拼装式热处理加热炉及其建造方法

拼装式热处理加热炉及其建造方法
【专利摘要】一种拼装式热处理加热炉，其特征是包括多边体结构炉体(1)、炉底(2)、扇形顶板模块(3)和圆形盖板(4)拼装而成的圆锥台型炉顶、三格平板型炉壁模块(5)、二格平板型炉壁模块(6)和单格平板型炉壁模块(7)。本发明的有益效果是对预制成型的设备模块，在拼装式热处理加热炉内进行整体热处理，与目前工程上常用的电加热片缠绕局部热处理法、内部燃油整体热处理法、外部燃油烟气输入整体热处理法相比，有施工方便、应力消除效果好、保温材料重复利用率高、消耗的人工工时少、能源消耗少、成本低而工效高等优点。
【专利说明】拼装式热处理加热炉及其建造方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于化工建设【技术领域】，涉及一种大型化工设备现场组焊过程中，分段模 块的整体热处理装置，尤其是一种拼装式热处理加热炉及其建造方法。

【背景技术】
[0002] 化工装置的规模不断向大型化方向发展，超高、超大、超重设备往往需在施工现场 进行组焊。拼装式热处理加热炉的应用，可高效完成现场组焊的有热处理要求之设备分段 模块的焊后整体热处理工序，其应用前景非常广阔。
[0003] 化工装置中的设备种类繁多、规格各异，因生产工艺需求，许多设备要求焊后进行 消除残余应力的热处理。
[0004] 目前工程上常用的现场热处理工艺主要有电加热片缠绕局部热处理法、内部燃油 整体热处理法、外部燃油烟气输入整体热处理法。
[0005] 电加热片缠绕局部热处理的施工方法为，在设备模块的现场焊缝上设置磁力压紧 式电加热片；焊缝的内表面、外表面同时包裹硅酸铝保温材料，保温材料的包裹宽度需覆盖 整个热影响区；通电使电加热片对设备模块的现场焊缝进行升温并控制升温速度；达到热 处理工艺规定的温度后保持恒温，恒温时间按热处理工艺确定；之后控制降温至热处理工 艺规定的温度，切断电源自由冷却；冷却至常温后，拆除硅酸铝保温材料和电加热片。此法 的缺点是复杂空间的作业环境增加，安全风险高；对设备模块的现场焊缝需逐条进行局部 热处理，重复作业内容多、保温材料损耗大、耗时长、能源消耗大、硅酸铝保温材料的棉絮对 环境损害程度大；另外，受气候条件、硅酸铝保温材料包裹过程中的致密性和包裹宽度、电 加热片损坏等条件的影响，热处理后，会出现热影响区应力消除不均匀、不彻底等现象。
[0006] 内部燃油整体热处理法、外部燃油烟气输入整体热处理法,设备外壁均需全部使 用硅酸铝保温材料进行包裹，有硅酸铝保温材料使用量大、环境损害程度大的缺点，对超 高、超重设备进行整体热处理时，还需核算设备材料在热处理过程中各温度区间的刚性及 膨胀量，采取必要的加固和防变形、防失稳等措施，核算工作繁杂、施工成本高。另外，在硅 酸铝保温材料的包裹期间、热处理工艺实施期间，突变的气象条件对热处理过程的影响巨 大；热处理后，附着在设备内壁上的油渍、烟渍清理，也存在很大的难度。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的是提供一种可重复利用的拼装式热处理加热炉及其建造方法，对现 场组焊的设备模块进行整体热处理，辅以相邻安装模块间焊缝的局部热处理技术，解决电 加热片缠绕局部热处理技术存在的热影响区应力消除不均匀、热处理周期长、保温材料损 耗大、能源消耗大、环境损害程度大，以及内部燃油整体热处理或外部燃油烟气输入整体热 处理技术存在的设备内部热处理后油渍、烟渍清除困难；钢材受热后，因刚性不足而导致的 设备变形不易控制等问题。
[0008] 本发明的技术方案是：
[0009] -种拼装式热处理加热炉，包括多边体结构炉体1、炉底2、扇形顶板模块3和圆形 盖板4拼装而成的圆锥台结构炉顶、三格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁模块6和单格 平板型炉壁模块7,所述多边体结构炉体1设置在炉底2上，多边体结构炉体1上设有由多 个扇形顶板模块3和圆形盖板4拼装而成的圆锥台型炉顶顶部结构，多边体结构炉体1由 二格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁模块6和单格平板型炉壁模块7相互拼接成型。
