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    2000m^3球罐焊后整体热处理.pdf

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    2000m^3球罐焊后整体热处理.pdf

    第43卷第6期 2014年11月 石油化工设备 PETRC卜CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 NO.6 NOV.20l4 文章编号10007466201406006603 2 000 in3球罐焊后整体热处理 刘 洋 ,高 威 中国石油工程建设公司华东设计分公司a.设备室;b.配管室,山东青岛 266071 摘要阐述了球罐焊后整体热处理的目的和方法。采用内部燃烧法对某项目2 000 m。球罐进行 了整体热处理,介绍了热处理前期准备、工艺要求及操作要领,热处理后的产品试板性能满足技术 要求,达到了球罐热处理目的。 关键词球罐;热处理;内部燃烧法 中图分类号TQo53.2;TE972 文献标志码B doi10.3969/j.issn.1000-7466.2014.06.017 Entire Post Weld Heat Treatment of 2 000 m Spherical Tank LIU Yang .GAO Wei East China Design Branch a.Equipment Dept.;b.Piping Dept.,Qingdao 266071,China AbstractThe purpose and s of the spherical tank overall heat treatment after welding are expounded.Internal combustion is used on a proj ect of 2000 m。after the spherical tank has been carried on the overall heat treatment,and the previous preparation of heat treat ment,technical requirements and operating essentials are introduced,the product test plate per一 {ormance after heat treatment meet the technical requirements,also achieved the purpose of spherical tank heat treatment. Key wordsspherical tank;heat treatment;internal combustion 近年来,球形压力容器简称球罐制造水平迅 速提高。我国在石油化工、合成氨、城市燃气及煤制 烯烃建设中,广泛应用了大型球罐。球罐焊后整体 热处理是球罐建造过程中的重要环节,可有效消除 焊后残余应力,改善焊接接头力学性能。笔者对某 项目7台2 000 m。球罐整体热处理过程进行了介 绍,热处理后的球罐各项性能满足技术要求。 1 球罐焊后整体热处理目的 球罐焊后整体热处理是将球罐整体加热到相变 点以下某一合适温度,经一段时间保温后缓慢冷却 的过程,实质是焊后亚临界退火,残余应力是在缓慢 冷却过程中消失的。焊后整体热处理包括加热、保 温、冷却3个阶段,这3个阶段互相衔接,不可间断。 焊后整体热处理主要目的_1]①释放残余应力,避免 使用中尺寸变化或应力腐蚀。②软化组织,改善焊 接接头的塑性和韧性,提高抗疲劳强度。③进一步 释放焊缝中的有害气体,特别是氢气,防止氢脆和氢 致裂纹的发生。④恢复冷作时的预应变和因时效而 丧失的性能。 2球罐焊后整体热处理常用方法[ 1 2.1 电加热法 电加热法整体热处理要消耗大量的电能,而施 工现场往往难以提供足够容量的电能,即使具备,电 收稿日期20140603 作者简介刘洋1985一,男满族,吉林柳河人,助理工程师,学士,从事压力容器设计工作。 第6期 刘洋,等2 oo0 m。球罐焊后整体热处理 能的消耗会导致施工成本急剧增加,所以电加热法 只适用于400 m。以下小型球罐的热处理。 2.2 爆炸法 爆炸法是以炸药做能源,将炸药放在容器、管道 一定位置上引爆,由水将能量传递到容器、管道上。 需要指出的是,出于安全考虑及现场施工环境所致, 目前尚未见到爆炸法在实际工程中应用的报道。 2.3 振动法 振动消除应力法在提高构件尺寸稳定性、抗裂 性方面应用较多,而在疲劳寿命方面应用较少,研究 也不够深入。 2.4 内部燃烧法[3] 内部燃烧法是以球罐本体作为燃烧室,燃料在 其内部空间燃烧,球罐外表面采用保温材料隔热,以 达到一定温度。该方法加热均匀,消除残余应力效 果较好,既可以对难以接近的焊接接头进行热处理, 也可以在缺少电能的场合下进行热处理。内部燃烧 法周期短、施工方便、成本低且适应性好,在实际工 程中被普遍采用。 