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摘要：随着社会主义经济的发展，球罐这种承压高、容量大的压力容器越来越多的应用于各个领域。由于CF钢的性质稳定、强度高及整体造价经济等优点，被广泛应用。国家质量监督检验检疫总局规定CF钢消除应力整体热处理必须采取新工艺、新设备进行。因此，对CF钢消除应力整体热处理成为各施工单位首要完成的任务。
关键词：CF钢球罐消除应力整体热处理
中图分类号：TU391文献标识码： A
球罐焊后热处理的目的是释放球罐焊接残余应力，稳定球罐结构，改善焊缝金相组织，从而使淬硬组织软化，降低敷熔金属的含氢量，提高金属耐腐蚀性和冲击韧性和球罐的使用寿命。正确的热处理可以防止焊接部位的脆性破坏和延迟裂纹。CF钢球罐热处理时，热处理设备选用了德国欧宝EK9100型燃烧器。
1、整体热处理前的准备工作
1.1与球罐受压件连接的焊接工作全部完成；
1.2热处理前的各项无损检测工作全部完成；
1.3与热处理无关的接管已采用盲板封堵；
1.4产品焊接试板已布置在球罐热处理过程中高温区的外侧,并用支架及楔铁使其与球壳紧贴，间隙用无锈细铜丝塞紧，以便导热；
1.5松开拉杆和地脚螺栓，并在支柱地脚板底部设置移动装置，移动装置是用钢板焊上加强筋的一个小框架，固定在球罐基础的内外两侧，设置螺旋千斤顶于支架与框架之间，在基础滑板上画出位移标记；
1.6在球罐上人孔处，设置烟囱一个，烟囱高度为2米，烟囱下端通过用钢板制作的一个简易法兰与球罐上人孔法兰连接，用螺栓紧固，烟囱内装有防火罩和旋转阀，旋转阀的翻板直径比烟囱内径小10㎜左右，以满足翻版热膨胀的需要，并能在恒温期间防止烟囱外壁散热太多，影响恒温效果，通过旋转阀的开闭，可调节热处理的升温速度；
1.7测温用热电偶及保温用钢带均已布置完毕；
1.8加热系统已经试点火确认合格；
1.9已采取防雨、防风、防火和防停电等预防措施。
2、消除应力热处理的保温
2.1在上、下人孔处，用螺栓固定两个钢带圈，与人孔法兰平行同心。在赤道带中心线上部约1m处，将环绕球壳板的钢带圈焊接于预焊件上，钢带选用40㎜扁钢，用钢丝将保温被串起，钢丝两端与钢带圈紧密连接。
2.2保温材料选用能耐650℃高温，并对球壳无腐蚀、容重低、导热系数小的无碱超细玻璃棉，并应保持干燥，不得受潮；保温层应紧贴球壳表面，局部间隙不宜大于20㎜，厚度均匀，无空洞处，片与片之间要搭接紧密，外部用铁丝加以紧固，下部的铁丝须加密，以防止在球罐加热过程中保温层脱离。球罐人孔、接管、连接板均应进行保温；从支柱与球壳连接焊缝的下端算起，向下不小于1㎜长度范围内的支柱应进行保温，保温层的厚度不应小于80㎜。保温工作结束后，应组织人员对保温质量进行认真检查
在恒温时间内，保温层外表温度不宜大于60℃
3、焊后整体热处理的测温系统
热处理过程的温度测量采用远距离连续自动检测系统，球罐本体上的热电偶把各个温度值通过补偿导线输出到中央控制系统，并在电脑上给予显示。测温用热电偶、补偿导线应经检验合格，方可使用。
测温点应均匀布置在球壳外表面，相邻测温点呈现等边三角型布置热电偶的间距宜为4.5m，距上下人孔与球壳板环焊缝边缘200㎜范围内应设置测温点各1个，球罐的产品焊接试板应对称布置在球罐的上半部，产品焊接试板应保证与球罐紧密接触，进行保温时应另增加一层保温被。每块产品焊接试板应设测温点1个。球罐测温点总数应不低于规范要求，其中包括每块产品焊接试板设置测温点1点。具体位置详见球罐测温点布置图。
