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國內(nèi)球罐焊后熱處理技術(shù)

文檔作者：劉超鋒劉亞莉許培援戚俊清文檔來源：鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月01日
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技　術(shù)　綜　述　
國內(nèi)球罐焊后熱處理技術(shù)
劉超鋒,劉亞莉,許培援,戚俊清
(鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院,河南鄭州　450002)
摘　要:概述了球罐的應(yīng)用及對焊后熱處理的要求,詳細(xì)介紹了國內(nèi)球罐熱處理技術(shù)的新進(jìn)展,包括
電加熱法、爆炸法、內(nèi)燃法、電加熱輔助燃油法,還展望了該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:球罐;焊后熱處理;技術(shù)
中圖分類號:TU996 　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 　　文章編號:1001 - 4837 (2006) 09 - 0038 - 06
Technology of Post Weld Field Heat Treatment Process Used
by Spherical Tanks in China
LIU Chao - feng ,LIU Ya - li , XU Pei - yuan , QI Jun - qing
(School of Materials and Chemical Engineering ,Zhengzhou University of Light Industry ,Zhengzhou 450002 ,
China)
Abstract :The application and requirement of post weld heat treatment used by spherical tanks are summarized1
According to steel used by spherical tanks ,heat - proof temperature - holding materials used by spherical tanks
and field heat treatment used by spherical tanks ,technology of post weld heat treatment used by sphericals
tanks in China were reviewed1
Key words :spherical tanks ; post weld heat treatment ; technology
　　球罐作為一種高效的Ⅲ類存儲容器,在我國應(yīng)
用廣泛。球罐工作時,壓力呈周期性波動,存在著低
循環(huán)疲勞問題,疲勞破壞是其失效形式的一種。球
罐設(shè)計(jì)、制造時,在保證一定的強(qiáng)度條件下,應(yīng)盡可
能提高材料的塑性、韌性、優(yōu)良的焊接性。
近幾年來,球形儲罐有朝著以高強(qiáng)鋼為主體材
料的趨勢。高強(qiáng)鋼材料的許用應(yīng)力值高,同樣容積
的球罐就可選用厚度較薄的鋼板,能滿足球罐大型
化發(fā)展的要求。但是球罐是一種受焊接約束較大的
壓力容器,隨著大型化發(fā)展,國、內(nèi)外大量事故分析
及開罐檢查的結(jié)果表明,高強(qiáng)鋼球罐的裂紋產(chǎn)生往
往發(fā)生在焊接接頭部位。因此,對球罐用鋼的沖擊
韌性、焊接性能提出了更高的要求。例如,液化石油
氣球罐,由于其能量的積聚極大,對殼體材料除要求
有足夠的強(qiáng)度外,其韌性、焊接性能及冷熱加工性能
