球罐内部燃油法进行整体热处理，用球罐腔体为炉膛，球罐外侧用保温材料进行绝热保温作为炉体，选用全自动比例燃烧器进行加热，随着燃油不断燃烧，产生的高温气流在球罐内进行对流传导和辐射，使球罐升温到热处理所需的温度。2.2热处理工艺规范根据国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，选择如下热处理工艺参数（表2）和工艺曲线。表2热处理工艺参数序号项目技术指标净化风事故备用球罐高压氮气球罐1保温温度580±20℃580±15℃2保温时间1.6h2h3升温速度（≤400℃时可不予控制）宜为50～80℃/h4降温速度（≤400℃时可不予控制）宜为30～50℃/h5升温时的最大温差≤120℃6降温时的最大温差≤120℃7保温时的最大温差≤50℃≤40℃3热工计算3.1热工计算参数表3热工计算参数序号项目参数1球罐内径dФ9200mm2球罐壳体厚度δ40mm48mm3材质Q370R07MnCrMoVR4球罐金属质量G≈97787kg≈110940kg580±20℃温度580℃时间（h）400℃1.6h自由升温宜为30～50℃/h宜为50～80℃/h0净化风事故备用球罐热处理工艺曲线自由降温580±15℃温度580℃时间（h）400℃2h自由升温宜为30～50℃/h宜为50～80℃/h0高压氮气球罐热处理工艺曲线自由降温5保温棉厚度δ60mm6保温层外表面积S≈274m27保温棉重量G1.5T（采用无碱玻璃棉）8保温棉密度γ60kg/m39钢材比热C600℃：0.586kJ/(kg·℃)；700℃：0.645(kJ/kg·℃)10钢材导热系数λ1600℃：32.56W/(m·℃)；650℃：31W/(m·℃)11保温棉导热系数λ0600℃：0.15W/(m·℃)；700℃：0.187W/(m·℃)12保温棉比热λ600℃：1.04kJ/(kg·℃)；700℃：1.04kJ/(kg·℃)13环境温度℃14燃烧油0号柴油（根据气温选择标号）3.2计算在500℃~600℃区间以50℃/h速率升温时，单位时间耗油量数值最大，具体数值见表4。表4热工计算表公称容积m3速率烟气单位时间耗油量单位时间耗热量10000kJ/h℃/h℃Bkg/hQ1Q2Q3Q4Q5Q6总耗热量400507002002962081333143513表中：Q1—球壳板升温所需热量Q2—球壳板与保温层的传热损失Q3—保温层的蓄热损失Q4—燃料机械不完全燃烧损失的热量Q5—燃料化学不完全燃烧损失的热量Q6—炉废气带走的热量B—燃料油的用量4热处理工艺系统热处理工艺系统由保温系统、加热与控制系统、检测温系统组成（见热处理系统图）。4.1保温系统球罐热处理保温过程，本质上是常规意义上的筑炉过程，保温材料及保温材料厚度的选用、保温质量的好坏，直接影响着热处理质量。根据以往的经验及保温效果，该球罐的保温材料选用无碱玻璃棉被。4.1.1保温工程施工保温工程施工包括钢带制造、安装及保温层安装三个部分。4.1.1.1钢带制造(1)钢带采用厚3mm、宽25mm的扁钢制成，扁钢上每间隔600mm，均匀焊接Φ6160mm的圆钢制成的保温铁钉，钢带结构见下页钢带简图。(2)钢带的保温铁钉与扁钢、Φ10圆钢围成的圆环与扁钢焊接牢固。4.1.1.2钢带安装(1)钢带安装全部采用焊接方式。(2)安装时，钢带沿球罐周向方向均布，与壳体紧贴，上部和下部呈放射状形式，相邻两者间的最大间距为700mm，球罐周向应均匀布置40根钢带。