热处理方案.docx
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热处理方案
中石化清江石化有限责任公司
2台×2000m3液化气球罐
热处理工艺方案
二○○○年七月
目录
1.编制依据
2.概况
3.热处理方法与工艺
4.流程与装置
5.热处理前准备
6.热处理操作
7.劳动力组合与岗位细则
8.热处理效果评定
9.质量保证措施
10.安全措施
11.机具及材料一览表
12.热工计算
13.附图
13.12000m3球罐整体热处理工艺流程图
（1）
13.22000m3球罐整体热处理保温图
（2）
13.32000m3球罐整体热处理测点布置图（3）
13.42000m3球罐整体热处理工艺曲线（4）
13.52000m3下级板温度补偿电加热器布置图（5）
13.6喷嘴结构示意图（6）
焊接试板固定示意图（7）
1.编制依据及执行规范
1.1编制依据
1.1.12000m3球罐工艺图
1.2执行规范
1.2.1《球形储罐施工及验收规范》GBJ94-98
1.2.2《球形储罐工程施工工艺标准》SHJ512-90
1.2.3《钢制球形储罐》GB12337-98
1.2.4《钢制压力容器》GB150-98
1.2.5《压力容器安全技术监察规程》
2.概况
2.1概况介绍
清江石化有限公司2000m3液化气球罐为现场组焊的压力容器，根据施工图的要求为消除球罐组装与焊接的残余应力和变形，改善焊缝及热影响区的组织，减少产生应力腐蚀条件，需现场对这台球进行整体热处理。
2.2主要技术参数
容积2000m3
内径φ15700mm
材质16MnR
介质液化石油气
壁厚48mm
设计压力1.75Mpa
设计温度50℃
容器类别Ⅲ
重量329624kg
结构形式混合式
3.热处理方法及工艺
3.1热处理方法及原理
本球罐采用喷嘴燃油内燃法整体热处理。
原理为：
以球罐本身为燃烧室，球外表保温，用O#轻质柴油为燃料，利用装在球罐下部人孔上的油喷嘴为燃烧器，用压缩风将柴油喷入罐内雾化，用液化气点火，使雾化剂燃烧，以对流和辐射方式，使球罐加热到一定的温度，在这一温度下保持一定的时间，球体钢材在不发生相变的情况下，发生塑性变形，从而释放因组装焊接产生的残余应力，同时释放焊缝中的残余氢，细化晶粒，改善金属的综合性能，避免延迟裂纹的产生，达到提高球罐的使用寿命和安全性。
3.2热处理工艺
3.2.1热处理参数
a.恒温温度为：
625℃±25℃
b.热处理温度下恒温时间：
1.5小时
c.升温速率：
300℃以下，自然升温
300℃以上，控制在40~80℃/h
在300℃以上升温和降温阶段，球壳表面上相邻两侧温点温差不超过100℃。
d.降温速率：
300℃以上温度降率控制在30~50℃/h
300℃以下，自然冷却
4.流程与装置
4.1工艺流程（见流程图1）
4.2装置
4.2.1加热系统
由喷嘴、液化气燃烧器、点火器及内外套筒等组成
a．喷嘴：
油喷嘴为热处理核心设备。
采用外购产品，喷嘴安装在下级人孔处，安装后必须以试烧以检验喷嘴的性能，在试验过程中，调好油与压缩空气的配合比（喷嘴结构见结构示意图8）。
b．燃烧器：
一般为自制，它是环形点火器，起保证雾化油连续，均匀、稳定燃烧的作用。
c．辅助加热系统
对于2000m3球罐，必须在下级板拼缝上布置8～12块吸磁式红外线电加热器（见布置图6），对下级板进行辅助加热，辅助加热系统由电源、电缆、加热板、控制柜组成。
4.2.2供油系统
由油泵、贮油槽、过滤器、转子流量计、调节阀等组成。
油槽的储油量为3.5t，在油槽出口处，加100目的油过滤网，油泵两台，一台为备用泵，油泵出口设置回流管，在油泵出口的旁通阀上设置1000L/h小时的玻璃转子流量计。
热处理用油量、风压由热工计算结果确定。
4.2.3供气系统
供气系统由液化气缓冲罐、气瓶减压、调节阀、压力表组成。
4.2.4供风系统：
由5立方米/分钟空压机、缓冲罐及气包组成。
供风系统的作用是送出雾化风以及液化气燃烧用风，风压控制及稳定燃烧时风压控制见计算雾化风压值。
4.2.5排烟系统
排烟系统由烟囱，手控蝶阀、外设CO2、蒸气盘管装置组成，在热处理过程中，应随时调节蝶阀的角度，以满足升温、恒温、降温各阶段的需要。
4.2.6保温系统
