1万立方球罐焊后热处理的工艺设计实验.doc

1万立方球罐焊后热处理的工艺实验目录4 焊后热处理〔江都安大热处理工程公司和**大学合作编写〕 14.1 焊后热处理工艺验证性试验 14.1.1 球罐主要设计参数 14.1.2 热处理方法及工艺规* 14.1.2.1 热处理方法 14.1.2.2 热处理工艺规* 24.1.3 热工计算 24.1.4 热处理现场工艺设计 74.1.4.1 热处理工艺系统 74.1.4.2 保温方法 104.1.4.3 试板与球罐壁板同步热处理 114.2 焊后热处理用燃烧装置及辅助装置〔球罐温度均匀性与稳定性控制〕11 改造燃烧气流出口喷咀，保证燃气流螺旋式上升 114.2.2 强制燃烧气流在球罐内部的流动轨迹114.2.3 适时维持球罐内部正压力124.3焊后热处理的技术保障措施134.4 需要提供的数值、图表和照片144.4.1 球罐焊后热处理总体照片 144.4.2 焊后热处理燃烧器照片 144.4.3 焊后热处理测温及控制照片 144.4.4 现场参加1万立方球罐焊后热处理的团队照片156 10000m3球罐焊后热处理结果156.1 10000m3球罐焊后热处理报告156.2 焊后热处理巡检记录15. z.-1万立方球罐焊后热处理的工艺实验4 焊后热处理〔江都安大热处理工程公司和**大学合作编写〕4.1 焊后热处理工艺验证性试验 10000m3球罐属 Ⅲ类压力容器。

根据设计要求和GB50094-2010，名义厚度大于30mm(当焊前预热100℃及以上时，名义厚度大于34mm)的Q345和Q370R钢制球形储罐必须经过焊后热处理本次热处理工程采用燃油法进展热处理，为确保热处理工程质量按技术要求顺利进展，特制定如下热处理实施方案4.1.1 球罐主要设计参数表4-1 球罐主要设计参数序 号项 目参 数1球罐内径Ø26800mm2设计壁厚36mm3全容积10079m34球罐材质Q345R5工作介质致冷剂6设计压力1.777设备净重量713460Kg8容器类别Ⅲ类热处理依据及目的：本次热处理按设计图纸、GB 50094-2010和ASME相关标准进展整体热处理为了消除罐体组装与焊接时产生的剩余应力，减缓介质对钢板的应力腐蚀，改善焊接接头和热影响区的组织和性能，到达降低硬度，提高塑性和韧性的目的，进一步释放焊缝中的有害气体，防止焊缝的氢脆和裂纹的产生，从而稳定容器的几何尺寸提高设备的使用寿命4.1.2 热处理方法及工艺规*4.1.2.1 热处理方法采用燃油法进展热处理以球罐内部为炉膛，选用0号轻柴油〔随气温选用标号〕为燃料，球罐外部用保温材料进展绝热保温，通过鼓风机送风和喷嘴将燃料油喷入并雾化，由电子点火器点燃，随着燃油不断燃烧产生的高温气流在球罐内壁对流传导和火焰热辐射作用，使罐体升温到热处理所需的温度。

4.1.2.2 热处理工艺规* 按照ASME等有关技术标准和设计文件的规定，选择如下热处理工艺参数和工艺曲线： 恒温温度 600℃±25℃ 恒温时间 90 min 升温速度 50-80℃/ｈ 〔≤300℃时可不予控制〕降温速度 30-60℃/ｈ恒温时的最大温差 ≤50℃升温时的最大温差 ≤130℃降温时的最大温差 ≤100℃热处理工艺曲线： 温度 恒温温度 600±25℃ 600℃ 最高温度曲线〔625℃〕 90min 最低温度曲线〔575℃〕 400℃ 时间 图4-1 热处理工艺曲线图4.1.3 热工计算热平衡计算根本公式：本热平衡计算以下人孔到上人孔之间作为球罐的热平衡区域。

在一个工作周期内，热处理过程需总热量ΣQ由下式计算：ΣQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 4-1式中，Q1为加热球罐金属的有效热量，kJ/h；Q2为绝热层散失的热量，kJ/h；Q3为绝热层蓄热损失，kJ/h；Q4为燃料油化学未完全燃烧的热损失，kJ/h；Q5为燃料油机械不完全燃烧的热损失，kJ/h；Q6为由烟囱排出烟气时带走的热量，kJ/hQ1按下式计算：Q1=m1(ci+1ti+1-citi)/Tm 4-2式中，m1为球壳热处理质量，kg；ti、ti+1分别为球壳在热处理温度区间的下限、上限温度，℃；Tm为球壳从热处理温度区间下限温度加热到上限温度所需的时间，h；ci、ci+1分别为球壳在温度ti和ti+1时的比热容，kJ/(kg·℃)本工程中，下标m取1~6；ti分别取t0=-5℃，t1= 100℃，t2= 200℃，t3= 300℃，t4=400℃，t5=500℃，t6=600℃Q2按下式计算： 4-3式中，th为球壳热处理区间上限温度，te为热处理现场环境温度，℃；d1为球罐内直径，d2为球罐外径，d3为绝热层外径，m；λm为球壳板的热导率，λn为隔热材料的热导率，W/(m·℃)；αa为隔热层外外表对空气的对流传热系数，W/(m2·℃)；考虑到除球壳外的法兰和腿柱的散热，设ε为形状系数，可取1.1。

