《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》的工艺原理是:
热处理工艺原理
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。
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。
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=QHB,式中Q收:一个温度区域内的热量收入(千焦);QH: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=vmc产t产B
式中Q产——燃烧产物带走的热量(千焦/小时);
Vm—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:QhB=Q工件 Q散 Q被 VmC产t产B
B=(Q工件 Q散 Q被)/(Qh—VmC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》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》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
热处理曲线满足设计或规范要求;
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;
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 。