延迟焦化装置焦碳塔热处理方案审定

1、文件编号:发放编号: 燕化炼油厂1000万吨/年炼油系统改造工程 140万吨/年延迟焦化装置 焦碳塔焊后热处理技术方案编 制: 金 桂 莲审 核:审 定:会 签 北京燕华建安工程有限责任公司延迟焦化项目部二00六年六月二十四日 目 录1. 概况2. 热处理方法选择3.热处理工艺参数的确定4. 热工分析及计算5. 热处理现场工艺设计6. 热处理前的准备工作7. 施工组织8. 热处理施工程序及注意事项9. 质量检验及交工验收10. 施工机具及用料 11. 安全技术措施1. 概况中国石化股份有限公司北京燕山分公司1000万吨/年炼油系统改造及其配套140万吨/年延迟焦化装置中的两台焦碳塔（C-210

2、1/1，2）是该工程的核心设备，该塔由中国石化工程建设公司设计，主体材料采用了具有耐高温持久强度的低合金钢14Cr1MoR钢以及在主体上附加复合材料0Cr13（TP410S）。根据设计及相关技术标准要求，需焊后整体热处理。本次热处理由北京燕华建安公司四分公司负责实施。为确保工程按技术要求顺利进行，特制定如下热处理实施方案。 11 焦碳塔主要设计参数 焦 碳 塔 主 要 设 计 参 数 表1序 号项 目设计参数1焦碳塔规格8,800mm38,7672设计壁厚=40,36,32,30,(24+3),(22+3) mm3公称容积1,907m34金属总质量26,190Kg5主体材质14Cr1MoR(下

3、) 14Cr1MoR+0Cr13（上）设计压力设计温度6操作介质油气、焦碳、水7容器类别类12 热处理依据 a. 中国石化股份有限公司北京燕山分公司140万吨/年延迟焦化装置焦碳塔（C-2101/1，2）制造技术条件b. GB150-1998钢制压力容器c.压力容器安全技术监察规程d.JB/4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定e.JB4709-2000钢制压力容器焊接规程f.JB/T6046碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法g.JB4744钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验h.焦碳塔施工图13 热处理的目的为消除焦碳塔组装及焊接残余应力，减缓介质对钢板的应力腐蚀，改善焊接接头和热影

4、响区的组织和性能，达到降低硬度，提高塑性和韧性的目的，进一步释放焊缝金属中的有害气体、防止焊缝的氢脆和裂纹的产生。稳定焦碳塔的几何尺寸，提高设备的使用寿命。2. 热处理的方法选择 21为防止法兰密封面因整体热处理产生氧化、变形等问题，尤其是下锥体大法兰热处理后由于释放应力而造成法兰面发生焊接变形，故先在法兰与锥段及接管焊接后应先进行热处理。整体热处理时，法兰锥体或接管部分采用绝热措施保护。 22整体热处理采用火焰内燃法焦碳塔进行整体热处理是采用火焰内燃法。以焦碳塔内部为炉膛，在塔体的出焦口设置燃烧器的过渡法兰接口，将燃烧器和过渡法兰接口相连，焦碳塔板外安装测温热电偶，并且用保温材料进行绝热保温

5、。选用柴油（随气温选用柴油标号）为燃料。燃烧器产生高速油气流及喷嘴组合一起的轴流高速风机提供助燃的空气将燃料油喷入并进行雾化，由电子点火器点燃，随着燃油不断燃烧产生的高温气流在焦碳塔内壁对流传导和火焰热幅射作用，达到塔体均匀加热的目的。 23电辅助加热法为确保加热工艺的可靠，同时采用履带式电加热器进行辅助加热，由电脑温控仪通过PID调节自动控制加热器的输出功率，对裙座14Cr1MoR焊缝进行和筒体相同的热处理工艺，还可以使裙座与塔体同步膨胀、同步收缩，从而防止裙座14Cr1MoR焊缝受弯曲力和剪切力而可能导致的开裂，以确保热处理施工的安全进行。3. 热处理工艺参数 为确保本次热处理达到标准、规

6、范的要求，选择如下热处理参数，其工艺曲线如图1所示: 热处理温度：69014 恒温时间： 2小时 升温速度宜为：5080（300以上） 降温速度宜为：3050 （300以上） 恒温时的最大温差： 40升温时的最大温差：130降温时的最大温差：100图1 热处理工艺曲线图说明：虽然设计要求在300以前可不控制升温速度，但考虑300以后能够保证塔体的温度均衡，要求在300以前应将升温速度控制在6090 范围之内。为了保证恒温温差在控制范围内，以及根据热处理实际施工经验，实际操作升温速度应控制在5080 ；降温速度应控制在3050 4 热工分析及计算41热工分析 热工分析及计算是制定热处理工艺方案、

