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大型球罐热处理工艺发布时间：2021-12-21T04:53:55.778Z 来源：《防护工程》2021年26期作者：程海[导读] 本文以5000m3 液氨球罐为例介绍大型球罐热处理工艺技术，阐述大型球罐热处理的基本方法、原理及注意事项，对大型球罐热处理有很好的指导意义。
程海中石化中原油建工程有限公司河南濮阳457001摘要：本文以5000m3 液氨球罐为例介绍大型球罐热处理工艺技术，阐述大型球罐热处理的基本方法、原理及注意事项，对大型球罐热处理有很好的指导意义。
关键词：热处理；大型球罐；自动化1 热处理工艺概述球罐安装完毕后一般都要进行600OC左右的整体退火处理，热处理的目的是为了消除球罐组焊的残余应力，稳定球罐的几何尺寸，改善焊接接头和热影响区的组织及性能，达到降低硬度、提高塑性和韧性、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的目的。
热处理质量的好坏直接关系球罐的最终质量。
大型球罐热处理工艺主要通过提高自动化程度，提高燃烧效率，且测温系统更直观，供油、供风系统集成在一起，结构更紧凑。
以青海云天化合成氨项目5000m3 液氨球罐热处理为例进行阐述。
其主要参数：直径21.2m，壁厚24/26mm，材质Q345R，柱腿12根。
其直径大，内部火焰的控制及升温的均匀性控制难度大，保温面积大、燃料使用量大，需采用有效控制措施，加强现场监控，确保热处理过程安全顺利。
2 热处理工艺本次热处理由燃油、供油、测量、柱腿移动和排烟系统组成。
2.1 燃油系统燃油系统采用枪式燃烧器，燃烧器与球罐下人孔相接，采用一套微机系统对热处理过程进行智能化控制，燃料采用柴油，通过油泵送油，经电磁阀控制进入喷嘴喷出，燃烧器鼓风机由底部送风助燃，雾化燃烧油，自动电子点火器点为燃气进行燃烧。
2.2 供油系统热工计算，本次罐热处理最大耗油量874L/h，单台热处理耗油量8t，储油罐一次装油量应保证单台球罐热处理全周期所需油量的1.5倍。
大型压力容器现场整体热处理技术方案一、工程概况1、工程简介及技术参数某项目共有四级自蒸发器（Φ4800×10700×26）2台、五级自蒸发器（Φ5000×10700×22）2台、六级自蒸发器（Φ5000×10700×16）2台、七、八级自蒸发器（Φ5100×10700×16）各2台、九、十级自蒸发器（Φ5200×10700×16）各2台，共有设备14台、总重量约547吨。
主体材料为Q345R 钢板，自蒸发器（4～10级）均为一类压力容器。
工程地点在******镇。
由于设备直径较大，超过道路运输限制，无法整体运输，须在现场制作，按设计要求，须进行整体焊后热处理以消除焊接应力。
设备参数见下表：1）、四级自蒸发器（Φ4800×10700×26）共2台21）设备外形直径大Φ4800～5200mm。
2）设备壳体及封头均采用Q345R低合金压力容器用钢板。
3）焊接质量要求高，所有设备的A、B类焊缝均进行100%射线(AB级)探伤，结果符合JB/T4730-2005 Ⅱ级合格；并进行20%的超声波复查，结果符合JB/T4730-2005 Ⅱ级合格；C、D类焊缝进行磁粉检测，结果符合JB/T4730-2005 Ⅰ级合格。
4）焊后要求进行整体热处理以消除焊接应力。
5）制造完成后须进行水压试验并经监检合格。
二、热处理技术规范及工曲线1、技术规范整体热处理的技术要求，按GB150-1998《钢制压力容器》、NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》、图纸技术要求和热处理工艺。
