1、文件編號:發放編號: 燕化煉油廠1000萬噸/年煉油系統改造工程 140萬噸/年延遲焦化裝置 焦碳塔焊后熱處理技術方案編 制: 金 桂 蓮審 核:審 定:會 簽 北京燕華建安工程有限責任公司延遲焦化項目部二00六年六月二十四日 目 錄1. 概況2. 熱處理方法選擇3.熱處理工藝參數的確定4. 熱工分析及計算5. 熱處理現場工藝設計6. 熱處理前的準備工作7. 施工組織8. 熱處理施工程序及注意事項9. 質量檢驗及交工驗收10. 施工機具及用料 11. 安全技術措施1. 概況中國石化股份有限公司北京燕山分公司1000萬噸/年煉油系統改造及其配套140萬噸/年延遲焦化裝置中的兩臺焦碳塔（C-210

2、1/1，2）是該工程的核心設備，該塔由中國石化工程建設公司設計，主體材料采用了具有耐高溫持久強度的低合金鋼14Cr1MoR鋼以及在主體上附加復合材料0Cr13（TP410S）。根據設計及相關技術標準要求，需焊后整體熱處理。本次熱處理由北京燕華建安公司四分公司負責實施。為確保工程按技術要求順利進行，特制定如下熱處理實施方案。 11 焦碳塔主要設計參數 焦 碳 塔 主 要 設 計 參 數 表1序 號項 目設計參數1焦碳塔規格8,800mm38,7672設計壁厚=40,36,32,30,(24+3),(22+3) mm3公稱容積1,907m34金屬總質量26,190Kg5主體材質14Cr1MoR(下

3、) 14Cr1MoR+0Cr13（上）設計壓力設計溫度6操作介質油氣、焦碳、水7容器類別類12 熱處理依據 a. 中國石化股份有限公司北京燕山分公司140萬噸/年延遲焦化裝置焦碳塔（C-2101/1，2）制造技術條件b. GB150-1998鋼制壓力容器c.壓力容器安全技術監察規程d.JB/4708-2000鋼制壓力容器焊接工藝評定e.JB4709-2000鋼制壓力容器焊接規程f.JB/T6046碳鋼、低合金鋼焊接構件焊后熱處理方法g.JB4744鋼制壓力容器產品焊接試板的力學性能檢驗h.焦碳塔施工圖13 熱處理的目的為消除焦碳塔組裝及焊接殘余應力，減緩介質對鋼板的應力腐蝕，改善焊接接頭和熱影

4、響區的組織和性能，達到降低硬度，提高塑性和韌性的目的，進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體、防止焊縫的氫脆和裂紋的產生。穩定焦碳塔的幾何尺寸，提高設備的使用壽命。2. 熱處理的方法選擇 21為防止法蘭密封面因整體熱處理產生氧化、變形等問題，尤其是下錐體大法蘭熱處理后由于釋放應力而造成法蘭面發生焊接變形，故先在法蘭與錐段及接管焊接后應先進行熱處理。整體熱處理時，法蘭錐體或接管部分采用絕熱措施保護。 22整體熱處理采用火焰內燃法焦碳塔進行整體熱處理是采用火焰內燃法。以焦碳塔內部為爐膛，在塔體的出焦口設置燃燒器的過渡法蘭接口，將燃燒器和過渡法蘭接口相連，焦碳塔板外安裝測溫熱電偶，并且用保溫材料進行絕熱保溫

5、。選用柴油（隨氣溫選用柴油標號）為燃料。燃燒器產生高速油氣流及噴嘴組合一起的軸流高速風機提供助燃的空氣將燃料油噴入并進行霧化，由電子點火器點燃，隨著燃油不斷燃燒產生的高溫氣流在焦碳塔內壁對流傳導和火焰熱幅射作用，達到塔體均勻加熱的目的。 23電輔助加熱法為確保加熱工藝的可靠，同時采用履帶式電加熱器進行輔助加熱，由電腦溫控儀通過PID調節自動控制加熱器的輸出功率，對裙座14Cr1MoR焊縫進行和筒體相同的熱處理工藝，還可以使裙座與塔體同步膨脹、同步收縮，從而防止裙座14Cr1MoR焊縫受彎曲力和剪切力而可能導致的開裂，以確保熱處理施工的安全進行。3. 熱處理工藝參數 為確保本次熱處理達到標準、規

