球罐热处理方案.docx
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球罐热处理方案
球罐热处理方案
1.工程概况
2.热处理方法及工艺规范
3.热工计算
4.热处理现场工艺设计
5.热处理前的准备工作
6.施工组织
7.热处理工艺的评定
8.安全措施
1.概况
1.1宜昌鑫冠化工有限公司2台1000m3液氨球罐安装工程,根据图纸设计要求及GB12337-98、GB50094-1998等有关标准，2台球罐需进行焊后整体热处理，以消除球罐组装和焊接残余应力。
为确保热处理工程质量按要求顺利进行，特制定以下热处理方案。
1.2球罐主要设计参数：
1000m3液氨球罐
内径
Φ12300mm
公称容积
1000m3
容器类别
Ⅲ类
壁厚
42mm
物料名称
液氨
球罐材质
Q345R
设计温度
-10~50ºC
焊缝系数
1.0
结构形式
八柱三带三十片混合式
柱腿直径壁厚
Φ426*10
1.3编制依据
1.3.1江西江联能源环保股份有限公司设计的施工图
（图号：
Q11-502-00）
1.3.2《钢制球形储罐》GB12337-98
1.3.3《球形储罐施工及验收规范》GB50094-2010
1.4热处理的目的
为了消除球罐组装与焊接的残余应力，稳定球罐的几何尺寸，改善焊接接头和热影响区的组织和性能，达到降低硬度，提高塑性和韧性的目的，进一步释放焊缝中的有害气体，防止焊缝的氢脆和裂纹的产生。
2.热处理方法及工艺规范
2.1热处理方法
本次热处理采用“霍克喷嘴内部燃烧法”，以球罐内部为炉膛，球罐外部包扎保温材料保温，选用0#柴油为原料，将压缩空气及燃油同时喷入喷嘴并雾化用液化气引燃油雾。
随着燃油不断燃烧产生的高温气流在球罐内壁（并在球罐内设伞形罩）对流传导和火焰热辐射作用，使球罐升温到热处理所需要的温度。
球体外表安装热电偶，用补偿导线连接到测温仪上进行温度测控。
2.2热处理工艺规范
按照GB12337-1998《钢制球形储罐》选择如下热处理工艺参数和工艺曲线：
恒温温度：
600℃±25℃
恒温时间：
100min
升温速度50~80℃/h（400℃以下不予控制）
降温速度30~50℃/h（400℃以下不予控制）
400℃以上升温和降温过程中，球壳表面上任意两测温点的最大温差≤120℃。
2.2热处理工艺曲线图（如图2.2）
图2.2
图2.2（C4）
3.热功计算
3.1热平衡计算基本公式
本热平衡计算以下人孔到上人孔之间作为球罐的热平衡区域。
在一个工作周期内，热处理过程所需要总热量∑Q由下式计算：
∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
（1）
式中，Q1为加热球罐金属的有效热量，Q2为绝热层散失的热量，Q3绝热层蓄热损失，Q4为燃料油化学未完全燃烧的热损失，Q5为燃料油机械不完全燃烧的热损失，Q6由烟囱排除烟气时带走的热量，KJ/h.
3.1.1Q1的计算：
下标m取1~6；tm分别取0℃，100℃，200℃，300℃，400℃，500℃，600℃。
3.1.2Q2的计算：
m,n,a,均取1~7；th分别取值100℃，200℃，300℃，400℃，500℃，600℃，625℃。
3.1.3Q3的计算：
j取0~7，t'0=te,t'1~t'7依次以100℃为分隔点。
3.1.4Q4的计算：
3.1.5Q5的计算：
3.1.6Q6的计算：
3.2工艺设定
液氨球罐
温度区间
/℃
升温速度
v0/℃·h-1
本周期加热所需要时间
tm/h
te~100
60
1.667
100~200
70
1.429
200~300
60
1.667
300~400
60
1.667
400~500
50
2.000
500~600
40
2.500
600℃±25℃
---
1.68（保温）
3.3热物理常数的规定
低合金高强度钢物理常数规定见表2，密度ρ1=7850kg/m3.