2、热处理工艺曲线如下图620±20°C最短保温65～40分钟620±20220280400三、热处理方法由于设备直径较大，采用建造整体退火炉方式成本较大，且工期也无法满足要求。
经仔细研究计算后，决定采用电加热方式进行设备焊后整体热处理。
海洋石油工程股份有限公司惠州炼油项目马鞭洲岛原油库EPC23合同号CHRP-06-111047中海油马鞭洲油库项目1047-600-CM-MD-00 -0000 供审查杨东汤海波候立更版本REV日期DATE阶段STEP编制BY审核CHK’D批准APPR目录1.工程概况： (2)2.编制依据： (2)3.施工程序： (2)4.施工准备： (3)5.施工方法： (5)6.热处理质量保证措施: (11)7.主要施工机具和施工人员表: (11)1.工程概况：马鞭洲原料油库区工程项目（单元号600）是中国海洋石油总公司（CNOOC）新建1200×104T/Y炼油工程的一个单元。
库区总容量二十万立方米，设有4座五万立方米油罐。
大型储罐底圈壁板采用宽厚的高强度钢板，由于大型储罐主体采用现场拼装的方法进行施工，主要焊缝全部采用自动焊进行焊接。
因此，国家有关设计和施工标准规范对底圈开口结管壁板预制和焊后热处理均提出明确要求。
热处理的具体要求详见EPC23英派尔设计说明。
2.编制依据：GB50341-2003《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》10．2．9：凡属于下列情况，开口接管与罐壁板、补强板焊接完毕并检验合格后，应进行整体热处理。
标准规定的最低屈服强度小于等于390MPa，板厚大于32㎜且接管公称直径大于300㎜；标准规定的最低屈服强度大于390MPa，板厚大于12㎜且接管公称直径大于50㎜；10．5．11清扫孔组合件全部焊接完毕并检验合格后，应进行整体热处理。
GB50128-2005《立式圆筒钢制焊接油罐施工及验收规范》3．2．4凡属下列情况，附件与罐壁板焊后应进行整体消除应力热处理，热处理方法应符合现行国家标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236的有关规定。
A．标准屈服强度大于390MPa，且板厚大于12㎜的罐壁板上（人孔、清扫孔等）有补强板的开口接管。
B．标准屈服强度小于390MPa，且板厚大于32㎜的罐壁板上公称直径大于或等于300㎜的开口接管。
如何消除储油罐的应力摘要：本文重点阐述油罐边缘板与罐壁整体的应力问题，避免了将两者分开而忽视下节点与罐壁变截面而互为影响的缺点。
并对结合点附近边缘应力的受力措施进行了分析及解决方法。
关键词：储油罐；应力分析；加固方法；边缘应力；铆焊工艺；安全在常规的应力计算时，通常将罐壁与罐底的结合处及各层的层壁进行单独计算，实际上边缘和整个罐壁是一个不可分割室外完整的受力体，因此本文对油罐静水试压及正常装油时的应力作为一个整体进行计算。
一、储油罐应力分析的必要性我们常见的油罐一般为钢板拼接组合焊接而成的回转壳体，这种类型的罐体在罐壁与罐底之间存在着边缘应力的分布。
罐壁在受到罐球顶自重及罐内所装油料的液体压力时，在其径向将发生向外凸出的弹性变形。
这时油罐底板与罐壁的焊接处将产生拉力的束缚，阻止罐壁向其径向发生形变。
这样罐壁与罐底之间的焊缝处就产生了较大的边缘应力。
长时间受到此种力的影响，罐底板与罐壁会产生一定程度的形变，比如底板边缘会有隆起上翘、罐底中心位置下沉、罐壁的径向形变等。
边缘压力的存在，还对罐壁与罐底板的防腐维护也产生一定的影响。
据现场勘察，在罐底与罐壁相连接处，受腐蚀的程度远大于其他部位，会有大量的坑洼，甚至更有被腐蚀而出现泄漏现象。
