合成氨装置工艺管道热处理方案

化肥项目合成氨装置第3页共14页工艺管道热处理方案目录TOC\o"1-2"\h\z\u1 编制说明和依据 51.1 编制说明 51.2 编制依据 52 工程特点 53 热处理的作用 53.1 预热的作用 53.2 后热的作用 63.3 焊后热处理的作用 64 热处理的施工准备 64.1 人员准备 64.2 施工设备和材料准备 64.3 技术准备 74.4 热处理作业条件 75 预热 75.1 预热方法的选用 75.2 预热的一般要求 85.3 预热参数 85.4 预热温度的测量 96 后热 97 焊后热处理 97.1 焊后热处理的准备 97.2 焊后热处理的要求 107.3 热电偶 127.4 焊后热处理的时机 137.5 焊后热处理工艺曲线 137.6 焊后热处理的检验 148 返修焊缝的热处理 159 热处理成果保护 1610 安全管理 1610.1 热处理的安全要求 1610.2 职业健康、安全主要控制措施 16编制说明和依据编制说明为指导本项目工艺管道热处理的施工，保证热处理顺利进行最终确保焊接接头的质量，特编制此方案。编制依据1）《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010；2）《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》GB50236-2011；3）《压力管道规范工业管道》GB20801-1~6-20064）《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB50184-2011工程特点化肥项目合成氨装置的工艺管道具有材质种类多、并且高温高压管多的特点，管道壁厚较大，需要进行焊后热处理的焊口较多，主要需要进行焊后热处理的材质有碳钢ASTMA106-B、20#、Q235B，低温钢ASTMA333-6，铬钼合金钢ASTMA335-P11、ASTMA335-P22。热处理的作用预热的作用1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹，同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。2)预热可降低焊接应力，均匀的局部预热和整体预热，可以减少焊接区域被焊工件质检的温度差（也称温度梯度），这样一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。3)预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。后热的作用后热即焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃时，进行的低温热处理，一般规范为加热到200-350℃，然后保温缓冷。焊后消氢处理的主要目的是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢、铬钼钢产生氢致焊接裂纹的效果极为显著。焊后热处理的作用焊后热处理属于消应力热处理，是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或者炉内冷却。用这种方法可以消除80-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。我们现场预制安装管道的焊后热处理都属于局部高温回火。焊后热处理不仅可以消除焊接应力，对于合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏，这种淬硬组织在焊接应力和氢的作用下，可能导致裂纹的产生，如果经过焊后热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。热处理的施工准备人员准备1）热处理人员应具备初中以上文化程度，经过专业技术培训考核合格，方可上岗。2）作业人员应具有相应的工作经验，无工作经验或未经过培训的人员只能从事辅助性的焊接热处理工作。施工设备和材料准备1）热处理工作开始前，管道技术人员应大致统计好需要进行热处理的焊口数，方便准备及采购热处理需要的设备及材料。2）热处理施工前，热处理设备应经调试合格，设备应满足工艺要求，参数调节灵活、方便，通用性好，运行稳定、可靠并满足安全要求。3）热处理应采用自动温度控制箱，并配有自动打印记录仪，设备的温度精度应在5℃以内。4）热处理所用热电偶、记录仪表和硬度计必须经过校验合格，并在有效期内使用。5）热处理用保温材料，性能应满足工艺及环保要求。技术准备1）热处理施工前，应根据设计文件、标准、规范、工艺的要求，编制热处理施工方案或热处理技术措施。2）热处理前，向施工作业人员进行详细的施工技术交底。