大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法适用范围

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》适用分片到货、现场组焊、并要求进行整体热处理的大型塔器类设备，如：延迟焦化装置焦炭塔、催化裂化装置再生器等设备。对于超长设备也可通过设置临时顶盖或底盖的方法进行分段热处理 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法工艺原理

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》的工艺原理是：

• 热处理工艺原理

1. 改变常规热处理方法：即将工件热处理的外热法改为内热法，常规的外热法为将工件放在热处理炉内，通过燃油、燃气或电加热在其外部提供热量，满足热处理要求。以炉体耐火材料减缓热量损失。内热法也可称内燃法，是在工件腔体底部或其他部位设置高效燃油喷嘴，通过燃油加热提供热处理热量。工件表面用保温材料包裹，起到隔热作用，防止热量损失。

2. 根据塔器类工艺设备具有外形尺寸大、长径比大等特点，燃烧烟气不易在设备内腔形成回流，对设备均匀加热。因此在内部设置导流设施，调整热气流流向，强制烟气的流动，使热气均匀向塔器加热，以保证热量分布均衡。导流装置的形状尺寸和安装位置是本工法的关键点。

3. 对于局部难以满足热处理均衡温度要求的死角，辅以电加热带或加热板补充热量，从而满足热处理温度要求。

• 热工计算

热工计算主要进行热处理热能和油耗计算，热处理油耗计算结果是热处理设备选用的依据，计算要求按照最大热处理工件重量和同时参与热处理的辅助金属材料之和（以下统一简称工件）进行。

按照热处理曲线和升降温速度选择温度区段和时间区段，根据温度区段选择工件和保温被以及燃烧废气的热工特性值，在热处理过程中主要存在工件吸热、保温被吸热、保温被散热、废气带走热等主要热支出项，柴油燃烧放热为热收入项。为确保热处理工作的正常运行，必须保证总热收入大于等于总热支出，据此进行热平衡计算。

已知条件：1千克0号轻柴油燃烧放热0.042X106千焦，需11.55标准立方米空气，产生12.15标准立方米烟气。

• 热收入计算

Q_收=Q_HB，式中Q_收：一个温度区域内的热量收入（千焦）；Q_H：轻柴油燃烧放热（千焦/千克）；B：个温度区域内的燃料耗量（千克） 。

• 热支出计算

1.工件吸热

Q_工件=cmZ，式中Q_工件：工件吸收热量（千焦）；c—工件在特定温度区域下的比热容（千焦/千克•°C）；m工件—质量（千克）；△t—温差（°C）。

根据工件在各温度区域内的比热容，计算各温度区域内工件吸收热量情况。

2.保温被散热

Q_散=A_外qτ，式中Q_散—保温被散热量（千焦/小时）；A_外—保温被表面积（平方米）；q—保温被向空气中散失的热流（千焦/平方米•小时）；τ—散热时间（小时）。

根据提供保温被在各温度区域内向空气中散失的热流系数，计算各温度区域内保温被的散热量。

1.保温被吸热

Q_被=c_被G_被t_平均

式中Q_被—保温被吸收热量（千焦）；

c_被—保温被在平均温度下的比热容（千焦/千克•°C）；

G_被—保温被质量（千克）；

t_平均—保温被在温度区域内的平均温度差（°C）。

根据保温被在各温度区域内的平均温度及在平均温度下的比热容可以计算出保温被在各温度区域内的吸热情况。

2.燃烧废气带走热，计算耗油量

Q_产=v_mc_产t_产B

式中Q_产——燃烧产物带走的热量（千焦/小时）；

V_m—单位燃料燃烧生成的燃烧产物量（立方米/千克）；

t_产—燃烧产物温度（°C），根据实际测试燃烧产物比工件温度高出100°C左右；

c_产一在好温度下的燃烧产物比热容（千焦/千克・K）；

B—燃料消耗量（千克/小时）。

∑Q_支=Q_工件 Q_散 Q_被 Q_产

根据热平衡方程：Q_收=NQ_支

可以得岀：Q_hB=Q工件 Q_散 Q_被 V_mC_产t_产B

B=（Q_工件 Q_散 Q_被）/（Q_h—V_mC_产t_产）

根据在各温度区域内的燃烧产物在该温度下的比热容可以计算岀各温度区域内的耗油量以及每小时耗油量。

根据计算最大小时耗油量和喷嘴特性，乘以一定裕量系数，得出满足热处理要求的喷嘴最小耗油量，以此校验燃烧喷嘴能力是否满足热处理要求，并根据各温度区段耗油量总和，乘以一定裕量系数，得出热处理前需储备的燃油量 。

