Проведена уникальная объемная внепечная термическая обработка шаровых резервуаров
Специалистами ПАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры» в сентябре 2013г. была проведена уникальная объемная внепечная термическая обработка первого из шести шаровых резервуаров, предназначенных для хранения жидкого аммиака, изготовленных предприятием ОАО «Уралхиммаш». Работа выполнялась в рамках действующего договора на предприятии ООО «Балаковские минеральные удобрения» (ООО БМУ) г. Балаково Саратовской области.
Резервуар представляет собой тонкостенную сферическую оболочку объемом 3000м3, внутренним диаметром 18 метров и массой около 190 тонн. Материальное исполнение резервуара – сталь 09Г2С-12 ГОСТ 5520-79, толщина стенки 22 мм. Изделие поставляется частями, укрупненными в пределах габаритов, установленных для железнодорожных перевозок. Последующая сборка, требующая проведения значительного объема сварочных работ, проводилась по заводской технологии непосредственно на строительной площадке и осуществлялась ЗАО ПО «Уралэнергомонтаж». Большое количество сварных соединений обуславливает существенные объемные напряжения в корпусе конструкции. Кроме того, необходимо учитывать напряжения, возникающие при проведении сборочно-монтажных работ, холодной вальцовки элементов корпуса (лепестки, днища), подгонки сварочных кромок, а также общую массу и ветровые нагрузки.
По отношению к стали 09Г2С жидкий аммиак не коррозионен, но вызывает коррозионное растрескивание в случае превышения растягивающими напряжениями порогового значения, составляющего 0,3 значения предела текучести. В соответствии с требованиями проектной документации И28/08-11/3232КМ, а также других НТД (в частности ГОСТ Р52630-2006; ПБ 03-584-03, и др.), для предотвращения коррозионного растрескивания необходимо выполнить объемную термическую обработку либо альтернативную ей локальную термообработку сварных соединений по режиму высокого отпуска. Однако, следует отметить, что локальная (местная) термическая обработка оказывает влияние на напряженное состояние только сварных соединений, не затрагивая объемных напряжений всей конструкции. Кроме того, возможные неточности в проведении циклов местной термообработки столь габаритной конструкции могут усилить напряженное состояние.
Учитывая приведенные факторы, а также значительные научно-практические знания и опыт, приобретенный при разработке и реализации объемной термической обработки крупногабаритных стальных конструкций на объектах строительства (декомпозеры объемом 3600м3 ОАО БАЗ «СУАЛ»; коксовые камеры Ø 8000 мм ООО «РН-Комсомольский НПЗ»; вакуумная колонна Ø 9600 мм «РН-Туапсинский НПЗ»; сферические резервуары объемом 600м3 ОАО «ТАИФ-НК» и т.д.), было решено применить способ внепечного объемного нагрева для термообработки полностью смонтированного шарового резервуара.
Способ внепечной термической обработки заключался в нагреве внутреннего объема изделия, предварительно теплоизолированного с наружной поверхности, продуктами сгорания жидкого топлива в процессе работы специальных теплогенераторных устройств. При этом нагреву по режиму высокого отпуска подвергался весь корпус изделия, а следовательно, одновременно и все сварные соединения, что позволило значительно сократить цикл термообработки и обеспечить ее высокое качество.
Нагрев обеспечивался работой четырех теплогенераторных устройств типа ТГЖ-2 мощностью от 0,3 до 2 МВт каждый. Ввод теплоносителя осуществлялся через специальные устройства, установленные с двух диаметрально противоположных по высоте сторон. Выход продуктов сгорания обеспечивался через отверстия штуцеров в верхней части корпуса.
Процесс проводился и контролировался по показаниям контрольно-регистрирующих приборов, управление осуществлялось путем изменения мощности теплогенераторов и изменением количества выходящих продуктов сгорания.
Для записи температурного режима на наружной поверхности под слоем теплоизоляции устанавливалось 36 термопар типа ТХА (К), соединенные с тремя 12-точечными потенциометрами «Yokogawa μR2000». Расположение термопар, а также их число выбирались исходя из возможности контроля процесса изменения температуры по высоте, диаметру и периметру резервуара.
Режим термической обработки осуществлялся в соответствии с требованиями технологической инструкции, разработанной на основании действующей НТД. Скорость нагрева составляла около 50°С/час, температура нагрева (выдержки) 610…640°С, время выдержки при данной температуре – 1 час. Скорость охлаждения до 420°С – не более 40 °С/ч. Перепад температур при нагреве не превышал 70°С (верх – низ), при выдержке - 30°С. Общий цикл термообработки без подготовительных мероприятий составил 24 часа.
Таким образом, применение способа внепечного нагрева позволило сократить время проведения работ при высоком качестве термообработки и снижение суммарных остаточных напряжений (сварочных, сборочно-монтажных и др.).
Технология обеспечила равномерный нагрев и хорошую управляемость процесса термообработки.
Опыт, полученный при термообработке, в дальнейшем может быть использован при строительстве аналогичных или более крупногабаритных изделий, конструкция, материалы и условия изготовления которых требуют проведения данного технологического процесса (наличие коррозионной среды, толщина стенки, марка применяемой стали).
