球罐热处理方案 2.docx
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球罐热处理方案2
400m3净化风事故备用球罐和400m3高压氮气球罐施工技术方案
1 工程概况
中国石油化工股份有限公司安庆分公司（以下简称中石化安庆分公司）含硫原油加工适应性改造及油品质量升级工程空分/空压罐区新建2台400m3球罐，球罐编号为750-T-01、750-T-03，根据球罐的设计制造技术条件和国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，需进行焊后整体热处理。
采用内部燃油法对球罐进行焊后整体热处理。
为确保热处理质量满足设计规定的要求，特制定本方案。
1.1球罐主要设计参数（见表1）
表1 球罐主要设计参数
序号
项目
参数
1
球罐规格
Ф9200
2
设计壁厚
40mm
48mm
3
公称容积
408m3
408m3
4
球罐材质
Q370R
07MnCrMoVR
5
操作介质
净化风
氮气
6
金属质量
≈97787kg
≈110940kg
1.2热处理施工依据
《特种设备安全监察条例》
《固定式压力容器安全技术监察规程》 TSGR0004-2009
《钢制压力容器》 GB150-1998
《钢制球形储罐》 GB12337-1998
《球形储罐施工规范》 GB50094-2010
净化风事故备用球罐说明书 75000EQ-DP50-0101
高压氮气球罐说明书 75000EQ-DP50-0201
2 热处理方法及工艺规程
2.1热处理方法
采用球罐内部燃油法进行整体热处理，用球罐腔体为炉膛，球罐外侧用保温材料进行绝热保温作为炉体，选用全自动比例燃烧器进行加热，随着燃油不断燃烧，产生的高温气流在球罐内进行对流传导和辐射，使球罐升温到热处理所需的温度。
2.2热处理工艺规范
根据国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，选择如下热处理工艺参数（表2）和工艺曲线。
表2 热处理工艺参数
序号
项目
技术指标
净化风事故备用球罐
高压氮气球罐
1
保温温度
580±20℃
580±15℃
2
保温时间
1.6h
2h
3
升温速度（≤400℃时可不予控制）
宜为50～80℃/h
4
降温速度（≤400℃时可不予控制）
宜为30～50℃/h
5
升温时的最大温差
≤120℃
6
降温时的最大温差
≤120℃
7
保温时的最大温差
≤50℃
≤40℃
温度
580±20℃
580℃
1.6h
宜为30～50℃/h
宜为50～80℃/h
400℃
自由降温
自由升温
0
净化风事故备用球罐热处理工艺曲线
时间（h）
温度
580±15℃
580℃
2h
宜为30～50℃/h
宜为50～80℃/h
400℃
自由降温
自由升温
0
高压氮气球罐热处理工艺曲线
时间（h）
3 热工计算
3.1热工计算参数
表3 热工计算参数
序号
项目
参数
1
球罐内径d
Ф9200mm
2
球罐壳体厚度δ
40mm
48mm
3
材质
Q370R
07MnCrMoVR
4
球罐金属质量G
≈97787kg
≈110940kg
5
保温棉厚度δ
60mm
6
保温层外表面积S
≈274m2
7
保温棉重量G
1.5T（采用无碱玻璃棉）
8
保温棉密度γ
60kg/m3
9
钢材比热C
600℃：
0.586kJ/（kg·℃）；700℃：
0.645（kJ/kg·℃）
10
钢材导热系数λ1
600℃：
32.56W/（m·℃）；650℃：
31W/（m·℃）
11
保温棉导热系数λ0
