球罐热处理方案

中国石化达州天然气净化有限公司

净化厂空分空压站氮气球罐（734-T-002）维修

热处理专项方案

编制：

审核：

批准：

上海蓝滨石化设备有限责任公司

2018年12月31日

1 工程概况

中国石油化达州天然气净化有限公司净化厂空风空压站1台400m3氮气球罐

（734-T-002）维修项目，项目内容包含：焊缝返修、无损检测、整体热处理、水压试验。根据球罐返修技术条件和国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，需进行焊后整体热处理。

采用内部燃油法对球罐进行焊后整体热处理。为确保热处理质量满足设计规定的要求，特制定本方案。

1.1球罐主要设计参数（见表1）

表1 球罐主要设计参数

序号项目参数

1 球罐规格Ф9200

2 设计壁厚54mm

3 公称容积400m3

4 球罐材质15MnNbR

5 操作介质氮气

6 金属质量≈125500kg

1.2热处理施工依据

《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG 21-2016

《钢制压力容器》GB150-2011

《钢制球形储罐》GB12337-2014

《球形储罐施工规范》GB50094-2010

修补技术要求

2 热处理方法及工艺规程

2.1热处理方法

采用球罐内部燃油法进行整体热处理，用球罐腔体为炉膛，球罐外侧用保温材料进行绝热保温作为炉体，选用霍克燃烧器进行加热，随着燃油不断燃烧，产生的高温气流在球罐内进行对流传导和辐射，使球罐升温到热处理所需的温度。

2.2热处理工艺规范

根据国家现行压力容器制造技术法规、标准要求，选择如下热处理工艺参数（表2）和工艺曲线。

表2 热处理工艺参数

序号 项 目 技术指标 氮气球罐 1 保温温度 580±20℃ 2 保温时间

130min 3 升温速度（≤400℃时可不予控制） 宜为50～80℃/h 4 降温速度（≤400℃时可不予控制）

宜为30～50℃/h

5 升温时的最大温差 ≤120℃

6 降温时的最大温差 ≤120℃

7 保温层外表面温度

≤60℃

3 热处理施工作业计划 序号 项目 时间（d ）

1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 8d 9d 10d 1 机具就位 2 脚手架调整 3 硬度测定 4 保温棉铺设 5 热处理操作 6 柱腿移动 7 拆除保温棉 8 拆除烟囱 9

支柱垂直度测定

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（见热处理系统图）。

580±15℃ 温度

580℃

时间（h ）

400℃

130min

自由升温

宜为30～50℃/h

宜为50～80℃/h 0

氮气球罐热处理工艺曲线

自由降温

补偿导线

附图1 热处理系统图

烟囱

控制、记录室

燃烧器

油箱保温层

供油管

油泵

信号线

热电偶

回油管

4.1保温系统

球罐热处理保温过程，本质上是常规意义上的筑炉过程，保温材料及保温材料厚度的选用、保温质量的好坏，直接影响着热处理质量。根据以往的经验及保温效果，该球罐的保温材料选用无碱玻璃棉被。 4.1.1保温工程施工 4.1.1.1保温施工

(1)保温施工材料的铺设要求是：选用厚度为60mm 无碱玻璃棉保温被。保温层铺设时，两层保温被之间的接缝应错开，每层中保温材料搭接宽度要大于100mm 。

(2)保温材料在整个热处理过程中应贴紧球壳板表面，防止在热处理过程中松动和脱落。 (3)保温施工应自下而上逐层进行。铺设时，均应用22#细铁丝在钢带保温钉上固定牢靠。保温被与壁板之间局部间隙不得大于10mm 。

(4)球罐上的人孔、法兰、接管及连接板均应进行保温，支柱与球壳板连接处向600mm 范围内，也应进行保温。 4.2加热与控制系统 4.2.1燃烧器

燃油系统采用霍克油雾燃烧器，燃烧器安装在球罐下人孔，为满足工艺要求，燃油采用0#柴油通过油泵送油，经阀门控制流量进入喷嘴喷出，压缩空气由底部送风助燃雾化燃料油进行燃烧。

4.2.2燃油储备及供应

氮气球罐预计热处理耗油量≤2吨，总用油量应保证球罐热处理全周期所需油量的1.5倍，故应有3吨的燃油储备。

油桶放在地面，用供油泵将油送入燃烧器供油箱。

4.2.3烟道

烟囱安放在上人孔法兰上，烟囱总高1.2米，主体由Ф500×4×1200钢管1节组成。4.2.4温度控制设备

由微电脑及执行机构组成。在微电脑上设定加热程序，由执行机构自动完成加热及温度控制。

4.3检测温系统

检测温系统由热电偶，补偿导线和彩色无纸记录仪组成。

4.3.1热电偶的布置

按照GB12337－2014《钢制球形储罐》的规定，测温点应均匀地布置在球壳表面，相邻测温点的间距宜小于4.5 m。在球罐上共设测温点16个，赤道带设6个，上极板共3个，下极板共3个，距上下人孔与球壳板环焊缝边缘200mm范围内应各设一个测温点共2个，修复上下大环缝各1个。

4.3.2热电偶安装

(1)压紧螺栓为标准的内六角螺栓（M20）见下图。

(2)每个开槽螺母须有一个压紧螺栓相配。使用前仔细检查，螺栓在开槽螺母中拧至端头。绝热施工之前，将单开槽螺母定位焊于球壳板指定位置上，并拧紧压紧螺栓。待绝热施工完成后再安装热电偶。热电偶安装时，用电工刀将压紧螺栓周围的绝热材料切开一块，松开压紧螺栓，待热电偶安装后，再拧紧。

(3)压紧螺栓应压在热电偶的热端上。热电偶的热端紧贴球壳外壁。 (4)热电偶在球罐本体上布置均匀，按照热电偶分布图进行布置测温热电偶。 (5)热电偶补偿导线由铜—康铜导线制成。每条补偿导线选用整条导线，中间应无断头或接头。补偿导线与热电偶连接后，固定于离球罐绝热层外围200mm 以外的位置上，不得与绝热层外的保温铁钉相接触。

4.3.3温度监测

温度记录使用彩色无纸记录仪。配置40通道彩色无纸记录仪1台，可记录40个测温点，用于记录球罐的温度。 4.4柱脚移动装置的设置

(1)柱脚移动装置由限制在柱腿两侧的限位块与铁销构成，在柱脚移动时固定在支柱底板上。

(2)球壳板平均温度每升（降）100℃，柱脚移动一次，升温向外移，降温向内移。每次移动的距离见表5。

热电偶

压紧螺栓

压紧螺母

球壳板