• 辅助电加热部分

对于仅靠工件热传导难以满足热处理温度要求的局部超厚或延伸部位，可按照现场热处理工作量，考虑热传导因素确定电加热板的数量和热处理设备“路、点”布置方式。

按工艺要求向温控设备输入热处理工艺曲线，热处理运行后，由温控设备按输入工艺曲线自动跟踪、控温，定时打印热处理温度和热处理曲线，若超出设定的温度报警值范围，发出报警信号，自动调节燃油量和烟囱张合度，满足热传导要求，必要时进行手动调整 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法工艺流程

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》施工工艺流程见下图 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法操作要点

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》的操作要点如下：

• 导流伞架设置

大型塔器设备的长径比一般较大，在圆柱形筒体内不易使烟气产生回流循环，对容器均匀加热。而仅靠设备自身热传导很难满足温度均匀性要求，尤其对于某些变截面塔器设备。必须通过内部导流设施，

才能强制烟气在容器下部局部回流，增加加热气流在底部循环和滞留时间，对其底部及下段加热，并依靠热传导满足温度均匀性要求。导流设施一般设计成伞状，如图所示：为保证伞架能从人孔等设备接管内通过，降低导流设施重量，导流伞架一般用圆钢做骨架，敷设铁丝网，隔热用的硅酸铝针刺毯敷设在伞架上。然后将保温毯用铁丝和铁丝网、圆钢固定，导流伞架用圆钢临时固定在塔器设备内部。伞架底部直径和伞架底面距燃油喷嘴距离根据热处理工件结构尺寸确定。

• 热处理设备选择

热处理设备选用EK9-1000型燃油喷嘴和GC-W/K型控制柜。该设备供热能力为1000万卡/小时，最大供油能力1200千克/小时，可满足600吨工件热处理供油需要，并集成了喷嘴、油泵、流量计、鼓风机、电子点火器、温度记录仪、自动调节单元等，与电源、油罐接好就能工作，控制系统采用DCS集散控制，按照预先设定值自动调节升降温速度和温差使其符合工艺要求。烟气放空的烟囱设有一个电磁阀，通过信号线与热处理装置相连，用以调节烟囱开合度。

• 热电偶设置

按照设计文件要求的测温位置和数量确定测温点，《钢制压力容器》GB150—98或按照《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709—2000和《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》JB/T6046—92要求布置。测温点采用镣镉一镣硅铠装热电偶，热电偶间隔不大于4.5—5米，用专用点焊机固定在工件外侧，专用点焊机固定较以往开口螺栓固定具有固定速度快、测量精度高、对设备母材损伤小等优点。

• 电加热带布置

辅助加热推荐选用LCD-220-1型履带式电加热器。固定加热器可利用扁铁折弯点焊在工件外壁，加热器外再用铁丝勒紧。

• 保温系统

保温材料：按热处理温度要求选用保温材料，通常采用无碱超细玻璃棉。为便于现场敷设和周转使用，常制作成棉被形式。

保温：先在设备外壁固定焊有保温钉的40X3的扁铁，扁铁间距500毫米，将两层共100毫米厚的保温被将设备外壁敷设严密。敷设时应由下向上进行，两层的接缝错开200毫米以上。在保温被外再用扁铁和铁丝勒紧加固。

• 温度设定

通过GC-W/K型控制柜的计算机操作界面输入升降温速度、热处理温度和恒温时间，同时设置温度跟踪点、温度输出间隔时间以及长图记录仪走纸速度等参数。

• 热处理

全部检查合格后，启动自动点火装置，进入GC—W/K温控设备运行状态，控制程序自动按热处理工艺曲线升温、恒温及降温，并自动记录热处理温度。

400笆以下升温，原则上可不要求控制升温速度和温差。但为控制400X：以上的升温速度和温差，当升温接近400°C时，应采取有效措施进行控制，防止局部温度偏差超标，如调小烟囱开合度和燃油量，通过工件热传导进行均温。使各点温度基本一致，满足温差要求时，再适度增加燃油量，进行400°C以上控制升温。

运行中若出现意外值或报警，可暂停运行，实施补救措施。检查加热油路系统、热电偶测温回路系统、烟囱废气排放、保温等有无意外情况，排除故障后恢复运行。

• 热处理效果评价

1. 热处理曲线满足设计或规范要求；

2. 硬度测试，根据设计或规范要求确定测定点数量和测点位置，测点硬度值满足设计要求为合格；

3. 必要时（如用户要求或需进行应力消除评价）可采用盲孔法进行应力测试，比较热处理前后应力变化情况 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法材料