7、工艺参数的前提。通过计算以便能估算确定保温面的厚度及热处理耗油量，并验证燃烧器是否满足供油要求。整体热处理是一个非稳态的导热过程，利用热辐射和热空气对流使容器达到均匀加热的目的，容器壁为变流作用下的非稳态导热过程，但加热升温后能在较短时间达到稳定传热，可以近似按稳态传热进行热工计算，由于壁厚远小于直径，可按平板计算。42热工计算421热工计算参数见表2序号项 目参 数1焦碳塔内径D8800mm2厚度=40,36,32,30,(24+3),(22+3) mm3材质14Cr1MoR(下) 14Cr1MoR+0Cr13（上）4容器质量26,190Kg5保温棉厚度140mm（硅酸铝针刺毯)6保温层外表

8、面积F1046m27保温棉重量18.7t8保温棉密度128kg/m39钢材比热600:0.77KJ/Kg, 700:0.837KJ/Kg10钢材导热系数600:32.4W/m., 700:29.8W/m.11保温棉导热系数600:0.119W/m., 700:0.21W/m.12保温棉比热0.836kJ/Kg.13环境温度1514燃烧油0#柴油422热处理耗油量的计算容器整体热处理耗热量见表3,下表是升温到600700期间,升温速度按50/及30/时分别计算的结果。 热工计算表 表3速率烟气单位时间耗油量单位时间耗热量10000 KCal/hB Kg/h流量L/hQ1Q2Q3Q4Q5Q6总耗热

9、量50700111613123889421034655.822.311163070085810092596321026642.917.2858其中: Q1-容器升温所需热量 Q2-容器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-燃料物理不完全燃烧损失的热量 B-燃料油的用量 本次热处理工程采用的燃烧器，其燃烧产生热量的能力至少应为1000，0000kCal/h以上，才能满足容器热处理时的供热要求。5. 热处理现场工艺设计51 热处理工艺系统由燃油，供油，温度测量，排烟系统和形态测量组成。5.1.1 燃油系统燃油系统的核心为燃烧器

10、，燃烧器与焦碳塔底部的管口法兰，通过过渡法兰相对接，通过微机PID调节系统对热处理过程进行智能化控制，热处理工艺原理见图2。采用柴油作为燃料油。5.1.2 供油系统 根据热工计算，本次热处理最大耗油量为1312L/,单台热处理耗油量为7吨，储油罐一次装油量应保证单台罐热处理所需油量的1.5倍，故应设置容量至少为10吨的储油罐。供油系统根据现场状况按流程配管，储罐出油口应高出油罐底部100mm，以免重组分油或杂质、水份等进入燃烧器，油罐出口处设置油过滤器。5.1.3 温度测温控制系统 温度测量监控系统由热电偶，补偿导线和微机集散形温度监控系统对温度进行智能化测量和控制。 ：测温点的实际选择根据设

11、计技术条件规定，每条环向接头、每条纵向接头、每个封头以及每段筒体的两端各自至少有2个热电偶来测量温度，并用连续式记录仪记录温度变化。为了保证测量的合理精确，我们选择测量壳体温度。本次热处理筒体上设测温点48个点。具体布置是沿轴线方向布置10组热电偶，每组分均布3个位置，上封头布置7点，下锥体布置3点，过渡段设6点，焊接试板上布置2点。具体布置见图3。为了确保整个热处理过程的安全，需要对过渡段与底座环之间的温差进行监测，均匀设置5组温度监测带，每组沿周向均匀设4个热电偶。：热电偶安装 采用点偶仪，按图3要求将热电偶牢固地点焊在焦碳塔外侧和试板上。为确保重点部位的温度监控，对上封头、下锥体、试板等

12、应适当安装部分备用热电偶。其中，上封头、下锥体各增设两个，二块试板各增设一个。覆盖保温后必须逐个用万用表检查。各热电偶型号均为镍铬镍硅形，补偿导线采用形双芯线。 ：温度监测温度监测配置有两套系统:一套是10024长图自动平衡记录仪2台;另一套是微机集散形温度监控系统，,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，从而自动向燃烧器给出具体燃油控制量。514焦碳塔热处理过程中的形态监测由于裙座与塔体连接的环缝要求承受塔体的全部重量，焦碳塔热处理过程中受热膨胀，冷却收缩的影响，应力分布极为复杂，热处理关系到裙座与塔体的环缝是否开裂和塔体是否倾斜，关系到焦碳塔热处理的安全，需要在热处

