Высокотемпературная термообработка сепаратора ЕП–5113 на «УТС–Туймазыхиммаш» (г.Туймазы)

Внепечная объёмная термообработка корпуса сепаратора способом внутреннего нагрева

Объёмная термическая обработка сварных сосудов из аустенитных коррозионностойких (нержавеющих) сталей является сложным технологическим процессом. Основные трудности возникают из-за необходимости нагрева их до более высоких (900–1100 ºС) температур и возможность деформации изделий при данных температурах. Чаще всего такую термообработку производят по режиму стабилизирующего отжига. Её цель – снижение уровня сварочных напряжений и повышение стойкости сварных соединений против возникновения межкристаллитной коррозии [1].

Обычно термообработку сварных сосудов выполняют в стационарных термических печах, при этом внутри термообрабатываемого сосуда устанавливают при необходимости распорки или используют оснастку, исключающие возможность температурной деформации. Однако при отсутствии на заводе-изготовителе такого термического оборудования возникает необходимость во внепечной объемной термообработке.

Альтернативным вариантом при отсутствии на предприятии такого термического оборудования может являться способ внепечной объёмной термической обработки, который был использован при изготовлении сепаратора ЕП-5113 из стали 12Х18Н10Т на предприятии ОАО «Уралтехнострой-Туймазыхиммаш».

Размеры сепаратора: наружный диаметр – 2400 мм, длина – 8160 мм, толщина стенки – 8 мм. Масса сепаратора – 8 т. По требованию проекта сепаратор после сборки следовало подвергнуть объемной термообработке по режиму стабилизирующего отжига с нагревом до 860–900ºС. При небольшой толщине стенки сепаратора в процессе высокотемпературного нагрева в течение нескольких часов и последующей выдержки возникла опасность значительной деформации его корпуса.

Для принятия решения о применении указанного способа термообработки был проведен прочностной расчет, результаты которого подтвердили, что устойчивость корпуса аппарата при температуре 900ºС обеспечивается без дополнительных внутренних укрепляющих устройств, а значит, отпадает необходимость их изготовления и установки. Полученные данные явились основанием для разработки и внедрения технологии объемного внепечного нагрева корпуса сепаратора [4, 5].

Внедрение технологии нагрева включало два этапа. Первый – подготовка аппарата к термообработке. Он заключался в установке аппарата в горизонтальном положении на шесть предварительно теплоизолированных опор, количество и площадь поверхности которых в значительной степени снижали нагрузку на корпус от действия собственной массы. Корпус сепаратора не был жестко закреплен к этим опорам и имел возможность беспрепятственного расширения при нагреве. В имеющихся на днищах люках (штуцерах) устанавливали устройства ввода теплоносителя, совмещенные с теплогенераторами, а в характерных точках корпуса – термоэлектрические преобразователи ТХА (К), соединённые с прибором контроля и регистрации температуры. Весь корпус сепаратора теплоизолировался в два слоя.

Второй этап – про ведение самой термообработки – заключался в нагреве внутреннего объема сепаратора продуктами сгорания дизельного топлива, полученными в теплогенераторных устройствах ТГЖ–1 [2, 3]. Нагрев осуществляли двумя устройствами, установленными вдоль продольной оси корпуса один против другого. Режим работы теплогенераторов регулировали, изменяя подачу топлива и воздуха в камеру сгорания. Высокая скорость ввода теплоносителя во внутреннее пространство сепаратора обеспечивала интенсивную рециркуляцию продуктов сгорания в его внутреннем объеме и способствовала равномерному распределению температуры по всей нагреваемой поверхности. Выход отработанного теплоносителя происходил через те же штуцера, в которых были установлены теплогенераторы.

Перепад температур по длине и диаметру корпуса в период нагрева до заданной температуры не превышал 30 ºС, а в период выдержки – 20 ºС. Общий цикл термообработки (без подготовительных мероприятий) составил 14 ч. После окончания термообработки сварные швы подвергли рентгеновскому контролю, а весь корпус сепаратора прошел гидравлические испытания. Дефектов не было обнаружено.

Применение способа внепечного объёмного нагрева изнутри и необходимого для этой цели оборудования позволило провести высокотемпературную термообработку сепаратора в условиях отсутствия на заводе-изготовителе нужного парка термических печей (фото 2).

Настоящая технология может быть рекомендована для широкого применения при тщательной инженерной подготовке. Во избежание искажения геометрической формы изделия в каждом случае необходимы дифференцированный подход к выполнению высокотемпературного нагрева, расчет прочностной устойчивости аппарата и при необходимости использование для этих целей специальной технологической оснастки.

Видео-очерк по данной работе смотри здесь (AVI, MPEG4, 4.02Mb, 1 мин.)

Литература

• 1. Корольков П.М. Особенности термической обработки сварных соединений трубопроводов из коррозионностойкой стали.- Сварочное производство. – 2005. – №7. – С. 48–52.
• 2. Лавров А.И., Ловырев П.Б., Бабкин В.А. и др. Теплогенератор. Свидетельство на полезную модель № 29130.- БИ. – 2003. – № 12.
• 3. Лавров А.И., Ловырев П.Б., Бабкин В.А. и др. Способы снятия остаточных напряжений сварных соединений сосудов и аппаратов, а также их элементов. Патент РФ № 2243272.- БИ. – 2004. №36.
• 4. Корольков П.М. Оборудование и технология объемной термической обработки газопламенным нагревом крупногабаритных сосудов давления в монтажных условиях (обзор).- Сварочное производство. – 2001. – № 9. – С. 39–43.
• 5. 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.