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钢制塔式容器直立热处理工法
1、适用范围
    适用于对塔整体吊装有困难的场合,以及对旧塔进行改造,不便于将塔器吊倒进行热处理的场合。本工法适用于钢制塔式容器的直立整体热处理或立局部热处理。
2、工艺原理
    2.1首先最关键的一步是要对热处理部位进行强度核算,通过计算确定塔器具否变形,以决定下一步的施工方法,即是否采取辅助支撑、防变形的措施。强度核算方法见附录1。
    2.2其次必须进行热工计算,计算热处理所需的加热功率,以确定热处理专用电源的容量、控温设备的功率和加热器的规格数量,确保处理部位温度能升到恒温温度并能满足工艺所要求的升温速率。
    2.3热处理采用远红处电加热法。远红外电加热器通过热传导对热处理部位表面加热,并通过红外线辐射使被处理金属内部产生自发热(红外线辐射可以提高金属原子振动能。)
3、工艺流程及操作要点
3.1工艺流程图
准备工作  →  辅助加固  →  热处理功率计算→
    电源、控温设备,加热器的选用  →
    →  安放产品试板  →  加热器、热电偶的固定  →  接线
    →   绝缘测试与线路检查  →  热处理控温  →  拆除  →
     →  热处理后质量检验  →  整理交工资料  →
    3.2操作要点
3.2.1准备工作
    准备工作是整个热处理过程中最重要的一个环节,包括以下内容:
    3.2.1.1确定热处理前所有的工序、过程检验和试验均已完成并达到标准规范要求,资料齐备。
    3.2.1.2熟悉图纸。若是旧塔改造工程,必须熟悉新、老两份图纸;熟悉施工现场环境,掌握必要的数据,为强度核算和决定施工方法做好准备。
    3.2.1.3掌握塔壁钢材高温力学性能。通过查询资料、计算或高温拉伸试验,得出塔壁钢材在热处理最高温度下的许用应力或比例极限,以作为强度核算的比较依据。
    3.2.1.4对承受最大载荷的热处理部位进行强度核算定是否采取辅助加固措施。核算过程和结果必须经过相关部门验证。
    3.2.1.5计算塔器热处理所需功率,以选择加热器的规格数量、控温设备的功率、供电电源的容量以及所用电缆的规格和数量。
    3.2.1.6编制施工方案。施工方案必须相关部门审核批准后方能投入使用。
    3.2.1.7控温设备、测温和记录仪表以及相关材料的准备。控温设备必须状态完好、检验合格,测温和记录仪表须经检定合格。热电偶、补偿导线、测温和记录仪表应为同样的分度号。补偿导线和电缆线的线阻和绝缘性能应满足要求。加工固定加热器和保温棉所需的材料器具。
    3.2.1.8搭建脚手架。脚手架应按施工方案的要求搭设。若需采取辅助加固措施,则在搭脚手架时应考虑为辅助加固留出空间。
    3.2.1.9采取措施使塔身受热时能自由膨胀,拘束塔身膨胀的外力应解除。比如松开与塔身相连的配管,用气焊割开拘束受热部位膨胀的钢制笼式扶梯的一端等。
    3.2.1.10计算热处理各个温度区塔身的纵向热膨胀量,做好监测塔身膨胀量的标尺和用经纬仪监测塔垂直度的标尺。
    3.2.1.11了解近期的天气情况,特别是热处理前后三天的天气情况。
    3.2.1.12若有必要则搭设防风和防雨、雪设施。要做到即使风和雨雪也不会影响热处理的进程和热处理质量。
    3.2.1.13做好现场夜间照明措施。
    3.2.1.14准备必要的消防设施。
3.2.2采取辅助加固措施
    若经强度核算得出热处理部位高温下的许用压力或比例极限大于所受到的各种载荷时,则热处理时可不采取辅助加固措施。
    若必须采取辅助加固措施,则应根据施工现场情况采取合适的加固措施。加固措施应减轻或抵消所有载荷为主要载荷时则应考虑如何减轻热处理部位所受的重力载荷,加固措施应以支撑为主。采取加固措施时应考虑到能使塔身受热膨胀。
3.2.3热电偶的固定
    在塔壁上的测温点处点焊热电偶夹或开槽螺母,将热电偶的测温头固定牢靠。测温点的点数和位置产生应符合规范要求,其次在每圈环缝上至少应对称布置四个测温点。这样可以监控塔壁环向上的温度,以控制环向上的温差。
3.2.4安放产品试板
    若图纸或规范要求制备产品焊接试板时,则应在固定热电偶时安放产品试板,产品试板处也应布置热电偶进行测温。