600℃：
0.15W/（m·℃）；700℃：
0.187W/（m·℃）
12
保温棉比热λ
600℃：
1.04kJ/（kg·℃）；700℃：
1.04kJ/（kg·℃）
13
环境温度℃
14
燃烧油
0号柴油（根据气温选择标号）
3.2计算
在500℃~600℃区间以50℃/h速率升温时，单位时间耗油量数值最大，具体数值见表4。
表4 热工计算表
公称容积
m3
速率
烟气
单位时间耗油量
单位时间耗热量10000kJ/h
℃/h
℃
Bkg/h
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
总耗热量
400
50
700
200
296
20
8
13
33
143
513
表中：
Q1—球壳板升温所需热量
Q2—球壳板与保温层的传热损失
Q3—保温层的蓄热损失
Q4—燃料机械不完全燃烧损失的热量
Q5—燃料化学不完全燃烧损失的热量
Q6—炉废气带走的热量
B—燃料油的用量
4 热处理工艺系统
热处理工艺系统由保温系统、加热与控制系统、检测温系统组成（见热处理系统图）。
4.1保温系统
球罐热处理保温过程，本质上是常规意义上的筑炉过程，保温材料及保温材料厚度的选用、保温质量的好坏，直接影响着热处理质量。
根据以往的经验及保温效果，该球罐的保温材料选用无碱玻璃棉被。
4.1.1保温工程施工 保温工程施工包括钢带制造、安装及保温层安装三个部分。
4.1.1.1钢带制造
（1）钢带采用厚3mm、宽25mm的扁钢制成，扁钢上每间隔600mm，均匀焊接Φ6160mm的圆钢制成的保温铁钉，钢带结构见下页钢带简图。
（2）钢带的保温铁钉与扁钢、Φ10圆钢围成的圆环与扁钢焊接牢固。
4.1.1.2钢带安装
（1）钢带安装全部采用焊接方式。
（2）安装时，钢带沿球罐周向方向均布，与壳体紧贴，上部和下部呈放射状形式，相邻两者间的最大间距为700mm，球罐周向应均匀布置40根钢带。
每条钢带的长度宜为14m。
（3）钢带上的保温铁钉应牢固，不得脱落。
4.1.1.3保温施工
（1）保温施工材料的铺设要求是：
选用厚度为60mm无碱玻璃棉保温被。
保温层铺设时，两层保温被之间的接缝应错开，每层中保温材料搭接宽度要大于100mm。
（2）保温材料在整个热处理过程中应贴紧球壳板表面，防止在热处理过程中松动和脱落。
（3）保温施工应自下而上逐层进行。
铺设时，均应用22#细铁丝在钢带保温钉上固定牢靠。
保温被与壁板之间局部间隙不得大于10mm。
（4）球罐上的人孔、法兰、接管及连接板均应进行保温,支柱与球壳板连接处向下1000mm范围内，也应进行保温。
4.2加热与控制系统
4.2.1燃烧器
根据热工计算，本次球罐热处理最大耗油量为200kg/h，所选用欧克燃烧器的单位时间的最大供油量为251kg/h，完全满足使用要求。
燃烧器用四个倒链固定在临时搭设的脚手架上，并与球罐底部的下人孔法兰连接，下人孔法兰与燃烧器之间用保温材料隔热、密封。
4.2.2燃油储备及供应
高压氮气球罐预计热处理耗油量≤2.5吨，总用油量应保证球罐热处理全周期所需油量的1.5倍，故应有3.75吨的燃油储备。
油箱放在地面，用供油泵将油送入燃烧器供油箱。
4.2.3烟道
烟囱安放在上人孔法兰上，烟囱总高1.2米，主体由Ф500×4×1200钢管1节组成。
4.2.4温度控制设备
由微电脑及执行机构组成。
在微电脑上设定加热程序，由执行机构自动完成加热及温度控制。
4.3检测温系统
检测温系统由热电偶，补偿导线和彩色无纸记录仪组成。
4.3.1热电偶的布置
按照《球形储罐施工及验收规范》和《承压设备现场焊后热处理工艺规程》要求，热处理时：