也是選材時主要考慮的因素,以保證球罐在可能出
現(xiàn)事故時有足夠的韌性而不至于突然斷裂乃至爆
炸。另外,鋼材的抗H2S 應(yīng)力腐蝕性能也是液化石
油氣球罐用材不可忽視的因素。
國內(nèi)研究者曾報(bào)道[3 ] ,對焊后不進(jìn)行消除應(yīng)力
熱處理的3500 m3 天然氣球罐(球殼板材料WEL -
TEN610CF) ,在氣壓試驗(yàn)前后對焊縫殘余應(yīng)力測試,
測試結(jié)果表明,經(jīng)氣壓試驗(yàn)后焊縫殘余應(yīng)力有一定
下降,球罐焊縫及熱影響區(qū)沒有出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集
中現(xiàn)象,球罐殼體的工作應(yīng)力疊加殘余應(yīng)力的總和
仍小于材料的屈服限。由合肥通力工程建設(shè)監(jiān)理公
司監(jiān)理的西安天然氣公司潘家莊儲氣站10000 m3
天然氣球罐[4 ]由法國CMP 公司按CODAP —95《非直
·38 ·
接受火壓力容器建造規(guī)范》及法國《壓力容器安裝手
冊》設(shè)計(jì)制造,主體材料為A537CL1 ,設(shè)計(jì)安全系數(shù)
為214 ,壁厚較薄,盡管該球罐設(shè)計(jì)規(guī)定不作消氫和
整體SR 處理,但是在組裝、焊接順序、焊接工藝等
方面要有完善的實(shí)施措施[5 ] 。
一般來說,高強(qiáng)鋼制造的球罐在組裝過程中,由
于施工條件惡劣,殼體大,焊縫長,冷卻速度很快,鋼
板厚,焊接熱循環(huán)次數(shù)多,應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜,容易產(chǎn)生
變形,在球罐焊縫區(qū)造成很大的焊接殘余應(yīng)力和制
造應(yīng)力,有的可達(dá)到材料的屈服極限[6 ] ,危害極大,
有必要對球罐進(jìn)行焊后消除應(yīng)力處理。例如文獻(xiàn)
[7 ]和[8 ]采用X射線法對某煉油廠2000 m3 液化氣
球罐實(shí)際運(yùn)行一年后的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試,結(jié)果
發(fā)現(xiàn)球罐組裝時雖經(jīng)過整體熱處理,但運(yùn)行一年后
局部殘余應(yīng)力仍高達(dá)019σs 等問題,采取局部熱處
理等措施,殘余應(yīng)力總體水平有所降低。
在焊接過程中由于焊縫金屬的收縮以及整個焊
接區(qū)域的不均勻加熱和冷卻, 仍會在焊縫附近產(chǎn)生
殘余應(yīng)力,需采取消除殘余應(yīng)力的措施。除噴丸法
以外,采用“逐層錘擊波”可消減補(bǔ)焊所造成的焊接
應(yīng)力[9 ] , 每層的錘擊時間為2～3 min。球罐安全系
數(shù)比較小( ns = 117) ,壁厚相對薄些,介質(zhì)是氧、氮
等氣體時,可采用溫水超載水壓試驗(yàn)消除法[10 ] ;對
于安全系數(shù)比較大(ns ≥2) 的新建球罐,壁厚相對厚
些,介質(zhì)是具有腐蝕作用的液化石油氣、液氮等時,
須采用高溫整體熱處理方法。
球罐焊后整體退火處理是采用在球罐外部包裹
保溫材料、內(nèi)部進(jìn)行加熱球形貯罐的焊后整體退火。
但是,為了防止球罐頂部過熱,在球罐里面的上部加
上擋熱板[11 ] ;在球罐的支柱底板下面,需設(shè)計(jì)熱處
理墊板,在支柱底板上開長圓孔[12 ] ,使得整個滑動
體系中存在兩個滑動面,保證在進(jìn)行熱處理時支柱
能夠向外側(cè)移動,滿足熱脹補(bǔ)償。
1 　球罐用鋼簡介
球罐安裝時需根據(jù)所選用的材料制訂熱處理工
藝,以提高材料的抗拉強(qiáng)度和改善顯微組織結(jié)構(gòu),降
低焊接殘余應(yīng)力,提高材料疲勞極限。一般的球罐