保温系统由保温材料，纵向拉条，横向拉条，保温钉组成。
保温被由无碱、有碱超细玻璃棉和六角铁丝网制成。
其规格为1×1.5m和1×1m万块，其厚度为120mm，保温材料保证能耐最高热处理温度和保证其外表面温度不大于60℃，保温层应紧贴在球表面，局部间隙不大于20mm，接缝严密。
人孔、接管、连接板均应保温，柱腿从支柱与球壳连接缝下端起向下1m长度范围内应进行保温，保温层制作为安装详见制作图2。
4.2.7测温系统
由长图记录仪器二台，热电偶30只，补偿导线1500m，交流稳压器，便携式表面温度计等组成，长图记录仪、热电偶、补偿导线应匹配，热电偶接线座与补偿导线联接部位应用绝缘胶布包紧，补偿导线应作妥善固定，且不应埋在保温材料下面。
热电偶使用前应校验，精度达到记录基础误差±1%，在记录仪记录同时，也需手工记录，测温点的分布和热电偶固定方法见布置图3、4。
4.2.8支柱移动部位
由30吨千斤顶、移动支架、测距指针组成，指针焊在支柱底板上，在基础上画刻度，以测量位移量。
支柱移动同时，配合拉杆的松紧工作。
热处理结束后，应及时调整支柱的垂直度，在热处理过程中，温度每变化100℃应调整一次，移动柱脚时，应平稳缓慢，保证垂直度，支柱移动量如下：
温度区间（℃）
0-100
100-200
200-300
300-400
400-500
500-600
柱腿移动累积量（mm）
15.7
31.4
47.1
62.8
78.5
94.2
D×a×△tD：
球罐内径
根据近似公式（L=———————）计算而得a：
16MnR热膨胀系数
2△t：
温差
5.热处理前的准备工作
5.1组织质保体系人员、甲方代表、监检单位共同对球罐的组装、焊接进行检查，其结果应符合设计和规范要求。
5.1.1与球体有关的焊接工作全部完毕，并有检验部门（包括无损检验）合格报告。
5.1.2焊接后的球罐椭圆度，焊缝错边量、角变形、焊肉余高和表面打磨质量符合规范要求。
5.1.3罐内应清扫干净，接管用盲板封闭，松开地脚螺栓和拉杆，将各支柱垂直度调整合格，并在每个支柱底板与基础滑板之间装设支柱位移指示器，基础滑板表面应光滑平整，交涂抹黄油，支柱底板上的螺检孔和螺栓之间有足够的位移量。
5.1.4将产品焊接试板对称布置在赤道线外侧，并与球壳板贴紧，使之接触良好，间隙处用铝丝充实，具体固定方式见图9。
5.1.5热电偶按图3、4要求，应焊接固定完毕。
5.2热处理工装系统要全部安装到位，按甲方认可的平面布置国产来进行就位，并事先调试和试烧合格。
5.3热处理机具材料要备齐，对受潮保温被必须晒干后，才能使用。
5.4安全消防工作要落实到位，除常规的安全防火、防雨措施外，还要按甲方针对现场不安全因素的要求补充的“热处理安全防范措施”进行检查。
5.5掌握热处理前的48小时内的天气预报，确保无雨无大风，并保证48小时内阻火气源和施工用电不断。
5.6热处理前要办特殊动火证，并通知甲方总部、车间和施工单位的安全消防部门人员到位，并经气体分析合格后，才能点火。
6.热处理操作
6.1点火
6.1.1将烟囱上蝶阀全开
6.1.2打开液化气分包上阀门，启动空压机，先对球罐内部进行吹扫，吹扫完毕后，让空气缓冲罐内压力稳定在0.2MPa，分气包压力稳定在0.1MPa，先找开液化气燃烧器的进风阀，再找开液化气阀，压力稳定在0.03MPa。
用点火器（即单头烤把）占燃液化气燃烧器，紧接着找开压缩空气阀，先调到最小风压0.2MPa，再打开喷嘴送油阀，油压调到0.2MPa，注意点火时一定要先打开燃烧器风阀，再打开液化气阀，以防爆燃。
6.2升温：
按2000m3球罐热处理曲线图4和图5操作。
调节喷嘴的油阀和风阀，注意火焰的颜色，保持中焰，300℃前注意调节，缩小温差，300℃后根据升温速度逐渐加大油量，灵活调节风、油比，使升温速度控制在20-60℃/h之间，升温时应先加风后加油，防止正压反喷，出现反喷应立即减少油量和液化气量，一旦熄火，应用雾化剂将罐内吹净，再行点火。
6.3恒温
当温度达到625℃±25℃之间时，重新调节风油比，减少供油量，控制球体任何一点温度均在恒温温度范围内，温差大时，可使火焰缩短，加大液化气火焰，也可开大烟囱蝶阀，按热处理曲线1000m3恒温1.5小时。
6.4降温：
按热处理曲线操作