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》所采用的材料与设备见下表。

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》的工法特点是：

1. 配备新型EK9-1000型大功率燃油喷嘴作为热处理加热设备，采用微正压内燃工艺，便于燃烧烟气（热气流）向器壁流动。

2. 塔器内设置热气流导向装置。导向装置可局部改变烟气流向，强制烟气尽量沿器壁向上流动，使热气均匀向塔器加热，保证塔器筒体温差在规范允许范围内。

3. 使用GC—W/K新型温控设备，该设备集成了喷嘴、油泵、流量计、鼓风机、电子点火器、温度记录仪等自动调节单元，与电源、油罐接好就能工作。

4. 控制系统采用DCS集散控制，按照预先设定值和热处理曲线自动调节升降温速度和温差，使其符合工艺要求，实现升降温度和恒温自动控制，提高了温度控制精度。烟囱还设有一个电磁阀，通过信号线与热处理装置相连，用以调节烟囱开合度。

5. 对局部超厚壁板或较大补强区以及筒体延伸等特殊部位，适当采用电加热辅助，与GC—W/K温控设备连接，实现自动控制，保证局部特殊部位与塔器整体温度均匀 。

随着中国石油化工行业的快速发展，炼化装置的生产能力越来越强，超高、超重、超大设备越来越多地应用到石油化工生产装置中，从而分片到货、现场组焊的工艺设备如塔、容器、反应（再生）器等压力容器类设备（以下简称塔器）越来越多；同时，装置对中国国外高硫原油依赖程度也越来越高，为减轻H₂S等介质腐蚀或消除焊接应力，延长设备使用寿命，对现场组对焊接的大型炼油化工塔器越来越多地提出了进行整体热处理的要求。大型塔器现场热处理历来是施工中技术难度较大、操作参数难于控制、质量不易保证的工序。尤其是塔器类工艺设备具有外形尺寸大、长径比（设备长度或高度与直径之比）大、结构复杂等特点，中国国外常规现场砌筑热处理炉、电加热法以及霍克喷嘴内燃法等热处理技术对于大型圆筒形压力容器现场热处理都不同程度存在缺陷，难于满足热处理温度均衡性和热量要求。需要寻找一种快速、简洁、高效的热处理方法以解决大型炼油化工设备现场热处理问题，满足施工工期和装置运行质量要求。

中国石油天然气第一建设公司根据现场组焊大型圆筒形压力容器多次热处理取得的经验编制出《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法执行标准

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》执行标准如下：

《钢制压力容器》GB150-98

《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709-2000

《碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法》JB/T6046-92

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法质量指标

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》质量指标如下：

1. 升温速度V₁：50°C/小时≤5000δ°C/小时。（δ为焊接接头处钢材厚度，毫米)，且≤200°C/小时。

2. 降温速度V₂：50°C/小时 2≤6500/δ°C/小时。（δ为焊接接头处钢材厚度，毫米)，且V ₂<260°C/小时。

3. 升温期间任意5000毫米内温差不大于120°C。

4. 恒温期间最大温差不大于65°C 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法控制措施

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》控制措施如下：

1. 成立热处理领导小组，由项目技术负责人任组长，实行统一领导。

2. 热处理前向热处理人员进行详细技术交底，交清质量要求，明确质量责任。

3. 做好热处理期间天气预报预测，尽量选择好天气进行热处理。热处理时做好挡风，防雨、雪措施。

4. 内燃法热处理空腔内为正压，热处理前设备所有接管和遗留缝隙必须密封严实。

5. 当温度达到400°C时，如果局部温度偏差太大，必须调小烟囱开合度和燃油量，通过工件热传导进行均温，各点温度基本一致时再适度增加燃油量。

6. 热处理时统一指挥，协调行动，及时处理突发事故 。

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》具有以下效益：

1. GC—W/K型温控设备和导流装置，提高了控温精度，减小温差，提高了热处理质量，热处理一次合格率达到100%。

2. 开发大型塔器现场热处理工艺，可实现大型塔器设备分段、分片出厂，现场组装焊接，内燃法热处理工艺简单，控制全部实现自动化，仅需3天时间就能一次完成热处理工作，缩短施工工期。

3. 采用内燃法热处理工艺，省去现场建筑退火炉或大功率电加热设备等临时热处理设施，可降低热处理成本。

4. 采用高效燃油喷嘴，热效率高，燃烧充分，一次热处理工件重量可达600多吨，缓解了炼油化工设备向大型化方向发展受热处理技术的制约和限制 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法危险性分析