热处理作业条件1）热处理作业人员已熟练掌握热处理的方法、程序和作业技术要求及质量控制标准，并已掌握热处理设备和测量仪表的操作要领。2）管线号、焊口号等信息标识清楚并和委托单一致，具有可追溯性。3）焊接工作已完成，焊缝外观检查合格，除铬钼耐热钢外，焊缝已经过无损检测合格。预热预热方法的选用焊前预热采用火焰加热，加热范围应以焊缝中心为基准，每侧不应小于焊件厚度的3倍，且不小于100mm。预热的加热范围如下图：对于厚壁管道，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。孟加拉地区环境温度较高，加热过程中，热量损失较小，因此火焰加热可以保证管道加热的均匀性。预热的一般要求1）预热应包括定位焊、补焊、螺纹接头的密封焊。2）预热温度等要求应在焊接工艺中规定，并经焊接工艺评定验证。3）对有预热要求的材料的临时焊缝，也应考虑预热要求。4）预热时应上下缓慢移动，禁止单边加热完一边再加热另一边，应保证内外壁均匀加热，温度缓步上升。5）如焊缝不能一次焊接完成，需要中断焊接，再次焊接时应进行检查，无裂纹按焊接工艺规程的规定重新进行预热、焊接。6）不同钢种进行焊接时，预热应按淬硬倾向大的一侧预热温度进行，铁素体钢与奥氏体钢组成的焊接接头，奥氏体钢一侧可不进行预热。预热参数当设计文件没有特殊说明时，管道预热温度按下表执行：母材类别母材材质要求预热厚度最低预热温度（℃）碳钢、碳锰钢A106-B≥258020#、Q235B≥2580A333-6≥2580铬钼钢A335-P11全部150A335-P22全部1751）要求焊前预热的焊件，其焊接过程中的道间温度不得低于预热温度，碳钢和低合金钢的最高预热温度和道间温度不易高于250℃。2）非奥氏体异种钢焊接时，应按焊接性较差的一侧钢材选定焊前预热温度。预热温度的测量本项目选用红外测温枪对预热温度进行实时监测，方便快捷。后热对易产生焊接延迟裂纹的钢材（铬钼钢P11、P22），如有焊后热处理要求，则焊后应立即进行热处理，当不能立即进行焊后热处理时，应在焊后立即均匀加热至200～350℃，并用岩棉保温缓冷至室温。保温时间应根据后热温度和焊缝金属的厚度确定，当13<t≤25时，不应小于2小时，当25<t时且不应小于4小时，其保温范围不应小于焊前预热的范围。对于要求进行焊后热处理的铬钼钢焊缝，如中断焊接，也应进行后热处理。焊后热处理焊后热处理的准备1）操作人员应熟悉热处理设备及相关仪表的使用规程。2）热处理设备检查完好并经报验合格。热电偶、温控仪应经计量检定合格且在有效期内。3）按设备接线要求将电源接至输入端，注意相线和零线不能接错，电缆线、补偿导线使用前要检查是否有短路、断路及胶皮损坏情况，保证施工安全。4）在设备输出端接上相应的负载。注意各路负载要考虑其平衡性，每路负载的总功率不得超过额定值。5）热处理之前，管道工程师应根据设计和规范要求确定需要热处理的管道单线，当焊接完成检验合格后应及时下发热处理委托单并经总包确认后交热处理部门实施。6）对于地面预制焊口，应在热处理场所搭设专用防风防雨棚。并在四周设置围栏和标牌，禁止无关人员进出。7）需热处理工件在热处理前应垫牢，不能晃动，热处理前将管道加热区表面清理干净。对于较长尺寸管道热处理，必须进行必要的加固支撑。特别是现场固定焊口，热处理前应对管道进行确认，必要时进行增加临时加固支撑，以防止热处理过程中因材料强度降低造成管道永久变形。8）焊缝热处理前，应将管道两端管口封闭，以防管内气体流动。9）对于有可能因加热而损坏的管道配件，热处理前应进行拆除。10）对于热处理周边易燃物品应及时移开，以防止火灾发生。11）热处理用保温、固定件的焊接应选用与该管道焊接相同的焊条、焊丝，按本项目焊接方案焊接工艺进行。焊后热处理的要求1）焊后热处理采用履带或陶瓷电加热器进行，温度检测采用热电偶，保温材料采用硅酸铝针刺保温毯或陶瓷纤维毯，密度为128kg/m3，长期使用温度≤1100℃，保温材料应存放在干燥、清洁的地方。保温宽度从焊缝中部算起每侧不小于管子壁厚的5倍，覆盖加热区以外200mm。测温宜采用热电偶并用自动温度记录仪记录热处理曲线。2）热处理的加热范围为焊缝两侧各不小于焊缝宽度的3倍，且不小于50mm。加热范围示意图如下图：3）热处理前，应将测温热电偶牢固地安置于工件上，将热电偶的引出线接至控温柜内电偶接线柱上，注意热电偶与加热器的一一对应关系，避免控温错误。4）焊缝热处理过程中，应准确地控制加热温度，且使加热区温度分布均匀。5）将控温仪表的设定值设置为所需的热处理参数，打开温度记录仪电源开关，用自动记录仪记录热处理曲线。6）热处理时，应保证温度的均匀性和对温度的控制，焊后热处理的加热速率、恒温时间及降温速率，应符合下列规定。a.当温度升至400℃时，升温速率不应大于（205×25/t）℃/h，且不得大于205℃/h。恒温期间，最高与最低温差应小于65℃，冷却速率不应大于（260×25/t）℃/h，且不得大于260℃/h，400℃以下可以自然冷却。b.