距人孔与球壳板焊缝边缘200mm以内及产品焊接试板上，必须设测温点。
球罐共布置热电偶22支，详见热电偶布置图。
4.3.2热电偶安装
（1）单开槽螺母材质07MnCrMoVR，为标准的六角开槽螺母（M20），压紧螺栓为标准的内六角螺栓（M20）见下图。
（2）每个开槽螺母须有一个压紧螺栓相配。
使用前仔细检查，螺栓在开槽螺母中拧至端头。
绝热施工之前，将单开槽螺母定位焊于球壳板指定位置上，并拧紧压紧螺栓。
待绝热施工完成后再安装热电偶。
热电偶安装时，用电工刀将压紧螺栓周围的绝热材料切开一块，松开压紧螺栓，待热电偶安装后，再拧紧。
（3）压紧螺栓应压在热电偶的热端上。
热电偶的热端紧贴球壳外壁。
（4）热电偶在球罐本体上布置均匀，按照热电偶分布图进行布置测温热电偶。
（5）热电偶补偿导线由铜—康铜导线制成。
每条补偿导线选用整条导线，中间应无断头或接头。
补偿导线与热电偶连接后，固定于离球罐绝热层外围200mm以外的位置上，不得与绝热层外的保温铁钉相接触。
4.3.3温度监测
温度记录使用彩色无纸记录仪。
配置40通道彩色无纸记录仪1台，可记录40个测温点，用于记录球罐的温度。
4.4产品焊接试板与球罐同步热处理
球罐整体热处理过程中，要求产品焊接试板与球罐采用相同工艺进行热处理。
把试板放在球罐上极板的外侧，靠球壳板的温度传导给试板。
试板与球罐壁板之间必须紧密贴合，每边和壁板点焊一点（焊缝长度约5mm），点焊试板所采用的焊接工艺和产品正式焊接一致。
热处理完毕后，必须用砂轮小心磨除焊缝金属，不得采用强力拆除方式，以防伤及壳体。
试板拆除后，留在壳体上的焊缝金属用砂轮打磨至与母材平齐。
4.5柱脚移动装置的设置
（1）柱脚移动装置由千斤顶、移动固定框架构成。
柱脚移动框架，在柱脚移动时固定在支柱底板上。
（2）球壳板平均温度每升（降）100℃，柱脚移动一次，升温向外移，降温向内移。
每次移动的距离见表5。
表5 柱脚移动数据
温度℃
100
200
300
400
500
恒温
球罐累计移动距离mm
5
11
18
25
33
38
5 热处理前的条件确认
5.1资料审查
相关单位已整理下列资料，并且通过监理、监检、业主代表人员的审查、确认。
1）设备受压组件等材料质量证明书、检验及复验报告；
2）球罐制造工艺过程卡；
3）所有部件的制造检验或试验记录；
4）焊接工艺记录及与实物相对应的焊工布置、焊缝排版图；
5）设计文件规定的在整体热处理前应进行的各项无损检测报告；
6）设计变更及材料代用文件；
7）经设计、监理、监检、业主代表批准的球罐整体热处理方案；
8）监理、监检、业主代表认为有必要审查的其它文件。
5.2热处理点火前各个施工阶段施工任务检查与确认。
在热处理点火前的前期准备工作中，具体需要监控的阶段如下：
1）钢带固定阶段 在该阶段需要观察钢带安装位置是否合理，是否牢固。
2）保温阶段 该阶段重点在于在保证保温层厚度的同时，检查保温层铺设是否严密，保温材料应严格按照方案的要求进行搭接。
3）燃料购入及油路检查阶段 该阶段不仅要确保所购燃料应满足热处理需要（包括柴油的型号，数量以及品质），还要确保油路的畅通。
4）燃烧器的安装及调试阶段 该阶段的具体工作有：
燃烧器安装位置及角度是否精确；风机以及油泵的转向是否正确。
5）测温及记录系统检测阶段 该阶段的具体工作有：
确定热电偶是否已经校验；记录仪表是否正常工作；热电偶与补偿导线连接是否正确；热电偶号与通道号是否一一对应。
6）支柱移动体系检测阶段 该阶段需确保在柱腿下已标好对应温度下的位移刻度，柱腿移动所需人员及装置已就位。
7）温控系统核定阶段 再次检查温控系统所设参数是否符合热处理工艺的要求。