13、理过程中对塔体进行实时检测。1）塔体加热冷却过程中径向位移的监控由于焦碳塔直径较大，在热处理过程中，径向的膨胀与收缩对裙座与塔体的影响较大。因此，一方面为防止裙座与塔体相连接的环缝开裂，要求裙座上部与塔体同步膨胀；另一方面为防止裙座底部位移崩断地脚螺栓，应使裙座底部温度与大气保持相当。热处理前将焦碳塔塔体与裙座相接的焊缝处，四周设置标尺，以供热处理过程中观测热膨胀量用。 膨胀量由公式LDmat/2计算，结果见表4: 式中材料的线膨胀系数，（0.0000146）Dm塔体直径 表 温度范围0100100200200300300400400500500600600690累计移动量mm12.8425.

14、6938.5451.3964.2477.0889.932）塔体加热冷却过程中轴向位移的监控由于焦碳塔在热处理过程中，轴向的热膨胀量较大，轴向膨胀量核算如下：膨胀量由公式LHat计算，结果见表4: 式中材料的线膨胀系数，（0.0000128）H塔体标高（mm） 表 温度范围0100100200200300300400400500500600600690累计移动量mm43.5287.04130.56174.08217.6261.12304.64热处理前，在焦碳塔顶部椭圆封头、中下部分别设置4个测量点，每隔50测量一次膨胀或收缩量，并作好记录。3）焦碳塔热处理过程中倾斜度检测焦碳塔热处理过程中，由于

15、材料在高温时强度降低，裙座处承受塔体的重量较大，易产生塔体倾斜问题。热处理过程中，在焦碳塔上部沿周向布置4个带垂线的标杆，每隔50测量一次塔体垂直度，作好记录。同时利用燃烧器温控系统和电加热温控系统对塔体和裙座进行全程自动跟踪控制，确保塔体和裙座的径向温度均衡，防止因径向温度过大，而造成塔体和裙座的径向变形，确保在热处理过程中不发生倾斜。注意：在热处理过程中，若测量发现塔体发生异常变形时，应立即停止升温，并进行原因分析，找到造成异常的原因，采取相应的措施后方可继续进行。5.1.5烟道系统设置烟囱高2.5米，由50041000钢管两节组成，并安装旋转控制阀（高0.5米）（见图5），通过过渡法兰与

16、转焦口法兰连接，可以利用调节烟道的阀板开闭度的大小，来控制烟气排放流量和平衡塔内压力，促使高温烟气强制对流，达到均匀加热、有效减小温差的目的。52保温方法（具体施工见保温方案）焦碳塔保温材料采用硅酸铝针刺毯和陶瓷纤维毡保温被，紧靠塔壁采用2层硅酸铝针刺毯（每层50 mm），硅酸铝针刺毯外采用1层陶瓷纤维毡保温被，总厚度不得小于140mm。椭圆封头及其上接管保温至防雨帽，裙座和锥段采用3层硅酸铝针刺毯进行保温。焦碳塔锥段出焦口法兰在精加工之前已进行过热处理，为了稳定出焦口法兰的几何尺寸，防止温度过高使法兰密封面氧化，因此热处理前要对锥段内侧出焦口法兰上的第一环缝以下200mm至法兰进行保温，而外

17、侧环缝以下400mm不保温。保温棉采用钢带和保温钉固定，将保温钉（6）点固焊在钢带（-303mm）上，间距为500mm，然后将带钉钢带沿塔轴向分布，每条钢带最大间距为1000mm，钢带上下通过钢箍（22圆钢）拉紧，上部钢箍套在钻焦口，下部钢箍固定保温支撑板上，钢带挂在钢箍上并与之相焊，保温材料固定在保温钉上，并用18#铁丝在保温钉上交叉绕紧，在保温层外再用钢带（160.5mm）打包带以间距500mm沿周向勒紧，锥段内侧保温用-303mm钢带压紧。注意防止保温块的下榻或脱落。塔的人孔、接管、连接板均应保温。人孔包严后用10#铁丝捆牢。硅酸铝针刺毯铺设采用对接形式，陶瓷纤维毡保温被铺设采用交叉搭接