用鋼如16MnR ,20R , I5MnVNR ,16MnDR ,15MnVR 及
進(jìn)口鋼材的SPV355N , SPV490N ,A537 等鋼種。目
前, 國內(nèi)生產(chǎn)的球殼板有16MnR、15MnNbR、
07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR、SPV355N(按日本J IS
標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)) 等[13 ] 。吳創(chuàng)明[14 ] 曾對天然氣球罐的選
材進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,建議對3000 m3 以下的球
罐選用國產(chǎn)16MnR ,對5000 m3 及以上的球罐選用
進(jìn)口CF - 62 高強(qiáng)鋼板。但這兩種材質(zhì)建造的球罐
焊后都應(yīng)采用內(nèi)燃法進(jìn)行整體消除應(yīng)力熱處理。
上海石洞口煤氣制氣公司的代用天然氣工程
中,有2 臺LPG 球罐(2000 m3 ) ,材質(zhì)為16MnR[15 ] 。
該球罐的焊后整體熱處理工藝見圖1。
圖1 　球罐整體熱處理工藝
WEL - TEN610CF 是由日本新日鐵開發(fā)的一種
碳含量≤0109 %的600 MPa 級低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)
鋼[6 ] 。該鋼材制造的球罐按圖紙要求不進(jìn)行焊后消
除應(yīng)力熱處理,但在焊后必須立即進(jìn)行后熱處理,后
熱溫度200～250 ℃,時間為015 h ,利于焊縫中擴(kuò)散
氫的逸出,防止裂紋產(chǎn)生。另外,按J IS 0203 中3510
規(guī)定進(jìn)行淬火加回火,標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度最低值不小于
620 MPa 的調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼用于球罐公稱容積大于或
等于4000 m3 ,工作壓力大于116 MPa 時,球殼用調(diào)
質(zhì)高強(qiáng)度鋼板[17 ]比用16MnR 經(jīng)濟(jì)。但是,焊后必須
進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理,熱處理溫度應(yīng)低于鋼板的回
火溫度20～30 ℃,以防調(diào)質(zhì)性能被破壞。
中石油大連石化公司建造的8000 m3 液化石油
氣球罐[18 ] ,是我國此前自造的體積最大的球罐。該
球罐球殼選用日本NKK 公司的NK - HITEN610U2
高強(qiáng)度鋼鋼板,因國內(nèi)對大型球罐進(jìn)行整體熱處理
尚缺乏一定的經(jīng)驗(yàn),但需在制造廠對組焊部件進(jìn)行
局部消除應(yīng)力熱處理。焊后熱處理因無大型熱處理
爐,用電加熱局部熱處理方法。大型熱處理爐成為
提高該材料制造的球罐的熱處理質(zhì)量的關(guān)鍵。
合肥通用機(jī)械研究院、重鋼、蘭州化機(jī)廠、北京
重機(jī)、冶建總院、十三冶等單位共同研制了國內(nèi)首臺
12 m315MnNi 鋼[19 ] 氧氣球罐。15MnNi 鋼是一種強(qiáng)
度不太高(300～400 MPa ) ,但韌性好,尤其是低溫韌
性良好的鋼種。擬用于城市煤氣等球罐用鋼。
15MnNi 鋼是在15MnVR 的基礎(chǔ)上,降低V、P、S 的含
量,同時添加012 %～015 %的Ni ,既保持了15MnVR
的強(qiáng)度,同時又具有良好的低溫韌性。在球罐焊接、
探傷、焊縫返修完畢、球罐外觀和資料的審查,通過
了預(yù)交工方可進(jìn)行熱處理。伊春市西林鋼鐵廠氧氣
