簡(jiǎn)介:收稿日期2005203216作者簡(jiǎn)介桂榮惠19692,女漢族,河南臨潁人,高級(jí)工程師,學(xué)士,主要從事壓力容器制造及管理工作。文章編號(hào)10002746620050420062202大型設(shè)備施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫熱處理工藝桂榮惠1,趙志強(qiáng)2,羅曉軍11中石油第二建設(shè)公司,甘肅蘭州7300602中石化安慶分公司丙烯腈部,安徽安慶246000摘要以蘭州石化公司140萬(wàn)T/A重催工程丙烯塔的現(xiàn)場(chǎng)立式組裝為例,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接環(huán)縫的熱處理工藝方法進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞塔器對(duì)接接頭熱處理中圖分類號(hào)TQ0531506文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B蘭州石化公司重催裝置丙烯塔I設(shè)計(jì)圖樣中要求整體熱處理,由于設(shè)備超限,不能整體運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝,因此在制造廠分段預(yù)制并熱處理后,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)立式組對(duì)就位,然后用電加熱片對(duì)現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)環(huán)縫進(jìn)行局部熱處理。由于金屬材料強(qiáng)度在高溫下下降較大,且環(huán)焊縫之上的設(shè)備質(zhì)量較大,環(huán)焊縫熱處理時(shí)加熱段強(qiáng)度會(huì)降低,因此設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)環(huán)焊縫熱處理工藝的安全性非常重要,文中介紹2種安全可靠的熱處理工藝方法并做必要的論證,供今后類似設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)熱處理借鑒。1降低熱處理溫度11降低熱處理溫度依據(jù)及規(guī)定按文獻(xiàn)1第83條表6中列出的常用鋼焊后熱處理規(guī)范,碳素鋼和16MNR熱處理溫度為600~640℃,文獻(xiàn)1第83條表7中又做出了降低熱處理溫度,增加保溫時(shí)間的具體規(guī)定。在國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局1999年版壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的修訂說(shuō)明中,對(duì)熱處理溫度的保溫時(shí)間專門做了說(shuō)明,指出可按文獻(xiàn)1的規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)碳素鋼、強(qiáng)度型低合金鋼焊后熱處理溫度低于規(guī)定溫度的下限值時(shí),根據(jù)文獻(xiàn)1最短保溫時(shí)間擬訂具體的熱處理工藝,見(jiàn)表1。表1焊后熱處理溫度低于規(guī)定值的保溫時(shí)間低于規(guī)定溫度范圍下限值數(shù)值/℃255580110降低溫度后最短保溫時(shí)間1/H24102202注1最短保溫時(shí)間適用于厚度不大于25MM焊件的焊后熱處理。當(dāng)焊后熱處理厚度大于25MM時(shí),厚度每增加25MM,最短保溫時(shí)間增加15MIN。2適用于碳素鋼和16MNR。12金屬材料高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定20R、16MNR的最高使用溫度為475℃,475℃以上的力學(xué)性能數(shù)據(jù)在一般標(biāo)準(zhǔn)中未能查到?,F(xiàn)從文獻(xiàn)2查得有關(guān)鋼材500℃的強(qiáng)度數(shù)據(jù),見(jiàn)表2。表2有關(guān)鋼材500℃熱處理溫度下的強(qiáng)度MPA鋼材屈服強(qiáng)度400℃450℃500℃蠕變極限400℃425℃450℃475℃500℃109810784588833617431304216151078882686931686471035324520117698107849810735491035324513500℃熱處理溫度下材料許用應(yīng)力的確定因?yàn)橄龖?yīng)力熱處理為短時(shí)間熱處理,熱處理時(shí)的許用應(yīng)力不應(yīng)按照10104H下持久強(qiáng)度和蠕變極限確定,應(yīng)按500℃下的屈服強(qiáng)度確定。將表2數(shù)據(jù)與GB150中鋼材的許用應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照,可以發(fā)現(xiàn)鋼材高溫下的許用應(yīng)力主要受長(zhǎng)期強(qiáng)度制約,若將其用做熱處理溫度下的設(shè)備強(qiáng)度校核則保守得多。20鋼與20R力學(xué)性能相當(dāng),且比16MNR第34卷第4期石油化工設(shè)備VOL134NO142005年7月PETRO2CHEMICALEQUIPMENTJULY2005?19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED力學(xué)性能低。按照20鋼500℃屈服強(qiáng)度確定熱處理時(shí)的許用應(yīng)力,對(duì)20R是合適的,對(duì)16MNR則更為安全。20鋼500℃時(shí)的屈服強(qiáng)度為784MPA,安全系數(shù)取16,經(jīng)過(guò)計(jì)算,500℃時(shí)材料的許用應(yīng)力為49MPA。