这是由于焊缝等连接处边缘应力的存在，使罐壁与罐底防腐蚀材料的表面受力发生改变，在放大镜下观察会发现涂层表面产生细微的龟裂，储油罐在长时间存放油料后，罐底沉淀的一些残留物质，如：饱和油状态下的铁锈水溶液，含有碳酸根离子、级化物、硫化物、氰化物、磺酸盐等溶液，会在边缘应力的作用下，加速对龟裂处罐体材料的腐蚀速度。
通过对比发现，腐蚀速度较快的地方，往往这些地方的应力相对集中，应力相对小的地方反而不会出现此种情况。
因此，某种应力的产生会对罐体的使用及抗腐蚀性产生一定的影响。
由此可见，努力改变罐体底部与壁连接处产生的应力的受力位置，可以降低罐内残留物质对罐材料的腐蚀程度，增加罐的使用寿命。
石油储罐施工工艺焊接与防腐保温处理石油储罐是石油工业中不可或缺的设施，用于存储和运输各种石油产品。
其施工工艺中的焊接和防腐保温处理是确保储罐安全运行的重要环节。
本文将详细介绍石油储罐施工工艺中的焊接技术和防腐保温处理方法。
一、焊接技术1. 焊接前准备在进行焊接之前，首先需要对材料和设备进行检查，确保其符合相关标准和规范。
焊接区域的表面也需要做好清洁工作，以去除铁锈、油污等污染物。
2. 焊接方法石油储罐的焊接方法通常采用手工电弧焊接和埋弧焊接。
手工电弧焊接适用于小口径焊缝的施工，而埋弧焊接则适用于大规模的连续焊接。
3. 焊接材料焊接材料的选用要符合国家相关标准，确保其具备良好的焊接性能和耐腐蚀性。
一般情况下，常用的焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂等。
4. 焊接质量控制焊接过程中需要进行焊接质量控制，并对焊缝进行无损检测，确保焊缝的完整性和可靠性。
同时，焊缝的尺寸和形状也需要符合相关要求。
二、防腐保温处理1. 防腐处理石油储罐中的油品会对金属材料产生腐蚀作用，因此需要进行防腐处理。
常用的防腐方法包括刷涂法、涂覆法和电镀法等。
这些方法可以形成一层保护膜，起到隔绝储罐内外介质的作用。
2. 保温处理石油储罐的保温处理能够减少热量的散失，提高储罐内部温度的稳定性。
常见的保温材料包括岩棉、硅酸盐和泡沫等。
保温层的厚度和导热系数需要根据具体的储罐设计要求进行选择。
3. 涂层修补储罐的涂层会受到外界环境和储存介质的影响，会出现老化、破损等情况。
因此，定期检查并进行涂层修补是保证储罐防腐保温效果的重要措施。
4. 定期检测为了确保石油储罐的长期使用安全性，需要定期进行检测。
检测内容包括焊接缺陷、涂层状况、保温层的完整性等方面。
根据检测结果进行相应的维修和处理。
总结：石油储罐的施工工艺中的焊接技术和防腐保温处理方法对于保证储罐的安全运行至关重要。
焊接技术的正确应用可以确保焊缝的质量和强度，而防腐保温处理则能延长储罐的使用寿命和提高其运行效率。
中化弘润滨海-青州输油管道工程高柳分输油库安装工程热处理施工方案编制：审核人：批准人：中国石油天然气管道局第三工程分公司山东管道工程项目部2016年09月07日目录第一章编制依据 (2)1.施工图纸 (2)2.施工技术标准及验收规范 (2)第一章热处理方案 (2)1.概况 (2)2.主要设计参数 (2)3.热处理编制依据 (2)4.热处理的目的 (2)5.热处理内容 (2)6.热处理方法及工艺规范 (3)7.热处理现场工艺设计 (3)8.工件热处理过程中综合监测 (4)9.热处理工艺的质量检验 (4)10.施工安全措施 (5)第一章编制依据1.施工图纸1.1 高柳分输库原油管组100000m³原油罐施工图纸；2.施工技术标准及验收规范2.1《立式圆筒形钢制焊接油罐施工规范》GB50128-2014第二章热处理方案1.概况储罐第一节壁板开孔组件焊接完成后，根据施工技术要求需整体消应力热处理，热处理方案仅适用于中化弘润100000m3原油罐高强度钢钢板施工使用。
2.主要设计参数本次热处理按设计图纸要求进行消应力热处理。
其他要求按照设计要求实施。