球罐工程采用的熱處理溫度: 加熱溫度: 560～580
·39 ·
第23 卷第9 期　　　　　　　　　　　　　　　　壓　　力　　容　　器　　　　　　　　　　　　　　　　總第166 期
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℃,保溫溫差:80 ℃,300 ℃以上加熱速度50 ℃/ h ,
保溫時間85 min ,降溫速度30 ℃/ h (300 ℃以上) ,降
溫:溫差45 ,300 ℃以下,速度不限。
寶鋼三期工程建設(shè)中開發(fā)的細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼
P640NL1(一種純凈度高的、以正火加回火(NT) 狀態(tài)
使用的、具有高強(qiáng)度和高韌性的鋼材) 在應(yīng)用于氧氣
球罐之前,進(jìn)行的焊接裂紋試驗(yàn)研究和球罐運(yùn)行三
年后的開罐檢查。結(jié)果表明[20 ,21 ] : P640NL1 鋼不僅
具有良好的抗冷裂紋能力;而且對再熱裂紋不敏感。
采用GJB606RH 焊條(交直流兩用超低氫焊條) 建造
的該鋼球罐,經(jīng)三年運(yùn)行后開罐檢查證明:球罐的總
體焊接質(zhì)量良好。但該含釩的細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼,采用
較高的熱處理溫度( ≥580 ℃) 會導(dǎo)致- 20 ℃以及低
于- 20 ℃溫度下,焊接接頭熱影響區(qū)的低溫韌性明
顯降低。
2 　球罐焊后熱處理用保溫材料簡介
球罐外表面保溫效果的好壞,直接影響熱處理
工作能否順利進(jìn)行,對能量消耗和處理時間長短的
影響也很明顯。熱處理時,為了減小熱能損失,應(yīng)采
用耐熱性和保溫性能好的材料對球罐進(jìn)行保溫。根
據(jù)GB 12337《鋼制球形儲罐》和GB 50094《球形儲罐
施工及驗(yàn)收規(guī)范》,熱處理時保溫外表面溫度不高于
60 ℃。球罐熱處理前,球罐上部和下部除煙囪和噴
嘴所占用的人孔外,其它接管口必須用保溫材料密
封。球罐支柱保溫應(yīng)從支柱上端向下保溫至少115
m。頂部煙囪也應(yīng)保溫1 m 以上。所有接管法蘭及
球殼板上的焊接聯(lián)接板全部用保溫材料蓋嚴(yán)壓實(shí),
防止外露。中原油田石化總廠新建3 座400 m3 丙
烯球罐時,采用耐熱性和保溫性能好的硅酸鋁巖棉
氈被對球罐進(jìn)行保溫[22 ] ,效果不錯。倪家利等[23 ]
在江陰南榮石化有限公司建造5000 m3 丁烷球罐進(jìn)
行熱處理時,則在球罐外表面用鋼帶固定二層保溫
氈,第一層為導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容較低的超細(xì)無堿玻
璃棉氈,接觸球本體,第二層為有堿玻璃棉氈,使用
效果較好。上海高橋化工廠的兩臺丙烯球罐[24 ]由
中國石化集團(tuán)第十建設(shè)公司承建,該球罐焊后現(xiàn)場
熱處理所采用的保溫層內(nèi)層為硅酸鋁,中層、外層為
超細(xì)玻璃纖維棉,用鋼帶保溫釘固定,再用鐵絲包緊
加固。福建煉油化工有限公司07MnCrMoVR 鋼制
2000 m3 球罐[25 ]再熱裂紋修復(fù)工藝技術(shù):裂紋的清
除、焊前預(yù)熱、焊接返修、焊后消氫處理、無損檢測、
對補(bǔ)焊的焊縫部位進(jìn)行局部熱處理、熱處理之后的
無損檢測,其中,熱處理采取的是內(nèi)、外雙面保溫措
施,保溫材料為硅酸鋁毯,厚度為50～100 mm。
此外,國內(nèi)有關(guān)球罐用的保溫材料的發(fā)明有兩
項(xiàng)。田洪英[26 ]按表1 的配方,先用水和滲透劑浸泡
礦渣棉、硅酸鋁纖維,再加入水和耐火土,石棉,海泡
石,漂珠,珍珠巖攪拌成為膏狀時,加入粘結(jié)劑,增稠
劑和聚丙烯酰胺溶液,發(fā)明一種用于球罐體的保溫