14500℃熱處理時(shí)設(shè)備的強(qiáng)度校核以質(zhì)量最大的丙烯塔I為例,丙烯塔體的截面尺寸為?4400MM42MM,上段塔體的質(zhì)量為155T,附加5的操作平臺(tái)的構(gòu)件質(zhì)量,則計(jì)算質(zhì)量為162750T。此質(zhì)量產(chǎn)生的重力使熱處理段產(chǎn)生28MPA的應(yīng)力,此數(shù)值僅為許用應(yīng)力的57,所以是相當(dāng)安全的。15溫度降低值的合理選取對(duì)碳鋼和16MNR在500℃進(jìn)行熱處理比規(guī)定的溫度范圍下限值降低了100℃,按照規(guī)定最短的保溫時(shí)間也應(yīng)為20H,而這個(gè)時(shí)間太長(zhǎng),影響施工效率。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),參照表1和文獻(xiàn)1規(guī)定,適當(dāng)減少熱處理溫度降低值,則熱處理時(shí)間可以有較大縮短。在具體確定塔器現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接環(huán)焊縫熱處理工藝時(shí),可以參照以上計(jì)算分析,結(jié)合設(shè)備具體情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),適當(dāng)提高熱處理溫度。如在545℃時(shí)熱處理最短保溫時(shí)間為4H,如在520℃時(shí)熱處理最短保溫時(shí)間為10H。丙烯塔I14000MM標(biāo)高處環(huán)縫是在安裝了上面2段塔體后進(jìn)行熱處理的,上面2段塔體的質(zhì)量為102T。熱處理溫度為550℃,時(shí)間僅需425H,但考慮到該環(huán)縫組對(duì)應(yīng)力過(guò)大,實(shí)際操作時(shí)熱處理時(shí)間延長(zhǎng)為10H。2高溫下分區(qū)分段熱處理21方法說(shuō)明將待熱處理的環(huán)焊縫沿圓周分為A區(qū)A1、A2、圖1環(huán)焊縫沿圓周的分區(qū)示圖A3、B區(qū)B1、B2、B3和C區(qū)C1、C2、C3、C4、C5、C6,具體的分區(qū)情況見(jiàn)圖1。其中C1~C6的最小寬度不小于450MM,各區(qū)分段均等。對(duì)于較小直徑的塔器,環(huán)縫熱處理分區(qū)可以僅分為A區(qū)和B區(qū)。按照A、B、C區(qū)布置電熱板,每個(gè)區(qū)應(yīng)最少布置1個(gè)熱電偶。熱處理開(kāi)始時(shí)啟動(dòng)A、B、C區(qū)所有電熱板加熱升溫,待溫度升到設(shè)定的高溫區(qū)如500℃,B區(qū)不再升溫,在該溫度下恒溫。A區(qū)、C區(qū)繼續(xù)升溫到熱處理工藝要求的加熱溫度如620℃,并在該溫度下保持規(guī)定的加熱時(shí)間。此后,A區(qū)和C區(qū)按規(guī)定的降溫速度降溫,當(dāng)溫度降至前面設(shè)定的溫度如500℃后,A區(qū)和C區(qū)開(kāi)始恒溫。恒溫約20MIN,B區(qū)和C區(qū)開(kāi)始繼續(xù)升溫,達(dá)到熱處理規(guī)定要求的加熱溫度后恒溫,當(dāng)溫度降到設(shè)定溫度500℃時(shí),所有區(qū)域同時(shí)降溫。22效果及優(yōu)點(diǎn)A區(qū)和B區(qū)分段熱處理,C區(qū)為過(guò)渡重疊加熱區(qū)。A區(qū)熱處理時(shí)塔體的強(qiáng)度由溫度較低的B區(qū)保證,B區(qū)熱處理時(shí)塔體的強(qiáng)度由溫度較低的A區(qū)保證,可確保熱處理時(shí)設(shè)備安全可靠。仍然以丙烯塔I為例,假如A區(qū)或B區(qū)熱處理時(shí),上段塔體質(zhì)量完全由溫度較低的B區(qū)或A區(qū)承擔(dān),經(jīng)計(jì)算應(yīng)力約為7MPA。仍以500℃的材料強(qiáng)度作為校核的依據(jù),熱處理時(shí)的許用應(yīng)力為49MPA,僅為許用應(yīng)力的143。A區(qū)、B區(qū)分段熱處理是在較高的溫度之后才開(kāi)始分段加溫的,因此A區(qū)、B區(qū)的溫差很小,僅約100℃,這樣就可避免產(chǎn)生過(guò)大的溫差應(yīng)力。在實(shí)際操作中,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)仍然可以將所設(shè)定的溫度再適當(dāng)提高些,從而使溫差應(yīng)力進(jìn)一步減小。3結(jié)語(yǔ)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)采取降低熱處理溫度、延長(zhǎng)恒溫時(shí)間以及對(duì)環(huán)縫進(jìn)行分區(qū)段熱處理的方法,可以保證大型立式設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接環(huán)縫熱處理工藝的實(shí)施,順利完成設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)立式組裝,具有一定的實(shí)際意義。參考文獻(xiàn)1JB/T47092000,鋼制壓力容器焊接規(guī)程S2劉魏石油廠機(jī)器與設(shè)備M上海上海科學(xué)技術(shù)出版社,1985孫編36第4期桂榮惠,等大型設(shè)備施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊縫熱處理工藝?19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED
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