（表2）
超细玻璃棉毡的理常数规定见表3，密度ρ1=60kg/m3.
绝热层对空气的传热系数αa、绝热层的平均温度tj及烟气带走的热量的百分率βb见表4
3.4根据热工计算结果，选择"HAUCK"双喷嘴下燃烧法，选择9m3/min空压机。
4.热处理现场工艺设计
4.1热处理工艺系统
本次热处理工程由燃油、供油、热循环、测量、柱腿移动和排烟系统组成。
4.1.1燃油系统
燃油系统采用喷嘴及风、油控制系统，将喷嘴固定在球罐下入孔，根据热平衡计算要求选用合适规格和数量的喷嘴，连接好风管及油管，通过控制柜来对热处理过程进行控制，以满足工艺要求，燃料采用0#柴油，通过油泵送油，压缩空气将燃油喷入喷嘴并雾化，用液化气引燃油雾使燃油进行燃烧。
燃油系统加热装置在投用前要进行试漏、试吹、试烧，检查有无泄漏、堵塞现象，检查压缩空气是否够用，检查仪器、仪表是否正常，发现缺陷及时整改。
4.1.2供油系统
根据热平衡计算，单台热处理耗油量≤4吨，储油罐一次装油量应保证单台球罐热处理全周期所需油量的1.5倍，故应设备容量为6吨的储油罐。
4.1.3热循环系统
为了克服“霍克喷嘴内部燃烧法”在对大型球罐加热造成球体下半部温度偏低的问题，我们采用在球罐内加伞罩的办法均温，使球罐内部形成一个热气流的循环（如下图）。
均温罩采用耐热钢或者不锈钢板分片制造，以便在球罐内部组装和拆除，向下呈120º伞状，也可用平板状。
伞罩的的安装位置根据我公司以往的安装经验及正式热处理之前的试验加以确定（由于该两台球罐为1000m3常规球罐，可不装内部伞罩）。
4.1.4温度测量控制系统
温度测量监控系统由热电偶，补偿导线，DR030B数字温度巡回检测仪或WP-80多路巡检显示控制仪对温度进行智能化测量，然后根据测量结果进行控制，所有风管、油管、液化气管及测温线路均通过控制柜，便于操作与控制，热处理过程中，要观察火焰，通过调节气阀、油阀使之正常燃烧。
一般先送风，后送油，风和油应按比例缓慢调节。
4.1.4.1测量点布置
按照GB12337-1998《钢制球形储罐》有关技术标准的要求，本次热处理共设测温点26个，球罐总共分3带，测温点应均匀布置在球壳表面，相邻测温点间距应≤4500mm，距入孔与球壳环缝边缘200mm以内及产品试板上必须设测温点。
详见测温点布置图。
4.1.4.2热电偶安装
按测温点布置图要求将热电偶牢固地点焊在球壳外侧，试板应单独另设热电偶。
补偿导线应妥善固定，以防烧毁。
各热电偶型号均为K型镍铬-镍硅，补偿导线采用K型双芯线。
4.1.4.3温度监测
DR030B数字温度巡回检测仪或WP-80多路巡检显示控制仪对温度进行智能化测量，每1秒钟巡回显示一个通道的温度测量值，并由热处理技术负责人将其温度与热处理工艺卡进行比较对照是否符合本次热处理的工艺要求，通过调节油气比例来调节火焰长短，缩小球罐上下部温差，通过调节油气排量来调节火焰大小，控制球罐升温速度。
同时设定检测仪器会每隔30分钟自动打印1份各点温度的报告。
4.2柱腿移动措施
热处理前将罐支柱杆及地脚螺栓全部松开，同时在球罐吊装之前，每根支柱支柱底板板及基础预埋钢板之间都放置了一包黄油，以保证热处理过程中位移，在每一个柱腿处安装千斤顶一台，并对每个柱腿处设置垂直标准点（径向周向）柱腿移动前在基础板上做出移动量刻度进行移动。
4.2.1脚移动量由公式L=D0*αt来计算，（见表4.2.1）
式中：
α—材料的线膨胀系数；
D0—球罐直径。
表4.2.1
温度范围（℃）
100
200
300
400
500
600
移动量（mm）
6.25
6.25
6.25
