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大型压力容器的现场热处理2004年第2期

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大型压力容器的现场热处理

俞松柏机械制造厂

摘要：通过热工分析计算和合理的工装设计，有效地制定了大型压力容器现场焊后热处理这一较复杂的施工工艺，在焦炭塔等塔设备的热处理施工实际应用中，取得了良好的工艺效果。

关键词：现场热处理热工计算工装设计

1前言

压力容器的焊后热处理，作为一项保证其制造质量的关键工艺，有着相当重要的地位。它不仅可以消除或降低横向和纵向残余应力、改善焊接热影响区和焊缝金属的显微组织，还可以减少焊接接头延迟裂纹和断裂的发生、延长设备的使用寿命。一般地，结构不太大的压力容器可采用炉内整体热处理。随着石油化工装置加工能力的扩大，塔体结构设计随之大型化，一些超大直经和（或）超长的压力容器如焦碳塔（主材15CrMoR、规格Dn6400～8800×26～40）、吸附塔（主材16MnR、规格Dn7200×60）等，由于受热处理炉尺寸的限制，只能进行现场整体和（或）局部热处理。

2现场热处理施工工艺设计

以往压力容器的现场整体和局部热处理,采用在容器焊缝上设置绳式或履带式电加热器进行加热，外敷保温材料，用温控仪显示加热温度和调温。其缺点是温度场不均匀、温度升降控制不均、局部部位加热器损坏无法发现和更换，而且随着温度升高加热器本身发生松弛而脱离筒体进而无法达到热处理所要求的温度。因此用这种方法进行热处理，地方压力容器监检部门对其结果持否定态度。为满足镇海炼化延迟焦化和PX、高桥石化延迟焦化等扩建和新建装置大型塔设备热处理的需要，我厂和吴江电热电器厂等热处理专业单位合作，根据容器的材料结构特点、热处理工艺要求和现场条件，从工艺计算、操作方法、工装设计等做了较大的改进和提高。

2.1现场整体热处理

设置一12边形、上下二段可拆式热处理炉。炉盖和炉壁采用硅酸铝纤维保温；炉壁和炉底设置足够数量的框架式加热器，利用热辐射和热空气对流原理使容器达到均匀加热的目的；炉膛内和工件上设置一定数量的测温热电偶，用电脑温控仪进行多点显示、自动修正功率系数并自动记录温度曲线。

2.2现场局部热处理和预后热

环焊缝的局部热处理和预后热。将特制的高温磁铁式电加热器直接吸附于环焊接头外侧，铠装热电偶设置于焊缝的内外侧合理位置，内外均敷设足够厚度和宽度的保温层，并由电脑温控仪控温并记录，从而达到消应力热处理和预后热的目的。

为满足环缝自动焊需要，在电加热器上设置支架并固定微型滚珠轴承，使得壳体转动时电加热器不动，从而达到预热的目的。

3热工分析及计算

热工分析及计算是制定热处理工艺方案的前提。制定热处理工艺参数（如加热所需功率、保温宽度和厚度等）之前，需进行准确的热工分析和计算。

3.1整体热处理

对于分段热处理来说，整体是一个一维非稳态导热过程，利用热辐射和热空气对流使炉内容器达到均匀加热的目的，炉体保温层为变热流作用下的非稳态导热过程，但加热升温后，能在较短时间内达到稳定传热，可近似按稳态传热进行

2004年第2期大型压力容器的现场热处理

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热工计算。由于壁厚远小于直径，可按平板处理。

（1）容器的吸热量

Q1=Qd+Qf=G×Ci×（ti-ti-1）Qd:对流传热量；

Qf：辐射传热量；

Ci：钢在不同温度区域的平均比热kJ/（Kg·℃),ti=100～600℃,Ci=0.466～0.565kJ/（Kg·℃);

G：被加热工件质量Kg；

ti：加热过程中，不同温度区域加热终了的温度，一般分50～100℃为一个区域。

（2）炉衬材料的吸热量

Q2=(V1×γ1×C1+V2×γ2×C2)×0.59(tl+td)V1，2：内外二层炉衬材料的体积m3；

γ1，2:内外二层炉衬材料的容重Kg/m3,内层硅酸铝纤维γ1=128Kg/m3，外层超细玻璃棉γ2=60Kg/m3；

C1，2：内外二层炉衬材料的比热，C1，2=1.013+0.075×10-6t2kJ/(Kg·℃)；

tl：炉温；

td：炉衬界面温度，达到热平衡状态时，可用一维稳态导热法计算。

（3）炉体散热损失

×F或Q3=α×（tb-

t∞)×F

a∑:炉体外表对外的综合传热系数a∑≈18~20W/（m2·℃);

S1、S2：分别为两种材料的炉衬厚度，一般内层S1=0.05～0.06m,外层S2=0.1m；

λ1、λ2：炉衬材料的热导率λ=0.054+0.272×10-6tlW/