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5000立方米球罐整体热处理方案

、概况
根据设计要求和按照GB12337-1998《钢制球形储罐》有关技术标准,需进行焊后整体热处理,采用燃油进行热处理。为确保热处理工程质量按技术要求顺利进行,特制定如下热处理实施方案。
1、球罐主要设计参数(见表一)
     球罐主要设计参数         表一

序号    项  目    参  数      
1    球罐直径    21200mm      
2    设计壁厚    43 mm      
3    公称容积    7000m3      
4    球罐材质    15MnNiR      
5    操作介质    二甲醚      
6    柱腿数量    12根      
7    柱腿直径    Φ760mm    

2、热处理依据
本次热处理按GB12337-1998《钢制球形储罐》标准进行整体热处理。

3、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和生。
二、热处理方法及工艺规范
1、热处理方法
采用燃油法进行热处理
以球罐内部为炉膛,选用0号柴油为燃料,球罐外部用保温材料进行绝热保温,通过鼓风机送风和喷嘴将燃料油喷入并雾化,由电子点火器点燃,随着燃油不断燃烧产生的高温气流在球罐内壁对流传导和火焰热辐射作用,使球罐升温到热处理所需的温度。
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:
(1)恒温温度        600±20℃
恒温时间        2h
升温速度        50-80℃/h(≤300℃时可不予控制)
降温速度        30-50℃/h(≤300℃时可不予控制)
升温时的最大温差    ≤130℃
降温时的最大温差    ≤130℃
(2)热处理工艺曲线    (见图一)
三、热工计算
1、热工计算参数(见表二)
热工计算参数(表二)

序号    项  目    参   数      
1    球罐内径d    21200mm      
2    球壳板厚度δ    43mm      
3    材质    15MnNiR      
4    球壳板重量G    545000kg      
5    保温棉厚度δ    100mm      
6    保温层处表面积S    M2      
7    保温棉容量G    T(超细玻璃纤维毡)      
8    保温棉容量G    65kg/m3      
9    钢材比热C    500℃:0.162Kca1/kg .℃:600℃:0.18Cal/kg . ℃      
10    钢材导热系数λ1    500℃:30.962Kca1/m.h. ℃:600℃:28Kca1/m.h. ℃      
11    保温棉导热系数λ0    500℃:0.07Kca1/m.h. ℃:600℃:0.828KCa1/m.h. ℃      
12    保温棉比热λ    0.2Kca1/kg. ℃      
13    环境温度    35℃      
14    燃烧油    0号柴油    

2、计算
热处理耗热量见表三,以下是升温到500℃-600℃期间,升温速度按50℃/h-80℃/h时的计算结果。
热工计算表(表三)

速率    烟气    单位时间耗油量    时间单位耗油量10000Kca1/h      
℃/h    ℃    BKg/h    流量L/h    Q1    Q2    Q3    Q4    Q5    Q6    总耗热理      
50    580    743    874    504    45.4    18.56    181.4    24.4    8.8    782.64    
表中:Q-球壳板温所需热量
Q2-热壳板与保温层的传热损失
Q3-保温层的蓄热损失
Q4-炉废气带走的热理
Q5-燃料化学不完全燃烧损失的热理
Q6-燃料机械不完全燃烧损失的热量
B-燃料油的用量
本次热处理工程采用德国EK9-1000L-R型枪式燃烧器,其燃烧能力产生的热量为11000000kca1由表三可知,球罐热处理时能满足供热要求。
四、热处理现场工艺设计
1、热处理工艺系统
本次热处理工程由燃油、供油、测量、柱腿移动和排烟系统组成。
A:燃油系统
燃油系统采用德国EK9-1000L-R型枪式燃烧器,燃烧器与球罐下入孔相接,采用一套微机系统对热处理工程进行智能化控制,以满足工艺要求,燃料采用0号柴油通过油泵送油,经电磁阀控制进入喷嘴喷出,燃烧器鼓风机由底部送风助燃,雾化燃烧油,自动电子点火器点为燃燃油进行燃烧。
B:供油系统
根据热工计算,本次罐热处理最大耗油量为874L/h,单台热处理耗油量≤9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13吨的储油罐。
C:温度测量控制系统
温度测量监控系统由热电偶,补偿导线和一套PC-WK型集散控制系统对温度进行智能化测量和控制。
C-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36个,上下半球各分7个带,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(图二)
C-2热电偶安装
采用储能式热电偶点焊机,按图二要求将热电偶牢固地点焊在球壳外侧,烟道气和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。
C-3温度监测
温度监测配置两套系统,一套是EH100-24长图自动平衡记录仪3台,共可记录72个测温点,另一套是微机集散型温度监控系统,3秒钟扫描一个测温点巡回检测各测温点的温度,并与设置的热处理工艺曲线进行比较对照,从面向燃烧器给出具体燃油控制理,同时按工艺每30分钟打印1份各点温度的报告。
D:柱腿移动措施
热处理前将罐支柱杆及地脚螺栓全部松开,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(径点环向)柱腿移动前在基础板上做出移动量刻度进行移动。
柱腿移动量由公式L=DO×a×t计算,见表四要求。
式中a—材料的线膨胀系数DO—球罐直径
            柱 腿 移 动 量        表四

