關(guān)于地下污油罐設(shè)備熱處理事故的分析

王擁軍

（淄博佳能石化機(jī)械制造有限公司)

陳永志

（青島金海晟環(huán)保設(shè)備有限公司）

本文對(duì)某地下污油罐設(shè)備的熱處理事故原因進(jìn)行了分析，并改進(jìn)了熱處理工藝，使設(shè)備熱處理后焊接接頭硬度值滿(mǎn)足圖紙的設(shè)計(jì)要求。

1 地下污油罐設(shè)備參數(shù)

壓力容器的焊后消除應(yīng)力熱處理是其制造過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，也是改善焊接接頭質(zhì)量的重要措施。焊后熱處理的目的是改善母材和焊接接頭的性能，消除焊接殘余應(yīng)力，降低熱影響區(qū)的硬度，防止延遲裂紋的產(chǎn)生。

某公司生產(chǎn)的化工壓力容器地下污油罐，為Ⅱ類(lèi)臥式容器。該設(shè)備規(guī)格覫1600 mm×12 mm×3000 mm，介質(zhì)為污油，材質(zhì)為Q245R正火板，設(shè)備內(nèi)部有伴熱盤(pán)管，筒體上部人孔筒節(jié)和接管的高度均為1500 mm，下部為鞍式支座。該罐設(shè)計(jì)上要求焊后進(jìn)行整體消除應(yīng)力熱處理。圖1所示為該污油罐的結(jié)構(gòu)。

圖1 污油罐結(jié)構(gòu)

該公司采用容器內(nèi)部電阻絲加熱帶加熱、熱電偶測(cè)溫、溫控儀控溫，容器外部保溫巖棉保溫的爐外整體熱處理工藝。該方法適用于設(shè)備內(nèi)件較少的容器，在不具備熱處理爐的情況下這一方法不失為較好的選擇。熱處理工藝具體如下：檢查確認(rèn)各儀表工作正常后，開(kāi)始送電?？刂粕郎厮俣?，在升溫至400℃后，加熱區(qū)升溫速度不得高于200℃/h，且最低不得低于55℃/h。焊件升溫期間，加熱區(qū)溫差不得超過(guò)120℃。保溫溫度600～640℃，保溫時(shí)間不少于30 min。保溫期間加熱區(qū)最高與最低溫度差不得大于80℃。 保溫達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，斷電降溫，同時(shí)確保在溫度高于400℃時(shí)，降溫速度不得大于260℃/h，也不得小于55℃/h。打開(kāi)保溫巖棉時(shí)溫度不得高于400℃，然后在靜止的空氣中繼續(xù)冷卻至常溫。

2 事故原因

該污油罐經(jīng)過(guò)熱處理后，發(fā)現(xiàn)筒體的外表面出現(xiàn)嚴(yán)重的整體內(nèi)凹變形，因而造成了筒體失效報(bào)廢的事故。通過(guò)核查自動(dòng)記錄的熱處理溫度曲線(xiàn)圖（見(jiàn)圖2）可知，熱處理的升溫加熱和冷卻降溫速度均符合熱處理工藝要求。那么，究竟是何種原因造成了事故呢？通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的分析，可將事故的原因歸結(jié)如下。

圖2 熱處理溫度曲線(xiàn)圖

（1）該設(shè)備發(fā)生的熱處理變形為蠕變變形，促使蠕變變形發(fā)生的原因主要有兩點(diǎn)：一是較高的溫度，二是一定的應(yīng)力。鋼板在熱處理時(shí)加熱到一定溫度后會(huì)發(fā)生金屬晶粒松弛。由于該設(shè)備在熱處理時(shí)臥式放置，且直接放置于地面，雖然有保溫巖棉保溫，但下部無(wú)支撐件，設(shè)備在受熱釋放應(yīng)力時(shí)其與地面接觸部分受到作用力約束，從而導(dǎo)致塑性變形，造成設(shè)備熱處理失效的事故。

（2）熱處理時(shí)為冬季，環(huán)境溫度較低 （約為-10℃），設(shè)備僅僅依靠保溫巖棉保溫，其與地面接觸部分由于內(nèi)外溫差較大形成溫差應(yīng)力，這也是筒體變形的原因之一。

（3）通常，消除應(yīng)力熱處理的溫度應(yīng)處于鋼板的下轉(zhuǎn)變溫度以下，金屬表面氧化層應(yīng)呈現(xiàn)磚紅色，但實(shí)際情況是設(shè)備外部局部出現(xiàn)黑色氧化皮。經(jīng)分析認(rèn)為，該設(shè)備存在加熱不均勻的情況，其熱電偶的設(shè)置為兩端封頭各一個(gè)，上部筒體上一個(gè)，這樣就造成測(cè)定溫度與實(shí)際溫度有較大誤差的情況，從而導(dǎo)致設(shè)備下部發(fā)生局部過(guò)熱，引起設(shè)備下部局部變形。

（4）該設(shè)備壁厚只有12 mm，雖然熱處理溫度在工藝要求的范圍內(nèi)，但熱處理保溫時(shí)間略長(zhǎng)（圖2的熱處理溫度曲線(xiàn)圖顯示為80 min），比NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求的時(shí)間長(zhǎng)約50 min。熱處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熱處理溫度過(guò)高，不但消耗大量的能量，還會(huì)對(duì)金屬組織帶來(lái)不利的影響，因此GB 150.1～150.4—2011《壓力容器》和NB/T 47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》以及TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都對(duì)焊后熱處理的溫度和時(shí)間做出了詳細(xì)的規(guī)定。

3 改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)對(duì)事故進(jìn)行以上分析后，對(duì)熱處理工藝及裝置做出了如下改進(jìn)：

（1）熱處理時(shí)將設(shè)備放置于支撐支架上，保證設(shè)備筒體、封頭等部件不受外界約束。

（2）改善加熱狀況，加熱裝置均勻布置，在筒體上部增加三個(gè)熱電偶，多點(diǎn)控制，以保證熱處理溫度的自動(dòng)記錄曲線(xiàn)和實(shí)際情況盡量符合。

（3）嚴(yán)格按照熱處理工藝進(jìn)行操作，控制保溫時(shí)間。

經(jīng)過(guò)以上工藝改進(jìn)，對(duì)重新卷制焊接組裝后的設(shè)備進(jìn)行了熱處理，產(chǎn)品的焊接接頭經(jīng)硬度檢測(cè)達(dá)到了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

[1] GB 150.1～150.4—2011.壓力容器 [S] .

[2] TSG R0004—2009.固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程[S] .

[3] NB/T 47015—2011.壓力容器焊接規(guī)程 [S] .