对上述各阶段进行检查确认，填写按点检查流转卡。
5.3现场条件确认
资料审查合格后，热处理施工单位、安装单位、监理、监检、业主质量和安全代表人员组成的现场条件联合确认组对现场进行联合检查，确认下列条件：
1）设备全部按设计文件要求制造安装完毕，并经检验全部合格；
2）焊接工作全部完成，并按设计文件要求经无损检测合格；
3）吊耳、临时卡具已去除，所有与球罐相焊部位已打磨并经无损检测合格；
4）不等壁厚连接处、角接焊缝处已按设计要求打磨并经验收合格；
5）热电偶布置符合本方案要求；
6）产品试板焊接应检验合格，并经监检人员确认，试板在壁板上固定应牢固可靠，产品焊接试板布置符合本方案要求；
7）球罐区域场地不得有杂物、障碍物等不安全因素存在，热处理危险区域应有明显的警示标志和安全区域隔离标志；
8）热处理加热与控制系统、温度测量系统和柱腿移动装置经调试和试运行正常、可靠，完全满足整体热处理要求。
所有控制仪表完好，精度满足热处理需要，经检定合格且在有效检定期内使用；
9）热处理时球罐因受热膨胀，径向（200mm）范围内不得有任何障碍物；
10）供电系统经全面检查符合要求，确保热处理期间不断电；
11）应掌握气象信息，热处理时应避开大风与雨、雪天气。
球罐施工期间搭建的防风、防雨蓬、临时支架、跳板等材料必须符合防火阻燃要求。
热处理施工时也必须具有防风、防雨、雪设施，雨蓬如有漏洞必须修补完好，确保热处理期间防风、防雨、雪的需要。
热处理期间球罐顶部的顶蓬必须拆除防止高温辐射引起火灾。
12）热处理保温施工质量完全满足整体热处理需要；
13）联合确认组认为须完善和整改的其它条件。
5.4资料审查和现场条件确认合格后，安装单位以书面形式通知热处理实施单位进行点火升温。
升温前，安装单位及时通知监检、监理、业主方现场质量和安全代表进行现场监督。
6 整体热处理需要的时间安排
接到热处理正式通知10日内，热处理设备及人员到达现场。
整体保温工作需6名保温工施工4天，点焊热电偶及安装燃烧器、烟道1天，升温、保温、降温2天，保温拆除1天。
7 热处理工艺的实施
7.1热处理操作者应熟悉热处理技术标准、规范、工艺、设备和测量装置，并经专业技术培训考试合格，取得操作资格证持证上岗。
7.2热处理操作者必须严格按照本方案的各项要求进行操作。
7.3热处理操作者应如实填写相应的热处理操作记录，发现异常情况立即向现场指挥人员汇报，以便其采取相应的措施。
7.4升温、保温过程，按照工艺要求控制调整燃烧器风油量，控制升温温速与保温温度；在保温过程完成后，熄灭燃烧器后并将其降下，同时把风筒（用保温材料封堵可通过取出或添加封堵材料来控制风量）上半部插入球罐下人孔中用铁丝固定，并用保温材料填塞风筒与下人孔之间的间隙，开始自然降温。
7.5热处理过程中施工任务的检查与确认。
为确保热处理工作顺利进行，必须明确热处理岗位和职责范围，所有作业人员必须经过相应的技术培训，并坚守岗位，详见表7要求。
表7 热处理岗位和职责范围
序号
岗位名称
人数
职责范围
人员名单
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，各种情况及各问题的及时处理。
2
工艺控制岗
1
负责操作燃烧器控制系统；
负责于升温、保温、降温阶段每隔30分钟记录一次温度，监视自动记录仪的温度记录。
3
质量巡检岗
1
负责及供油系统、测温系统及燃烧系统仪表正常运行及故障处理；
负责检查保温棉完好程度监视外层温度，如保温棉脱落应及时修补。
4
球罐柱腿移动岗
4
负责球罐热处理每升降温100℃时柱腿移动，并做好相应的记录。
5
安全防火岗
1