温度范围℃    100    200    300    400    500    600      
累计移动量    1111                        

3、保温方法
球罐保温材料采用超细玻璃纤维毡,总厚度100mm保温棉采用钢带和保温钉固定,安装保温棉块时要用14#铁丝在保温钉上交叉绕紧,尤其应注意防止下半球安装的保温棉块下塌脱落。球罐上的入孔,接管,均应加保温棉,从支柱与球罐连接焊缝的下端算起向下1m长度范围内的支柱需保温。保温的效果具体由微机每3秒钟巡检上点,每2分钟左右巡查一遍的速度加以监控,能及时发现保温的缺陷发生温差信号告警,提示加以补救。
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。因此规定把试板放在温带以120°间隔放置三块试板力求同步,事实上试板因放在球壳板外侧,靠球壳板温度传导给试板,因此试板必定滞后和低与球壳板的温度。本次热处理由微机采样方试板附近测温点的温度,把这一温度作为试板的设定温度,由智能仪表自动加以补温使之保持在±1℃的温差内,做到同步热处理。
五、热处理前的准备工作
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。
2、所有无损探伤检查工作必须作完。
3、球罐内外表面质量和几何尺寸应检验合格,记录齐全。
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、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。
6、热处理系统装置必须全部安装好,各系统应调试完毕。
7、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。
8、应掌握气象资料,热处理应避开大风与下雨天气。
9、各岗位人员应齐全到位,并经培训上岗,分工协作。
10、施工技术方案应向有关人员交底。
六、施工组织
1、人员
2、为确保热处理工作顺利进行,设置岗位和职责范围,详见表五要求:
         热处理岗位和职责范围       (表五)

序号    岗位名称    人数    责 任 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    每隔30分钟记录一次温度,恒温时每隔30分钟记录一次温度及自动记录仪温度记录监视      
3    工艺操作岗    2    负责燃烧及供油系统正常进行      
4    议表维护岗    1    负责测温系统及燃烧系统仪表正常动行及故障处理      
5    电器机械
维护岗    1    负责热处理系统电器,机械设备正常动行及故障处理      
6    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      
7    保温棉
检查岗    2    检查保温棉完好程度测量外层温度,如属保温棉脱落或外层温度>60℃应及时补救      
8    安全防火岗    1    热处理防火措施落实及过程监控    
七、热处理工艺的评定
1、热处理完工后,需对产品试板进行检测,其检测项目按表六的要求
产 品 试 板 评 定 表

名称    检测项目    每块试板加工试板件数    检验标准      
    拉伸试验               
    弯曲试验               
    试验    焊缝3,热影响区3         

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
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。
八、安全措施
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。
2、储油罐,液化气瓶,乙炔瓶应离处理点火处20米以外。
3、保证安全送电,各种电缆线布置整齐合理。
4、坚守岗位,尽职尽责,无关人员不得进入热处理施工现场。
5、热处理整个过程中,应有专人24小时全程安全监护。
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。
7、设好安全警戒,严禁无关人员进入或通过热处理区域。
8、做好安全应急预案,以备在突发或紧急情况下起动。
9、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。
10、热处理专项安全技术方案需由本单位专业安全技术工程师审查批准并报甲方批准后方可实施。
九、应急预案
本应急预案是指应当预先考虑到当发生非正常情况时应当采取的措施,以及为采取相应措施时应当预先准备的器材、材料等。

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