反应及沉降器高寒地区现场分段热处理方案

马相伟 李 慧

（1、大庆市特种设备检验研究所，黑龙江 大庆163311 2、大庆油田有限责任公司第四采油厂第五油矿，黑龙江 大庆163511）

本文主要解决大型石化炼油厂中反应器在制作过程中热处理的问题，反应器作为石化炼化中的主要设备。反应器由于尺寸超规格，无法实现路上交通运输，所以只能选择在设备使用现场进行现场制造，制造过程中关于热处理环节也提上议程，考虑到实际情况，我们采取分段热处理的方式，特别说明的是在热处理还处于施工地的冬季，温度仍在零下，最冷达到零下20℃。

1 概况

1.1 工程概况

某大型石化项目的第三反应及沉降器（以下简称反应器），属于Ⅱ类压力容器，根据设计制造和国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，需对其进行焊后热处理。为确保热处理质量满足设计规定的要求，特制定本方案。

1.2 主要设计参数

1.2.1 主要设计参数。 该设备筒体规格：φ5640/9840/11000/13600mm；壁厚：24/28/36/38/52/58mm；材质：Q245R。

1.2.2 分段几何参数。反应器拟分六段进行预制，第一段：φ5640x24/28x13306mm；第二段：φ5640/9840x24/38x4737mm；第三段：φ9840x38x6700mm；第四段：φ9840/11000/13600x38/58/36 x8376mm；第五段：φ13600x36x9000mm；第六段：φ13600x36/52x 5015mm。

2 热处理方法

2.1 综述

根据现场条件及设计要求，反应器壳体分段热处理采用内部燃油法进行热处理，整体合拢后的环焊缝热处理采电加热局部热处理。

具体方法及流程说明如下：（1）反应器按照预制的六段均在地面进行分段热处理。（2）六段分段热处理完成后进行吊装、组焊，最后完成各段之间的环焊缝的局部热处理。

2.2 反应器壳体的热处理方法

利用制作平台作为炉子的底部，平台的钢板上用硅酸铝保温绝热；对壳体进行外部保温；壳体与炉子基础（及封盖）组成炉膛。在炉子底部地面配备一台全自动燃烧器，燃烧器通过喷嘴将轻柴油喷出并雾化点燃，通过风机送风助燃。随着燃油不断燃烧产生的热风，吹入炉子的底部，热风向上流动，在壳体内壁产生对流传导和火焰热辐射作用，使壳体升温到热处理所需的温度，废气通过烟囱排出炉外。

2.2.1 六段热处理方法：（1）外部保温：在筒体外部安装钢带，保温材料固定在钢带上，并用细铁丝将其封严密。（2）燃烧器布置：选用一台燃烧器，燃烧器（hy-11d）放置在地面上，燃烧器热风出口朝上。（3）在顶部开孔处安装烟囱。

2.2.2 第二、三、四、五段热处理方法：（1）外部保温：方法同第一段。（2）燃烧器布置：方法同第一段。（3）封盖安装：热处理时，在壳体上部处安装封盖，封盖内侧覆盖一层保温材料，封盖中心处开孔并安装烟囱。

3 热处理工艺

严格执行国家现行压力容器制造技术法规、标准及设计技术条件要求规定，选择如下热处理工艺参数。热处理工艺参数为保温温度620±20℃，保温时间≥92min，升温速度（≤400℃时可不予控制）196-105℃/h，降温速度（≤400℃时可不予控制）250-134℃/h，升温时的最大温差≤140℃，升温、保温、降温时的最大温差指最下部至最上部所包容的设备受热范围内的塔壁外侧金属温度的最大差值；保温期间加热范围内最高与最低温度之差不宜大于80℃。

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。

4.1 保温系统

设备热处理保温过程，即是常规意义上的筑炉过程，保温材料及保温层厚度的选定、保温层安装质量的好坏，直接影响着热处理质量。根据以往的经验，选用硅酸铝针刺毯及无碱玻璃棉被作为保温材料。保温系统绝热工程施工包括钢带制造，安装及绝热层安装等三个部分。

