再生器錐段內(nèi)燃法整體熱處理技術(shù)

王德千

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266061

1 工程概況

遼陽石化俄羅斯原油加工優(yōu)化增效改造工程中的重油催化裂化裝置，再生器為其核心設(shè)備。由于再生器質(zhì)量及外形尺寸較大，采用分片運輸，錐段現(xiàn)場組焊后對其進行整體熱處理。再生器材質(zhì)為Q245R，總長49132mm，上部筒體長9500mm，直徑13200mm，壁厚32mm；下部筒體長20900mm，直徑7 800 mm，壁厚28 mm；錐段長6 600 mm，壁厚40 mm，見圖1。根據(jù)要求，熱處理的部位為圖1中涂黑段，包含高6 600 mm錐段、長600 mm的再生器上部筒體和長500 mm下段筒體，總長為7 700 mm，總質(zhì)量為85 000 kg，加上開口接管質(zhì)量18 000 kg，待熱處理部分總質(zhì)量為103 000 kg。

圖1 再生器錐段（黑色部分）

2 熱處理各項工藝參數(shù)確定

2.1 熱處理工藝基本參數(shù)

根據(jù)設(shè)計圖紙要求和GB 150—2011要求[1]，制定熱處理工藝參數(shù)如表1所示，熱處理工藝曲線見圖2。

圖2 熱處理工藝曲線

2.2 熱處理過程殼體膨脹量

2.2.1 徑向

式中：L為膨脹量，mm；D為設(shè)備內(nèi)徑，mm；α為材料的橫向線膨脹系數(shù)，取0.000 014 6；t為設(shè)備熱處理最高溫度，℃。

2.2.2 軸向

式中：H為設(shè)備高度，mm；β為材料的縱向線膨脹系數(shù)，取0.000 012 8。

根據(jù)計算及現(xiàn)場施工實際情況，得出以下結(jié)論：第一，錐段在熱處理時軸向沒有束縛，能夠自由膨脹，產(chǎn)生應(yīng)力較??；第二，錐段在熱處理時徑向最大膨脹量為120 mm，錐段外部殼體腳手架桿應(yīng)與設(shè)備外壁相距至少300 mm。

2.3 熱工計算

以升溫到500～600℃期間，按55℃/h速度進行升溫時的熱處理耗熱量最大的過程進行計算，計算結(jié)果見表2。

表2 熱工計算

3 錐段熱處理方法及施工流程

3.1 熱處理方法

再生器錐段整體熱處理采用燃油霧化內(nèi)燃法在地面施工。以設(shè)備殼體作為爐膛，頂部使用臨時錐帽封蓋，錐帽內(nèi)側(cè)做絕熱保溫，錐段下部置于8個均勻周向布置的磚混結(jié)構(gòu)承重基礎(chǔ)上，錐段底部與地面接觸處使用保溫棉敷設(shè)，以確保與地面絕熱，錐段殼體外部敷設(shè)保溫棉保溫，形成封閉腔體作為爐膛。通過鼓風(fēng)機送風(fēng)和高壓油泵將燃料油噴入并霧化，電子點火器點燃，隨著燃油不斷燃燒產(chǎn)生的高溫氣流在塔體內(nèi)進行對流傳導(dǎo)及熱輻射，使錐段熱處理升溫到預(yù)定溫度，并在規(guī)定條件下恒溫和降溫[2]。

3.2 熱處理施工流程

熱處理施工流程見圖3。

圖3 熱處理施工流程

4 施工重點

4.1 自由位移裝置制作與安裝

錐段在熱處理過程中，殼體存在受熱膨脹及降溫收縮現(xiàn)象。在恒溫溫度時，徑向最大膨脹量為120 mm，軸向最大膨脹量為63 mm。為保證錐段在熱處理過程中能夠在徑向方向上自由膨脹及收縮，在錐段底部磚混基礎(chǔ)上周向均勻布設(shè)8套位移工裝。每套位移工裝由2塊厚20mm鋼板（600mm×400 mm）、8根φ20 mm圓鋼及2塊［15槽鋼組成，如圖4所示。安裝順序由下至上依次為底部槽鋼、底部鋼墊板、圓鋼、上部鋼墊板。

圖4 自由位移裝置

4.2 設(shè)備及熱風(fēng)管道安裝固定

（1）燃燒器臥倒置于設(shè)備預(yù)留溝內(nèi)，溝的尺寸為2.4 m×2.4 m×1.6 m，四周及底面砌磚，并且預(yù)留設(shè)備噴嘴與熱風(fēng)管道連接孔。燃燒器噴嘴通過熱風(fēng)管道開孔延伸至熱風(fēng)管道內(nèi)部，利用噴嘴擋板上4個φ8 mm螺栓與熱風(fēng)管道連接固定。燃燒器設(shè)備就位見圖5。

圖5 燃燒器設(shè)備安裝

（2）熱風(fēng)管道安裝于已經(jīng)開挖完畢的熱風(fēng)管道溝內(nèi)，熱風(fēng)管道口設(shè)置于錐段底部中心處。熱風(fēng)管道要求牢固固定于管道溝內(nèi)，確保熱風(fēng)管道熱處理過程中穩(wěn)定，見圖6。