6、范的要求，選擇如下熱處理參數，其工藝曲線如圖1所示: 熱處理溫度：69014 恒溫時間： 2小時 升溫速度宜為：5080（300以上） 降溫速度宜為：3050 （300以上） 恒溫時的最大溫差： 40升溫時的最大溫差：130降溫時的最大溫差：100圖1 熱處理工藝曲線圖說明：雖然設計要求在300以前可不控制升溫速度，但考慮300以后能夠保證塔體的溫度均衡，要求在300以前應將升溫速度控制在6090 范圍之內。為了保證恒溫溫差在控制范圍內，以及根據熱處理實際施工經驗，實際操作升溫速度應控制在5080 ；降溫速度應控制在3050 4 熱工分析及計算41熱工分析 熱工分析及計算是制定熱處理工藝方案、

7、工藝參數的前提。通過計算以便能估算確定保溫面的厚度及熱處理耗油量，并驗證燃燒器是否滿足供油要求。整體熱處理是一個非穩態的導熱過程，利用熱輻射和熱空氣對流使容器達到均勻加熱的目的，容器壁為變流作用下的非穩態導熱過程，但加熱升溫后能在較短時間達到穩定傳熱，可以近似按穩態傳熱進行熱工計算，由于壁厚遠小于直徑，可按平板計算。42熱工計算421熱工計算參數見表2序號項 目參 數1焦碳塔內徑D8800mm2厚度=40,36,32,30,(24+3),(22+3) mm3材質14Cr1MoR(下) 14Cr1MoR+0Cr13（上）4容器質量26,190Kg5保溫棉厚度140mm（硅酸鋁針刺毯)6保溫層外表

8、面積F1046m27保溫棉重量18.7t8保溫棉密度128kg/m39鋼材比熱600:0.77KJ/Kg, 700:0.837KJ/Kg10鋼材導熱系數600:32.4W/m., 700:29.8W/m.11保溫棉導熱系數600:0.119W/m., 700:0.21W/m.12保溫棉比熱0.836kJ/Kg.13環境溫度1514燃燒油0#柴油422熱處理耗油量的計算容器整體熱處理耗熱量見表3,下表是升溫到600700期間,升溫速度按50/及30/時分別計算的結果。 熱工計算表 表3速率煙氣單位時間耗油量單位時間耗熱量10000 KCal/hB Kg/h流量L/hQ1Q2Q3Q4Q5Q6總耗熱

9、量50700111613123889421034655.822.311163070085810092596321026642.917.2858其中: Q1-容器升溫所需熱量 Q2-容器與保溫層的傳熱損失 Q3-保溫層的蓄熱損失 Q4-爐廢氣帶走的熱量 Q5-燃料化學不完全燃燒損失的熱量 Q6-燃料物理不完全燃燒損失的熱量 B-燃料油的用量 本次熱處理工程采用的燃燒器，其燃燒產生熱量的能力至少應為1000，0000kCal/h以上，才能滿足容器熱處理時的供熱要求。5. 熱處理現場工藝設計51 熱處理工藝系統由燃油，供油，溫度測量，排煙系統和形態測量組成。5.1.1 燃油系統燃油系統的核心為燃燒器

10、，燃燒器與焦碳塔底部的管口法蘭，通過過渡法蘭相對接，通過微機PID調節系統對熱處理過程進行智能化控制，熱處理工藝原理見圖2。采用柴油作為燃料油。5.1.2 供油系統 根據熱工計算，本次熱處理最大耗油量為1312L/,單臺熱處理耗油量為7噸，儲油罐一次裝油量應保證單臺罐熱處理所需油量的1.5倍，故應設置容量至少為10噸的儲油罐。供油系統根據現場狀況按流程配管，儲罐出油口應高出油罐底部100mm，以免重組分油或雜質、水份等進入燃燒器，油罐出口處設置油過濾器。5.1.3 溫度測溫控制系統 溫度測量監控系統由熱電偶，補償導線和微機集散形溫度監控系統對溫度進行智能化測量和控制。 ：測溫點的實際選擇根據設