按测温点布置图在测温点位置用砂轮磨出金属光泽，采用热熔法将热电偶点焊固定在球罐外表面的相应位置，待保温结束后，用补偿导线与电脑连接。
4．消除应力整体热处理的工艺
4.1球罐热处理温度应符合设计及焊接工艺评定的要求，CF钢一般为570±25℃，恒温时间为的D/25小时（D为球罐厚度）；加热时，在300°以下可不控制升温速度，300℃以上，升温速度宜控制在50～80℃/h的范围内。降温时，从热处理温度到300°的降温速度宜控制在30～50℃/h范围内，300℃以下可在空气中自然冷却。
4.2在300℃以上阶段，球壳表面上任意两点的温差不得大于130℃，因钢材在消除内应力的热处理过程中，内应力主要是在降温过程中消除的，故应尽量控制好冷却速度。
5、消除应力整体热处理的装置
为保证整体热处理所需足够的热能，选用了德国欧宝EK9100型燃烧器，该燃烧器油器自动配比，输出功率自动调整，柴油燃烧所需的二次风由燃烧器自带风机按理想状态供给，以保证柴油燃烧充分，该燃烧器最大可以产生1020×104Kcal/h的热量。
本设备由热处理电脑控制仪、中央控制系统、供油系统、供风系统、供气系统和燃烧系统共同组成。
整个设备的温控原理为：先设定升、降温度和各测温点温差限定值，球罐本体上的热点偶把各个测温点温度值通过补偿导线输送到中央控制系统，中央处理器将实测温度与设定参数比较并进行调节；当满足设定条件时，当实测温度差及升降速度不符合设定参数时，中央控制系统自动调整烟道蝶阀的开启程度和燃烧器的功率输出，直至达到整个热处理过程自动完成。
6．消除应力整体热处理的操作过程
6.1自由升温阶段（常温～300℃）
首先点燃助燃器，火焰稳定后，缓慢加风，达到兰色尖状且不被吹灭的最佳燃烧状态后，穩定几分钟，开始供油。此后中央控制系统将自动调整燃烧器的功率，加大油量、风压，开始升温。
6.2控制升温阶段（300℃～恒温温度）
中央控制系统自动调整燃烧器的功率，加大风压、油量，升温速度按设定值进行控制，并开始打印记录。
6.3恒温阶段（550℃～590℃）
中央控制系统将根据各测温点的数值，自动调整燃烧器的功率，减少风压、油量，保持恒温D/25小时（D为球罐厚度）。
6.4.控制降温阶段（恒温温度～（300℃）
熄火，打开烟道旋转阀，开启燃烧器的风机部分，往罐内送风，自动控部分对风机设定数值进行调节，以保证降温速度要求。
6.5自由降温阶段
关闭燃烧器的风机部分，进行空冷，同时停止纪录。整个热处理过程中，除自由降温外，均应设专人定岗操作和监测测温系统，发现测温元件失灵应及时修复，发现测温点温度偏离工艺曲线或升、降温速度温差超标时，应立即采用调整措施。
7、消除应力整体热处理的柱脚移动处理
7.1球罐安装前在基础滑板上均匀涂抹黄甘油，确保热处理进行支柱移动时顺畅。每台可设置四组支柱移动装置，需要支柱移动时，在每个支柱底板处，通过螺旋千斤顶进行调整，加热时千斤顶放在里侧，降温时放在外侧，利用已安装好的柱脚移动装置，温度每上升或下降100℃左右即沿径向方向向外或向内进行一次调整，并做好记录。移动支柱脚时应平稳缓慢。
柱腿位移值计算公式：
△L=αR△T
其中：△T为温度变化值；
