球罐热处理工艺

摘 要：一般施工过程中,经过冷热加工以后的设备,在常温下内部均保留着部分残余应力.残余应力的大小,方向对设备的稳定性有很重要的影响,采用燃油内燃法对球罐进行整体消除应力热处理改善球罐的使用性能,指出了热处理工艺中应该注意的问题.

关 键 词：球罐热处理燃油内燃法

钢制球形储罐简称“球罐”,焊后整体热处理较复杂,国内外采用燃油内燃法和燃气法比较多,下面介绍一下燃油内燃法.

燃油内燃法即将球罐作为燃烧室,上部人孔为排烟孔,下部人孔安装喷嘴燃烧器,以柴油作为燃料燃烧,按工艺要求制造升温、恒温、降温过程,以达到消除残余应力的热处理目的.

1、主要材料、机具及其他准备工作

1.1主要材料、机具

首先是球罐表面保温材料的选择,保温材料的选择很重要,它关系到球罐的升温速度和保温效果以及燃料（柴油）的节约.热处理时应选用能耐最高热处理温度、对球罐无腐蚀、容重低、导热系数小和施工方便的保温材料.一般选用无碱超细玻璃纤维保温棉被,规格为2000mm×l000mm×50mm,硅酸铝板600mm×400mm×50mm.

其他主要有：热处理控制设备、空压机、热电偶（K型）、保温钉、扁铁、铁丝、燃料油、储油罐、液化气罐（氧气、乙炔）、燃烧器、补偿导线（铜-grN）、黄油等.

1.2球罐热处理前,应对下列工作进行确认

1.2.1与球罐受压元件连接的焊接工作全部完成；

1.2.2热处理前的各项无损检测工作全部完成,并经确认合格；

1.2.3球罐焊接后总体几何尺寸检验合格；

1.2.4支柱拉杆及地脚螺栓已松开,并确认支柱柱脚在热处理过程中可以正常移动；

1.2.5产品焊接试板已放在球罐热处理过程中高温区的外侧；

1.2.6与热处理无关的接管已采用盲板封堵；

1.2.7热处理前,热电偶及记录仪表应经计量校验合格并在有效期内；

1.2.8加热系统已调试合格；

1.2.9已采取防雨、防风、防火和防停电等预防措施.

2.球罐需整体热处理条件及恒温温度

2.1符合下列情况之一的球罐应在压力试验之前进行焊接后整体热处理

2.1.1设计文件要求进行焊后整体热处理的球罐；

2.1.2厚度大于32mm（若焊前预热100℃以上时,厚度大于38mm）的碳素钢和07MnCrMoVR钢制球罐；

2.1.3厚度大于30mm（若焊前预热100℃以上时,厚度大于34mm）的16MnR钢制球罐；

2.1.4厚度大于28mm（若焊前预热100℃以上时,厚度大于32mm）的15MnVR钢制球罐；

2.1.5任意厚度的其他低合金钢制球罐；

2.1.6图样注明有应力腐蚀的球罐,如盛装液化石油气、液氨等的球罐；

2.1.7图样注明盛装毒性为极度或高度危害物料的球罐.

2.2热处理恒温温度

热处理恒温温度应按设计文件要求,如果设计文件未提出要求时,也可参照如下要求进行：钢号为20R,热处理温度为600±25℃；钢号为16MnR,热处理温度为600±25℃；钢号为15MnVR,热处理温度为570±20℃；钢号为15MnVNR,热处理温度为565±20℃.

3.热处理施工过程

燃油内燃法通过安装在球罐下极人孔处的燃烧器使燃料油雾化燃烧,以明火加热方式提供热处理过程所需要的热量.热处理操作包括保温系统、测温系统、加热系统及支柱柱脚移动系统的操作

其施工过程如下：

挂扁铁―布置热电偶―铺设保温棉（先铺硅酸铝板后铺岩棉保温被）―安装喷油嘴燃烧器―连接油路、电路及测温各系统―热处理―热处理设备及临时设施拆除―产品检验―形成资料

3.1挂扁铁

保温钉不得直接与球壳板焊接,采用扁铁与保温钉组成的带状结构,保温钉在扁铁上的布置间距宜为400mm-700mm.将焊接有保温钉的扁铁紧贴球壳板纵向固定于球罐外表面,在赤道线处最大间距宜为800mm―1200mm.