11、計技術條件規定，每條環向接頭、每條縱向接頭、每個封頭以及每段筒體的兩端各自至少有2個熱電偶來測量溫度，并用連續式記錄儀記錄溫度變化。為了保證測量的合理精確，我們選擇測量殼體溫度。本次熱處理筒體上設測溫點48個點。具體布置是沿軸線方向布置10組熱電偶，每組分均布3個位置，上封頭布置7點，下錐體布置3點，過渡段設6點，焊接試板上布置2點。具體布置見圖3。為了確保整個熱處理過程的安全，需要對過渡段與底座環之間的溫差進行監測，均勻設置5組溫度監測帶，每組沿周向均勻設4個熱電偶。：熱電偶安裝 采用點偶儀，按圖3要求將熱電偶牢固地點焊在焦碳塔外側和試板上。為確保重點部位的溫度監控，對上封頭、下錐體、試板等

12、應適當安裝部分備用熱電偶。其中，上封頭、下錐體各增設兩個，二塊試板各增設一個。覆蓋保溫后必須逐個用萬用表檢查。各熱電偶型號均為鎳鉻鎳硅形，補償導線采用形雙芯線。 ：溫度監測溫度監測配置有兩套系統:一套是10024長圖自動平衡記錄儀2臺;另一套是微機集散形溫度監控系統，,巡回檢測各測溫點的溫度,并與設置的熱處理工藝曲線進行比較對照，從而自動向燃燒器給出具體燃油控制量。514焦碳塔熱處理過程中的形態監測由于裙座與塔體連接的環縫要求承受塔體的全部重量，焦碳塔熱處理過程中受熱膨脹，冷卻收縮的影響，應力分布極為復雜，熱處理關系到裙座與塔體的環縫是否開裂和塔體是否傾斜，關系到焦碳塔熱處理的安全，需要在熱處

13、理過程中對塔體進行實時檢測。1）塔體加熱冷卻過程中徑向位移的監控由于焦碳塔直徑較大，在熱處理過程中，徑向的膨脹與收縮對裙座與塔體的影響較大。因此，一方面為防止裙座與塔體相連接的環縫開裂，要求裙座上部與塔體同步膨脹；另一方面為防止裙座底部位移崩斷地腳螺栓，應使裙座底部溫度與大氣保持相當。熱處理前將焦碳塔塔體與裙座相接的焊縫處，四周設置標尺，以供熱處理過程中觀測熱膨脹量用。 膨脹量由公式LDmat/2計算，結果見表4: 式中材料的線膨脹系數，（0.0000146）Dm塔體直徑 表 溫度范圍0100100200200300300400400500500600600690累計移動量mm12.8425.

14、6938.5451.3964.2477.0889.932）塔體加熱冷卻過程中軸向位移的監控由于焦碳塔在熱處理過程中，軸向的熱膨脹量較大，軸向膨脹量核算如下：膨脹量由公式LHat計算，結果見表4: 式中材料的線膨脹系數，（0.0000128）H塔體標高（mm） 表 溫度范圍0100100200200300300400400500500600600690累計移動量mm43.5287.04130.56174.08217.6261.12304.64熱處理前，在焦碳塔頂部橢圓封頭、中下部分別設置4個測量點，每隔50測量一次膨脹或收縮量，并作好記錄。3）焦碳塔熱處理過程中傾斜度檢測焦碳塔熱處理過程中，由于