R为球罐半径；
α为线膨胀系数（钢一般为1.2×10-5）;
7.2整体热处理结束后，支柱应及时回位，并测量和调整支柱垂直和拉杆的挠度。支柱径向和轴向两方向的垂直度允许偏差应符合《球罐施工及验收规范》的要求。
7.3热处理结束后，拆除保温层后，及时将热电偶的定位焊点用砂轮磨去，并进行磁粉或渗透探伤检查，不应有超标缺陷。
8、消除应力整体热处理效果的认定
升温、恒温、降温各阶段有关数值均应符合设计、规范的要求。
8.1热处理效果测定
将经过热处理的试板取下来，做各种机械性能、化学成分及金相组织等分析，以检验球罐热处理的最终效果。
产品焊接试板各项机械性能试验值合格。
热处理过程的记录数据应清晰、整洁，不得随意涂改，应注目设备位号、热处理时间，并经热处理技术负责人签字认可。
9、保证消除应力整体热处理的有关措施
9.1整体热处理施工现场应成立安全消防组织，设立专职人员日夜值班，进行防火监护。
9.2对球罐周围的易燃物应清理干净，并划定安全距离范围。
9.3施工现场应备有适用的灭火物质和防火工具，并放置于手提式干粉灭火器，并适当固定。
9.4照明用碘钨灯应安装牢固，其正面距离可燃物应大于4m，背面距离可燃物应大于1m。
9.5整体热处理前，应与建设单位和供电部门取得联系，以保证整体热处理过程中的有效供电需求，不得中途断电。
9.6在整体热处理前，应与当地气象部门取得联系，以避免在风、雨天气进行整体热处理，并准备足以覆盖球罐表面的耐高温的棚布，以便在雨水出现时覆盖。
9.7对于液化石油气、柴油等易燃物储罐或管线应注意加强维护。
9.8在球罐进风筒附近，无关人员不得靠近，以免反喷伤人。
结论：我公司使用本工艺于2008年3月，在河北省武安市对1000m3CF-62氧气球罐进行消除应力整体热处理，并通过国家局认证。实践得出：通过本工艺进行的CF钢消除应力整体热处理，完全满足设计及验收规范要求。
关键词：CF钢球罐消除应力整体热处理
中图分类号：TU391文献标识码： A
球罐焊后热处理的目的是释放球罐焊接残余应力，稳定球罐结构，改善焊缝金相组织，从而使淬硬组织软化，降低敷熔金属的含氢量，提高金属耐腐蚀性和冲击韧性和球罐的使用寿命。正确的热处理可以防止焊接部位的脆性破坏和延迟裂纹。CF钢球罐热处理时，热处理设备选用了德国欧宝EK9100型燃烧器。
1、整体热处理前的准备工作
1.1与球罐受压件连接的焊接工作全部完成；
1.2热处理前的各项无损检测工作全部完成；
1.3与热处理无关的接管已采用盲板封堵；
1.4产品焊接试板已布置在球罐热处理过程中高温区的外侧,并用支架及楔铁使其与球壳紧贴，间隙用无锈细铜丝塞紧，以便导热；
1.5松开拉杆和地脚螺栓，并在支柱地脚板底部设置移动装置，移动装置是用钢板焊上加强筋的一个小框架，固定在球罐基础的内外两侧，设置螺旋千斤顶于支架与框架之间，在基础滑板上画出位移标记；
1.6在球罐上人孔处，设置烟囱一个，烟囱高度为2米，烟囱下端通过用钢板制作的一个简易法兰与球罐上人孔法兰连接，用螺栓紧固，烟囱内装有防火罩和旋转阀，旋转阀的翻板直径比烟囱内径小10㎜左右，以满足翻版热膨胀的需要，并能在恒温期间防止烟囱外壁散热太多，影响恒温效果，通过旋转阀的开闭，可调节热处理的升温速度；
1.7测温用热电偶及保温用钢带均已布置完毕；
1.8加热系统已经试点火确认合格；