18、，搭接厚度为200mm，接缝要求严密，防止热量散失过大。53裙座环焊缝热处理焦碳塔裙座上段材质和塔体材质相同都是14Cr1MoR，下段裙座的材料为16MnR，以环缝对接而成。在塔体作整体热处理时，应用加热器同步对裙座做一次环焊缝热处理（热处理温度宜设定为650）.另因塔体做整体热处理时裙座必须自上而下保持适当的温度梯度，从工艺规定的最高温度690降至接近水泥基础的环境温度，利用中间过渡温度减小温度梯度,有利于热处理安全正常进行。环焊缝周长为28米，采用3001000mm/10Kw红外加热器，布置功率560Kw。单面加热双面保温，保温宽度为600mm，由PC-WK-480电脑控制仪，控制热处理工

19、艺的全过程。 (见附图) 6热处理前的准备工作61 热处理前，焦碳塔组焊单位应完成如下工作。6.1.1焦碳塔壳体，人孔，接管及预焊件等必须全部焊接完毕，并经外观检查和无损检测合格。6.1.2 所有无损检测工作必须完毕，报告齐全，报监检部门审查合格。6.1.3 焦碳塔内外表面质量和几何尺寸检查合格，记录齐全。6.1.4 焊接试板检验合格，并经监检人员确认。6.1.5所有原始资料报告齐全，并经质保体系责任人员确认，经监检和甲方人员确认。6.1.6 塔体位移测量满足热处理过程中滑移的要求。 对钻焦口、出焦口的法兰密封面的平整度及椭圆度按设计要求进行检查并做好记录（以备热处理完成后再次复查），以及其它

20、所有需要保护的部位已确定得到良好的保护。6.1.8热处理前应编制热处理施工技术方案，并得到设计、业主、监理等部门批准后方可实施。62 其它准备工作6.2.1热处理设备和温度检测仪表完好，性能稳定可靠。温度检测仪的测量范围和精度满足热处理要求，设备经过搬运到达现场后，应对热处理设备、热电偶、温度记录仪以及温控仪等进行检查，确保热处理正常进行。 热处理系统装置必须全部安装好，各系统调整完毕。6.2.3供电系统全面检查合格、符合要求，并和供电部门联系，确保热处理期间不断电。6.2.4热处理一周前与当地气象部门取得联系，取得一周内气象动态，注意中央气象台每日的48小时天气预报，保证热处理时避开大风与下

21、雨天气。热处理施工时需采取必要的防风、防雨措施，搭设的防风、防雨棚的材料必须是防火阻燃的材料，包括走道跳板也要阻燃的。热处理期间顶部的蓬布必须拆除，防止高温辐射引起的火灾。6.2.5 办理动火手续。6.2.6 向全体操作人员作技术交底。7. 施工组织为确保热处理工作顺利进行，设置岗位和职责范围，详见表5要求。由于热处理连续工作时间较长，故热处理前应配置好人力，以备倒班需要。 热 处 理 岗 位 和 职 责 范 围 表5序号岗位名称人数责 任 范 围1指 挥1负责指挥整个热处理工艺实施和掌握热处理全过程，各种情况及各种问题2记录员1每隔30分钟记录一次温度,恒温时每隔15分钟记录一次温度及自动记

22、录仪温度记录监视3工艺操作3负责燃烧及供油系统正常进行4仪表维护1负责测温系统及燃烧系统仪器仪表正常运行及故障处理5电器机械维护2负责热处理系统电器,机械设备正常运行及故障处理6热变形监测2负责监测塔升降温时变形量的监测,并做好施工记录7保温检查4检查保温棉完好程度测量外层温度,如保温棉脱落或外层温度60时应及时补救8安全防火1热处理防火措施落实及过程监控8. 热处理施工程序及注意事项热处理施工程序如图4所示81试板设置焦碳塔热处理时设置2块产品焊接试板，试板设在锥段与筒体连接的环缝以上，试板与塔壁接触紧密，试板用404角钢与塔壁对称点焊，点焊要牢固，点焊与正式焊接工艺相同，热处理完成后用磨光

23、机将焊点磨掉，打磨处不得伤及母材，打磨后与母材齐平，打磨后用磁粉检测。82由于试板放置在筒体外侧，靠塔壁温度传导试板，因此，试板的温度必然滞后于塔体温度。热处理时专门在试板处增设电加热器，作为辅助热源，由微机控制系统的控制仪表（ERU808）对塔体温度采样，以塔体温度作为试板加热的设定温度，通过与塔体温度进行对照，仪表对加热器的输出功率进行PID调节，从而确保试板温度与焦碳塔板保持一致。83燃烧器的安装燃烧器用4个倒链悬挂在脚手杆上，在热处理过程中，根据计算的锥体的膨胀和收缩量，结合现场的实际情况，及时对倒链的松紧程度进行调整，以免出现危险。84所有接管以及需保护的密封面均涂二硫化钼，并用配对

