浅谈钢制球形储罐的整体热处理工艺及其常见问题和处理方法

张纪宝

摘 要：为使球形储存金属产品具有所需要的性能，整体热处理工艺是非常必要的，结合工程实践，对热处理工艺、过程中常见问题及解决方法进行探讨。

关键词：球罐；热处理；测温点；

中图分类号：TE-9 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-02

一、引言

随着世界各国综合国力和科技水平的大幅度提高，当前石化行业的压力容器呈现超大、超厚的发展趋势。球罐作为大容量、承压的球形储存容器，广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。常用的压力容器热处理技术有：燃料加热法（内燃油法）、电加热法及能源加热法三种，本文主要以绵阳球罐工程项目为依托进行论述，该球罐项目整体热处理工艺是燃料加热法（内燃油法）。

二、热处理前技术准备及要点阐述

（一）技术准备

与球罐受压件连接的焊接工作全部完成。所有无损检测工作完毕，报告齐全，经审查合格。球罐整体热处理施工方案已经有关部门批准，并向作业人员进行工程技术交底和安全技术交底。由质保工程师组织各系统责任人员，检查原始资料，确认热处理前必须完成的各项工作已完成，所有施工资料齐全，热处理前的停检点并通过业主、监理、技术监督部门审查合格。产品试板已放在球罐热处理过程中高温区外侧。热处理前，罐内清理干净；应使罐外与之连接的刚性件（含球罐安装好的螺旋盘梯）处于自由状态，以免热处理中造成变形扭曲。烟囱、保温、柱腿移动装置已安装完毕。各操作系统已安装调试好，喷嘴经试燃，油泵、空压机经试车；风、油、气控制系统经调试；热电偶、记录仪等经校验并合格。

（二）要点阐述

1、燃油供给：根据加热系统耗油量参数条件要求，施工现场需要配备供给系统连续工作不低于3小时的储油箱，则该储油箱的容积L（取系统油耗平均值586kg/hr，0#柴油密度0.84吨/立方米）为： V=3*586/0.84=2093升

根据计算要求，现场制作了长2米宽1米高1.5米的储油箱，确保热处理供油。

2、球罐焊接试板在热处理过程中的定位

3、球罐焊接试板与球罐母材一同到货，制作过程需要与球罐焊接处于相同环境中进行1G/4G、2G、3G全方位焊接，并按照焊接类别、产品编号及焊接作业人员焊工代号在试板上进行试板标记管理。

三、热处理工艺

热处理工艺装置由加热燃烧系统、供油系统、供风系统、测温系统及柱腿移动系统等组成。

（一）工艺参数的确定

1、根据GB12337《钢制球形储罐》及GB50094《球形储罐施工规范》规定，热处理温度应符合设计图样要求。

2、升温

根据规范要求，在400℃以下自然升温，400℃以上升温速度在50～80℃/h范围内，在此期间球壳表面上相邻两测温点的温差不得大于130℃。当温度接近600℃时，开始调节风油量以确定恒温所需的风油量。

3、恒温

最少恒温时时间按最厚球壳板对接焊缝厚度的每25mm保持1小时计算，且不应少于1小时。在恒温过程中，球罐最热点与最冷点的温差应尽量减少。

4、降温

从热处理温度降温至400℃过程，降温过程可通过减小风油比、间断供油等方法使降温速度控制在30～50℃/h范围内，400℃以下自然冷却。

（二）加热燃烧系统：本系统采用德国进口自动燃烧器

德国“欧科”公司制造EK9.1000L-R轻柴油燃烧器，输出功率2490-11409KW，耗油量210-962kg/hr；经热负荷运算，该燃烧器能保证球罐热处理的工艺要求。燃烧器经试烧后方可正常使用。

（三）供油系统

供油系统需4吨容量的贮槽一台，2CY-1.1/1.45齿轮油泵两台（一台备用）；调节计量有控制阀组、压力表等；油泵出口有回油管；贮油槽口加滤网以免堵塞喷嘴。

（四）供风系统

燃烧器自带独立的风机（22kw），带控制风门的风箱，空气压力开关。

（五）测温系统

本系统由测温点、热电偶、补偿导线、自动记录仪等组成。

1、测温点布置

测温点应均匀布置在球罐外侧表面，相邻测温点间距≤4500mm。为保证测温的精确，提高球罐热处理质量，新版《球形储罐施工规范》GB50094-2010规定球罐设测温点由36个增至40个。在施工中，根据最新规范要求，对测温点进行了如下设置：上下人孔共设3个（在距上下人孔与球壳板环焊缝边缘200mm范围内），产品试板设1个（靠近上极板），上下极板小环设各4个、赤道带板中均匀布设28个。见如图3热电偶分布图

2、热电偶的安装

热电偶的安装采用专用电偶仪，将开槽螺母点焊在测温点上，热电偶用开槽螺母上的螺栓固定于球壳板上，连接热电偶的补偿导线悬置固定，以免烧坏。冷端温度应接近环境温度。见图4热电偶安装固定图

四、热处理过程常见问题及其解决方法

在施工作业过程中，球罐整体热处理往往会受到诸多因素影响，导致热处理工艺不能按照既定方案及规范要求有效实施。

（一）常见问题

1、燃油供给不及时，造成热处理过程停火等油。

2、电力供给故障，造成热处理过程中途停火。

3、热处理过程中出现暴风雨天气，造成热处理过程温差较大。

4、风油比控制不合理，造成热处理升温、降温过程温度波动较大，超出规范要求。

（二）解决方法

根据加热系统油耗计算出热处理油耗量，由于热处理过程中柴油的用量较大，部分加油站油料储存量有限，提供的油料不能满足或不能及时供给现场施工用油，需要提前与当地加油站取得联系，确保热处理过程所需油料的供给，必要时需要。

一方面，通过建设单位与当地供电部门取得联系，尽量确保在球罐整体热处理期间电源供应不出现问题；另一方面，施工现场配备一台能够满足热处理需要的柴油发电机，确保不间断电源的供给。

参考文献：

[1]李忠林，王学成大型压力容器整体热处理控温设备中国石化出版社2002.

[2]GB12337—1998《钢制球形储罐》

[3]GB50094—2010《球形储罐施工规范》