1.9已采取防雨、防风、防火和防停电等预防措施。
2、消除应力热处理的保温
2.1在上、下人孔处，用螺栓固定两个钢带圈，与人孔法兰平行同心。在赤道带中心线上部约1m处，将环绕球壳板的钢带圈焊接于预焊件上，钢带选用40㎜扁钢，用钢丝将保温被串起，钢丝两端与钢带圈紧密连接。
2.2保温材料选用能耐650℃高温，并对球壳无腐蚀、容重低、导热系数小的无碱超细玻璃棉，并应保持干燥，不得受潮；保温层应紧贴球壳表面，局部间隙不宜大于20㎜，厚度均匀，无空洞处，片与片之间要搭接紧密，外部用铁丝加以紧固，下部的铁丝须加密，以防止在球罐加热过程中保温层脱离。球罐人孔、接管、连接板均应进行保温；从支柱与球壳连接焊缝的下端算起，向下不小于1㎜长度范围内的支柱应进行保温，保温层的厚度不应小于80㎜。保温工作结束后，应组织人员对保温质量进行认真检查
在恒温时间内，保温层外表温度不宜大于60℃
3、焊后整体热处理的测温系统
热处理过程的温度测量采用远距离连续自动检测系统，球罐本体上的热电偶把各个温度值通过补偿导线输出到中央控制系统，并在电脑上给予显示。测温用热电偶、补偿导线应经检验合格，方可使用。
测温点应均匀布置在球壳外表面，相邻测温点呈现等边三角型布置热电偶的间距宜为4.5m，距上下人孔与球壳板环焊缝边缘200㎜范围内应设置测温点各1个，球罐的产品焊接试板应对称布置在球罐的上半部，产品焊接试板应保证与球罐紧密接触，进行保温时应另增加一层保温被。每块产品焊接试板应设测温点1个。球罐测温点总数应不低于规范要求，其中包括每块产品焊接试板设置测温点1点。具体位置详见球罐测温点布置图。
按测温点布置图在测温点位置用砂轮磨出金属光泽，采用热熔法将热电偶点焊固定在球罐外表面的相应位置，待保温结束后，用补偿导线与电脑连接。
4．消除应力整体热处理的工艺
4.1球罐热处理温度应符合设计及焊接工艺评定的要求，CF钢一般为570±25℃，恒温时间为的D/25小时（D为球罐厚度）；加热时，在300°以下可不控制升温速度，300℃以上，升温速度宜控制在50～80℃/h的范围内。降温时，从热处理温度到300°的降温速度宜控制在30～50℃/h范围内，300℃以下可在空气中自然冷却。
4.2在300℃以上阶段，球壳表面上任意两点的温差不得大于130℃，因钢材在消除内应力的热处理过程中，内应力主要是在降温过程中消除的，故应尽量控制好冷却速度。
5、消除应力整体热处理的装置
为保证整体热处理所需足够的热能，选用了德国欧宝EK9100型燃烧器，该燃烧器油器自动配比，输出功率自动调整，柴油燃烧所需的二次风由燃烧器自带风机按理想状态供给，以保证柴油燃烧充分，该燃烧器最大可以产生1020×104Kcal/h的热量。
本设备由热处理电脑控制仪、中央控制系统、供油系统、供风系统、供气系统和燃烧系统共同组成。
整个设备的温控原理为：先设定升、降温度和各测温点温差限定值，球罐本体上的热点偶把各个测温点温度值通过补偿导线输送到中央控制系统，中央处理器将实测温度与设定参数比较并进行调节；当满足设定条件时，当实测温度差及升降速度不符合设定参数时，中央控制系统自动调整烟道蝶阀的开启程度和燃烧器的功率输出，直至达到整个热处理过程自动完成。
6．消除应力整体热处理的操作过程
6.1自由升温阶段（常温～300℃）