焊后热处理的温度及时间，见下表，其中厚度为对接接头中较厚的厚度：母材类别母材材质要求热处理厚度mm热处理温℃保温时间min/mm最短保温时间h碳钢、碳锰钢A106-B>19600~6502.4120#、Q235B>19600~6502.41A333-6>19600~6502.41铬钼钢A335-P11>13700~7502.42A335-P22>13700~7602.427）铁素体钢之间的异种钢焊接接头的焊后热处理，应按上表两者之中的较高热处理温度进行，但不应超过另一侧钢材的临界点Ac1。8）支管、角焊缝的热处理厚度要求见GB20801-4中9.2.2的相关要求。9）对于易产生延迟裂纹的焊接接头，若焊后不能及时进行热处理，则按后热要求进行后热并保温缓冷。10）对于铁素体材料，当受条件限制无法进行热处理时，经总包或业主同意，按照规范可采用奥氏体或镍基填充金属焊接，但应保证操作条件（如不同的线膨胀系数）对焊缝不产生不利影响。12）每次最多对6个焊缝进行热处理（一张图表）。13）加热和冷却过程中，相同焊缝的热电偶温度差不能超过30度。14）保温层应紧贴焊件，接缝应严密，多层保温时，各层接缝应错开，热处理过程中保温层不得松动脱落。15）按工艺要求进行热处理：开始送电时应将电压从最小值逐渐提高，待一切运行正常后，再按实际需要情况进行送电。当温度出现偏差时，要及时查找原因进行调整。16）每道焊口热处理完成后，应及时在热处理自动测温记录曲线上注明管线号、焊道编号和热处理日期，并在管线单线图上做好标识。17）热处理完成的焊口，在焊缝两侧用记号笔划出已经做过热处理的标识并同步整理热处理、硬度测试报告。18）工件经热处理后不应再施焊、锤击和折弯。热电偶1）热电偶采用镍-铬/镍-铝电线。2）按照直线电容放电法将热电偶连接至工作部件，电线/工作部件接头之间的距离不得超过5mm。3）注意确保热电偶导线之间或与金属部件相互没有接触，并且远离热接点。4）热处理过程中应防止热电偶与焊件接触松动。5）热电偶应安装于焊接中心线上，数量和位置详见如下：(1)(1)(3)(4)(2)(5)(6)◆当D≤4”时，至少需要1个热电偶，安装在（1）位置上。◆当4”<D12”时，热电偶2个，安装在（1）和（4）位置上。◆当12’<D<20”时，热电偶3个，安装在（1）、（3）和（5）位置上。◆当D≥20”时，热电偶4个，安装在1）、（2）和（4）、（6）位置上。焊后热处理的时机对于碳钢、低温钢的焊后热处理可以在焊缝的无损检测之前也可在无损检测之后进行；对于有延迟裂纹和再热裂纹倾向的铬钼合金钢，焊后热处理在焊缝的无损检测之前进行：即焊接完成后，经质检人员外观检查合格，即可进行焊后热处理，热处理完成后经过24h时效，方可进行无损检测。对铬钼合金钢如由于条件限制无法在无损检测前进行热处理，则首先对焊缝进行后热处理，然后经24h时效进行无损检测，再进行焊后热处理，焊后热处理后应对焊口进行超声波检测和渗透或磁粉检测，无缺陷为合格。焊后热处理工艺曲线热处理工艺曲线（以Cr-Mo合金钢管为例）见下图所示，恒温温度及恒温时间参照本方案：焊后热处理的检验质量检验标准及方法1）对进行现场热处理的管道，应检查热处理温度的记录曲线、加热区域宽度。2）焊后热处理后，焊接接头的热处理质量应采用硬度测定法按下列规定进行检查。3）所有需热处理的焊缝，应100%进行硬度值测定。焊接接头的硬度测定区域应包括焊缝和热影响区，热影响区的测定区域应紧邻熔合线。每道热处理焊口均应进行硬度检测，每道焊口检查不少于1处（包括焊缝、热影响区两个测点）。对于异种金属的焊缝，两侧母材热影响区均应进行硬度检验。4）热处理后硬度合格指标见下表：母材类别母材材质布氏硬度HB≤碳钢、碳锰钢A106-B20020#、Q235B200A333-6200铬钼钢A335-P11225A335-P222415）热处理后如进行焊接返修、弯曲成形加工或硬度检查超过规定要求的焊缝应重新进行热处理。质量控制点质量控制点序号质量控制点控制等级（A、B、C）控制措施1预热C均匀缓慢加热，用测温仪实时监测2后热C均匀缓慢加热，用测温仪实时监测3保温缓冷C提前准备好保温材料，及时包扎焊口4热处理委托BR仔细核对委托数据，和实物保持一致5热电偶固定C固定可靠6400℃以上的升温速度及各测温点温差C手动与自动温度比较、及时调控电加热器7恒温温度、时间及温差C手动与自动温度比较、及时调控电加热器8400℃以上的降温速度及各测温点温差C手动与自动温度比较、及时调控电加热器9热处理过程温度记录曲线BR手动和自动温度记录随时对照10热处理时机C每日更新焊接数据库，确保热处理时机正确11硬度检测BR质检员跟踪参与，见证热处理效果12热处理报告BR仔细核对，参数正确，具有可追溯性返修焊缝的热处理1）如焊缝需要返修，返修时应采用原焊接工艺进行返修，且预热温度应取上限，预热范围宜适当扩大。2）热处理后进行的返修，返修的焊接接头焊后热处理恒温时间按焊缝返修的厚度确