每条钢带的长度宜为14m。(3)钢带上的保温铁钉应牢固，不得脱落。4.1.1.3保温施工(1)保温施工材料的铺设要求是：选用厚度为60mm无碱玻璃棉保温被。保温层铺设时，两层保温被之间的接缝应错开，每层中保温材料搭接宽度要大于100mm。(2)保温材料在整个热处理过程中应贴紧球壳板表面，防止在热处理过程中松动和脱落。(3)保温施工应自下而上逐层进行。铺设时，均应用22#细铁丝在钢带保温钉上固定牢靠。保温被与壁板之间局部间隙不得大于10mm。(4)球罐上的人孔、法兰、接管及连接板均应进行保温,支柱与球壳板连接处向下1000mm范围内，也应进行保温。4.2加热与控制系统4.2.1燃烧器根据热工计算，本次球罐热处理最大耗油量为200kg/h，所选用欧克燃烧器的单位时间的最大供油量为251kg/h，完全满足使用要求。燃烧器用四个倒链固定在临时搭设的脚手架上，并与球罐底部的下人孔法兰连接，下人孔法兰与燃烧器之间用保温材料隔热、密钢带简图保温铁钉Φ6制成～200～600～600～200～600～30封。4.2.2燃油储备及供应高压氮气球罐预计热处理耗油量≤2.5吨，总用油量应保证球罐热处理全周期所需油量的1.5倍，故应有3.75吨的燃油储备。油箱放在地面，用供油泵将油送入燃烧器供油箱。4.2.3烟道烟囱安放在上人孔法兰上，烟囱总高1.2米，主体由Ф500×4×1200钢管1节组成。4.2.4温度控制设备由微电脑及执行机构组成。在微电脑上设定加热程序，由执行机构自动完成加热及温度控制。4.3检测温系统检测温系统由热电偶，补偿导线和彩色无纸记录仪组成。4.3.1热电偶的布置按照《球形储罐施工及验收规范》和《承压设备现场焊后热处理工艺规程》要求，热处理时：距人孔与球壳板焊缝边缘200mm以内及产品焊接试板上，必须设测温点。球罐共布置热电偶22支，详见热电偶布置图。4.3.2热电偶安装(1)单开槽螺母材质07MnCrMoVR，为标准的六角开槽螺母（M20），压紧螺栓为标准的内六角螺栓（M20）见下图。(2)每个开槽螺母须有一个压紧螺栓相配。使用前仔细检查，螺栓在开槽螺母中拧至端头。绝热施工之前，将单开槽螺母定位焊于球壳板指定位置上，并拧紧压紧螺栓。待绝热施工完成后再安装热电偶。热电偶安装时，用电工刀将压紧螺栓周围的绝热材料切开一块，松开压紧螺栓，待热电偶安装后，再拧紧。(3)压紧螺栓应压在热电偶的热端上。热电偶的热端紧贴球壳外壁。(4)热电偶在球罐本体上布置均匀，按照热电偶分布图进行布置测温热电偶。(5)热电偶补偿导线由铜—康铜导线制成。每条补偿导线选用整条导线，中间应无断头或接头。补偿导线与热电偶连接后，固定于离球罐绝热层外围200mm以外的位置上，不得与绝热层外的保温铁钉相接触。4.3.3温度监测温度记录使用彩色无纸记录仪。配置40通道彩色无纸记录仪1台，可记录40个测温点，用于记录球罐的温度。4.4产品焊接试板与球罐同步热处理球罐整体热处理过程中，要求产品焊接试板与球罐采用相同工艺进行热处理。把试板放在球罐上极板的外侧，靠球壳板的温度传导给试板。试板与球罐壁板之间必须紧密贴合，每边和壁板点焊一点（焊缝长度约5mm），点焊试板所采用的焊接工艺和产品正式焊接一致。热处理完毕后，必须用砂轮小心磨除焊缝金属，不得采用强力拆除方式，以防伤及壳体。试板拆除后，留在壳体上的焊缝金属用砂轮打磨至与母材平齐。4.5柱脚移动装置的设置(1)柱脚移动装置由千斤顶、移动固定框架构成。柱脚移动框架，在柱脚移动时固定在支柱底板上。