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》危险性分析如下：

热处理过程中存在人员高空坠落、高空落物伤人、触电、碰伤、烧伤、火灾等潜在施工危险，而且存在温控系统、供油设备等工程设备操作危险 。

大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法保证措施

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》保证措施如下：

1. 技术员和专职安全员共同完成工作危险性分析报告（JHA）的编制，每天逐项检查预防、控制措施的落实情况。定期召开安全会议，对作业人员不安全行为进行讲评。

2. 对参加热处理工作的人员进行专门训练和安全教育。

3. 热处理应尽量选择在风力较小天气的时间进行。

4. 作业前进行全面检査，电气设备工况良好。

5. 热处理现场划定安全区，设置警戒线，非工作人员严禁入内。

6. 脚手架绑设牢固，设置安全护栏或安全网，高空作业挂好安全带。

7. 作业现场严格管理易燃物品，预防火灾。并配置足够的消防器材和照明设备。

8. 维护好现场用电设备，保护好电缆线，以防漏电。

9. 配备值班车和值班电话，专职安全员巡回检查，及时发现隐患并处理事故。

10. 风油量突然变化或风油比不当、机械和管路出现故障•会发生灭火，如发生中间灭火，应立即关闭供油阀门，排除故障后再重新点火，不得灭火后继续供油 。

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》应用实例如下：

1. 2008年，独山子石化公司120万吨/年延迟焦化装置焦炭塔，尺寸Ф9000X38728毫米，壁厚25—40毫米，筒体材质为14Cr1MoR/0Cr13 14Cr1MoR，采用微正压内燃法进行热处理，仅用5天半时间完成2台焦炭塔整体热处理工作，均做到一次成功。其中升温阶段最大温差69°C，恒温阶段最大温差16°C。

2. 2009年，中海石油炼化有限责任公司惠州420万吨/年延迟焦化装置分馋塔，尺寸Ф7600/Ф5800X57480毫米，壁厚32/34/40毫米，下段材质16MnR 321，上段材质16MnR 410S。分馏塔下段9550—40090毫米塔体之间采用微正压内燃法进行进行消除应力热处理，用了2天半的时间一次成功完成了分储塔热处理工作。其中升温阶段最大温差67°C，恒温阶段最大温差14°C。

3. 2011年，乌鲁木齐石化公司120万吨/年延迟焦化装置焦炭塔，尺寸Ф9000X37680毫米，壁厚34/38/42/46/48毫米，材质上部筒体采用1.25G—0.5Mo-Si 410S，下部筒体选用1.25Cr-0.5Mo-Si，采用微正压内燃法进行热处理，仅用5天时间完成2台焦炭塔整体热处理工作，均做到一次成功 。

《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》应采取以下环保措施：

1. 文明施工控制措施：现场应进行科学规划，做到合理有序，整齐美观。施工中坚持工完、料净、场地清，保证施工垃圾及时清运出场。现场采用洒水措施进行降尘。

2. 环境保护措施：热处理保温棉使用时要用铁丝扎紧，轻拿轻放避免产生碎屑飞沫。热处理作业结束拆除保温棉时，要注意防止保温棉碎裂，作业平台碎屑要清扫、收集好，投放到污染物质垃圾箱，无害化处理。任何油料溢漏必须进行清理。任何情况下废物都不允许在现场埋地和回填，严禁倾倒在未经批准的地方或焚烧。经常进行环境监控和检查，及时消除对环境的不利影响因素。生活垃圾、生活废水、废液要分类堆放或处理 。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009—2010年度国家级工法的通知》，以文号建质[2011]154号公布《大型立式圆筒形压力容器现场整体内燃法热处理工法》为国家二级工法 。

《大型钢结构整体提升与滑移施工工法》的工法特点是：

1.采用液压提升系统垂直提升主桁架一端与主桁架另一端沿地面水平滑移同步协调就位。

2.钢结构形式奇特，为多点支承的空间网壳结构，两榀主桁架结构对称，主析架地面拼装成整体对称的两片，采用液压提升系统整体提升主桁架空中对接。

3.现场安装的吊装复杂，形式多样，80%构件拼装为高空作业，共有16个管口在高空同时准确对接，难度很大。

4.结构曲线复杂、各测量基准点均处在三维空间。测量难度较大，制作和安装现场采用全站仪等先进的测量设备。

5.节点为空间多维钢管结构，钢管规格多样，节点各管段长度、方向不同，结构复杂，节点球最多连接11根钢管。

《大型群组地脚螺栓可调式整体预埋施工工法》的工法特点是：

1.螺栓固定系统单独设置，全方位、可调式定位。预埋安装合格率可达100%

2.螺栓上、下环形定位板群组整体固定，刚度大。

3.螺栓定位板单元间采用螺栓夹板式连接，安装加固方便，施工速度快。

荣誉表彰

2009年10月19日，中华人民共和国住房和城乡建设部以“建质[2009]162号”文件发布《关于公布2007-2008年度国家级工法的通知》，《大型中厚板塔器现场组焊应用TOFD技术检测工法》被评定为2007-2008年度国家一级工法。