热处理防火措施落实及过程监控。
7.6热处理施工过程中的见证材料填写
1）球罐在整个热处理过程中的柱脚移动记录；
2）承压设备热处理过程记录表；
3）承压设备现场焊后热处理记录表（见流转卡）。
8 热处理质量检验和验收
8.1球罐焊后整体热处理施工，按《球形储罐施工及验收规范》及经甲方、设计、监理、监检、业主代表批准的球罐热处理方案作为验收合格标准。
8.2热处理结束后2日内热处理施工单位向安装单位提交以下所有相关热处理过程的见证资料：
1）承压设备焊后整体热处理报告；
2）热电偶布置图；
3）承压设备整体热处理曲线及承压设备整体热处理曲线说明；
4）承压设备热处理过程记录表；
5）球罐柱脚移动记录。
8.3由安装单位，对以下事宜确认签字后，方能认为焊后热处理工程完成和验收合格：
1）所有热处理过程见证资料（见本方案8.2条）经审查完整、真实，符合热处理方案要求；
2）对产品焊接试板按相关要求检验合格。
9 热处理施工、安全管理
9.1现场整体热处理管理机构
9.2项目开工前，由热处理工程公司经理与项目HSE员签订HSE安全责任书，一式两份，HSE员携带至项目部备查。
9.3项目HSE员核对现场施工人员，看其合同签订情况及保险缴纳情况，必须按要求缴纳意外险。
9.4项目HSE员针对现场情况编制应急预案，提交项目经理、热处理工程公司经理审批。
9.5项目HSE员必须对安全方案、项目应急预案等进行书面安全交底，并且由所有项目人员签字确认。
9.6热处理作业人员进入装置区域施工，必须遵守生产装置的一切规章制度，服从安装单位、监理单位、业主单位的安全管理和调度。
9.7热处理作业人员进入施工现场，必须穿戴齐全公司统一配发的劳保护品（甲方另有要求的，经公司批准同意后可另外执行）。
要求：
A劳保鞋为钢头皮鞋。
B安全帽下颌扣要系紧。
9.8动火、用电、车辆进出、登高作业、受限空间作业必须事先办理相应的批准手续、相关作业票开具后方可进行作业。
9.9进入现场作业人员必须接受生产装置的安全教育，持证持卡上岗，无故不得进入生产区域。
严禁吸烟，严禁碰触生产设备、设施，不得擅自动用装置的消防设施器械。
9.10进入现场作业人员必须各负其责，遵守各自工种的安全操作规范，做好各自岗位的安全工作，施工前、施工中随时检查自身岗位的安全环境、设备器械的安全完好情况，并相互检查、提醒，各施工班组的班组长为该班组的当然安全负责人。
9.11现场用电器具的绝缘应良好，电线电缆不能乱拖乱拉，进入容器内部的照明用电须经隔离变压器，供电电源应有漏电保护开关。
实行三级配电系统，做到一机一闸一保护。
所有用电设备必须接地或者接零。
施工期间，由专职电工人员接线无误并经有关人员认定电网合格后方能正式送电，并加强施工过程中电网值班维修，以确保电网和人身安全。
电气设备工作时，要有专人看护，不得离岗。
9.12脚手架搭建应符合安全规范要求，热处理施工现场采用钢管脚手架。
脚手架必须验收合格后方可使用，填写脚手架验收记录。
9.13柴油为易燃物品，必须加强管理，专人监护使用。
热处理需用燃油储箱应放置有序，输送管带及其接头应牢固密封无泄露。
燃油箱用脚手架钢管或者警戒绳设置隔离区域（距离油箱1米），并在接管处悬【小心火灾】和【严禁烟火】之警示牌。
并放置4、5L以上灭火器两个。
9.14燃烧器、临时支架的制作、安装应牢固稳妥，避免安全事故的发生。
所有热处理作业人员必须服从现场安全管理，严格遵守用电管理制度，遵守施工现场安全制度。
燃烧器旁放置4L以上灭火器两个，并保证能有效正常使用。
9.15距离坠落高度基准面2m以上进行的作业必须正确系挂安全带，做到高挂抵用。
高处作业人员必须经过体检无作业禁忌症者方能上岗。