6.25
6.25
6.25
4.3保温方法
4.3.1球罐保温材料采用耐900~1000℃高温的无碱硅酸铝毡缝制保温被，保温被应保持干燥并贴紧球罐外表面相互叠压包放，每层厚50mm，共100mm。
外用14#铁丝将其网紧，在热处理过程中保温被不得松动脱落。
4.3.2球罐上的人孔、法兰接管、及连接板均应保温，从柱脚与球罐连接处的下端向下至少1m范围内应保温。
4.3.3在热处理保温时间内，保温层外表面温度不应大于60℃。
4.4试板与球壳板同步热处理
在热处理规范中要求试板与球罐的球壳板采用相同工艺进行热处理，因此把试板布置在球罐外侧高温区即上极中处，力求与球罐同步。
5.热处理前的准备工作
5.1球罐球体、入孔、接管及预焊件等必须全部焊接完毕，并经外观检察和无损探伤检查合格。
5.2、所有无损探伤检查工作必须作完。
5.3、球罐内外表面质量和几何尺寸应检验合格，记录齐全。
5.4、产品试板焊接检查合格，并经监检人员确认，试板在球壳上固定应牢固。
5.5支柱螺栓松开拉杆松开
5.6所有原始资料齐全，并经质保系责任人员签字认可，经监检单位和甲方确认。
5.7热处理系统装置必须全部安装好，各系统应调试完毕。
5.8供电系统经全面检查合格符合要求，并和有关部门联系，确保热处理期间不断电。
5.9应掌握气象资料，热处理应避开大风与下雨天气。
5.10各岗位人员应齐全到位，并经培训上岗，分工协作。
5.11施工技术方案应向有关人员交底。
6.施工组织
6.1为确保热处理工作顺利进行，设置岗位和职责范围（见表6.2）
6.2热处理岗位和职责范围
岗位上岗时间为热处理点火开始,岗位下岗时间为热处理降温至常温。
序号
岗位名称
人数
职责范围
1
指挥岗
1
负责指挥整个热处理工艺实施和掌握热处理全过程各种情况及各种问题。
2
记录岗
1
每30分钟记录一次温度及自动记录仪记录监视。
3
温度控制岗
1
负责热处理过程中的温度控制。
4
工艺操作岗
2
负责液化气及供油系统正常进行。
5
仪表维护岗
1
负责测温系统及燃烧系统仪器仪表正常运行及故障处理。
6
电器机械维护岗
1
负责热处理系统电器机械设备正常运行及故障处理。
7
柱腿移动岗
4
负责柱腿移动及垂直度的测量并做好施工记录。
8
保温棉检查岗
2
检查保温棉完好程度，如有脱落、松动及时补上拉紧。
9
安全防火岗
1
热处理防火措施落实及过程监控。
表6.2
7.热处理工艺的评定
7.1热处理完工后，需对产品试板进行检测，对热处理工艺进行评定，其结果应符合JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》。
7.2热处理工艺实测记录
（1）热处理报告
（2）仪表自动记录时间―温度曲线
7.3据有关标准，以测试报告和记录为依据，对热处理工艺作出综合评定。
8.安全措施
8.1清理现场易燃易爆品及闲置器材，清量工作道路，装好夜间照明，准备足够数量的消防器材。
8.2储油罐，液化气瓶，乙炔瓶应离处理点火处20米以外。
8.3保证安全送电，各种电缆线布置整齐合理。
8.4坚守岗位，尽职尽责，无关人员不得进入热处理施工现场。
8.5热处理整个过程中，应有专人24小时全程安全监护。
8.6及时掌握天气预报，严禁在5级以上大风或雨雪天气进行热处理作业。
8.7设好安全警戒，严禁无关人员进入或通过热处理区域。
8.8安全技术交底需在作业前进行，要有作业组（三人以上人员）亲笔签名方可生效。
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