材料。該保溫膏產(chǎn)品粘結(jié)力強(qiáng),導(dǎo)熱系數(shù)低,保溫性
強(qiáng),成本低。
表1 　一種保溫膏
配方礦渣棉
硅酸鋁
纖維
水和
耐火土
石棉海泡石漂珠珍珠巖
重量
份數(shù)
5～10 5～10 20～25 25～30 20～25 10～15 30～35
　　現(xiàn)有聚胺酯泡沫,珍珠炭等保溫材料的熱損失
大,抗沖擊能力差,使用壽命短,王琦[27 ]發(fā)明一種按
表2 的配方混配而成的保溫材料(見表2) 。該材料
相比現(xiàn)有保溫材料,綜合造價低,施工方便,使用壽
命長的優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用在球罐上。
表2 　一種保溫材料
配方氧化鎂氯化鎂
聚胺酯
泡沫粉
鋸末粉煤灰
改性
強(qiáng)化劑
重量比1
015～
0175
012～
0155
011～
013
011～
0125
01015～
0103
3 　球罐現(xiàn)場熱處理
近年來一些企業(yè)采取了對球罐焊縫噴鋁或涂刷
環(huán)氧系涂層塑料等技術(shù),降低產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕敏感性,
以延長斷裂時間或延緩氫鼓包(HB) 。例如河南油
田石蠟精細(xì)化工廠的一臺200 m3 的16MnR 液化氣
球罐在定檢中在一塊瓜片上發(fā)現(xiàn)10 處鼓包。而液
化氣儲罐一旦出現(xiàn)氫鼓包,其發(fā)展為開裂的速度往
往在一年之內(nèi)。為此,該廠采用熱噴涂鋁加環(huán)氧基
有機(jī)復(fù)合物封閉層工藝技術(shù)[28 ] ,使噴涂后的球罐沒
有新增鼓包的出現(xiàn),原有鼓包也沒有繼續(xù)發(fā)展。但
這樣做的前提是球罐必須進(jìn)行過焊后熱處理,否則
不僅不能完全避免缺陷的發(fā)生,還會因?yàn)椴荒芗皶r
發(fā)現(xiàn)缺陷釀成更大的事故。另外,球罐容積大、殼體
壁薄、球殼板剛度較小,在組裝過程中不可避免地產(chǎn)
生較大的組裝與焊接殘余應(yīng)力和變形,因而根據(jù)要
求進(jìn)行焊后整體熱處理對該球罐的安全使用意義尤
為重要。對球罐進(jìn)行焊后整體熱處理,可消除由于
組裝和焊接引起的殘余應(yīng)力,改善焊縫、熱影響區(qū)的
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CPVT　　　　　　　　　　　　　　　　　國內(nèi)球罐焊后熱處理技術(shù)　　　　　　　　　　　　　　　　Vol231No9 2006
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組織及性能、析出焊接溶解氫、緩解氫脆和延遲裂紋
等,這對于確保球罐安全運(yùn)行并使其達(dá)到技術(shù)要求
尤為重要。球罐整體熱處理還可穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸,改
善并使淬火組織軟化,細(xì)化晶粒,從而改善焊接接頭
的性能,降低硬度,提高塑性及斷裂韌度,提高疲勞
強(qiáng)度,提高抗應(yīng)力腐蝕能力,避免延遲裂紋的產(chǎn)生。
故焊后整體熱處理是球罐現(xiàn)場組焊施工中重要工
序。
對鋼制球形儲罐進(jìn)行整體的焊后熱處理是一個
較為復(fù)雜的技術(shù)問題。天津泰達(dá)公司1 臺1500 m3
的16MnR 液化石油氣球罐,建造時經(jīng)整體熱處理,
運(yùn)行4 年后在檢修中發(fā)現(xiàn)大量裂紋。張亦良等[29 ]
用X射線法對該球罐進(jìn)行了系統(tǒng)的殘余應(yīng)力測試。
結(jié)果表明,焊縫附近殘余應(yīng)力總體水平較高,顯示當(dāng)
初的熱處理效果不理想。球罐大修補(bǔ)焊及采用鋪設(shè)
