反應及沉降器高寒地區現場分段熱處理方案

馬相偉 李 慧

（1、大慶市特種設備檢驗研究所，黑龍江 大慶163311 2、大慶油田有限責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器在制作過程中熱處理的問題，反應器作為石化煉化中的主要設備。反應器由于尺寸超規格，無法實現路上交通運輸，所以只能選擇在設備使用現場進行現場制造，制造過程中關于熱處理環節也提上議程，考慮到實際情況，我們采取分段熱處理的方式，特別說明的是在熱處理還處于施工地的冬季，溫度仍在零下，最冷達到零下20℃。

1 概況

1.1 工程概況

某大型石化項目的第三反應及沉降器（以下簡稱反應器），屬于Ⅱ類壓力容器，根據設計制造和國家現行壓力容器制造技術法規、標準要求，需對其進行焊后熱處理。為確保熱處理質量滿足設計規定的要求，特制定本方案。

1.2 主要設計參數

1.2.1 主要設計參數。 該設備筒體規格：φ5640/9840/11000/13600mm；壁厚：24/28/36/38/52/58mm；材質：Q245R。

1.2.2 分段幾何參數。反應器擬分六段進行預制，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

根據現場條件及設計要求，反應器殼體分段熱處理采用內部燃油法進行熱處理，整體合攏后的環焊縫熱處理采電加熱局部熱處理。

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

2.2 反應器殼體的熱處理方法

利用制作平臺作為爐子的底部，平臺的鋼板上用硅酸鋁保溫絕熱；對殼體進行外部保溫；殼體與爐子基礎（及封蓋）組成爐膛。在爐子底部地面配備一臺全自動燃燒器，燃燒器通過噴嘴將輕柴油噴出并霧化點燃，通過風機送風助燃。隨著燃油不斷燃燒產生的熱風，吹入爐子的底部，熱風向上流動，在殼體內壁產生對流傳導和火焰熱輻射作用，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，并用細鐵絲將其封嚴密。（2）燃燒器布置：選用一臺燃燒器，燃燒器（hy-11d）放置在地面上，燃燒器熱風出口朝上。（3）在頂部開孔處安裝煙囪。

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，在殼體上部處安裝封蓋，封蓋內側覆蓋一層保溫材料，封蓋中心處開孔并安裝煙囪。

3 熱處理工藝

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

4 熱處理工藝系統

熱處理工藝系統由保溫系統、加熱與控制系統、檢測溫系統組成。

4.1 保溫系統

設備熱處理保溫過程，即是常規意義上的筑爐過程，保溫材料及保溫層厚度的選定、保溫層安裝質量的好壞，直接影響著熱處理質量。根據以往的經驗，選用硅酸鋁針刺毯及無堿玻璃棉被作為保溫材料。保溫系統絕熱工程施工包括鋼帶制造，安裝及絕熱層安裝等三個部分。

4.2 加熱與控制系統

燃燒器。根據熱工計算，本次熱處理選用1 臺HY-11d 全自動燃燒器，單位時間的總最大燃油量為300kg/h，完全滿足使用要求。

4.3 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。熱電偶和記錄儀表均應在使用前均應經校驗合格。

4.3.1 熱電偶的布置。按照《承壓設備焊后熱處理規程》GB/T 30583-2014 和設計文件要求，熱處理時相鄰兩測溫點的距離小于4600mm，產品焊接試板應布測溫點。

4.3.2 溫度監測記錄。配置盤古多通道記錄儀，用于記錄殼體的溫度。

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，具體記錄方法為：在控溫期間的各階段每30 分鐘記錄一次各點的溫度。

4.4 產品焊接試板與塔體的同步熱處理

設備熱處理過程中，要求產品焊接試板與筒體采用相同工藝進行熱處理。試板與筒體之間必須緊密貼合，每邊和筒體點焊一點（焊縫長度約5mm），點焊試板所采用的焊接工藝和產品正式焊接一致。

5 筒節之間焊縫熱處理方法

采用電加熱局部熱處理的方法進行熱處理。

5.1 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，根據設計參數選擇如下熱處理工藝參數：（1）保溫溫度620±20℃；（2）保溫時間≥92min；（3）升溫速度（≤400℃時可不予控制）≤140℃/h；（4）降溫速度（≤400℃時可不予控制）≤180℃/h；（5）升溫時的最大溫差≤140℃；（6）保溫時的最大溫差≤40℃。

5.2 熱處理工藝系統

熱處理工藝系統由保溫系統、加熱與控制系統、測溫系統組成。

5.2.1 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（鋼帶上焊有保溫鋼釘），用以安裝保溫材料，熱處理結束時不得用強力拆除鋼帶，應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60mm的硅酸鋁保溫被，內外層保溫材料的接縫處應錯開，相鄰保溫材料間搭接量應不小于100mm，將保溫被固定在鋼帶的保溫鋼釘上并用22＃細鐵絲捆綁結實牢固，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。（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2 臺，最大輸出率720KW，可準確調控溫度。控制柜電源需用720KW，應單獨設置電源線及配電箱。

5.2.3 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18 個控制回路，每個回路設置一個測溫點，共計18 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，并頂在焊縫上，然后用鐵絲捆扎在筒體上且捆扎要牢固。（3）溫度監測記錄。配置盤古40 路記錄儀1 臺，用于記錄殼體的溫度。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。熱電偶和記錄儀表均應在使用前經校驗合格。

以上方法，適用于大型現場組焊壓力容器的現場熱處理，對于同類產品有借鑒意義。此方法具有效果好，成本低，且方便拆卸和改裝，在實際的使用中完全達到了設計技術條件的要求，保證生產能夠保質保量的順利完成。