    3.2.5加热器的固定
3.2.5.1塔器现场直立整体热处理时,可采用内加热外保温法。在塔内部布置的框架式远线外电加热器的高度不应高于2/3塔体高度。加热器的最高允许使用温度应高于热处理温度200℃以上。加热器固定在事先作好的钢结构支架上,钢结构支架强度应满足受热后不变形的要求。钢结构支架可用钢管脚手架搭设,也可用单元构件组合而,主轴单元构件的制作如下图,在2米长的Φ42×2的钢管(实际应用中,钢管的长度应由塔径大小决定)一头焊上厚为10毫、宽为90毫米的正方形钢板,在钢板正中间再焊上长为150毫米的Φ30×3.5的钢管,在Φ42的钢管上每隔200毫米焊一段50毫的Φ18圆钢,再将钢管转90°后每隔200毫米焊同样规格的圆钢:
    安装钢支架时,纵向将单元构件相互插入,横向用Φ18的圆钢两头用8号铁丝捆扎在单元构件上。加热器成轴对称固定的钢支架上,可做三角形布置,也可为四边形或多边形布置。
    连接加热器的接线宜选用圆钢,圆钢直径不应小于6mm圆钢外应套高铝瓷套管绝缘。圆钢连接时焊接必须牢固,搭接长度不得小地直径的7倍。圆钢与电缆线或加热丝可用自制接头连接,用卡钉卡紧。
    3.2.5.2塔器直立局部热处理可根据需要采取内加热外保温法、外部加热法或内外同时加热法。内部加热法有以下两种方法:A:在塔器内部加设保温隔板,形成封闭空间,加热器安装于其中,在塔外壁进行保温。B:若塔内径较大,不便搭设保温隔板,也可采用如下方法将加热直接紧贴的塔内壁上固定。首先得加工如下规格的配件:
    (1)上角接件,两两块10mm厚钢板焊成
    (2)下角接件,用两块10mm厚钢板焊成
    (3)在连接杆一边上每隔200mm钻M6螺孔或Φ8的孔。安装加热器时,先将上下角接件点焊在塔内壁上,再将连接杆下端穿过下角接件,上端用M6的全螺纹螺栓固定在上角接件上,将加热器塞入,再用M6的全螺纹螺栓固定。
(4)对塔壁较厚的塔器最好采取内外同时加热的方法。若塔内部无法布置加热器,则也可采用外加热内保温的方法,但热处理工艺要稍作修改,适当降低升、降温的速度,避免升降温速度过快成内、外壁温差增大。另外要相应延长恒温时间,以保证塔壁内侧达到保温温度并恒温足够时间。
    (5)在塔外壁固定的加热器有两种方法:一对于塔径较小(D外≤2.5m)的塔器,利用磁铁将外覆铁皮的加热器吸附塔壁上,并用粗铁丝进行辅助固定即可;对于塔径较大的塔器,则采取如下方法:首先加工如下规格的钢带,厚3mm,宽30mm,长为L,在钢带上每隔400mm点焊一根Φ5的圆钉,钢带两端各焊一个螺线(M20),螺母必须焊牢,能承受一事实上的拉力。钢带的长度L视塔器外圆周长而定,如下图5:
    (6)考虑到热处理温度下塔的环向膨胀,故采用如图6所示的自制螺杆。
    (7)将螺杆两头穿过M20的螺母,再将两个M16的螺母上到螺杆的两头并拧紧,如图7在上、下两根钢带之间放进外覆铁皮的加热器,再用铁丝将之固定牢靠:
    (8)加热器布置完成后,应对其用500V兆欧表进行对地或塔器的绝缘测试,其绝缘电阻应不小于0.5兆欧,各组加热器之间以及加热器对钢支架的绝缘电阻不应小于0.5兆欧,再用万用表测量每组电加热器的阻值是否正确。
    3.2.6保温
    3.2.6.1热处理中所用保温材料应满足热处理要求,导热系数小,且便于施工。保温材料应分层铺设,缝间搭接50-100mm,层间接缝应错开。对于塔径小的塔器(D≤2.5m),将硅酸铝保温棉贴在加热器外侧用铁丝绑牢即可。对于塔径大的塔器,只需将保温棉穿在钢钉上,再用铁丝辅助固定即可。当在塔内壁贴加热器加热时,将保温棉用铁丝固定在连接杆上即可。
    3.2.6.2当采取外热法局部热处理时加热区域及靠近加热区的非加热部分均应包覆足够的保温材料,保温带总宽度应不小于10住?Riδn (Ri塔器内半径,δn指塔壁名义厚度。)同时塔壁内板隔热。保温完毕后,不再需要进入塔内时,应将与热处理无关的按管与开口用保温棉封堵住。
3.2.7接线