電阻絲帶的局部熱處理方法進(jìn)行了焊接部位整圈熱
處理后在相同位置重新進(jìn)行測試,結(jié)果表明,殘余應(yīng)
力整體下降約50 %。
目前,國內(nèi)外針對球罐焊后整體熱處理的施工
方法有電加熱法、爆炸法、震動法、內(nèi)部燃燒法以及
化學(xué)加熱法等,而應(yīng)用較為普遍和安全的主要為電
加熱法及燃油法(內(nèi)部燃燒法) 這兩種施工方法。
311 　電加熱法
電加熱法整體熱處理的優(yōu)點(diǎn)是電能損耗不大,
可將焊接接頭加熱到正常化溫度或奧氏體化溫度;
該法容易實(shí)現(xiàn)工藝過程自動化,控制精度高,但是要
消耗大量的電能,而施工現(xiàn)場又往往難以提供足夠
容量的電能,即使具備,在送電期間也會使其它大中
型用電設(shè)備被迫停車,這樣無形中也影響了整個工
程的施工進(jìn)度,另一方面巨大的電能消耗會導(dǎo)致施
工成本急劇增加,所以只適用于(400 m3 以下) 小型
球罐的熱處理。
312 　爆炸法[30 ]
王南海等以炸藥做能源,將炸藥放在容器、管道
一定位置上引爆,由水將能量傳遞到容器、管道上。
其成本僅為普遍采用的內(nèi)燃法成本的千分之一、生
產(chǎn)周期的百分之一。但是,需要指出,尚未見到爆炸
法在實(shí)際工程中應(yīng)用的文獻(xiàn)公開報(bào)道。
313 　內(nèi)部燃燒法
目前,使用燃料加熱的方式以其處理周期短、施
工方便、成本低、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)而被普遍采用。燃
油法優(yōu)點(diǎn)是靈活性大,既可以對難以接近的焊接接
頭進(jìn)行熱處理,也可以在缺少電能的場合下進(jìn)行熱
處理。其工藝原理是:將燃燒器置于球形儲罐內(nèi)下
人孔中央附近,以柴油為燃料,用壓縮空氣將柴油霧
化點(diǎn)燃,加熱球形儲罐,按照工藝要求使球殼板溫度
以一定的速度均勻上升,達(dá)到一定的熱處理溫度,并
根據(jù)需要保持一定的恒溫時間,再以一定的降溫速
度均勻下降,降至環(huán)境溫度即完成了熱處理過程。
在16MnR 的基礎(chǔ)上添加Ni 、Nb、V 等合金元素
所得到的鋼種15MnNbR(WH530) 鋼,強(qiáng)度、韌性和焊
接性能都得到改善。該鋼種用于建造2000 m3 液化
石油氣球罐,除需要設(shè)計(jì)焊接材料、焊接預(yù)熱溫度和
焊接工藝參數(shù)范圍外,還需確定焊后熱處理工藝。
為此,陸戴丁[31 ]等分別選560、580、600、620 ℃做為
應(yīng)力消除熱處理溫度,焊后熱處理保溫時間均為
115 min ,升溫速度和冷卻速度控制與母材試驗(yàn)相
同。結(jié)果表明,隨著SR 溫度升高,焊接接頭強(qiáng)度略
有降低,但仍高于其標(biāo)準(zhǔn)要求;焊縫金屬沖擊吸收功
有所提高,熱影響區(qū)沖擊吸收功則無明顯變化,焊縫
及焊接熱影響區(qū)的常溫及- 20 ℃沖擊吸收功則均
遠(yuǎn)高于技術(shù)要求(常溫AKV ≥34 J 或- 20 ℃AKV ≥31
J) 。該鋼焊接接頭在560～620 ℃溫度范圍內(nèi)選擇
SR 處理溫度可行。
但是,隨著球罐的大型化發(fā)展,整體熱處理施工
的技術(shù)難度越來越大。熱流控制裝置是熱處理成功
的關(guān)鍵。溫控裝置的使用避免了通常情況下整體現(xiàn)
場熱處理球體上部溫度高于下部溫度的難點(diǎn)。使熱
流沿球殼表面真正弧形流動是大型球罐現(xiàn)場整體熱
處理中各處溫度受控的關(guān)鍵。陳志華等[32、33 ] 對大
型球罐內(nèi)部噴射燃燒整體熱處理時,在有、無反射板
的條件下對整體熱處理內(nèi)部流場分別進(jìn)行了數(shù)值模
擬,對比分析發(fā)現(xiàn),由于反射板的安裝,使得球罐內(nèi)