15、材料在高溫時強度降低，裙座處承受塔體的重量較大，易產生塔體傾斜問題。熱處理過程中，在焦碳塔上部沿周向布置4個帶垂線的標桿，每隔50測量一次塔體垂直度，作好記錄。同時利用燃燒器溫控系統和電加熱溫控系統對塔體和裙座進行全程自動跟蹤控制，確保塔體和裙座的徑向溫度均衡，防止因徑向溫度過大，而造成塔體和裙座的徑向變形，確保在熱處理過程中不發生傾斜。注意：在熱處理過程中，若測量發現塔體發生異常變形時，應立即停止升溫，并進行原因分析，找到造成異常的原因，采取相應的措施后方可繼續進行。5.1.5煙道系統設置煙囪高2.5米，由50041000鋼管兩節組成，并安裝旋轉控制閥（高0.5米）（見圖5），通過過渡法蘭與

16、轉焦口法蘭連接，可以利用調節煙道的閥板開閉度的大小，來控制煙氣排放流量和平衡塔內壓力，促使高溫煙氣強制對流，達到均勻加熱、有效減小溫差的目的。52保溫方法（具體施工見保溫方案）焦碳塔保溫材料采用硅酸鋁針刺毯和陶瓷纖維氈保溫被，緊靠塔壁采用2層硅酸鋁針刺毯（每層50 mm），硅酸鋁針刺毯外采用1層陶瓷纖維氈保溫被，總厚度不得小于140mm。橢圓封頭及其上接管保溫至防雨帽，裙座和錐段采用3層硅酸鋁針刺毯進行保溫。焦碳塔錐段出焦口法蘭在精加工之前已進行過熱處理，為了穩定出焦口法蘭的幾何尺寸，防止溫度過高使法蘭密封面氧化，因此熱處理前要對錐段內側出焦口法蘭上的第一環縫以下200mm至法蘭進行保溫，而外

17、側環縫以下400mm不保溫。保溫棉采用鋼帶和保溫釘固定，將保溫釘（6）點固焊在鋼帶（-303mm）上，間距為500mm，然后將帶釘鋼帶沿塔軸向分布，每條鋼帶最大間距為1000mm，鋼帶上下通過鋼箍（22圓鋼）拉緊，上部鋼箍套在鉆焦口，下部鋼箍固定保溫支撐板上，鋼帶掛在鋼箍上并與之相焊，保溫材料固定在保溫釘上，并用18#鐵絲在保溫釘上交叉繞緊，在保溫層外再用鋼帶（160.5mm）打包帶以間距500mm沿周向勒緊，錐段內側保溫用-303mm鋼帶壓緊。注意防止保溫塊的下榻或脫落。塔的人孔、接管、連接板均應保溫。人孔包嚴后用10#鐵絲捆牢。硅酸鋁針刺毯鋪設采用對接形式，陶瓷纖維氈保溫被鋪設采用交叉搭接

18、，搭接厚度為200mm，接縫要求嚴密，防止熱量散失過大。53裙座環焊縫熱處理焦碳塔裙座上段材質和塔體材質相同都是14Cr1MoR，下段裙座的材料為16MnR，以環縫對接而成。在塔體作整體熱處理時，應用加熱器同步對裙座做一次環焊縫熱處理（熱處理溫度宜設定為650）.另因塔體做整體熱處理時裙座必須自上而下保持適當的溫度梯度，從工藝規定的最高溫度690降至接近水泥基礎的環境溫度，利用中間過渡溫度減小溫度梯度,有利于熱處理安全正常進行。環焊縫周長為28米，采用3001000mm/10Kw紅外加熱器，布置功率560Kw。單面加熱雙面保溫，保溫寬度為600mm，由PC-WK-480電腦控制儀，控制熱處理工

19、藝的全過程。 (見附圖) 6熱處理前的準備工作61 熱處理前，焦碳塔組焊單位應完成如下工作。6.1.1焦碳塔殼體，人孔，接管及預焊件等必須全部焊接完畢，并經外觀檢查和無損檢測合格。6.1.2 所有無損檢測工作必須完畢，報告齊全，報監檢部門審查合格。6.1.3 焦碳塔內外表面質量和幾何尺寸檢查合格，記錄齊全。6.1.4 焊接試板檢驗合格，并經監檢人員確認。6.1.5所有原始資料報告齊全，并經質保體系責任人員確認，經監檢和甲方人員確認。6.1.6 塔體位移測量滿足熱處理過程中滑移的要求。 對鉆焦口、出焦口的法蘭密封面的平整度及橢圓度按設計要求進行檢查并做好記錄（以備熱處理完成后再次復查），以及其它