4.热处理的目的为了消除焊接后的残余应力，改善焊接接头和热影响区的组织和性能，达到降低硬度，提高塑性和韧性的目的，进一步释放焊缝中的有害气体，防止焊缝的氢脆和裂纹的产生。
5.热处理内容本工程项目共5台100000m3储罐，第一节壁板开孔板组合件全部焊接完毕并检验合格后进行整体消应热处理。
根6.热处理方法及工艺规范6.1热处理方法6.1.1本工程热处理采用电加热工艺，现场搭建简易电加热炉一台，公称尺寸为14000*3500*4000mm，每炉可装4个组件。
在工件周围及底部布置加热源，炉壁铺设保温绝热材料，利用热辐射和热空气对流的加热工艺，达到均匀加热之目的。
6.1.2上述热处理过程采用DWK—A型电脑温控仪，实现多点群控，屏幕显示各点温度，动态修正加热功率系数，自动记录曲线，确保控温精度。
大型油罐开孔壁板制作及焊后消除应力热处理1前言近年来，我国建造了许多大型原油罐。
由于油罐开孔壁板制作时的变形控制和焊后消除应力热处理有一定难度，所以都是花费大量的外汇由国外制作，并经焊后消除应力热处理后运回国内安装。
为了发挥自己的技术专长、保证工期、节省费用和提高质量，中国石化工程建设公司将原油罐开孔壁板的制作和焊后消除应力热处理“国产化”。
在大连西太平洋石油化工有限公司新增原油罐(容积为5×104m3和10×104m3各两具)制作安装的同时，进行试验研究，取得了成功。
这个成果有很大的推广价值，今后可以不再依赖国外进口，由国内同行自行完成此项工作。
大连西太平洋石化公司新增原油罐区工程由中国石化工程建设公司总承包，洛阳石化设计院设计。
需要进行热处理的油罐开孔壁板共20块，其中5×104m3罐8块，10×104m3罐12块，采用日本进口SPV490Q高强钢制作。
为了开展研制工作，由中国石化工程建设公司组织科研、设计和施工单位成立了研制小组，编制、评审、修改技术方案，并委托北京燕化公司建筑安装工程公司实施。
研制小组成立后，调查了北京燕山石化公司机械厂为日本出口配套制作的开孔壁板热处理情况；调研了日本为上海高桥石化公司10×104m3油罐制作的开孔壁板热处理报告；进行了焊接工艺试验。
然后，编制了制作、焊接和热处理研制方案。
在此基础上，中国石化工程建设公司组织召开了专家论证会，对研制组提出的研制方案进行了认真、细致的研讨，并确定了方案的可行性。
通过对国内外情况的调研了解到，油罐开孔壁板制作及焊后热处理须解决3个技术关键问题：a.控制焊接变形；b.消除焊缝的残余应力；c.保证壁板在焊后和热处理后的几何尺寸，达到技术规范的要求。
2 控制壁板几何尺寸和焊接变形壁板所采用的钢材为日本标准JISG3115材质SPV490Q-SR，其化学成分见表1；机械性能见表2。
表1 钢板的化学成分%表2 钢板的力学性能由于焊接和热处理引起的变形在壁板开孔部位很难控制，因此《中低压化工设备施工及验收规范》HGJ209-83规定，应在开孔补强板边缘100mm外位置测量几何尺寸。
《钢制压力容器》GB150-98对容器壳体圆度要求：当被检断面位于开孔中心一倍开孔内径范围时，该断面最大内径与最小内径之差，应不大于该断面内径的1%与开孔内径的2%之和，且不大于25mm，而GBJ128-90对此未作规定。
基于研制工作从严的原则，此次要求在开孔接管和补强圈范围之内任意位置进行测量，应满足GBJ128-90的要求，即用2m长样板测量，最大间隙不超过4mm，显然比压力容器的要求还严。
油罐开孔壁板几何尺寸的控制，主要是控制壁板的曲率。
必须控制好卷板、开孔、接管组对的质量，采取有效的矫正焊接变形的预变形措施，并减少组装和焊接应力，使开孔壁板焊后的各项指标达到或优于施工验收规范的规定。
在制作时采用的预变形措施是，组焊时开孔部位的曲率应略大于焊后和热处理后的允许值，按壁板厚度和开孔尺寸而定，以便在焊后和热处理后因残余应力引起的回弹得到补偿。