本工程中，m、n、a均取1~7；th分别取值t1=100℃，t2=200℃，t3=300℃，t4=400℃，t5=500℃，t6=600℃，t7=625℃保温棉外层温度按下式计算：t外=te+Q2/3.6πd2 d3αaε 4-4Q3按下式计算：Q3=m2cj(tj+1-tj)/Tm4-5式中，m2为隔热层质量，kg；cj为隔热层的平均比热容，kJ/(kg·℃)；tj、tj+1分别为隔热层在热处理区间初始平均温度和终了平均温度，℃本工程中，j取0~7，t0=te，t1~t7依次以100℃为分隔点Q4按下式计算：Q4=0.0553QhαBn4-6式中，Qh为燃料油高位热值,通常可取Qh=44480 kJ/kg；α为过剩空气系数，可取α=1.3；Bn为每个温度区间的燃油消耗量，kg/hQ5按下式计算：Q5=KBnQL4-7式中，K为机械不完全燃烧损失率，取K=0.025；QL为燃料油低温热值，可取QL=41860 kJ/kgQ6按下式计算：Q6=βbQLBn4-8式中，βb为烟气带走热量的百分率，%本工程中，b、n取1~7温度区间及升温速度的规定根据热处理周期将整个温度区间按100℃为单位进展划分，加热各温度区间所需要的时间Tm=100/v〔v为升温速度〕。

热物理常数确实定：Q345R的热物理常数见表4-2，密度ρ1=7850 kg/m3硅酸铝棉毡的热物理常数见表4-3，密度ρ2=100 kg/m3绝热层对空气的传热系数αa、绝热层的平均温度tj及烟气带走热量的百分率βb见表4-4表4-2 Q345R的比热容及热导率温度/℃各温度段平均比热容ci/kJ·kg-1·℃-1各温度段热导率λm/W·m-1·℃-11000.48651.082000.50247.733000.51943.964000.53639.575000.54836.006000.58632.56600±250.61831.82表4-3 硅酸铝棉毡的比定压热容及热导率温度/℃定压比热容cp/kJ·kg-1·℃-1平均热导率λm/ W·m-1·℃-11000.9620.04132000.9620.05123000.9620.06114000.9620.07105000.9620.08096000.9620.0908600±250.9620.0933表4-4 各温度区间绝热层对空气的传热系数、平均温度及烟气带走热量的百分率温度区间/℃空气的传热系数αa/kJ·m-2·℃-1平均温度tj/℃烟气带走热量的百分率βb/%te~10015.2749.69.5100~20017.92101.713.5200~30019.80154.217.0300~40021.38207.119.8400~50022.73260.423.6500~60024.01313.928.4600±2524.30314.829.2根底数据：球罐内直径d1=26800 mm，外直径d2=26872 mm，厚度δ1=36 mm。

绝热层选用硅酸铝棉毡，厚度δ2=70 mm，即绝热层外径d3=27012 mm环境温度te=-5℃，热处理工艺规定为(600±25)℃，保温90 min计算各局部质量，热处理球罐质量约m1=690000kg，绝热层质量约m2=17500kg计算各温度区间的各种消耗：各温度区间的热损失见表4-5、各温度区间保温层外层温度见表4-6表4-5 各温度区间的热损失计算值温度区间/℃Q1/kJ·h-1Q2/kJ·h-1Q3/kJ·h-1Q4/kJ·h-1Q5/kJ·h-1Q6/kJ·h-1te~1001.174×1075.589×1053.064×1053.2×103Bn1.05×103Bn3.98×103Bn100~2001.191×1071.353×1062.924×1053.2×103Bn1.05×103Bn5.65×103Bn200~3001.272×1072.401×1062.946×1053.2×103Bn1.05×103Bn7.12×103Bn300~4001.350×1073.706×1062.969×1053.2×103Bn1.05×103Bn8.29×103Bn400~5001.371×1075.262×1062.991×1053.2×103Bn1.05×103Bn9.89×103Bn500~6001.339×1077.081×1062.252×1053.2×103Bn1.05×103Bn1.19×104Bn600±2507.575×10603.2×103Bn1.05×103Bn1.22×104Bn表4-6 保温层外层温度热处理温度/℃保温层外层温度/℃-5-5.0100-0.92003.43008.44001。