脫乙烷汽提塔立式內(nèi)燃法整體熱處理

王志東（吉林亞新工程檢測有限責(zé)任公司，吉林 吉林132021）

隨著國內(nèi)大型壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)不斷取得進(jìn)步，與之相應(yīng)的大型壓力容器制造技術(shù)也穩(wěn)步提高，近些年不斷有超限大型壓力容器被應(yīng)用于施工。這些超限大型壓力容器的特點(diǎn)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(xiàn)場，又出現(xiàn)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(jìn)行整體熱處理施工，這是一個(gè)極高的挑戰(zhàn)。

1 設(shè)備概況

在浙江某公司年產(chǎn)45萬噸丙烯及30萬噸聚丙烯二期項(xiàng)目丙烷脫氫裝置中，有一臺(tái)脫乙烷汽提塔需進(jìn)行整體熱處理。該設(shè)備長52.33米，內(nèi)徑5.5米，長徑比近10:1，因運(yùn)輸能力及運(yùn)輸成本限制，只能在現(xiàn)場進(jìn)行組對安裝，再進(jìn)行整體熱處理施工。

2 施工方法選擇

（1）爐內(nèi)熱處理：操作簡單，維修方便，但建爐周期長、成本較高。

（2）內(nèi)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(xiàn)場電力負(fù)荷的制約[1]。

（3）高溫?zé)煔夥ǎ簾崽幚硎┕ぶ芷诙蹋b置簡單、維護(hù)容易，施工成本相對較低[2]，但只停留在設(shè)計(jì)階段。

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

3 施工難點(diǎn)

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

（2）該塔受場地和建爐成本限制，不具備爐內(nèi)熱處理?xiàng)l件，只能進(jìn)行現(xiàn)場內(nèi)燃法整體熱處理施工；同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)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(nèi)燃法進(jìn)行一次性整體熱處理施工無可靠技術(shù)資料及成功經(jīng)驗(yàn)用以指導(dǎo)施工，對技術(shù)要求極高。

4 施工工藝設(shè)計(jì)

針對脫乙烷汽提塔長徑比較大的特點(diǎn)，采用內(nèi)燃法進(jìn)行整體熱處理施工時(shí)，對存在的技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)行如下工藝設(shè)計(jì)。

4.1 分層供熱設(shè)計(jì)

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

4.2 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

根據(jù)汽提塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式和燃燒器的擺放位置，設(shè)計(jì)分四層搭設(shè)導(dǎo)流裝置。在塔內(nèi)分三層設(shè)置多根中心管導(dǎo)流裝置，將每層燃燒器燃燒形成的火焰流和熱氣流引導(dǎo)向塔內(nèi)中心部位，促進(jìn)塔內(nèi)熱循環(huán)、保證塔內(nèi)空間溫度場的分布均勻。

5 立式內(nèi)燃法整體熱處理施工

5.1 立式內(nèi)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(gè)密閉爐膛，采用多臺(tái)燃油燃燒器分層進(jìn)行供熱，利用塔內(nèi)分層設(shè)置的中心管導(dǎo)流裝置將火焰流和熱氣流引導(dǎo)集中在塔體中心部位，從而實(shí)現(xiàn)對脫乙烷汽提塔整體的均勻加熱，達(dá)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(nèi)燃法整體熱處理施工原理圖

5.2 分層供熱設(shè)置

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

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

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

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

7臺(tái)燃燒器同時(shí)供熱，通過對熱氣流的引導(dǎo)，控制內(nèi)部空間溫度場的均衡，達(dá)到整體熱處理工藝要求。

5.3 立式內(nèi)燃法整體熱處理施工工序

5.3.1 腳手架調(diào)整

對塔體外部搭設(shè)的腳手架進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證滿足整體熱處理施工需要。

5.3.2 測溫點(diǎn)布置

測溫點(diǎn)均勻分布在塔體外表面上。相鄰兩測溫點(diǎn)間距不得大于4.6m，各相鄰周向測溫點(diǎn)分布時(shí)應(yīng)錯(cuò)開；每塊產(chǎn)品試板設(shè)測溫點(diǎn)1只。塔體共計(jì)設(shè)測溫點(diǎn)55點(diǎn)。

5.3.3 導(dǎo)流裝置的設(shè)置

共計(jì)設(shè)置四層導(dǎo)流裝置。

第一層導(dǎo)流裝置設(shè)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(dǎo)流裝置設(shè)置于塔體側(cè)壁距地面約21 米處的管口處，將兩根導(dǎo)流管分別沿兩處管口位置伸向塔內(nèi)中心部位，端頭彎頭向上。

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

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

5.3.4 煙道設(shè)置

煙道設(shè)置在上封頭接管上，其作用是排除煙氣，同時(shí)起到調(diào)節(jié)塔體內(nèi)部溫度的作用。

5.3.5 外部保溫

采用雙層保溫，內(nèi)層采用硅酸鋁保溫棉，外層采用無堿超細(xì)玻璃絲棉被。保溫材料應(yīng)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(jìn)行保溫[3]。

保溫層應(yīng)緊貼塔體外表面；接縫應(yīng)嚴(yán)密，內(nèi)外層接縫須錯(cuò)開，縫間搭接寬度大于100mm；在熱處理過程中保溫層不得松動(dòng)脫落。

6 熱處理實(shí)施效果

6.1 熱處理曲線核查

經(jīng)檢查，脫乙烷汽提塔整體熱處理實(shí)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(chǎn)品試板力學(xué)性能試驗(yàn)

熱處理結(jié)束后，按NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》對產(chǎn)品試板進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均合格。

7 結(jié)語

本次脫乙烷汽提塔選擇立式內(nèi)燃法進(jìn)行整體熱處理施工，通過分層供熱的方式有效促進(jìn)塔體內(nèi)部的溫度場均勻，最大限度地實(shí)現(xiàn)熱處理工藝。在內(nèi)部設(shè)置六根中心管導(dǎo)熱裝置對各臺(tái)燃燒器的火焰流及熱氣流進(jìn)行導(dǎo)流，將熱量集中在塔體中心部位，有效地促進(jìn)了內(nèi)部熱循環(huán)，降低了溫差,達(dá)到整體熱處理之目的。此次脫乙烷汽提塔立式內(nèi)燃法整體熱處理的成功應(yīng)用，不僅填補(bǔ)了我公司的一項(xiàng)熱處理技術(shù)空白，也填補(bǔ)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(nèi)現(xiàn)場整體熱處理最大長徑比施工記錄。同時(shí)也解決了大型超限設(shè)備整體熱處理難題，在為今后大長徑比的超限設(shè)備現(xiàn)場整體熱處理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。