为此，壁板滚弧前两端压头，经样板检查合格后再滚弧。
滚弧时用2m长样板检查曲率，其间隙不大于2mm为合格(规范规定不大于4mm)；用１m长直尺检查壁板平整度，其间隙不大于1mm为合格。
滚弧后，将壁板开孔并加工坡口，开孔中心位置偏差不得大于10mm。
组对接管时，先用吊车将壁板两端轻轻吊起，用2m长样板检查开孔边缘的曲率，使样板中部与壁板间留出适当间隙——板厚32.5mm 时为3mm，板厚22mm时为6mm(不允许样板两端留有间隙)。
此时，进行接管组对和焊接变形加固板的组对焊接，加固板焊接完毕后，再进行接管、补强圈的焊接。
3开孔壁板的焊接接管与开孔板壁板的焊接，应考虑保证焊接质量(全焊透工艺)和控制焊接变形，包括壁板与接管、壁板与补强圈等。
SPV490Q为低合金高强钢，其碳当量为0.45，可焊性稍差，有一定的裂纹倾向。
因此，在实施控制焊接变形措施时，应考虑防止裂纹产生的措施。
控制焊接变形需在两个阶段进行，壁板与接管焊接过程和热处理过程。
焊接过程的关键在于热输入量和焊接顺序。
减少热输入量(例如采用小规范的气体保护焊)可以减少焊接应力，从而减少壁板变形；合理的焊接顺序，可以利用焊接顺序调整焊接变形的大小和方向，从而控制焊接的总变形量和方向。
热处理过程应考虑在消除应力热处理后，残余应力对壁板变形的影响。
残余应力的大小，除了与热处理规范的实施工艺有关外，还受壁板在炉内放置方式(卧置或竖置)的影响，此时应考虑壁板自重和固定架受热变形对壁板变形的影响。
接管与开孔壁板的焊缝结构如图1所示。
图１焊缝结构其中，壁板与补强圈材料为SPV490Q，其余材料为16mnR，20号，Q235等。
为了减少焊接时的热输入量，采用二氧化碳气体保护焊，以便减少焊接变形。
焊接时选用mG-60(JIS)1.2焊丝，这种焊丝的化学成分见表3。
表3 熔敷金属的化学成分%mG-60(JIS)1.2焊丝的力学性能见表4。
表4 熔敷金属的力学性能焊接线能量的大小应控制适当，增大线能量对防止裂纹的产生有利，但容易产生变形；减少线能量即减少热输入，可减少变形。
由于SPV490Q钢材具有一定淬硬倾向，焊缝容易出现裂纹和焊趾裂纹以及未熔合、未焊透等缺陷。
经过焊接工艺评定后，得出的工艺参数见表5。
表5 焊接规范焊接顺序如图2所示。
图2 焊接顺序焊缝结构的焊接变形来源于焊接应力，它除了与焊接规范、接头型式、坡口角度、补强圈结构和焊接顺序有关以外，还与焊缝的截面大小和焊缝变形的方向有关。
接管与补强圈的角焊缝是在较大的拘束条件下焊接的封闭焊缝(见图2)，焊接焊缝③时，由于焊缝的环向收缩受到壁板的阻碍，在焊缝中产生很大的拉应力，应力随坡口截面的增大而增大，对整体结构来讲，将造成壁板向焊缝②方向拱起。
焊接焊缝①和②时，壁板向反方向塌陷。
焊缝①和②截面积总和为362.5mm2，焊缝③的横截面积为305mm2。
如果在焊接时采取同样的焊接工艺，焊缝①和②的拉应力就会大于焊缝③的拉应力，接管与壁板焊接后使壁板产生塌陷变形。
如果加大焊缝③的热输入，可以使变形达到平衡，但变形量很难控制，一旦热输入过量，壁板向接管方向拱起就更难矫形。
所以，考虑壁板的塌陷，在焊缝③处增加加固板措施来控制变形。
加固方法如图3所示。
图3 开孔加固方法此种加固方式增加了结构的刚性，减少了焊接变形，也会在焊后产生很大的焊接应力。
因此，应进行焊后消除应力热处理，待消除应力热处理后再将加固板割掉。
4消除焊缝应力热处理油罐壁板与开孔接管连接焊缝是否需要消除应力热处理，是根据设计选用的钢种和板厚的关联因素确定的。
按照《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》GBJ128-90的规定，板厚大于12mm，且屈服强度大于390mPa的油罐壁板上的人孔、搅拌机孔和进出油管孔等，在开孔接管、补强圈与相应壁板组装焊接后，需要进行焊后消除应力热处理。