降温时，应先减油，后减风，将火焰熄灭，关闭烟囱和其它所胡进气口，及时观察温度下降速度，控制在30-50℃/h之间，温度降至300℃以下时，打开烟囱蝶阀，燃烧器停止工作，罐在空气中自然冷却。
6.5注意操作事项
6.5.1点火时一定要先点燃点火器（即：
自制的单头烤把）再打开燃烧器的液化气阀点火。
6.5.2升温时，先加风，后加油，如风和油的配比不协调，会造成反喷现象；如风压突然降低，燃油突然增加，由于风压降低或风量减少造成人孔附近压力降低，致使球罐上部的火焰和烟气压向下，人孔附近从而产生正压反喷现象；或在喷嘴点着时，一开始就使用大火焰，也易出现反喷现象。
产生正压反喷时，只要燃烧器不灭，应立即适当减少油量，增大风量，当罐内形成稳定的燃烧气流循环时，反喷就消失，如果燃烧器被熄灭，要立即将燃油和液化气停止供应，按程序重新点火。
6.5.3降温时，要调小火焰，应先减油，后减风。
7.劳动力组合与岗位细则
7.1劳动力组合：
项目队长：
1人技术负责人：
1人安全监督：
2人
供油：
2人供气：
2人供风：
2人
操作：
2人保温层维护：
4人火焰监控：
2人
电工：
2人仪表工：
1人工艺控制：
2人
支柱移动：
4人备用车：
1人测温记录：
2人
生活服务：
2人警戒：
1人
合计：
34人
7.2岗位细则
7.2.1工艺控制岗位
由负责热处理的技术人员担任，严格控制热处理工艺过程，要按方案要求进行，并随时解决热处理过程中发生的各种技术问题。
7.2.2调节操作岗位
负责整个热处理过程中的操作控制，随时检查油、风、气各系统的供给情况，精心调节控制台上油、风、气的压力，保证工艺曲线的正确性，为缩小球壳壁温差，在低温阶段，加大雾化剂压力和燃油压力，在罐内大量传热，以提高罐内温度来改善辐射、传导效果，在打点记录阶段（300℃以上）调控烟囱蝶阀，减缓烟气的排放量，促使烟气向下循环。
7.2.3供油、气岗位
负责油、气的正常、连续供应，经常检查油、气压力以及有无泄漏。
7.2.4供风岗
保证按要求的压力政党供风。
7.2.5火焰监控岗
负责点火、火焰监控及蝶阀调节，密切与控制台岗位配合，及时进行火焰调整。
7.2.6测温记录岗
负责测温装置在热处理过程中正常工作，并根据仪器打出的数据，按时做好手工记录，对记录结果加以统计分析，及时向工艺控制人员反映。
7.2.7保温层岗位
在热处理过程中，随时检查保温情况和保温效果，并及时处理保温层局部开口与未贴紧现象，对试板部分的保温尤其要注意。
7.2.8支柱移动岗位
在热处理过程中，按温度和时间要求，进行支柱的移动工作，移动时应注意拉杆的松紧程度，并保证支柱的垂直度，同时做好位移记录。
7.2.9安全监督岗
热处理过程中巡回检查油、气、电器设施以及周围的不安全因素，与现场指挥密切配合，及时消除事故隐患。
8.热处理效果评定
8.1热处理工艺曲线检查
检查热处理工艺曲线是否在热处理工艺要求范围内。
8.2产品试板的机械性能试验
通用产品试板机械性能试验结果来间接地反映热处理效果，具体内容应符合
GBJ150-98。
9.质量保证措施
9.1在经理部以质保师为首的球罐质保体系的领导下，对热处理全过程进行质量控
制。
9.2热处理前，热处理责任师应将方案向班组进行详细技术交底。
9.3热处理前，经理部要组织一次质量大检查，对热处理的各项准备工作认真检查、整改。
9.4热处理过程中，各岗位要认真操作，互相协调，互相配合，服从统一指挥。
9.5热处理结束后，要认真进行效果评定工作。
10．安全保证措施（针对性的安全防火措施另编写）
10.1球罐周围要设置可靠的防火墙，并在现场周围布置若干消防灭火器材。
10.2热处理前，应申办特殊动火证，并要求厂方安全部门派人现场监护。
10.3热处理前，应向班组进行详细的安全交底
10.4各岗位操作人员必须熟悉操作要求，热处理过程中，不得擅自离开岗位。
10.5热处理现场应设安全警戒线，应挂严禁吸烟牌，安全员应对全过程进行监护。
10.6人孔下方应派经验丰富的操作人员操作，防止正压反喷现象。
10.7厂方消防部门派人及泡沫消防车现场值班，确保安全。
10.8非操作人员严禁进入警戒区内。
10.9球罐周围液化气装置还应打开喷淋装置。
10.10罐内尽量不存气或少装气。
10.11操作人员在热处理时，不能放空或有任何泄漏排放要严格检查。
11．机具及主要材料计划表
序号
名称