4.2 加热与控制系统

燃烧器。根据热工计算，本次热处理选用1 台HY-11d 全自动燃烧器，单位时间的总最大燃油量为300kg/h，完全满足使用要求。

4.3 检测温系统

检测温系统由热电偶，补偿导线和无纸记录仪组成。热电偶和记录仪表均应在使用前均应经校验合格。

4.3.1 热电偶的布置。按照《承压设备焊后热处理规程》GB/T 30583-2014 和设计文件要求，热处理时相邻两测温点的距离小于4600mm，产品焊接试板应布测温点。

4.3.2 温度监测记录。配置盘古多通道记录仪，用于记录壳体的温度。

记录系统的巡检时间间隔为3 秒钟，即每3 秒钟巡检一个测温点，自动记录温度值及温度－时间曲线。另外，还设置了人工观测记录岗，时刻监视温度曲线的变化，并对各测温点温度进行记录，具体记录方法为：在控温期间的各阶段每30 分钟记录一次各点的温度。

4.4 产品焊接试板与塔体的同步热处理

设备热处理过程中，要求产品焊接试板与筒体采用相同工艺进行热处理。试板与筒体之间必须紧密贴合，每边和筒体点焊一点（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。

5 筒节之间焊缝热处理方法

采用电加热局部热处理的方法进行热处理。

5.1 热处理工艺规范

严格执行国家现行压力容器制造技术法规、标准及设计技术条件要求规定，根据设计参数选择如下热处理工艺参数：（1）保温温度620±20℃；（2）保温时间≥92min；（3）升温速度（≤400℃时可不予控制）≤140℃/h；（4）降温速度（≤400℃时可不予控制）≤180℃/h；（5）升温时的最大温差≤140℃；（6）保温时的最大温差≤40℃。

5.2 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、测温系统组成。

5.2.1 保温系统。（1）采用双面保温，筒体内、外焊缝上下各安装两圈钢带（钢带上焊有保温钢钉），用以安装保温材料，热处理结束时不得用强力拆除钢带，应用角向磨光机小心磨削除去，以免损伤筒体。（2）铺设保温层时，里层铺设一层硅酸铝毡，厚度为30mm，外层用厚度为60mm的硅酸铝保温被，内外层保温材料的接缝处应错开，相邻保温材料间搭接量应不小于100mm，将保温被固定在钢带的保温钢钉上并用22＃细铁丝捆绑结实牢固，保温材料必须紧贴加热器表面。（3）焊缝保温宽度不少于900mm。

5.2.2 加热与控制系统。（1）加热器。①采用专用履带式加热器加热，焊缝一侧的加热宽度不小于钢材厚度的3-5 倍。②加热片的安装：把局部热处理用加热片固定在环焊缝外部，在焊缝上下500mm的位置各固定一条钢带,用铁丝将加热片固定在钢带上，然后用铁丝将加热片捆绑在筒体壁上，加热片与筒体壁要贴合紧密。（2）控制柜。采用微机自动温度控制柜2 台，最大输出率720KW，可准确调控温度。控制柜电源需用720KW，应单独设置电源线及配电箱。

5.2.3 检测温系统。检测温系统由热电偶，补偿导线和无纸记录仪组成。（1）热电偶的布置：环焊缝局部热处理时共设置18 个控制回路，每个回路设置一个测温点，共计18 个测温点。测温点沿环焊缝圆周均布。（2）热电偶安装：热电偶安装采用捆扎法，将热电偶测温端贴近筒体，并顶在焊缝上，然后用铁丝捆扎在筒体上且捆扎要牢固。（3）温度监测记录。配置盘古40 路记录仪1 台，用于记录壳体的温度。记录系统的巡检时间间隔为3 秒钟，即每3 秒钟巡检一个测温点。热电偶和记录仪表均应在使用前经校验合格。

以上方法，适用于大型现场组焊压力容器的现场热处理，对于同类产品有借鉴意义。此方法具有效果好，成本低，且方便拆卸和改装，在实际的使用中完全达到了设计技术条件的要求，保证生产能够保质保量的顺利完成。