Термообработка двух монтажных швов реактора Р-201 на «Комсомольском НПЗ» (г. Комсомольск-на-Амуре)

На Комсомольском нефтеперерабатывающем заводе (Комсомольск-на-Амуре) возникла необходимость проведения в монтажных условиях местной термообработки двух кольцевых сварных соединений корпуса реактора Р-1-201 (на табл. 004) (фото 1), так как он был поставлен на завод в виде трех частей. Корпус реактора, изготовленный ОАО «Пензхиммаш», имеет следующие размеры: наружный диаметр 3 м, толщина стенки – 110 мм. Материал реактора – биметалл. Основной слой толщиной 102 мм – из стали 12ХМ, плакирующий слой толщиной 8 мм – из стали 12Х18Н10Б. Сварные соединения, подвергаемые термообработке, находились на отметках 12 и 22 м.

Согласно РТМ 26-44-82 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и её элементов», сварные соединения должны быть подвергнуты местной термической обработке.

При подготовке к термообработке было необходимо:

• выбрать технологию термообработки (односторонний или двухсторонний нагрев и его способы);
• определить величину зоны равномерного нагрева, от которой во многом зависит потребляемая на нагрев мощность;
• произвести подсчет единиц оборудования и их мощности для нагрева – газопламенного и электронагревателями сопротивления; разработать технологические мероприятия, обеспечивающие соблюдение реального режима термообработки.

При определении технологии нагрева (односторонний или двухсторонний), принимались во внимание результаты теплотехнических расчетов и практический опыт местной термообработки сварных соединений больших толщин. При использовании радиационных методов нагрева (электронагревателями сопротивления или газопламенный) получить перепад температуры не более 30 ºС при одностороннем нагреве возможно только при толщине стенки, не превышающей 30 мм. При использовании внутренней теплоизоляции такой перепад может быть получен для стенок сварного соединения толщиной не более 60 мм. Если толщина стенок превышает 60 мм, соблюдение перепада не более 30 ºС возможно только при двухстороннем нагреве.

Подсчет показал, что для двухстороннего нагрева с использованием электронагревателей сопротивления необходимо установить электронагреватели суммарной мощностью около 1000 кВт. Кроме того, установка и подключение электронагревателей внутри реактора крайне осложнены, поскольку температура внутри корпуса реактора при нагреве доходит до 250…300 ºС и необходимы электрические провода с изоляцией, выдерживающей повышенную температуру. С учетом этих обстоятельств была предложена схема двухстороннего комбинированного нагрева: снаружи – электронагревателями сопротивления, а изнутри продуктами сгорания дизельного топлива, полученного в теплогенераторной установке, разработанной институтом [1, 2].

В соответствии с требованиями РТМ 26-44-82, зона равномерного нагрева должна была составлять не менее 550 мм. В нижней части сварного соединения требовалось учесть необходимость установки теплогенератора у заводского штуцера. Таким образом, для сварного соединения, находящегося на отметке 12 м, двумя теплоизоляционными перегородками был ограничен объем реактора, необходимого для нагрева – 1,9 м по высоте. Наружная поверхность с установленными на ней электронагревателями сопротивления была теплоизолирована.

Для термической обработки сварных соединений комбинированным способом достаточно было установить 88 электронагревателей сопротивления типа нагревательных матов, мощностью 2,7 кВт каждый в два ряда симметрично оси сварного шва на наружной поверхности. Это позволило использовать для ее нагрева две программные установки фирмы «MANNINGS», а для нагрева внутренней поверхности – теплогенератор ТГЖ–1, с диапазоном тепловой мощности 200...1200 кВт [2].

Термообработку сварных соединений проводили следующим образом. Одновременно с включением термообрабатывающих установок «MANNINGS», обеспечивающих режим нагрева наружной поверхности по заданной программе, включали теплогенератор, подающий продукты сгорания жидкого топлива через устройство ввода теплоносителя в нагреваемый отсек. Использовали дизельное топливо, подавая его из емкости на форсунку теплогенератора за счет энергии сжатого воздуха, получаемого от компрессора. Режим работы теплогенератора регулировали, изменяя подачу топлива и воздуха в камеру сгорания.

Конструкция применяемого теплогенератора обеспечивала высокую скорость подачи теплоносителя во внутреннее пространство отсека, что вызывало интенсивную рециркуляцию продуктов сгорания в его внутреннем объёме и способствовало равномерному распределению температуры по всей нагреваемой поверхности. Выход отработанного теплоносителя происходил через специальное отверстие в теплоизоляционной перегородке. Процесс нагрева контролировался 22 термоэлектрическими преобразователями типа ХА (К), установленными по периметру сварного шва.

Для управления теплогенератором и процессом внутреннего нагрева использовали термоэлектрический преобразователь (Тm), установленный на внутренней поверхности корпуса в зоне сварного соединения. Рабочий спай его был изолирован от возможного влияния потока теплоносителя. Термоэлектрический преобразователь контролировал непосредственно температуру внутренней поверхности корпуса реактора. При установке напротив него одного из внешних термоэлектрических преобразователей (Т) оказалось возможным контролировать перепад температуры по толщине стенки корпуса.

Нагрев сварного соединения проводили по режиму высокого отпуска для стали 12ХМ. Общий цикл термообработки составил 22 часа без подготовительных мероприятий. С учетом подготовительных мероприятий (установка перегородок, монтаж устройства ввода теплоносителя, теплоизоляционные работы, установка электронагревателей) – 48 часа.

Аналогичным образом было обработано другое сварное соединение – на отметке 22 метра (фото 2).

Контроль качества (ультразвуковая и цветная диагностика), проверка твердости (НВ=190) отрицательного влияния термообработки на сварное соединение не выявили.

Проведенные работы подтвердили: высококачественная местная термообработка в монтажных условиях сварных соединений толстостенных сосудов давления с использованием комбинированного двухстороннего нагрева возможна снаружи электронагревателями сопротивления и внутри – газообразным теплоносителем от специальных теплогенераторных установок.

Литература

• 1. Лавров А.И., Ловырев П.Б., Бабкин В.А. и др. Внепечная объемная термообработка корпусного оборудования нагревом изнутри (Монтажные и спец. работы в стр-ве. – 2005. – № 2. – С. 2–5.)
• 2. Лавров А.И., Ловырев П.Б., Матюхин Ю.Е. и др. Теплогенератор. Свидетельство на полезную модель № 29130. – 27.04.2003 (Б.И. – 2003. – № 12.)