其效果应该达到：消除组装、焊接应力，并保持壁板的几何尺寸达到设计要求。
壁板在炉内的放置方式，常规的做法是卧置，每次只能放一块。
由于在高温下，壁板的自重容易引起变形，壁板的几何尺寸很难保证，这样热处理的壁板，尤其在开孔和补强圈部位的尺寸误差，一般都达不到规范要求。
为了防止或减少因自重引起的变形，此次研制采用竖置方式，如图4所示。
图4 壁板在炉内的放置方式在第一次热处理前，先将壁板固定支架进行消应处理，然后再将壁板与支架组合固定进行热处理。
固定时，用楔子将壁板打紧，但松紧程度应适当，给壁板的热胀冷缩留有余地。
在消除焊缝应力热处理工艺的实施过程中，主要难点是保温时的温度控制和降温速度控制。
壁板温度的波动必须控制在580℃±10℃范围内，这用常规的燃料油、液化气加热炉手动控制温度的方法是很难实现的。
但是，采用电加热和电脑监控壁板温度技术，就可使保温控制难度大为简化。
大型油罐的安装工作都是由安装单位在野外作业，热处理设备和电力供应都受到极大的限制，如果在工厂内进行热处理，还要长途运输，势必增加大量费用。
所以，研制时考虑到施工现场的实际情况和我国的国情，采用较轻便的热处理炉和尽量利用靠近油罐安装现场的方法，热处理采用电加热方式。
热处理炉炉膛净空4m×4m，底部设移动式台车，便于工件装卸。
按每炉装２块壁板、580℃±10℃保温温度计算，热处理功率约需500kW，加热体用36个220V，14kW 的电加热块组成，另设4块备用加热块，作为加热块有损失时的补充。
加热块均匀布置在炉子轴向两侧各20个，每侧又分上下两层。
为了实测壁板温度，在壁板上开孔部位布置热电偶。
开孔数量多的布3个，数量少的布2个，还应视孔间距大小而定，未开孔部位也适当设置热电偶，以检测整块壁板的受热均匀性。
温度控制器根据热电偶传来的信息，在记录仪上打点记录作曲线，并由电脑存储。
热处理加热速度在300℃以下不控制，300℃以上不超过150℃/h。
580℃±10℃保温160min，降温速度不超过200℃/h，出炉温度不高于300℃。
5 实施效果5.1 壁板质量5.1.1 几何尺寸消除应力热处理后，将壁板竖置于平台上，检查开孔接管补强圈及各部分几何尺寸。
水平方向用2m长样板检查，20张开孔壁板共检查98处，样板间隙小于3mm的共62处，占总数的65％；样板间隙3～3.8mm的共34处，占总数的35%。
壁板垂直方向用1m直尺检查，间隙均不大于1mm，几何尺寸全部符合规范要求。
5.1.2 消除应力热处理效果检查热处理曲线图和实际操作，300℃以上升温速度均未超过150℃/h，一般为50～60℃/h。
保温时，工件各部分温度均未超过580℃±10℃。
保温时间160min，降温速度均不超过200℃/h，一般为70～100℃/h，出炉温度为300℃。
5.1.3 残余应力测定根据油罐残余应力的测试必须在无损条件下进行的特点，以及目前各种残余应力测试方法的可用性、精度，选择了较先进的冲击压痕法。
此方法曾用在上海炼油厂再生器、上海高桥石化公司原油罐、锦西及北京燕山石化公司油罐的残余应力测试中。
测试应变仪为华东电子仪器厂生产的YJ-26型，测量应变花为中原电测仪器厂生产的BE120-3BA型。
测试时，在人孔、进出油接管孔和搅拌机孔的接管与壁板焊缝布点检测。
共测108点，残余应力值(热处理前/热处理后)最大666mPa/227mPa，最小419mPa/237mPa。
从检测结果可知，4具原油罐开孔壁板原始焊接残余应力普遍较高，达到或接近材料的屈服强度。
经过焊后热处理，应力消除效果比较明显，数值也较为稳定，大部分已降低到材料屈服强度的50%以下，应力状态得到明显改善。