20、所有需要保護的部位已確定得到良好的保護。6.1.8熱處理前應編制熱處理施工技術方案，并得到設計、業主、監理等部門批準后方可實施。62 其它準備工作6.2.1熱處理設備和溫度檢測儀表完好，性能穩定可靠。溫度檢測儀的測量范圍和精度滿足熱處理要求，設備經過搬運到達現場后，應對熱處理設備、熱電偶、溫度記錄儀以及溫控儀等進行檢查，確保熱處理正常進行。 熱處理系統裝置必須全部安裝好，各系統調整完畢。6.2.3供電系統全面檢查合格、符合要求，并和供電部門聯系，確保熱處理期間不斷電。6.2.4熱處理一周前與當地氣象部門取得聯系，取得一周內氣象動態，注意中央氣象臺每日的48小時天氣預報，保證熱處理時避開大風與下

21、雨天氣。熱處理施工時需采取必要的防風、防雨措施，搭設的防風、防雨棚的材料必須是防火阻燃的材料，包括走道跳板也要阻燃的。熱處理期間頂部的蓬布必須拆除，防止高溫輻射引起的火災。6.2.5 辦理動火手續。6.2.6 向全體操作人員作技術交底。7. 施工組織為確保熱處理工作順利進行，設置崗位和職責范圍，詳見表5要求。由于熱處理連續工作時間較長，故熱處理前應配置好人力，以備倒班需要。 熱 處 理 崗 位 和 職 責 范 圍 表5序號崗位名稱人數責 任 范 圍1指 揮1負責指揮整個熱處理工藝實施和掌握熱處理全過程，各種情況及各種問題2記錄員1每隔30分鐘記錄一次溫度,恒溫時每隔15分鐘記錄一次溫度及自動記

22、錄儀溫度記錄監視3工藝操作3負責燃燒及供油系統正常進行4儀表維護1負責測溫系統及燃燒系統儀器儀表正常運行及故障處理5電器機械維護2負責熱處理系統電器,機械設備正常運行及故障處理6熱變形監測2負責監測塔升降溫時變形量的監測,并做好施工記錄7保溫檢查4檢查保溫棉完好程度測量外層溫度,如保溫棉脫落或外層溫度60時應及時補救8安全防火1熱處理防火措施落實及過程監控8. 熱處理施工程序及注意事項熱處理施工程序如圖4所示81試板設置焦碳塔熱處理時設置2塊產品焊接試板，試板設在錐段與筒體連接的環縫以上，試板與塔壁接觸緊密，試板用404角鋼與塔壁對稱點焊，點焊要牢固，點焊與正式焊接工藝相同，熱處理完成后用磨光

23、機將焊點磨掉，打磨處不得傷及母材，打磨后與母材齊平，打磨后用磁粉檢測。82由于試板放置在筒體外側，靠塔壁溫度傳導試板，因此，試板的溫度必然滯后于塔體溫度。熱處理時專門在試板處增設電加熱器，作為輔助熱源，由微機控制系統的控制儀表（ERU808）對塔體溫度采樣，以塔體溫度作為試板加熱的設定溫度，通過與塔體溫度進行對照，儀表對加熱器的輸出功率進行PID調節，從而確保試板溫度與焦碳塔板保持一致。83燃燒器的安裝燃燒器用4個倒鏈懸掛在腳手桿上，在熱處理過程中，根據計算的錐體的膨脹和收縮量，結合現場的實際情況，及時對倒鏈的松緊程度進行調整，以免出現危險。84所有接管以及需保護的密封面均涂二硫化鉬，并用配對