部氣流循環(huán)得到加強(qiáng),球罐上、下內(nèi)壁面溫差及局部
壁面溫度梯度都有所降低,從而提高了球罐整體熱
處理質(zhì)量,并能滿足球罐整體熱處理的工藝要求。
蘭州石化公司4000 m3 球罐采用歐科噴嘴DCS 自動
控制技術(shù)[34 ]整體熱處理,該技術(shù)要求球罐外部用保
溫材料進(jìn)行絕熱保溫,內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流傘,通過導(dǎo)流傘
使熱氣流產(chǎn)生反射、旋轉(zhuǎn)和對流,保證球罐整體溫度
均衡。中石化滄州分公司1000 m3 丙烯球罐的均溫
措施:在球罐內(nèi)部用鋼筋、鐵絲網(wǎng)、硅酸鋁軟氈(耐高
溫在1000 ℃以上) 做一個直徑為4 m 的傘罩[35 ] ,見
圖2 ,吊掛在距下人孔1/ 3 球罐內(nèi)徑左右位置,使火
焰分布更為均勻。建峰化工總廠化肥廠從法國引進(jìn)
年產(chǎn)30 萬t 合成氨裝置中,在2 臺5000 m3 液氨球
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第23 卷第9 期　　　　　　　　　　　　　　　　壓　　力　　容　　器　　　　　　　　　　　　　　　　總第166 期
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罐[36 ]內(nèi)下人孔的一定高度范圍內(nèi)裝設(shè)自行研制的
專用熱流控制裝置,解決熱流走向,使球罐底部升溫
與赤道帶以上均處于控制范圍內(nèi)。
圖2 　球罐熱處理用的使火焰均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)———傘罩
內(nèi)燃法的國內(nèi)發(fā)明專利有4 件。中國化學(xué)工程
總公司第九建設(shè)公司張大祥等[37 ] 發(fā)明對2000～
5000 m3 的球罐整體燃油熱處理方法: 以球罐為爐
膛,在球罐下入孔設(shè)置引風(fēng)裝置、點(diǎn)火器和高速噴
嘴,為點(diǎn)火器配置液化氣源,為高速噴嘴配置供風(fēng)系
統(tǒng)和供油系統(tǒng);在球罐的上入孔設(shè)置由碟形擋板和
煙囪組成的排煙系統(tǒng);在球罐的外表面設(shè)置由絕熱
材料構(gòu)成的保溫系統(tǒng);在球罐的外表面固定多個熱
電偶;使用多個噴嘴加熱,在球罐內(nèi)的下部增加反射
裝置以改善火焰和熱氣流的回轉(zhuǎn)規(guī)律,并用多個供
風(fēng)系統(tǒng)和多個供油系統(tǒng)為多個高速噴嘴中的每一個
噴嘴分別單獨(dú)供風(fēng)、供油;采用由多個熱電偶和與它
們相配的多個補(bǔ)償導(dǎo)線以及一臺微機(jī)組成的溫度監(jiān)
視和記錄系統(tǒng)來監(jiān)視和記錄球罐的溫度。
此外,為解決因壓縮霧化點(diǎn)燃的火焰僅靠自然
進(jìn)入或負(fù)壓引入球罐而難以對5000 m3 以上的大型
球罐進(jìn)行熱處理的問題,傅家仁[38 ]提出的熱處理方
法:以所要整體熱處理的球罐為爐膛,用工業(yè)鍋爐燃
燒器取代高速噴嘴,將燃燒器與球罐的下人孔密封
對接,燃燒器將來自于儲油罐的燃油壓縮霧化點(diǎn)燃,
燃燒器內(nèi)的鼓風(fēng)機(jī)對火焰施加助燃風(fēng)強(qiáng)迫火焰進(jìn)入
球罐內(nèi)部燃燒,安裝在球罐的上人孔上帶有擋板的
煙囪對球罐內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),使火焰在球罐內(nèi)充
分燃燒。針對原有燃燒組件的火焰所需二次風(fēng)僅靠
自然進(jìn)入或負(fù)壓吸入球罐、反射圓盤易被燒毀而不
能對大型球罐進(jìn)行熱處理,傅家仁[39 ,40 ]公開了一種
大型球罐整體熱處理裝置,解決了該問題。