规格
数量
备注
1
油喷嘴
GD5.6×9
1只
2
液化气燃烧器
2只
自制
3
点火器
1只
自制
4
内外套筒
2只
自制
5
贮油槽
2m×1.5m×1.5m
1只
自制
6
油过滤器
Dg40
1只
自制
7
齿轮油泵
ZCY-11/14.5
2只
外购
8
控制台
1台
外购
9
玻璃转子流量计
1000L/h
1台
外购
10
液化气
0.5吨
外购
11
O#柴油
10吨
外购
12
液化气分气包
0.5m3
1只
自制
13
空气缓冲罐
φ1m×高2m
1只
库存
14
空气分气包
φ1.2m×长2.3m
2只
库存
15
空压机
W-9/TDY
2只
调入
16
烟囱
φ500×2000
1只
库存
17
手控蝶阀
φ480
1只
库存
18
减压阀
自动调节
2只
18
19
截止阀
J11W-16/Dg50
1只
19
20
截止阀
J11W-16/Dg40
3只
20
21
截止阀
J11W-16/Dg25
11只
21
22
截止阀
J11W-16/Dg20
8只
22
23
压力表
Y-1000.6MPa
4只
24
长图记录仪
XWT-300
2只
25
热电偶
WRN-0.10
30支
26
补偿导线
WRN2×2.5
1500m
26
27
表面测温仪
数字显示式
1块
27
28
交流稳压器
1台
28
序号
名称
规格
数量
备注
29
千斤顶
30T
8只
30
支柱移动支架
20#槽钢
12只
自制
31
看火镜
带框1×1.5m
1只
32
CO2和干粉灭火器
手提式
各15支
33
红外线电加热器
5KW110V
35块
34
六角铁丝网
宽1m
3000m3
35
热电偶固定螺栓螺母
M16×40
100套
36
有碱超细玻璃棉
60m3
60kg/m3
37
无碱超细玻璃棉
60m3
60kg/m3
38
细铁丝
60kg
39
铁丝
8#
1600m
40
扁铁
-30×3/A3
4000m
41
圆铁
φ16/A3
250m
42
槽钢
[10
8m
43
槽钢
[20
35m
44
电焊条
T427/φ2.5
40Kg
45
电焊条
T427/φ4.0
40Kg
46
钢管
φ45×3.5/20#
60m
47
钢管
φ25×3/20#
80m
48
钢管
φ32×3/20#
80m
49
棉手套
10付
50
墨镜
4付
51
手电筒
3把
52
圆钢
φ10
30m
53
橡皮电缆线
3×10mm2
300m
54
单股铜芯线
25mm2
300m
55
铜芯线
10mm2
200m
56
加热板插件
40套
序号
名称
规格
数量
备注
57
总电源电缆
95mm2
原有
58
温控柜
1台
原有
59
塑料铝芯线
95mm2
100m
60
碘钨灯架
1000w
30个
61
碘钨灯管
1000w
20支
62
橡皮线
2×1.5mm2
200m
63
圆钢
φ12
20m
64
角钢
ㄥ40×40×3
15m
12.热工计算
12.1原始数据
球内径：
d1=15700mm
球外径：
d2=15796mm
壳板厚：
δ1=48mm
绝热层厚：
δ2=120mm
绝热层外径：
d3=16036mm
环境温度按：
t空=20℃计
球体（包括柱腿）重量：
W=329t
绝热层外表面积：
P=4π×（7.85+0.048+0.12）2=807.87m2
隔热层容重：
P绝=60Kg/m3
绝热材料重量：
G绝=π/6（d3-d2）P绝=π/6×（16.0363-15.7963）×60
=5730.1kg
另加柱腿部分绝热层总重取：
G绝=6400Kg
12.2球壳板升温所需热量Q1（kcal/h）
Q1=W×C×△t（W：
球罐重量；t：
球壳板升温速度；C：
16MnR板材比热）
计算结果如下：
升温区间℃
升温速度（kcal/h）
比热（kcal/kg.℃）
计算式
Q1（kcal/h）
20-100
40
0.115
32900×0.115×40
151×104
60
32900×0.115×60
227×104
100-200
40
0.125
32900×0.125×40
164.5×104
60
32900×0.125×60
246.8×104
200-300
40
0.133
32900×0.133×40