24、盲板把緊，以防密封面氧化或變形。85 保溫棉覆蓋時應將上層接縫與下層錯開，安裝保溫棉塊時要用18鐵絲在保溫釘上交叉繞緊，尤其應注意防止下錐體的保溫棉塊下塌脫落。86 裙座及試板處整體熱處理前應將電加熱板、熱電偶等安裝好。87檢查儲油罐內燃油是否充滿，保證熱處理所需足夠燃料。油泵開啟之前應檢查管路是否充滿油(可將油罐放置位置高于燃燒器，并在油過濾箱上方設置排氣口)。88拆除罐頂以上至少300mm以上的障礙物，以防影響在熱處理過程中的罐體的自由變形。89預檢燃燒器810 檢查煙道閥板，確認開啟、關閉靈活。811全面檢查供電線路、油路及設備、儀器、儀表和周圍環境、安全狀況等。確認符合要求后打開煙道閥

25、板并點火。812 升溫過程中隨時注意各測溫點溫度狀況，檢查保溫棉完好程度，以及熱電偶是否虛焊或失效，溫升至100、200時應進行全面檢查，包括產品試板，極板等部位處的備用熱電偶。813熱處理過程中應通過燃燒器觀察孔隨時觀測爐內氣份，避免氧化焰的出現。814注意巡測保溫棉外層溫度，當局部溫度超過60時應及時補救。9. 質量檢驗及交工驗收91 熱處理結束后，應立即向熱處理委托方提供如下技術資料：9.1.1熱處理工藝記錄(樣表見SH3503-J112)9.1.2熱處理實際曲線（記錄儀記錄）9.1.3硬度試驗報告92 硬度檢測（以布氏硬度儀作為判定合格的依據）在整體熱處理后，應進行硬度測量，其焊接接頭

26、硬度值不得大于225HB，檢測數量如下：a)每條環向接頭（包括筒體與封頭的接頭），每條縱向接頭（包括封頭上拼接接頭）各應抽查2處（每處含母材、焊縫及熱影響區上各1點）；b)每個開口接管與筒體或封頭間的連接接頭各抽查1處；c)頂、底部大法蘭密封面附近各檢查3點，其余每個法蘭面附近檢查1點。93 熱處理后的產品焊接試板由組焊單位評定10. 施工機具及用料 主要施工機具及用料 表6序號名 稱規 格數 量單 位1熱處理控制中心/1套2電腦溫控儀PC-WK4801臺3電焊機ZXG-4001臺4儲能點偶儀1臺5儲油罐12T1具6輸油膠管1 1/2硬質聚四氟乙烯現場定米7紅外加熱器10KW60塊8電纜315

27、0+270mm2銅芯200米9325+116mm2銅芯100米1016mm2銅芯3000米11熱電偶K型150付12補償導線K型212000米13硅酸鋁針刺毯=40140立方米14硅酸鋁陶纖被=2550立方米15鐵 絲8200公斤16鐵 絲18200公斤17帶釘扁鐵-3033000米18倒 鏈2T4付19繩 扣19.530米20測溫儀筆式1只21測爆儀1臺22管口盲板=10mmDN700片23=10mmDN400片24=10mmDN300片25=10mmDN250片26燃燒器過渡法蘭另附圖27煙道過渡法蘭另附圖28雙頭螺栓M3033404套29M30341012套30煙道系統另附圖31滅火器若

28、干臺32對講機5km4臺33架子管483.5若干米34其他11. 安全技術措施參加熱處理施工的全體施工人員應認真學習“安全一號文”和燕化煉油廠1000萬噸/年煉油系統改造工程有關施工的安全規定；并遵循下列安全措施：111進入現場作業人員接受生產裝置的安全教育，持證持卡上崗，無故不得進入生產裝置，禁止觸摸生產設備、設施，不得擅自動用裝置的消防設施器械。112進入施工區的作業人員，嚴格遵守施工現場的一切規章制度，服從現場的安全生產管理和調度113進入施工現場的施工人員必須按公司的有關規定著裝，戴好安全帽，系好安全帶114凡高空危險作業區，均應按標準規定設置安全網，嚴禁高空拋物。115腳手架的搭設必須牢固，必要時應架設護攔，腳手架搭設完成后必須經項目部安全部門檢查驗收，查驗合格后，掛醒目“搭設合格”方可使用。本施工現場均采用鋼腳手架。116動火、用車和車輛進出登高作業應先