    因塔器热处理所需补偿导线、电缆线较多,所以所有的线缆都必须进行编号,接线时要一一对应。比如1号补偿导骊应对应1号热电偶,并且对1号热电偶进行加温的加热器组应与1号电缆相连。接线完毕,应用万用表再核实接线是否正确,是否有漏电、断路之处,并再用500V兆欧表测量控制电缆对地之间的绝缘电阻,其值不应小于0.5MΩ。经热处理责任师检查合格后,可进行短时预送电,若一切正常,接线无误,则可进行正式送电热处理。在正式送电热处理,应在热处理工作区域设置警示牌,无关人员不准随意出去。
3.2.8接地
    电脑控温设备的工作接地,其接地电阻应不大于4Ω,且应单独接地,严禁与其他接地混接。控制设备保护接地电阻应不大于10Ω;塔器的保护接地电阻应不大于10Ω,接地引线宜采用直径不小于10mm的钢线。
3.2.9电源配电
    塔器热处理应配备热处理专用电源,且应有专用配电箱。因塔器热处理功率较大,所以电源容量、供电电缆、控制电缆的线径以及配电箱的漏电保护开关的整定值均应满足热处理要求。
    3.2.10热处理控温操作
    热处理控温人员必须严格按照热处理工艺进行控温。热处理工艺应符合设计要求或相关标准规范。温度每升高100℃,应检查一次塔身的受热膨胀量,并用经纬仪检查塔的垂直度,并作好相关记录,有异常情况应立即停止热处理。
4、材料
    塔器直立热处理所需主要材料如下表:
名   称 规格型号 备注
硅酸铝卷毯 3m?m?0mm 具体数量视现场情况而定
等边角钢 2.5 
扁钢带 δ=3mm 宽30mm δ=10mm 宽90mm 
钢管 Φ42? Φ30?.5 
圆钢 Φ18 
补偿导线 K型 
电缆线 四芯 
全螺纹螺栓 M6 
开槽螺母 M20 
5、机具设备
    塔器直立热处理所需主要机具设备如下表:
名   称 规格型号 备  注
电脑温控仪 CCTS-A 240KW
配电箱  
热电偶 K型0~1100℃ 
自动平衡记录仪 XWFJ-30 
兆欧表 500V 1块
远红外电加热器  
数字万用表  1块
钳形电流表  1块
接地电阻测试仪  1台
表面测温计  1块
经纬仪  1块
6、劳动组织及安全
    6.1劳动力组织如下表
岗位 人数 责任范围
热处理责任师 1 负责指挥整个热处理工艺实施,控制每道工序质量,掌握热处理全过程各种情况及解决各种问题。
热处理工艺员 2 负责控温操作
记录员 1 记录热处理时间、温度、热膨胀量等参数
仪表工 1 负责仪表维护
电工 1 保证现场供、用电
保温工 4 保温
质量安全员 1 负责现场的质量安全工作
    6.2安全措施
    6.2.1对现场施工人员进行班前安全教育和安全技术交底。
    6.2.2现场临时用电应按部颁标准JGJ46-88《施工现场临时用安全技术规范》有关规定执行。
    6.2.3高空作业人员必须配戴安全带,所有跳板应捆绑结实,且应设置防护栏杆。
    6.2.4用电设备重复接地可靠。
    6.2.5进入塔内施工必须要有厂方出具的检测合格允许进入报告。且不允许单人进入塔内施工,必须要有监护人。
    6.2.6现场设专职安全员1名,负责现场的安全工作。
7、质量要求
7.1本工法遵照执行以下标准规范:
    《压力容器安全技术监察规程》
    《钢制压力容器》GB150-1998
    《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000
    《钢制塔式容器》JB/T710-92
    《石油化工钢制塔、容器现场组焊施工工艺标准》SH3524-1999
    7.2主要质量保证措施
    7.2.1有关技术人员必须持证上岗,而且精通本工种工作。
    7.2.2所用的机具设备、仪器仪表必须经检验或检定合格。
    7.2.3热处理责任师必须责任心强,严格控制每道工序的质量。
    7.2.4热处理过程中,应有专人定时监测塔的垂直度、塔的热膨胀量以及每根电根电缆的电流。
    7.2.5控温人员严格按照热处理工艺控制温度,严禁过热。
    7.3热处理质量检验
    7.3.1热处理温度及恒温时间、加热及冷却速率、各阶段温差参数应符合热处理工艺的规定。
    7.3.2容器热处理后应无明显变形,几何尺寸符合规范要求。
    7.3.3产品试板热处理后力学性能应符合规范要求。
    7.3.4不设置产品试板容器热处理后的硬度应符合规范或设计要求。
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