首先点燃助燃器，火焰稳定后，缓慢加风，达到兰色尖状且不被吹灭的最佳燃烧状态后，穩定几分钟，开始供油。此后中央控制系统将自动调整燃烧器的功率，加大油量、风压，开始升温。
6.2控制升温阶段（300℃～恒温温度）
中央控制系统自动调整燃烧器的功率，加大风压、油量，升温速度按设定值进行控制，并开始打印记录。
6.3恒温阶段（550℃～590℃）
中央控制系统将根据各测温点的数值，自动调整燃烧器的功率，减少风压、油量，保持恒温D/25小时（D为球罐厚度）。
6.4.控制降温阶段（恒温温度～（300℃）
熄火，打开烟道旋转阀，开启燃烧器的风机部分，往罐内送风，自动控部分对风机设定数值进行调节，以保证降温速度要求。
6.5自由降温阶段
关闭燃烧器的风机部分，进行空冷，同时停止纪录。整个热处理过程中，除自由降温外，均应设专人定岗操作和监测测温系统，发现测温元件失灵应及时修复，发现测温点温度偏离工艺曲线或升、降温速度温差超标时，应立即采用调整措施。
7、消除应力整体热处理的柱脚移动处理
7.1球罐安装前在基础滑板上均匀涂抹黄甘油，确保热处理进行支柱移动时顺畅。每台可设置四组支柱移动装置，需要支柱移动时，在每个支柱底板处，通过螺旋千斤顶进行调整，加热时千斤顶放在里侧，降温时放在外侧，利用已安装好的柱脚移动装置，温度每上升或下降100℃左右即沿径向方向向外或向内进行一次调整，并做好记录。移动支柱脚时应平稳缓慢。
柱腿位移值计算公式：
△L=αR△T
其中：△T为温度变化值；
R为球罐半径；
α为线膨胀系数（钢一般为1.2×10-5）;
7.2整体热处理结束后，支柱应及时回位，并测量和调整支柱垂直和拉杆的挠度。支柱径向和轴向两方向的垂直度允许偏差应符合《球罐施工及验收规范》的要求。
7.3热处理结束后，拆除保温层后，及时将热电偶的定位焊点用砂轮磨去，并进行磁粉或渗透探伤检查，不应有超标缺陷。
8、消除应力整体热处理效果的认定
升温、恒温、降温各阶段有关数值均应符合设计、规范的要求。
8.1热处理效果测定
将经过热处理的试板取下来，做各种机械性能、化学成分及金相组织等分析，以检验球罐热处理的最终效果。
产品焊接试板各项机械性能试验值合格。
热处理过程的记录数据应清晰、整洁，不得随意涂改，应注目设备位号、热处理时间，并经热处理技术负责人签字认可。
9、保证消除应力整体热处理的有关措施
9.1整体热处理施工现场应成立安全消防组织，设立专职人员日夜值班，进行防火监护。
9.2对球罐周围的易燃物应清理干净，并划定安全距离范围。
9.3施工现场应备有适用的灭火物质和防火工具，并放置于手提式干粉灭火器，并适当固定。
9.4照明用碘钨灯应安装牢固，其正面距离可燃物应大于4m，背面距离可燃物应大于1m。
9.5整体热处理前，应与建设单位和供电部门取得联系，以保证整体热处理过程中的有效供电需求，不得中途断电。
9.6在整体热处理前，应与当地气象部门取得联系，以避免在风、雨天气进行整体热处理，并准备足以覆盖球罐表面的耐高温的棚布，以便在雨水出现时覆盖。
9.7对于液化石油气、柴油等易燃物储罐或管线应注意加强维护。
9.8在球罐进风筒附近，无关人员不得靠近，以免反喷伤人。
结论：我公司使用本工艺于2008年3月，在河北省武安市对1000m3CF-62氧气球罐进行消除应力整体热处理，并通过国家局认证。实践得出：通过本工艺进行的CF钢消除应力整体热处理，完全满足设计及验收规范要求。