14 大型焦炭塔的焊后整体热处理

SEI第二届延迟焦化年会论文（2）

大型焦炭塔的焊后整体热处理

莫少明1 ，顾一天2 ，刘海滨1 ，傅家仁3

（⒈ 中石化齐鲁分公司胜利炼油厂，山东，淄博255434；⒉ 中国石化工程建设公司，北京100011；

⒊ 上海傅氏热处理工程有限公司，上海，200231）

摘要：介绍了直径达?8800mm的两台焦炭塔在国内首次采取燃油法焊后整体热处理的工艺系统及热处理过程，各项数据表明整体热处理效果良好，完全符合设计要求。

关键词：焦炭塔 整体热处理

齐鲁胜利炼油厂新建140万吨/年延迟焦化装置采用一炉两塔工艺，单台焦炭塔直径达?8800mm，主体材质为15CrMoR（泡沫段以上部分为15CrMoR＋410S复合板），焦炭塔主要设计参数见表1。为了降低塔体组装应力及焊接时产生的残余应力，防止焊接裂纹的产生；同时为改善焊接接头和热影响区的组织和性能，降低硬度，提高塑性和韧性，根据设计文件和国家现行压力容器有关法规、标准，焦炭塔焊后需进行消应力热处理。以往国内同规格焦炭塔的热处理均采用分段法，现场需搭设一台φ10400mm的组合式小型热处理电加热炉，焦炭塔制造时先采用正装法组对成八段，每段筒节（下锥体的第一段筒节除外）内部的拼接纵、环焊缝在炉内进行热处理，但受炉体限制，每段之间的环焊缝只能在吊装组对后进行电加热局部热处理，共要进行七次炉内热处理、八次电加热局部热处理（含裙座下环缝，但不包括部分接管焊缝），不仅投资大，施工周期长，而且每次采用的近二百只电加热器时常出现烧坏、短路的现象，往往造成热处理效果差、无法完全达到工艺要求的情况。经多次讨论，最后决定采用上海傅氏热处理工程公司提出的塔器立置内部燃油法对这两台焦炭塔进行整体热处理。

表1 焦炭塔主要设计参数 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 项 目 焦炭塔规格（mm） 设计壁厚（mm） 公称容积m 焦炭塔材质 操作介质 设计压力MPa 设计温度℃ 金属质量kg 3参 数 ?8800×35837 （22+3）/（24+3）/30/32/36/40/30 1655 15CrMoR＋410S(上部)/15CrMoR(下部) 渣油、油气、焦炭、水蒸汽 0.35 450(顶)/475(中下)/495(底) 25497 1

1 整体热处理工艺及计算 1.1 整体热处理工艺参数

整体热处理工艺参数见表2，整体热处理工艺曲线见图1。

表2 热处理工艺参数 序号 项目 技术指标 1 恒温温度℃ 690℃±14 2 恒温时间h 2 3 升温速度℃／ｈ 50-80 （≤300℃时可不予控制） 4 降温速度℃／ｈ 50-80 （≤300℃时可不予控制） 5 升温时的最大温差℃ ≤120 6 降温时的最大温差℃ ≤120 7 恒温时的最大温差℃ ≤28 注：升温、恒温、降温时的最大温差指最下部至最上部所包客的焦炭塔受热范围内的塔壁外侧金属温度的最大差值。 最下部：下过渡段下部对接环缝（焊缝编号：B15）以下150mm； 最上部：椭圆形封头开孔N1(钻焦口)管座与接管之间的焊缝以上150mm。

1.2整体热处理方法

以焦炭塔内部为炉膛，选用0号轻柴油（随气温选用标号）为燃料，焦炭塔外部用保温材料进行绝热保温，通过鼓风机送风和喷嘴将燃料油喷入并雾化，由电子点火器点燃，随着燃油不断燃烧产生的高温气流在塔体内壁对流传导和火焰热辐射作用，使塔体升温到热处理所需的温度。 1.3 热工计算

热工计算参数见表3 。

表3 热工计算参数 序号 项目 1 保温材料 32 保温材料密度kg／m 3 保温材料厚度ｍｍ 24 保温层外表面积 m 5 保温材料重量T 6 钢材比热 KCal／Kg.℃ 7 钢材导热系数KCal／Kg.℃ 8 保温材料导热系数 KCal／Kg.℃ 9 保温材料比热KCal／Kg.℃ 10 环境温度℃ 11 燃料油 参 数 硅酸铝针刺毯 120 120 ≈860 12 600℃:0.573；700℃:0.603 600℃:28；700℃:25.8 600℃:0.0828；700℃:0.091 0.2 0 0号或-10号柴油 升温到500℃—700℃期间，升温速度接50℃/h时的热处理耗热量计算结果见表4。 表4 热工计算表 速率 烟气

单位时间耗油量 2

时间单位耗油量 10000Kcal/h ℃/h ℃ 50 700 B Kg/h 流量 L/h 786.6 954.6 Q1 415 Q2 83 Q3 Q4 50.6 219 Q5 Q6 总耗热量 24.5 12.5 804.6 表中： Q1- 塔体壁板升温所需热量

