鋼制塔式容器直立熱處理工法

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1、適用范圍
    適用于對塔整體吊裝有困難的場合，以及對舊塔進行改造，不便于將塔器吊倒進行熱處理的場合。本工法適用于鋼制塔式容器的直立整體熱處理或立局部熱處理。
2、工藝原理
    2.1首先最關鍵的一步是要對熱處理部位進行強度核算，通過計算確定塔器具否變形，以決定下一步的施工方法，即是否采取輔助支撐、防變形的措施。強度核算方法見附錄1。
    2.2其次必須進行熱工計算，計算熱處理所需的加熱功率，以確定熱處理專用電源的容量、控溫設備的功率和加熱器的規(guī)格數量，確保處理部位溫度能升到恒溫溫度并能滿足工藝所要求的升溫速率。
    2.3熱處理采用遠紅處電加熱法。遠紅外電加熱器通過熱傳導對熱處理部位表面加熱，并通過紅外線輻射使被處理金屬內部產生自發(fā)熱（紅外線輻射可以提高金屬原子振動能。）
3、工藝流程及操作要點
3.1工藝流程圖
準備工作  →  輔助加固  →  熱處理功率計算→

    電源、控溫設備，加熱器的選用  →

    →  安放產品試板  →  加熱器、熱電偶的固定  →  接線

    →   絕緣測試與線路檢查  →  熱處理控溫  →  拆除  →

     →  熱處理后質量檢驗  →  整理交工資料  →

    3.2操作要點
3.2.1準備工作
    準備工作是整個熱處理過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，包括以下內容：
    3.2.1.1確定熱處理前所有的工序、過程檢驗和試驗均已完成并達到標準規(guī)范要求，資料齊備。
    3.2.1.2熟悉圖紙。若是舊塔改造工程，必須熟悉新、老兩份圖紙；熟悉施工現場環(huán)境，掌握必要的數據，為強度核算和決定施工方法做好準備。
    3.2.1.3掌握塔壁鋼材高溫力學性能。通過查詢資料、計算或高溫拉伸試驗，得出塔壁鋼材在熱處理最高溫度下的許用應力或比例極限，以作為強度核算的比較依據。
    3.2.1.4對承受最大載荷的熱處理部位進行強度核算定是否采取輔助加固措施。核算過程和結果必須經過相關部門驗證。
    3.2.1.5計算塔器熱處理所需功率，以選擇加熱器的規(guī)格數量、控溫設備的功率、供電電源的容量以及所用電纜的規(guī)格和數量。
    3.2.1.6編制施工方案。施工方案必須相關部門審核批準后方能投入使用。
    3.2.1.7控溫設備、測溫和記錄儀表以及相關材料的準備?？販卦O備必須狀態(tài)完好、檢驗合格，測溫和記錄儀表須經檢定合格。熱電偶、補償導線、測溫和記錄儀表應為同樣的分度號。補償導線和電纜線的線阻和絕緣性能應滿足要求。加工固定加熱器和保溫棉所需的材料器具。
    3.2.1.8搭建腳手架。腳手架應按施工方案的要求搭設。若需采取輔助加固措施，則在搭腳手架時應考慮為輔助加固留出空間。
    3.2.1.9采取措施使塔身受熱時能自由膨脹，拘束塔身膨脹的外力應解除。比如松開與塔身相連的配管，用氣焊割開拘束受熱部位膨脹的鋼制籠式扶梯的一端等。
    3.2.1.10計算熱處理各個溫度區(qū)塔身的縱向熱膨脹量，做好監(jiān)測塔身膨脹量的標尺和用經緯儀監(jiān)測塔垂直度的標尺。
    3.2.1.11了解近期的天氣情況，特別是熱處理前后三天的天氣情況。
    3.2.1.12若有必要則搭設防風和防雨、雪設施。要做到即使風和雨雪也不會影響熱處理的進程和熱處理質量。
    3.2.1.13做好現場夜間照明措施。
    3.2.1.14準備必要的消防設施。
3.2.2采取輔助加固措施
    若經強度核算得出熱處理部位高溫下的許用壓力或比例極限大于所受到的各種載荷時，則熱處理時可不采取輔助加固措施。
    若必須采取輔助加固措施，則應根據施工現場情況采取合適的加固措施。加固措施應減輕或抵消所有載荷為主要載荷時則應考慮如何減輕熱處理部位所受的重力載荷，加固措施應以支撐為主。采取加固措施時應考慮到能使塔身受熱膨脹。
3.2.3熱電偶的固定
    在塔壁上的測溫點處點焊熱電偶夾或開槽螺母，將熱電偶的測溫頭固定牢靠。測溫點的點數和位置產生應符合規(guī)范要求，其次在每圈環(huán)縫上至少應對稱布置四個測溫點。這樣可以監(jiān)控塔壁環(huán)向上的溫度，以控制環(huán)向上的溫差。
