Термообработка реакторов А,С–4001/4601 установки ПЭНД на ОАО «Казаньоргсинтез» (г.Казань)

Объёмная термическая обработка реактора способом внутреннего нагрева в условиях реконструкции действующего производства

Предприятием ОАО «Казаньоргсинтез» проводилась реконструкция реактора установки производства полиэтилена низкого давления с целью освоения выпуска новой продукции. Одним из изменений в конструкции являлась вварка в корпус реактора 36-ти новых технологических штуцеров различного диаметра, расположенных по высоте на 11-ти уровнях между отметками 1432–13531 мм. Толщина стенок реактора в местах выполненных сварных соединений 45 и 65 мм. Материал сталь А52FP1, отечественный аналог – сталь 09Г2С. Диаметр цилиндрической части 4420 мм.

В соответствии с требованиями НТД все выполненные сварные соединения до ввода объекта в эксплуатацию должны пройти термообработку по режиму высокого отпуска с целью снижения уровня остаточных сварочных напряжений [1, 2]. Практическая реализация данного требования в условиях проведения реконструкции на рабочей площадке может осуществляться одним из существующих способом:

• местным нагревом [3];
• внепечным объёмным нагревом изнутри [4].

В условиях сжатых сроков ввода объекта в эксплуатацию, способ местного нагрева такого количества сварных соединений с учётом их расположения на корпусе оказывается недостаточно эффективным из-за больших трудозатрат, продолжительности времени выполнения работы и качества термообработки.

Внепечной объёмный нагрев изнутри позволяет одновременно выполнить термообработку всех сварных соединений с соблюдением необходимых требований, предъявляемых к качеству процесса, сократить сроки монтажных работ и ввода оборудования в эксплуатацию. В связи с этим способ внепечного объёмного нагрева был выбран, как наиболее рациональный и соответствующий требованиям по врезке штуцеров в корпус реактора согласно проекта ЗАО «Петрохим Инжиниринг».

В общем виде способ внепечной термической обработки заключается в нагреве внутреннего объёма изделия, предварительно теплоизолированного с наружной поверхности, теплоносителем, полученным в процессе работы специальных теплогенераторных устройств [4]. Нагреву может подвергаться либо весь корпус изделия, либо его определённый участок, включающий все вновь выполненные сварные соединения. При нагреве определённого участка часть внутреннего нагреваемого объёма, куда подаётся теплоноситель, ограничивается временными теплоизолирующими перегородками.

Особенность конструкции применяемых теплогенераторов обеспечивает высокую скорость подачи теплоносителя во внутренний объём нагреваемого объекта, что в свою очередь вызывает интенсивную рециркуляцию продуктов сгорания в его внутреннем пространстве, и способствует равномерному распределению температуры по всей площади нагреваемой поверхности.

В конкретном случае выбор способа внепечного нагрева обосновывался теплотехническими и прочностными расчётами, результатами чего явилась разработка оптимальной схемы нагрева, обеспечивающей равномерное распределение температуры, а также определения количества источников тепла (теплогенераторов) и их взаимного расположения. В качестве базового источника тепловой энергии принимался жидкотопливный теплогенератор ТГЖ-1 с максимальной мощностью 1 МВт [5].

Подготовка и последующая термообработка осуществлялась следующим образом.

В верхней и нижней части реактора устанавливались временные теплоизолирующие перегородки, ограничивающие необходимый нагреваемый объём со всеми термообрабатываемыми сварными соединениями. Наружная поверхность теплоизолировалась. В имеющиеся на корпусе в нижней (фото 1) и верхней (фото 2) части штатные штуцера устанавливались устройства ввода теплоносителя совмещённые с теплогенераторами. Для контроля и записи температурного режима на наружной поверхности устанавливались термоэлектрические преобразователи типа ТХА (К) соединёнными с прибором контроля и регистрации температуры. Расположение термопреобразователей, а также их количество выбиралось таким образом, что позволяло контролировать процесс изменения температуры нагрева как по высоте, так и по диаметру конструкции.

Процесс самой термообработки заключался в нагреве части отсечённого внутреннего объёма реактора продуктами сгорания жидкого топлива (в данном случае дизельного), получаемыми в процессе работы двух теплогенераторных устройств. Подача топлива из ёмкостей на эжекторы теплогенераторов и в камеры сгорания производилась за счёт энергии сжатого воздуха, подаваемого из цеховой воздушной магистрали. Режим работы регулировался за счёт изменения подачи воздуха и топлива в камеры сгорания. Подача продуктов сгорания осуществлялась через устройства ввода теплоносителя в нижней и в верхней части, закреплённых на фланцах штуцеров, причём конструкция устройств позволяла при необходимости изменить направление тепловых потоков. Выход отработанных продуктов сгорания осуществлялся через ряд штатных штуцеров.

Процесс нагрева контролировался по показаниям контрольно-регистрирующего прибора. Управление процессом осуществлялось вручную путём изменения мощности теплогенераторов (интенсивностью подачи теплоносителя) и изменением направления тепловых потоков. Режим нагрева записывался на диаграммную ленту прибора.

Термообработка проводилась силами и по технологии ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», разработанной в соответствии с РТМ 26-44-82 [6]. Общий цикл термообработки (нагрев, выдержка – охлаждение до 300 °С) составил 16 часов без подготовительных мероприятий, расход дизельного топлива – 1600 литров.

Из трёх подлежащих реконструкции реакторов в 2005 году было термообработано два.

Разработанная технология обеспечивает равномерный нагрев и управляемость процесса с точки зрения достижения и равномерности распределения температуры, что, как следствие, приводит к снижению уровня остаточных сварочных напряжений.

Применение способа внепечного объёмного нагрева позволило сократить сроки работ по реконструкции оборудования с обеспечением их высокого качества в части проведения термообработки.

Видео-очерк по данной работе можно скачать здесь (AVI, MPEG4, 1.22Mb, 28 сек.)

Литература

• 1. ОСТ 26-291-94 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия». – Москва: НПО ОБТ, 1994г.
• 2. ПБ 03-576-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением». – М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзор России», 2005г.
• 3. Корольков П.М. Термическая обработка сварных соединений. – Киев. Экотехнология, 2002г.
• 4. Бабкин В.А., Лавров А.И., Ловырев П.Б. и др. Технологические процессы объёмной термообработки корпусного оборудования нагревом изнутри. - Химическая техника. 2005г. №2.
• 5. Лавров А.И., Ловырев П.Б., Бабкин В.А. и др. Теплогенератор. Свидетельство на полезную модель №29130. Бюл. №12 27.04.2003г.
• 6. РТМ 26-44-82 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и её элементов». – Волгоград, ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», 1982 г.