175×104
60
32900×0.133×60
262.5×104
300-400
30
0.145
32900×0.145×30
143×104
40
32900×0.145×40
190.8×104
400-500
20
0.162
32900×0.162×20
106.6×104
30
32900×0.162×30
159.9×104
500-600
20
0.180
32900×0.180×20
118.4×104
30
32900×0.180×30
117.7×104
600-650
10
0.192
32900×0.192×10
63.2×104
恒温
0
12.3球壳板及绝热层传热损失热量Q2（kcal/h）
t板–t空
由Q2=-----------------------------------------------
（δ1/λ1F1）+（δ2/λ2F2）+（1/Fa空）
式中：
t板：
球壳板温度℃
t空：
周围空气温度℃
δ1：
球壳厚度m
δ2：
绝热层厚度m
λ1：
16MnR板导热系数：
kcal/m2.h.℃
λ2：
绝热材料导热系数：
kcal/m2.h.℃
Fa空：
绝热层外表面对空气的散热系数：
cal/m2.h.℃
F1：
球壳板核算传热面积（取几何平均值）
F1=πd1.d2=3.14×15.7×15.796≈779m2
F2：
绝热层核算传热面积（取几何平均值）
F2=πd2.d3=3.14×15.796×16.036≈795m2
计算结果如下：
序号
温度
符号
计算式
Q2（kcal/h）
1
20
Q2
0
2
100
Q2
100-200
-----------------------------------------------0.048/43.92×779+0.12/0.039×795+1/1255×7.26
2×104
3
20-100
Q2
0+2
---------------×104
2
1×104
4
200
Q2
200-20
-----------------------------------------------
0.048/41.04×779+0.12/0.0496×795+1/1255×8.1
5.8×104
5
100-200
Q2
2+5.8
---------------×104
2
3.9×104
6
300
Q2
300-200
-----------------------------------------------
0.048/37.8×779+0.12/0.0604×795+1/1255×8.88
10.8×104
7
200-3000
Q2
5.8+10.8
---------------×104
2
8.3×104
8
400
Q2
400-20
-----------------------------------------------
0.048/37.8×779+0.12/0.0712×795+1/1255×9.48
17.27×104
9
300-400
Q2
10.8+17.27
----------------×104
2
14×104
10
500
Q2
500-20
-----------------------------------------------
0.048/30.96×779+0.12/0.082×795+1/1255×10.14
24.74×104
11
400-500
Q2
17.27+24.74
----------------×104
2
21×104
12
600
Q2
600-20
-----------------------------------------------
0.048/28×779+0.12/0.0932×795+1/1255×10.72
34.1×104
13
500-600
Q2
24.74+34.1
----------------×104
2
29.42×104
14
600-650
Q2
约600恒温时Q2
34.1×104
12.4球壳内壁温度：
t1
Q2δ
t1=t2+——————
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