3.2.4安放產品試板
    若圖紙或規(guī)范要求制備產品焊接試板時，則應在固定熱電偶時安放產品試板，產品試板處也應布置熱電偶進行測溫。
    3.2.5加熱器的固定
3.2.5.1塔器現場直立整體熱處理時，可采用內加熱外保溫法。在塔內部布置的框架式遠線外電加熱器的高度不應高于2/3塔體高度。加熱器的最高允許使用溫度應高于熱處理溫度200℃以上。加熱器固定在事先作好的鋼結構支架上，鋼結構支架強度應滿足受熱后不變形的要求。鋼結構支架可用鋼管腳手架搭設，也可用單元構件組合而，主軸單元構件的制作如下圖，在2米長的Φ42×2的鋼管（實際應用中，鋼管的長度應由塔徑大小決定）一頭焊上厚為10毫、寬為90毫米的正方形鋼板，在鋼板正中間再焊上長為150毫米的Φ30×3.5的鋼管，在Φ42的鋼管上每隔200毫米焊一段50毫的Φ18圓鋼，再將鋼管轉90°后每隔200毫米焊同樣規(guī)格的圓鋼：
    安裝鋼支架時，縱向將單元構件相互插入，橫向用Φ18的圓鋼兩頭用8號鐵絲捆扎在單元構件上。加熱器成軸對稱固定的鋼支架上，可做三角形布置，也可為四邊形或多邊形布置。
    連接加熱器的接線宜選用圓鋼，圓鋼直徑不應小于6mm圓鋼外應套高鋁瓷套管絕緣。圓鋼連接時焊接必須牢固，搭接長度不得小地直徑的7倍。圓鋼與電纜線或加熱絲可用自制接頭連接，用卡釘卡緊。
    3.2.5.2塔器直立局部熱處理可根據需要采取內加熱外保溫法、外部加熱法或內外同時加熱法。內部加熱法有以下兩種方法：A：在塔器內部加設保溫隔板，形成封閉空間，加熱器安裝于其中，在塔外壁進行保溫。B：若塔內徑較大，不便搭設保溫隔板，也可采用如下方法將加熱直接緊貼的塔內壁上固定。首先得加工如下規(guī)格的配件：
    (1)上角接件，兩兩塊10mm厚鋼板焊成
    (2)下角接件，用兩塊10mm厚鋼板焊成
    (3)在連接桿一邊上每隔200mm鉆M6螺孔或Φ8的孔。安裝加熱器時，先將上下角接件點焊在塔內壁上，再將連接桿下端穿過下角接件，上端用M6的全螺紋螺栓固定在上角接件上，將加熱器塞入，再用M6的全螺紋螺栓固定。
(4)對塔壁較厚的塔器最好采取內外同時加熱的方法。若塔內部無法布置加熱器，則也可采用外加熱內保溫的方法，但熱處理工藝要稍作修改，適當降低升、降溫的速度，避免升降溫速度過快成內、外壁溫差增大。另外要相應延長恒溫時間，以保證塔壁內側達到保溫溫度并恒溫足夠時間。
    (5)在塔外壁固定的加熱器有兩種方法：一對于塔徑較小（D外≤2.5m）的塔器，利用磁鐵將外覆鐵皮的加熱器吸附塔壁上，并用粗鐵絲進行輔助固定即可；對于塔徑較大的塔器，則采取如下方法：首先加工如下規(guī)格的鋼帶，厚3mm，寬30mm，長為L，在鋼帶上每隔400mm點焊一根Φ5的圓釘，鋼帶兩端各焊一個螺線（M20），螺母必須焊牢，能承受一事實上的拉力。鋼帶的長度L視塔器外圓周長而定，如下圖5：
    (6)考慮到熱處理溫度下塔的環(huán)向膨脹，故采用如圖6所示的自制螺桿。
    (7)將螺桿兩頭穿過M20的螺母，再將兩個M16的螺母上到螺桿的兩頭并擰緊，如圖7在上、下兩根鋼帶之間放進外覆鐵皮的加熱器，再用鐵絲將之固定牢靠：
    (8)加熱器布置完成后，應對其用500V兆歐表進行對地或塔器的絕緣測試，其絕緣電阻應不小于0.5兆歐，各組加熱器之間以及加熱器對鋼支架的絕緣電阻不應小于0.5兆歐，再用萬用表測量每組電加熱器的阻值是否正確。
    3.2.6保溫
    3.2.6.1熱處理中所用保溫材料應滿足熱處理要求，導熱系數小，且便于施工。保溫材料應分層鋪設，縫間搭接50-100mm，層間接縫應錯開。對于塔徑小的塔器（D≤2.5m），將硅酸鋁保溫棉貼在加熱器外側用鐵絲綁牢即可。對于塔徑大的塔器，只需將保溫棉穿在鋼釘上，再用鐵絲輔助固定即可。當在塔內壁貼加熱器加熱時，將保溫棉用鐵絲固定在連接桿上即可。
    3.2.6.2當采取外熱法局部熱處理時加熱區(qū)域及靠近加熱區(qū)的非加熱部分均應包覆足夠的保溫材料，保溫帶總寬度應不小于10住?Riδn （Ri塔器內半徑，δn指塔壁名義厚度。）同時塔壁內板隔熱。保溫完畢后，不再需要進入塔內時，應將與熱處理無關的按管與開口用保溫棉封堵住。
3.2.7接線