3.2布置热电偶

测温点均匀地布置在球罐外表面,相邻测温点的间距宜为4500mm.距上下人孔与球壳板环焊缝边缘200mm范围内应设测温点各1个；产品焊接试板应设测温点1个,测温点总数不应少于测温用的热电偶可采用储能焊或螺栓固定于球罐外表面上,热电偶和补偿导线应固定好.热电偶及记录仪表应经过校准准确度应达到1%的要求,并在有效周期内.热电偶采用镍铬、镍硅,补偿导线采用铜和康铜,其分度号EV-2,采用螺母,开4×4方槽为安装热电偶靴座,把开槽螺母点焊在测点部位的球壳上,靴座缺口为径线方向,点焊力求小,便于消除磨光.

3.3铺设保温棉被

将保温棉被挂在保温钉上,每层、每块接缝严密,内外层接缝应相互错开200mm～300mm,内层硅酸铝板与球壳板外壁应贴紧,最大间隙不得超过20mm,外层岩棉被用铁丝网捆住,在热处理过程中岩棉被不得松动、脱落.保温效果直接影响加热速度和温差均匀性,若在具体实施中如果不严加控制,往往造成下极板保温棉被下坠.从而产生与球壳板严重脱离的现象,影响热处理质量.球罐上的人孔、接管、连接板均进行保温,从支柱与球壳板连接焊缝的下端算起向下不少于1000mm长度范围内的支柱应进行保温.

3.4热处理

球内燃烧法加热装置应在投用前进行试压合格并经吹扫和试烧,试烧时间不得少于10min,试烧过程中如发现的设备缺陷彻底消除后,方可按工艺曲线进行热处理操作.球罐内燃烧法热处理操作应注意调节火焰,控制球体各部温差不得过大.采用柴油雾化法加热调节火焰时,应防止正压反喷,点火时,先给风后给油,有专人负责打开液化气阀（或者氧气乙炔焰）,升温时先加风后加油,调小火焰时,先减油后减风,风油增减应按比例逐步调节.升温和恒温阶段,排烟筒应处于全开位置.

温度应进行连续自动记录.为减少热处理过程中的温度波动,在球罐内部用钢筋、铁丝网及硅酸铝软毡（耐温1000～C以上）做一伞罩,吊挂在距下人孔约l/3球罐内直径处.

3.4.1升温

升温和降温速度的温度起始线：根据资料介绍,在300～400℃以下的加热或冷却速度对材料性能没有有害影响.以往国内外规范中均是以300℃作为控制的界限,目前大多数国家热处理规范中已将此温度修改为400℃.

升温阶段,在400℃及以下可不控制升温速度；在400℃以上时,升温速度宜控制在50-80℃/h的范围内.

3.4.2恒温

热处理达到预定的热处理温度,需要一定的保持时间以使应力松驰过程得以充分进行,以达到较好的消除残余应力和改善焊接接头性能的效果.

通常情况下,热处理温度最少保持时间按球壳板厚度每25mm恒温lh计算且不少于1h.

3.4.3降温.

降温阶段,降温速度宜控制在30-50℃/h的范围内,400℃以下可在空气中自然冷却.

3.4.4温差

热处理温差是热处理时各测点中最高温度和最低温度的差值,反映了球罐整体温度的均匀性,温差愈小,表明各处温度愈均匀、残余应力消除得越充分.在400℃以上升温和降温阶段,球壳表面上任意两测温点的温差不得大于130℃.热处理时,保温层外表面温度应不大于60℃.

3.4.5柱脚移动

热处理过程中,应监测支柱底板位移.温度每变化100℃应调整一次,及时调整柱脚移动,以保持支柱的垂直度,移动柱脚时应平稳缓慢.

4.注意事项

4.1保温材料应保持干燥,不得受潮.

4.2热电偶应与保温棉被拦网铁丝避开,以免影响测温效果.

4.3热处理后不得直接在球壳板上进行焊接施工.

作者简介：

陈冲（1985-09）,男,汉族,2007年毕业于承德高等石油专科学校,材料成型及控制工程专业,大专学历,主要从事油田地面建设工作.