多年來,盡管球罐整體熱處理技術(shù)有了很大的
發(fā)展,但是仍然處于人工手動控制階段,熱處理效果
受人為因素的影響比較大。在該過程中,由于供風(fēng)
量、供油量及風(fēng)油比的控制是采用人工控制,難以保
證供油、供風(fēng)的比例,且熱工參數(shù)的計(jì)算也無法實(shí)時
進(jìn)行,使熱處理結(jié)果不十分理想。采用計(jì)算機(jī)可以
實(shí)現(xiàn)熱處理過程的供油、供風(fēng)、風(fēng)油比的自動控制,
實(shí)現(xiàn)對溫度變化的顯示、記錄、打印等監(jiān)控功能。例
如,大慶油田安裝工程有限責(zé)任公司李萬寶等[41 ]提
出的一種球罐熱處理自動控制裝置。該技術(shù)具有控
制精確、熱處理過程平穩(wěn)的特點(diǎn)。該技術(shù)的主要措
施[42 ] :在原供油系統(tǒng)的工藝流程上進(jìn)行改造,將轉(zhuǎn)
子流量計(jì)換成超聲波流量計(jì),在流量計(jì)的下游側(cè)加
裝電動調(diào)節(jié)閥,在回流管線上加裝電動調(diào)節(jié)閥和壓
力變送器,以調(diào)節(jié)流向燃燒器的油量和供油系統(tǒng)的
壓力,使之達(dá)到燃燒要求;在空氣儲罐出口管線上加
裝電動調(diào)節(jié)閥和壓力變送器,根據(jù)熱工計(jì)算結(jié)果來
調(diào)節(jié)供風(fēng)量的大小,以達(dá)到熱處理要求的風(fēng)油比。
314 　電加熱輔助燃油法[43 ]
該法分兩步進(jìn)行,第一步采用燃油法(內(nèi)燃法)
使輕柴油點(diǎn)燃并霧化后,在球內(nèi)靠對流和輻射來加
熱球體;第二步采用電加熱法在球罐內(nèi)部下極板處
適當(dāng)?shù)胤笤O(shè)電加熱器,以有效地減小球罐內(nèi)部的溫
差,從而提高球罐的熱處理質(zhì)量。該工藝適用于
400 m3 以上大容積球罐的焊后整體熱處理施工。
4 　結(jié)語
(1) 球罐用隔熱保溫材料對于球罐的場熱處理
很重要,今后應(yīng)關(guān)注國外大型球罐用保溫材料的發(fā)
展動向,開發(fā)出更多適合我國需要的材料;
(2) 爆炸法成本較低,但技術(shù)上控制較嚴(yán),內(nèi)燃
法現(xiàn)場熱處理的效果影響著該技術(shù)的推廣,電加熱
輔助燃油法的優(yōu)點(diǎn)值得關(guān)注,在采用內(nèi)燃法時引入
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有望解決該技術(shù)的難題。此外,內(nèi)
燃法大型熱處理爐成為提高8000 m3 球罐的熱處理
質(zhì)量的關(guān)鍵。有必要開發(fā)大型熱處理爐。
(3) 球罐在使用過程中不可避免地會出現(xiàn)裂紋
等缺陷,需補(bǔ)焊修復(fù),采用非整環(huán)加熱局部熱處理。
但是采用多大的加熱面積、保溫面積才能使效果最
好,也值得研究。
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收稿日期:2005 - 09 - 22 　　修稿日期:2006 - 04 - 21
作者簡介:劉超鋒(1969 - ) ,男,講師,工學(xué)碩士,從事工程材
料,通信地址:鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化工學(xué)院過程裝備與
控制工程系。
　找檢測儀器請上www. qctester. com(QC 檢測儀器網(wǎng)) 　
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第23 卷第9 期　　　　　　　　　　　　　　　　壓　　力

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