    因塔器熱處理所需補償導線、電纜線較多，所以所有的線纜都必須進行編號，接線時要一一對應。比如1號補償導驪應對應1號熱電偶，并且對1號熱電偶進行加溫的加熱器組應與1號電纜相連。接線完畢，應用萬用表再核實接線是否正確，是否有漏電、斷路之處，并再用500V兆歐表測量控制電纜對地之間的絕緣電阻，其值不應小于0.5MΩ。經熱處理責任師檢查合格后，可進行短時預送電，若一切正常，接線無誤，則可進行正式送電熱處理。在正式送電熱處理，應在熱處理工作區(qū)域設置警示牌，無關人員不準隨意出去。
3.2.8接地
    電腦控溫設備的工作接地，其接地電阻應不大于4Ω，且應單獨接地，嚴禁與其他接地混接?？刂圃O備保護接地電阻應不大于10Ω；塔器的保護接地電阻應不大于10Ω，接地引線宜采用直徑不小于10mm的鋼線。
3.2.9電源配電
    塔器熱處理應配備熱處理專用電源，且應有專用配電箱。因塔器熱處理功率較大，所以電源容量、供電電纜、控制電纜的線徑以及配電箱的漏電保護開關的整定值均應滿足熱處理要求。
    3.2.10熱處理控溫操作
    熱處理控溫人員必須嚴格按照熱處理工藝進行控溫。熱處理工藝應符合設計要求或相關標準規(guī)范。溫度每升高100℃，應檢查一次塔身的受熱膨脹量，并用經緯儀檢查塔的垂直度，并作好相關記錄，有異常情況應立即停止熱處理。
4、材料
    塔器直立熱處理所需主要材料如下表：
名   稱 規(guī)格型號 備注
硅酸鋁卷毯 3m?m?0mm 具體數量視現場情況而定
等邊角鋼 2.5 
扁鋼帶 δ=3mm 寬30mm δ=10mm 寬90mm 
鋼管 Φ42? Φ30?.5 
圓鋼 Φ18 
補償導線 K型 
電纜線 四芯 
全螺紋螺栓 M6 
開槽螺母 M20 
5、機具設備
    塔器直立熱處理所需主要機具設備如下表：
名   稱 規(guī)格型號 備  注
電腦溫控儀 CCTS-A 240KW
配電箱  
熱電偶 K型0~1100℃ 
自動平衡記錄儀 XWFJ-30 
兆歐表 500V 1塊
遠紅外電加熱器  
數字萬用表  1塊
鉗形電流表  1塊
接地電阻測試儀  1臺
表面測溫計  1塊
經緯儀  1塊
6、勞動組織及安全
    6.1勞動力組織如下表
崗位 人數 責任范圍
熱處理責任師 1 負責指揮整個熱處理工藝實施，控制每道工序質量，掌握熱處理全過程各種情況及解決各種問題。
熱處理工藝員 2 負責控溫操作
記錄員 1 記錄熱處理時間、溫度、熱膨脹量等參數
儀表工 1 負責儀表維護
電工 1 保證現場供、用電
保溫工 4 保溫
質量安全員 1 負責現場的質量安全工作
    6.2安全措施
    6.2.1對現場施工人員進行班前安全教育和安全技術交底。
    6.2.2現場臨時用電應按部頒標準JGJ46-88《施工現場臨時用安全技術規(guī)范》有關規(guī)定執(zhí)行。
    6.2.3高空作業(yè)人員必須配戴安全帶，所有跳板應捆綁結實，且應設置防護欄桿。
    6.2.4用電設備重復接地可靠。
    6.2.5進入塔內施工必須要有廠方出具的檢測合格允許進入報告。且不允許單人進入塔內施工，必須要有監(jiān)護人。
    6.2.6現場設專職安全員1名，負責現場的安全工作。
7、質量要求
7.1本工法遵照執(zhí)行以下標準規(guī)范：
    《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》
    《鋼制壓力容器》GB150-1998
    《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》JB/T4709-2000
    《鋼制塔式容器》JB/T710-92
    《石油化工鋼制塔、容器現場組焊施工工藝標準》SH3524-1999
    7.2主要質量保證措施
    7.2.1有關技術人員必須持證上崗，而且精通本工種工作。
    7.2.2所用的機具設備、儀器儀表必須經檢驗或檢定合格。
    7.2.3熱處理責任師必須責任心強，嚴格控制每道工序的質量。
    7.2.4熱處理過程中，應有專人定時監(jiān)測塔的垂直度、塔的熱膨脹量以及每根電根電纜的電流。
    7.2.5控溫人員嚴格按照熱處理工藝控制溫度，嚴禁過熱。
    7.3熱處理質量檢驗
    7.3.1熱處理溫度及恒溫時間、加熱及冷卻速率、各階段溫差參數應符合熱處理工藝的規(guī)定。
    7.3.2容器熱處理后應無明顯變形，幾何尺寸符合規(guī)范要求。
    7.3.3產品試板熱處理后力學性能應符合規(guī)范要求。
    7.3.4不設置產品試板容器熱處理后的硬度應符合規(guī)范或設計要求。