Q2- 塔体壁板与保温层的传热损失 Q3- 保温层的蓄热损失 Q4- 炉废气带走的热量

Q5- 燃料化学不完全燃烧损失的热量 Q6- 燃料机械不完全燃烧损失的热量 B - 燃料油的用量

本次热处理采用YQ-A-1600型燃烧器，其最大燃烧能力产生的热量为1.6×106kcal。由表5可知，塔体热处理时能满足供热要求。 2 整体热处理工艺系统

热处理工艺系统由燃油、供油、温度测量、排烟系统和动态测量组成。 2.1 燃油系统

燃烧器与焦炭塔底部的管口法兰，采用过渡法兰和临时螺栓连接。利用一套微机系统对热处理过程进行智能化控制，以满足工艺要求，燃料采用-10号柴油（按气温选标号）通过油泵送油，由电磁阀控制经喷嘴喷出，雾化的燃烧油，由电子点火器自动点燃柴油进行燃烧。燃烧器上的鼓风机按预先设定的风油比助燃。 2.2 供油系统

根据热工计算，本次焦炭塔热处理最大耗油量为954.6L/h，单台热处理耗油量≤7吨，储油罐一次装油量应保证塔体热处理全周期所需油量的1.5倍，故应设制容量为10吨的储油罐一台。

2.3 温度测量控制系统和温度监测

温度测量监控系统由热电偶，补偿导线和一套PC—WK型集散控制系统对温度进行智能化测量和控制。温度监测配置两套系统，一套是EH100-24长图自动平衡记录仪2台，共可记录48个测温点，另一套是微机集散型温度监控系统，3秒钟扫描一个测温点巡回检测各测温点的温度，并与设置的热处理工艺曲线进行比较对照，从而向燃烧器给出具体燃油控制量，同时升、降温阶段每30分钟打印1份各点温度的报表，恒温阶段每15分钟打印1份各点温度的报表。

2.4 焦炭塔热处理过程中的动态监测

热处理前，在焦炭塔41.6m平台上，沿焦炭塔周长方向均匀设置4处测量焦炭塔径向热膨胀位移的测量点，并设置1处轴向热膨胀位移的测量点。测量点的静止端应与塔体无任何

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连接，且距塔壁的径向距离不小于150mm，动态点设在筒体与椭圆形封头连接的焊缝处（B1）。在18.26m平台上按上述要求设置4处塔底径向热膨胀位移测量点，动态点设在筒体与上过渡段连接的焊缝处（B11）。在热处理过程中，若测量发现塔体发生异常形变时，立即停止升温，并进行原因分析，排除造成异常的原因，采取相应的措施后方可继续进行热处理操作。 2.5 烟道系统

烟囱总高2.5米，主体由Φ500×4×1000钢管2节组成，烟囱上部安装蝶阀（高0.5米），由上位机电脑通过智能仪表，控制烟气的压力。 3 整体热处理前的准备工作 3.1 热电偶的布置和安装

按照JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接工艺规程》和设计文件要求，热处理时在焦炭塔壳体及接管上共设46个测温点，2块产品焊接试板各布1个测温点，合计48个热处理工艺温度控制点，详见图2。

由于整体热处理是在塔体安装就位后进行的，裙座与上过渡段之间环焊缝（排版图编号B30）的热处理工艺温度为690℃±14℃，裙座底座环处的温度接近环境温度，在B30 环焊缝和底座环之间的温差会在裙座筒体上产生不利的温差应力。为了确保整个热处理过程的安全，需对该区域的温差进行跟踪监视和调整，在B30环缝以下1650mm范围内布置5圈温度监测带，每圈沿圆周均布4个热电偶，共计20 个温度监测点。

为了防止接管法兰温度过高，造成法兰密封面变形，在排焦口法兰与下过渡段之间的焊缝部位对称布置2对温度监测热电偶，所有椭圆形封头上的法兰与接管之间的焊缝各布置一对温度监测热电偶。

热电偶安装采用专用的储能式热电偶点焊机，按图1要求将热电偶牢固地点焊在塔体壁板上，烟道气和试板应单独另设热电偶。在热处理过程中往往因外力和操作不慎碰断电偶，又因高温期间无法补焊和修复，因此对试板等关键部分采用双热电偶，以备不测。在每段多布置１至２点作为备分。补偿导线必须妥善保护和固定，以防烧毁。 3.2 保温

热处理时采用背带式保温结构，保温方法参照焦炭塔正式保温（保温结构部件图）。选用2层厚度为40mm的复合硅酸盐板材和一层厚40mm的陶瓷纤维毡。保温材料采用内背带和保温钉固定，安装板材保温用22#铁丝在保温钉上交叉绕紧，在保温板层外再挂上外钢带并勒紧，尤其应注意防止保温棉块下塌脱落。接管法兰均应扣上盲板保温，升温的效果具体由微机每3秒钟巡检一点，每1.5分钟左右巡查一遍的速度加以监控，能及时发现保温的缺陷

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