簡介:收稿日期2005203216作者簡介桂榮惠19692,女漢族,河南臨潁人,高級工程師,學士,主要從事壓力容器制造及管理工作。文章編號10002746620050420062202大型設備施工現場對接焊縫熱處理工藝桂榮惠1,趙志強2,羅曉軍11中石油第二建設公司,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T/A重催工程丙烯塔的現場立式組裝為例,對現場對接環(huán)縫的熱處理工藝方法進行了探討。關鍵詞塔器對接接頭熱處理中圖分類號TQ0531506文獻標識碼B蘭州石化公司重催裝置丙烯塔I設計圖樣中要求整體熱處理,由于設備超限,不能整體運至現場安裝,因此在制造廠分段預制并熱處理后,運至現場立式組對就位,然后用電加熱片對現場組對環(huán)縫進行局部熱處理。由于金屬材料強度在高溫下下降較大,且環(huán)焊縫之上的設備質量較大,環(huán)焊縫熱處理時加熱段強度會降低,因此設備現場組對環(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,供今后類似設備的現場熱處理借鑒。1降低熱處理溫度11降低熱處理溫度依據及規(guī)定按文獻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1第83條表7中又做出了降低熱處理溫度,增加保溫時間的具體規(guī)定。在國家技術質量監(jiān)督局1999年版壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程的修訂說明中,對熱處理溫度的保溫時間專門做了說明,指出可按文獻1的規(guī)定執(zhí)行。當碳素鋼、強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,根據文獻1最短保溫時間擬訂具體的熱處理工藝,見表1。表1焊后熱處理溫度低于規(guī)定值的保溫時間低于規(guī)定溫度范圍下限值數值/℃255580110降低溫度后最短保溫時間1/H24102202注1最短保溫時間適用于厚度不大于25MM焊件的焊后熱處理。當焊后熱處理厚度大于25MM時,厚度每增加25MM,最短保溫時間增加15MIN。2適用于碳素鋼和16MNR。12金屬材料高溫力學性能數據現行規(guī)范和標準規(guī)定20R、16MNR的最高使用溫度為475℃,475℃以上的力學性能數據在一般標準中未能查到?,F從文獻2查得有關鋼材500℃的強度數據,見表2。表2有關鋼材500℃熱處理溫度下的強度MPA鋼材屈服強度400℃450℃500℃蠕變極限400℃425℃450℃475℃500℃109810784588833617431304216151078882686931686471035324520117698107849810735491035324513500℃熱處理溫度下材料許用應力的確定因為消除應力熱處理為短時間熱處理,熱處理時的許用應力不應按照10104H下持久強度和蠕變極限確定,應按500℃下的屈服強度確定。將表2數據與GB150中鋼材的許用應力數據進行對照,可以發(fā)現鋼材高溫下的許用應力主要受長期強度制約,若將其用做熱處理溫度下的設備強度校核則保守得多。20鋼與20R力學性能相當,且比16MNR第34卷第4期石油化工設備VOL134NO142005年7月PETRO2CHEMICALEQUIPMENTJULY2005?19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED力學性能低。按照20鋼500℃屈服強度確定熱處理時的許用應力,對20R是合適的,對16MNR則更為安全。20鋼500℃時的屈服強度為784MPA,安全系數取16,經過計算,500℃時材料的許用應力為49MPA。14500℃熱處理時設備的強度校核以質量最大的丙烯塔I為例,丙烯塔體的截面尺寸為?4400MM42MM,上段塔體的質量為155T,附加5的操作平臺的構件質量,則計算質量為162750T。此質量產生的重力使熱處理段產生28MPA的應力,此數值僅為許用應力的57,所以是相當安全的。15溫度降低值的合理選取對碳鋼和16MNR在500℃進行熱處理比規(guī)定的溫度范圍下限值降低了100℃,按照規(guī)定最短的保溫時間也應為20H,而這個時間太長,影響施工效率。根據實踐經驗,參照表1和文獻1規(guī)定,適當減少熱處理溫度降低值,則熱處理時間可以有較大縮短。在具體確定塔器現場對接環(huán)焊縫熱處理工藝時,可以參照以上計算分析,結合設備具體情況和實踐經驗,適當提高熱處理溫度。如在545℃時熱處理最短保溫時間為4H,如在520℃時熱處理最短保溫時間為10H。丙烯塔I14000MM標高處環(huán)縫是在安裝了上面2段塔體后進行熱處理的,上面2段塔體的質量為102T。熱處理溫度為550℃,時間僅需425H,但考慮到該環(huán)縫組對應力過大,實際操作時熱處理時間延長為10H。2高溫下分區(qū)分段熱處理21方法說明將待熱處理的環(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)情況見圖1。其中C1~C6的最小寬度不小于450MM,各區(qū)分段均等。對于較小直徑的塔器,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,每個區(qū)應最少布置1個熱電偶。熱處理開始時啟動A、B、C區(qū)所有電熱板加熱升溫,待溫度升到設定的高溫區(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)定的加熱時間。此后,A區(qū)和C區(qū)按規(guī)定的降溫速度降溫,當溫度降至前面設定的溫度如500℃后,A區(qū)和C區(qū)開始恒溫。恒溫約20MIN,B區(qū)和C區(qū)開始繼續(xù)升溫,達到熱處理規(guī)定要求的加熱溫度后恒溫,當溫度降到設定溫度500℃時,所有區(qū)域同時降溫。22效果及優(yōu)點A區(qū)和B區(qū)分段熱處理,C區(qū)為過渡重疊加熱區(qū)。A區(qū)熱處理時塔體的強度由溫度較低的B區(qū)保證,B區(qū)熱處理時塔體的強度由溫度較低的A區(qū)保證,可確保熱處理時設備安全可靠。仍然以丙烯塔I為例,假如A區(qū)或B區(qū)熱處理時,上段塔體質量完全由溫度較低的B區(qū)或A區(qū)承擔,經計算應力約為7MPA。仍以500℃的材料強度作為校核的依據,熱處理時的許用應力為49MPA,僅為許用應力的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℃,這樣就可避免產生過大的溫差應力。在實際操作中,根據實踐經驗仍然可以將所設定的溫度再適當提高些,從而使溫差應力進一步減小。3結語在規(guī)范允許的范圍內采取降低熱處理溫度、延長恒溫時間以及對環(huán)縫進行分區(qū)段熱處理的方法,可以保證大型立式設備現場對接環(huán)縫熱處理工藝的實施,順利完成設備的現場立式組裝,具有一定的實際意義。參考文獻1JB/T47092000,鋼制壓力容器焊接規(guī)程S2劉魏石油廠機器與設備M上海上海科學技術出版社,1985孫編36第4期桂榮惠,等大型設備施工現場對接焊縫熱處理工藝?19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED
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