圖6 熱處理管道示意

（3）磚混基礎(chǔ)間沿錐段下段外部弧形砌磚密封，其中一跨預(yù)留施工人孔，內(nèi)部施工完畢后封堵；一跨預(yù)留燃燒器孔，其余全部砌磚。砌磚高度與磚混基礎(chǔ)平齊，縫隙部分使用保溫棉封堵，底部使用50 mm保溫棉兩層敷設(shè)絕熱，并將底部保溫棉固定牢固。

4.3 錐帽制作與安裝

錐帽主框架使用［18槽鋼，結(jié)構(gòu)直徑14 m，沿圓心發(fā)散共計16片三角框架梁，預(yù)制形成倒錐形框架，中心與D 600 mm×20 mm圓管煙囪連接，錐帽框架內(nèi)部使用厚2 mm鋼板拼裝并與主框架焊接牢固，鋼板上部焊接φ6 mm保溫鋼筋，相鄰兩點間的保溫鋼釘最大距離不大于500mm，使用厚度為30mm保溫棉敷設(shè)3層進行保溫絕熱。保溫完成后，在保溫釘?shù)母烤o貼保溫棉的位置使用φ0.5mm鐵絲將每相鄰兩根保溫釘交叉纏繞固定呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，纏繞完畢后將保溫釘壓倒，確保錐帽倒置狀態(tài)保溫棉不脫落。使用吊車翻轉(zhuǎn)預(yù)制并保溫好的錐帽（見圖7）后，將其蓋于錐段殼體上部（見圖8），并檢查錐帽與設(shè)備殼體之間保溫密封狀況。

圖7 錐帽翻轉(zhuǎn)及吊裝

圖8 錐帽就位

4.4 溫度檢測控制系統(tǒng)

溫度測量監(jiān)控系統(tǒng)由熱電偶、補償導(dǎo)線和一套PC-WK型集散控制系統(tǒng)組成，可對溫度進行智能化控制測量。2臺曲線記錄儀對熱電偶溫度反饋進行全程記錄。

錐段殼體共設(shè)置熱處理測溫點24點，錐段上部設(shè)9點，錐段中部設(shè)8點，錐段下部設(shè)7點，產(chǎn)品試板測溫點設(shè)置2點。熱電偶按布置圖的要求安裝，采用儲能式熱電偶點焊機固定在錐段殼體外壁上，設(shè)備殼體上每層增加1～2個測溫點作為備用[3]，見圖9（圖中圓點為熱電偶點焊位置）。

圖9 熱電偶布置展開示意

4.5 錐段開孔密封

再生器錐段本體部分開孔共計14個，所有開孔均用2 mm厚盲板密封并固定牢固，并用保溫棉做隔熱保溫，防止熱處理過程中煙氣泄漏。

5 熱處理過程控制及質(zhì)量評定

5.1 熱處理點火升溫階段

按照圖10的點火步驟執(zhí)行點火操作。升溫階段須按照熱處理工藝升溫速率下限值執(zhí)行，確保再生器殼體均勻受熱，根據(jù)曲線記錄儀及智能溫度巡檢系統(tǒng)反饋數(shù)值，逐步調(diào)整風(fēng)油比增大爐膛內(nèi)熱量輸入，以確保滿足熱處理升溫工藝參數(shù)要求直至恒溫階段。

圖10 熱處理點火操作步驟

5.2 熱處理恒溫階段

步入恒溫階段后，保持現(xiàn)有風(fēng)油比或微調(diào)風(fēng)油比保持熱量輸入，按照熱處理工藝參數(shù)要求的恒溫時間持續(xù)恒溫直至降溫階段。

5.3 熱處理降溫階段

恒溫結(jié)束后，重新調(diào)整風(fēng)油比，降低熱量輸入，直至關(guān)閉油泵，停止輸送燃油，采用自然降溫；必要時，采取強制降溫措施，開啟鼓風(fēng)機，利用壓縮空氣鼓吹錐段內(nèi)部，確保降溫速率滿足熱處理工藝要求[4]。

5.4 質(zhì)量評定

熱處理結(jié)束后，對熱處理部件進行硬度試驗。試驗部位為每條縱縫、環(huán)縫和角焊縫各1處，每處包括焊縫1點，熱影響區(qū)和母材每側(cè)各1點[4-5]。若試驗結(jié)果布氏硬度均小于200，則判定試驗結(jié)果為合格。

產(chǎn)品焊接試板安放在錐段殼體外壁處，并盡量保證與設(shè)備外壁緊貼。熱處理過程中須采用輔助加熱方式，輔助加熱工藝按照錐段殼體熱處理工藝進行，使產(chǎn)品試板熱處理工藝與設(shè)備熱處理工藝同步。經(jīng)過熱處理的產(chǎn)品試板的理化性能試驗結(jié)果均滿足設(shè)計和規(guī)范要求為合格。

6 結(jié)束語

采用大型燃燒器，熱效率高，燃燒充分。采用集成化智能溫控設(shè)備，提高了控溫精度和熱處理質(zhì)量，熱處理一次合格率得到了保證。探索出非密閉、變截面、多開孔等多重條件并存工況下現(xiàn)場地面整體熱處理施工工藝，并優(yōu)化了施工技術(shù)方案，產(chǎn)品試板理化試驗力學(xué)性能均達到了預(yù)定要求，證明該施工工藝能夠使熱處理質(zhì)量得到有效保證。通過采用合理的熱處理工藝，提高了設(shè)備殼體的綜合性能，有助于延長設(shè)備使用壽命。