脱乙烷汽提塔立式内燃法整体热处理

王志东（吉林亚新工程检测有限责任公司，吉林 吉林132021）

随着国内大型压力容器设计技术不断取得进步，与之相应的大型压力容器制造技术也稳步提高，近些年不断有超限大型压力容器被应用于施工。这些超限大型压力容器的特点或是重量超重，或是长度超长，或是直径超大，或是壁厚超厚。在一些施工现场，又出现一种长度超长，直径较小，壁厚较厚的大长径比超限大型压力容器，如何对其进行整体热处理施工，这是一个极高的挑战。

1 设备概况

在浙江某公司年产45万吨丙烯及30万吨聚丙烯二期项目丙烷脱氢装置中，有一台脱乙烷汽提塔需进行整体热处理。该设备长52.33米，内径5.5米，长径比近10:1，因运输能力及运输成本限制，只能在现场进行组对安装，再进行整体热处理施工。

2 施工方法选择

（1）炉内热处理：操作简单，维修方便，但建炉周期长、成本较高。

（2）内部电加热法：热处理温度容易控制，热效率极高，但施工周期长，加热元件损耗率高，并受现场电力负荷的制约[1]。

（3）高温烟气法：热处理施工周期短，装置简单、维护容易，施工成本相对较低[2]，但只停留在设计阶段。

（4）内燃法热处理：热量输出稳定，热效率高，施工周期短，成本低。

结合脱乙烷汽提塔大长径比、壁厚较厚、立式安装后塔体侧壁及塔下锥体底部多处管口都可布置燃烧器的特点，适合进行内燃法整体热处理施工。

3 施工难点

（1）该塔是目前国内长径比较大的大型压力容器，热处理时温差不容易控制，热处理工艺不容易实现。

（2）该塔受场地和建炉成本限制，不具备炉内热处理条件，只能进行现场内燃法整体热处理施工；同时由于其结构限制，只能采用立式热处理施工方法，热处理施工难度极大。

（3）对长径比近10:1的脱乙烷汽提塔采用内燃法进行一次性整体热处理施工无可靠技术资料及成功经验用以指导施工，对技术要求极高。

4 施工工艺设计

针对脱乙烷汽提塔长径比较大的特点，采用内燃法进行整体热处理施工时，对存在的技术难点，进行如下工艺设计。

4.1 分层供热设计

将多台燃烧器分四层布置供热，通过对每层燃烧器的供热进行控制，来调节每段塔体的内部的供热区间，借此来分别控制每段塔体内部空间的温度场，提高控温精度，降低内部温差。

4.2 导流设计

根据汽提塔的内部结构形式和燃烧器的摆放位置，设计分四层搭设导流装置。在塔内分三层设置多根中心管导流装置，将每层燃烧器燃烧形成的火焰流和热气流引导向塔内中心部位，促进塔内热循环、保证塔内空间温度场的分布均匀。

5 立式内燃法整体热处理施工

5.1 立式内燃法整体热处理施工原理

将外部保温后的脱乙烷汽提塔作为一个密闭炉膛，采用多台燃油燃烧器分层进行供热，利用塔内分层设置的中心管导流装置将火焰流和热气流引导集中在塔体中心部位，从而实现对脱乙烷汽提塔整体的均匀加热，达到整体热处理的目的。施工原理参见图一。

图一：脱乙烷汽提塔立式内燃法整体热处理施工原理图

5.2 分层供热设置

（1）第一层供热设置：在塔体下锥体底部布置一台主燃烧器，纵向向上燃烧供热，通过调节燃烧器的供热来调节塔中下部20米左右范围内的温度场，重点为中下部提供热量。

（2）第二层供热设置：将两台燃烧器分别布置在塔体侧壁距地面约21米处的两处管口位置，通过对两台对称布置的两台燃烧器进行调节，来控制第二层燃烧器以上11米范围内的温度场，为塔中部提供热量。

（3）第三层供热设置：将两台燃烧器分别布置在塔体侧壁距第二层燃烧器约11米高的两处管口位置，通过对两台对称布置的两台燃烧器进行调节，来控制第三层燃烧器以上11米范围内的温度场，为塔中上部提供热量。

（4）第四层供热设置：将两台燃烧器分别布置于塔体侧壁距第三层燃烧器约11米高的两处管口位置，通过对两台对称布置的两台燃烧器进行调节，来控制第四层燃烧器以上11米范围内的温度场，为塔上部提供热量。

7台燃烧器同时供热，通过对热气流的引导，控制内部空间温度场的均衡，达到整体热处理工艺要求。

5.3 立式内燃法整体热处理施工工序

5.3.1 脚手架调整

对塔体外部搭设的脚手架进行适当调整，以保证满足整体热处理施工需要。

5.3.2 测温点布置

测温点均匀分布在塔体外表面上。相邻两测温点间距不得大于4.6m，各相邻周向测温点分布时应错开；每块产品试板设测温点1只。塔体共计设测温点55点。

5.3.3 导流装置的设置

共计设置四层导流装置。

第一层导流装置设置在自塔体底部起高约10米，其作用是防止局部过热。

第二层中心管导流装置设置于塔体侧壁距地面约21 米处的管口处，将两根导流管分别沿两处管口位置伸向塔内中心部位，端头弯头向上。

第三层中心管导流装置设置于塔体侧壁距第二层导流装置以上约11米处的管口处，将两根导流管分别沿两处管口位置伸向塔内中心部位，端头弯头向上。

第四层中心管导流装置设置于塔体侧壁距第三层导流装置以上约11米处的管口处，将两根导流管分别沿两处管口位置伸向塔内中心部位，端头弯头向上。

5.3.4 烟道设置

烟道设置在上封头接管上，其作用是排除烟气，同时起到调节塔体内部温度的作用。

5.3.5 外部保温

采用双层保温，内层采用硅酸铝保温棉，外层采用无碱超细玻璃丝棉被。保温材料应保持干燥，不得发潮。

保温范围包括塔体直筒段及下封头。此外，自裙座与筒体间环焊缝向下1000mm范围的裙座均进行保温[3]。

保温层应紧贴塔体外表面；接缝应严密，内外层接缝须错开，缝间搭接宽度大于100mm；在热处理过程中保温层不得松动脱落。

6 热处理实施效果

6.1 热处理曲线核查

经检查，脱乙烷汽提塔整体热处理实际曲线符合工艺要求，见表1。

表1 热处理曲线核查表

6.2 产品试板力学性能试验

热处理结束后，按NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》对产品试板进行了力学性能试验，各项试验指标均合格。

7 结语

本次脱乙烷汽提塔选择立式内燃法进行整体热处理施工，通过分层供热的方式有效促进塔体内部的温度场均匀，最大限度地实现热处理工艺。在内部设置六根中心管导热装置对各台燃烧器的火焰流及热气流进行导流，将热量集中在塔体中心部位，有效地促进了内部热循环，降低了温差,达到整体热处理之目的。此次脱乙烷汽提塔立式内燃法整体热处理的成功应用，不仅填补了我公司的一项热处理技术空白，也填补了高长径比大型压力容器整体热处理的行业空白，还创造了国内现场整体热处理最大长径比施工记录。同时也解决了大型超限设备整体热处理难题，在为今后大长径比的超限设备现场整体热处理提供了宝贵经验。