(2)球壳板平均温度每升（降）100℃，柱脚移动一次，升温向外移，降温向内移。每次移动的距离见表5。表5柱脚移动数据温度℃100200300400500恒温球罐累计移动距离mm511182533385热处理前的条件确认热电偶压紧螺栓压紧螺母球壳板5.1资料审查相关单位已整理下列资料，并且通过监理、监检、业主代表人员的审查、确认。1）设备受压组件等材料质量证明书、检验及复验报告；2）球罐制造工艺过程卡；3）所有部件的制造检验或试验记录；4）焊接工艺记录及与实物相对应的焊工布置、焊缝排版图；5）设计文件规定的在整体热处理前应进行的各项无损检测报告；6）设计变更及材料代用文件；7）经设计、监理、监检、业主代表批准的球罐整体热处理方案；8）监理、监检、业主代表认为有必要审查的其它文件。5.2热处理点火前各个施工阶段施工任务检查与确认。在热处理点火前的前期准备工作中，具体需要监控的阶段如下：1）钢带固定阶段在该阶段需要观察钢带安装位置是否合理，是否牢固。2）保温阶段该阶段重点在于在保证保温层厚度的同时，检查保温层铺设是否严密，保温材料应严格按照方案的要求进行搭接。3）燃料购入及油路检查阶段该阶段不仅要确保所购燃料应满足热处理需要（包括柴油的型号，数量以及品质），还要确保油路的畅通。4）燃烧器的安装及调试阶段该阶段的具体工作有：燃烧器安装位置及角度是否精确；风机以及油泵的转向是否正确。5）测温及记录系统检测阶段该阶段的具体工作有：确定热电偶是否已经校验；记录仪表是否正常工作；热电偶与补偿导线连接是否正确；热电偶号与通道号是否一一对应。6）支柱移动体系检测阶段该阶段需确保在柱腿下已标好对应温度下的位移刻度，柱腿移动所需人员及装置已就位。7）温控系统核定阶段再次检查温控系统所设参数是否符合热处理工艺的要求。对上述各阶段进行检查确认，填写按点检查流转卡。5.3现场条件确认资料审查合格后，热处理施工单位、安装单位、监理、监检、业主质量和安全代表人员组成的现场条件联合确认组对现场进行联合检查，确认下列条件：1）设备全部按设计文件要求制造安装完毕，并经检验全部合格；2）焊接工作全部完成，并按设计文件要求经无损检测合格；3）吊耳、临时卡具已去除，所有与球罐相焊部位已打磨并经无损检测合格；4）不等壁厚连接处、角接焊缝处已按设计要求打磨并经验收合格；5）热电偶布置符合本方案要求；6）产品试板焊接应检验合格，并经监检人员确认，试板在壁板上固定应牢固可靠，产品焊接试板布置符合本方案要求；7）球罐区域场地不得有杂物、障碍物等不安全因素存在，热处理危险区域应有明显的警示标志和安全区域隔离标志；8）热处理加热与控制系统、温度测量系统和柱腿移动装置经调试和试运行正常、可靠，完全满足整体热处理要求。所有控制仪表完好，精度满足热处理需要，经检定合格且在有效检定期内使用；9）热处理时球罐因受热膨胀，径向（200mm）范围内不得有任何障碍物；10）供电系统经全面检查符合要求，确保热处理期间不断电；11）应掌握气象信息，热处理时应避开大风与雨、雪天气。球罐施工期间搭建的防风、防雨蓬、临时支架、跳板等材料必须符合防火阻燃要求。热处理施工时也必须具有防风、防雨、雪设施，雨蓬如有漏洞必须修补完好，确保热处理期间防风、防雨、雪的需要。热处理期间球罐顶部的顶蓬必须拆除防止高温辐射引起火灾。12）热处理保温施工质量完全满足整体热处理需要；13）联合确认组认为须完善和整改的其它条件。5.4资料审查和现场条件确认合格后，安装单位以书面形式通知热处理实施单位进行点火升温。升温前，