24、盲板把紧，以防密封面氧化或变形。85 保温棉覆盖时应将上层接缝与下层错开，安装保温棉块时要用18铁丝在保温钉上交叉绕紧，尤其应注意防止下锥体的保温棉块下塌脱落。86 裙座及试板处整体热处理前应将电加热板、热电偶等安装好。87检查储油罐内燃油是否充满，保证热处理所需足够燃料。油泵开启之前应检查管路是否充满油(可将油罐放置位置高于燃烧器，并在油过滤箱上方设置排气口)。88拆除罐顶以上至少300mm以上的障碍物，以防影响在热处理过程中的罐体的自由变形。89预检燃烧器810 检查烟道阀板，确认开启、关闭灵活。811全面检查供电线路、油路及设备、仪器、仪表和周围环境、安全状况等。确认符合要求后打开烟道阀

25、板并点火。812 升温过程中随时注意各测温点温度状况，检查保温棉完好程度，以及热电偶是否虚焊或失效，温升至100、200时应进行全面检查，包括产品试板，极板等部位处的备用热电偶。813热处理过程中应通过燃烧器观察孔随时观测炉内气份，避免氧化焰的出现。814注意巡测保温棉外层温度，当局部温度超过60时应及时补救。9. 质量检验及交工验收91 热处理结束后，应立即向热处理委托方提供如下技术资料：9.1.1热处理工艺记录(样表见SH3503-J112)9.1.2热处理实际曲线（记录仪记录）9.1.3硬度试验报告92 硬度检测（以布氏硬度仪作为判定合格的依据）在整体热处理后，应进行硬度测量，其焊接接头

26、硬度值不得大于225HB，检测数量如下：a)每条环向接头（包括筒体与封头的接头），每条纵向接头（包括封头上拼接接头）各应抽查2处（每处含母材、焊缝及热影响区上各1点）；b)每个开口接管与筒体或封头间的连接接头各抽查1处；c)顶、底部大法兰密封面附近各检查3点，其余每个法兰面附近检查1点。93 热处理后的产品焊接试板由组焊单位评定10. 施工机具及用料 主要施工机具及用料 表6序号名 称规 格数 量单 位1热处理控制中心/1套2电脑温控仪PC-WK4801台3电焊机ZXG-4001台4储能点偶仪1台5储油罐12T1具6输油胶管1 1/2硬质聚四氟乙烯现场定米7红外加热器10KW60块8电缆315

27、0+270mm2铜芯200米9325+116mm2铜芯100米1016mm2铜芯3000米11热电偶K型150付12补偿导线K型212000米13硅酸铝针刺毯=40140立方米14硅酸铝陶纤被=2550立方米15铁 丝8200公斤16铁 丝18200公斤17带钉扁铁-3033000米18倒 链2T4付19绳 扣19.530米20测温仪笔式1只21测爆仪1台22管口盲板=10mmDN700片23=10mmDN400片24=10mmDN300片25=10mmDN250片26燃烧器过渡法兰另附图27烟道过渡法兰另附图28双头螺栓M3033404套29M30341012套30烟道系统另附图31灭火器若

28、干台32对讲机5km4台33架子管483.5若干米34其他11. 安全技术措施参加热处理施工的全体施工人员应认真学习“安全一号文”和燕化炼油厂1000万吨/年炼油系统改造工程有关施工的安全规定；并遵循下列安全措施：111进入现场作业人员接受生产装置的安全教育，持证持卡上岗，无故不得进入生产装置，禁止触摸生产设备、设施，不得擅自动用装置的消防设施器械。112进入施工区的作业人员，严格遵守施工现场的一切规章制度，服从现场的安全生产管理和调度113进入施工现场的施工人员必须按公司的有关规定着装，戴好安全帽，系好安全带114凡高空危险作业区，均应按标准规定设置安全网，严禁高空抛物。115脚手架的搭设必须牢固，必要时应架设护拦，脚手架搭设完成后必须经项目部安全部门检查验收，查验合格后，挂醒目“搭设合格”方可使用。本施工现场均采用钢脚手架。116动火、用车和车辆进出登高作业应先