3 2 000 Ill3球罐焊后整体热处理施工 某项目中新建7台丙烯3台、乙烯4台 2 000 1TI。低温球罐,球罐结构形式均为34片混合 式,内径15 700 mm,名义厚度48 mm,球板材质为 JFEHITEN610U2Ll4],设计压力2.2 MPa,设计温 度最高5O℃、最低一45℃。单台球罐有1O根 0550 mm12 ram支柱,金属质量324 t,焊缝总 长391 m。 为改善球罐力学性能并消除焊缝残余应力,采 用内部燃烧法对其进行焊后整体热处理。 3.1 热处理前期准备 。 球罐焊接工作全部结束,经无损检测合格后,拆 除球罐内部一切临时设施并清扫干净。 测温点应均匀布置在球壳表面,相邻测温点的 间距不大于4 500 mm。距人孑L焊缝边缘200 mm 以内及产品焊接试板上必须设测温点。46支热电 偶分布见图1。 将3块试板对称设置在球罐的高温区外侧上 极人孔周围直径50 mm圆周,并且与球板紧贴,间 隙处加塞铜丝,以确保传热良好,使其与球罐均匀同 步升温。 安装上部O450 mm2 000 mm2 mm烟囱, 烟囱外应用40 mm厚的硅酸铝针丝毯进行绝热,并 图1球罐热电偶布置图 用细铁丝固定。烟囱的简易法兰与上人孔法兰间用 绝热材料隔绝。与热处理无关的接管和开口用绝热 材料封堵。 单层铺设2 000 mm1 200 mmX 60 mm硅酸 铝针丝毯,用18 细铁线将其在钢带保温钉上固定 牢靠,相邻2块绝热层至少应搭接200 mm,接头部 位应严密。绝热层耐热温度为1 000。C,密度为 128 kg/m 。 安装德国欧宝EK9100型燃烧器,燃烧器与下 人孔法兰间用绝热材料隔绝。连接燃烧器动力线 路、控制线路、油管道及油泵。安装测温系统所用热 电偶和补偿导线,并引到无纸记录仪。 脱开与球罐联接的钢结构,并调整球罐外侧脚 手架与球壳板及柱腿外侧的间距,确保柱脚移动顺 利和绝热施工的需要。松开球罐的地脚螺栓和斜拉 杆,安装柱脚移动装置,柱脚移动装置安装完毕后应 对每个柱脚进行试移,试移距离应小于10 mm,试 移完毕复位,并检查其垂直度。 掌握24 h内的天气情况,并要有相应的防雨、 防风措施,同时防止停电。 3.2 热处理工艺要求 球罐热处理工艺要求为,升温阶段,温度不大于 300℃时,升温速度不控制;温度大于300。C时,升 温速度控制在50~8o℃/h。恒温阶段保持温度在 58015℃,共2 h。降温阶段,温度大于300℃ 时,降温速度控制在30~5O℃/h;温度不大于 300℃时自然冷却。300。C以上升降温任意测温点 温度不大于11O℃。 由上述要求可看出2个难点①恒温浮动温度 控制在土15℃以内文献E9]规定为2O℃。② 300。C以上的升降温任意测温点的温差控制在不大 于110℃文献[9]规定不大于130℃。 石油化工设备 2014年第43卷 3.3热处理操作要领 在加热装置投用前检查其油路有无泄漏,油泵、 风机转向是否符合要求,检查合格后试烧,试烧时间 定为10 min。对试烧过程中发现的设备缺陷,待火 焰熄灭彻底消除后,方可按热处理工艺进行操作。 在热处理过程中每变化i00 C应调整1次柱腿位 移,以适应球壳的热胀冷缩。 加热过程初期应缓慢进行,待消除球罐残留水 分,系统运行稳定无异常后,按照热处理工艺要求调 整风量和油量,使升温速度控制在5O~8O。C/h。 保温过程维持2 h,应随时观察仪表的工作情 况,并做好记录。此阶段调整好风量和油量,使其燃 烧的热量抵消损失的热量。 冷却过程是残余应力消除的重要阶段,应严格 控制。通过调整风量和油量,使其降温速度控制在 3O~50℃/h,直至降到300℃时关闭热处理设备, 打开硅酸铝针丝毯,待其冷却至环境温度后,将产品 试板从球罐上取下进行力学性能试验。 球罐整体热处理曲线见图2。由图2看出,在 300。C以上升降温时,升降温速度严格按照工艺要 求进行,2 h恒温阶段的温差变化也满足15℃以 内的要求,完全克服了热处理工艺的2个难点。 2 4 6 8 l0 l2 l4 l6 1 8 时间,h 图2球罐热处理曲线图 整体热处理后产品试板力学性能试验结果见表 1[1o]。按d一4a、180。进行弯曲试验,结果合格。 表1某2 000 m 低温球罐产品试板性能 项目 拉伸试验 5O℃冲击试验 AKV/J M黻Pa R刷eL腿/MP度aR/MPa R/MPa 平均值单个值 m A/ 4 结语 对7台2 000 ITI。低温球罐,严格按照热处理工 艺要求,全部采用内部燃烧法进行了焊后整体热处 理。与钢板技术要求相比,热处理后产品试板的最 低抗拉强度和屈服强度均满足技术要求,伸长率高 于技术要求,一50|C下冲击功单个值和平均值均满 足技术要求。焊缝和热影响区的塑性及韧性得到了 有效改善,很好地消除了焊接残余应力,达到了焊后 整体热处理的目的。 参考文献 [1]徐莹,杨一凡,朱萍.球罐和大型储罐[M].北京化学 工业出版社,2005. 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