六级（风速10.8-13.8m/s）及以上强风以及雷电、暴雨、大雾等气象条件下禁止露天高处作业。
高处作业所用的工具、材料严禁投掷。
高处作业要设安全通道，作业人员应手把扶梯上下，不得沿着立杆与栏杆攀登。
9.16整体热处理前必须清理施工现场，在球罐柱腿向外M米（高度小于等于15m时，M＝4m）设置警戒区域，在每两个柱腿间悬挂警示牌，告知正在进行热处理，同时告知存在高处落物危险，闲杂人员不得入内。
9.17施工现场应文明整洁，装置区域内的消防通道畅通无阻。
9.18热处理作业人员必须按规定穿戴整齐劳动保护用品和器具，防止烧伤、烫伤事故的发生。
9.19热处理时，由项目部负责通知监理、业主安全代表到场进行安全监督。
热处理对象区域场地不得有易燃物、障碍物等不安全因素存在。
10 防风防雨措施
10.1施工现场多变的天气状况，对热处理施工的要求也相对提高。
为防止劲风或雨水对热处理施工质量造成不良影响，现场防风防雨措施的搭设尤为重要。
为保证施工安全及质量，应在热处理前及时掌握未来三天的天气情况，热处理时应尽量避开恶劣的天气（中雨、大雨、暴雨、雷雨、阵雨或风力大于6级的天气），并做好防风、防雨及应急措施。
10.2防风防雨措施搭建
10.2.1烟囱处防雨棚的搭建。
在球罐顶部人孔上方1.5m处采用彩钢瓦搭设防雨棚。
搭设时，彩钢瓦应向左右及下方与防雨棚交叉处重叠延伸300-500mm；彩钢瓦之间凹槽最少叠压一处，防止雨水在缝隙处流下。
彩钢瓦应用14#铁丝在架管上面捆绑牢固，防止因大风造成脱落。
（见附图3）
10.2.2球罐顶部防风防雨篷布的布置。
在球罐上部，根据脚手架情况，订做相应大小的阻燃篷布。
篷布的尺寸应比脚手架之间的缝隙略大且相互搭接100-200mm，并用14#铁丝在每个固定处封绑牢固。
顶部的的防雨蓬外沿半径应由球罐半径外延1.2m。
每片篷布都应表面紧绷平滑，防止局部积水。
10.2.3球罐立面防风防雨篷布的布置。
在球罐四周，根据脚手架情况，订做相应大小的阻燃篷布。
篷布的尺寸应比脚手架之间的缝隙略大，并用14#铁丝在每个固定处封绑牢固。
搭设前应观察平行架杆是否有凸出的部分，如果有凸出的架杆应由脚手架搭设人员整改，防止刮坏篷布。
立面防风防雨篷布与球罐赤道处外表面距离应不小于1m，高度自顶部防风防雨篷布起到球罐下人孔所在水平面止。
10.3球罐热处理时，安排专人巡视检查，如遇到下雨应及时清理雨棚上的积水，并及时处理因搭设不严而漏雨的篷布，保证热处理的正常进行。
10.4在球罐热处理时，对与热处理有关的设备及油罐油泵等也应做好防雨措施，保证热处理的正常进行。
附:
热处理设备、机具、材料
热处理设备、机具、材料一览表
序号
名称
规格
单位
数量
1
全自动燃烧器
251kg/h
台
1
2
柴油罐
8t
台
1
3
彩色无纸记录仪
40通道
台
1
4
万用电表
MF30
台
1
5
齿轮油泵
CB-B25
台
1
6
油过滤器
台
1
7
烟囱
件
1
8
热电偶
L=800mmK0～1000℃
件
60
9
储能压力焊机
台
1
10
补偿导线
铜-康铜21.5mm2
条
60
11
钢带
Q235A
m
2300
12
圆钢圈
个
13
电焊条
Φ3.2
kg
14
铁丝
10#
kg
15
铁丝
22#
kg
16
防爆照明灯
1.0kW
支
17
输油胶管
m
80
18
试电笔
支
1
19
保温棉
无碱玻璃棉被
床/台
600
20
轻柴油
0#
t
21
导链
0.5t
副
4
22
进风
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