[0010] 所述三格平板型炉壁模块5包括框形的边框8和边框上的加劲钢板9,边框8的铅 垂两外侧面为斜面11，斜面11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0011] 所述二格平板型炉壁模块6包括框形的边框8和边框上的加劲钢板9,边框8的铅 垂两外侧面为斜面11，斜面11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0012] 所述单格平板型炉壁模块7包括框形的边框8,边框8的铅垂两外侧面为斜面11， 斜面11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0013] 所述扇形顶板模块3包括圆钢横杆40、槽钢斜杆41和圆钢坚杆42,圆钢横杆40、 槽钢斜杆41和圆钢坚杆42构成三角形结构，扇形顶板模块3之间通过连接螺栓孔43连接。
[0014] 所述炉底2为混凝土浇筑结构。所述炉体2炉底设置热膨胀位移装置。所述炉底 2及多边体结构炉体1内部铺衬硅酸铝保温层。所述炉底2布置电加热片支架及电加热片。 所述多边体结构炉体1上安装可伸缩式热电偶。
[0015] 本发明还提供一种拼装式热处理加热炉的建造方法，其特征是包括以下步骤：
[0016] 1)对施工现场选址处进行地基处理；
[0017] 2)浇筑混凝土炉底；
[0018] 3)根据需进行热处理的最大设备模块几何尺寸拼装热处理加热炉炉体，炉底设置 热膨胀位移装置。所述拼装式热处理加热炉包括多边体结构炉体1、炉底2、扇形顶板模块 3和圆形盖板4拼装而成的圆锥台结构炉顶、三格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁模块 6和单格平板型炉壁模块7。所述多边体结构炉体1设置在炉底2上，多边体结构炉体1由 二格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁模块6和单格平板型炉壁模块7相互拼接成型；
[0019] 4)炉底2及多边体结构炉体1内部铺衬硅酸铝保温层；
[0020] 5)炉底2布置电加热片支架及电加热片；
[0021] 6)多边体结构炉体1上安装可伸缩式热电偶；
[0022] 7)微机自动温度控制柜布设、电源箱布设、电加热片供电导线和热电偶补偿导线 布设；
[0023] 8)炉顶拼装成型，在多边体结构炉体1上设置由多个扇形顶板模块3和圆形盖板 4拼装而成的圆锥台型炉顶顶部结构。
[0024] 所述炉底2为圆形，使用C30混凝土烧筑，上表面预埋10mm厚度的环形钢板作为 热膨胀位移装置的接触面。
[0025] 所述硅酸铝保温层使用硅酸铝保温材料在炉体内壁挂设，各层保温材料的接缝处 应相互错开，保温材料的贴合及压实利用平板型炉壁模块内壁上的φ 6mm抓钉和辅助钢带 实现。
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 本发明的有益效果是对预制成型的设备模块，在拼装式热处理加热炉内进行整体 热处理，与目前工程上常用的电加热片缠绕局部热处理法、内部燃油整体热处理法、外部燃 油烟气输入整体热处理法相比，有施工方便、应力消除效果好、保温材料重复利用率高、消 耗的人工工时少、能源消耗少、成本低而工效高等优点，无论在安全方面、质量方面、施工进 度方面、环境保护方面，都有效的得到了保证。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 图1是本发明的拼装式热处理加热炉拼装成型后的整体结构立面结构示意图。
[0029] 图2是本发明的拼装式热处理加热炉拼装成型后的俯视结构示意图。
[0030] 图3是本发明的三格平板型炉壁模块的平面结构示意图。
[0031] 图4是本发明的三格平板型炉壁模块的侧面结构示意图。
[0032] 图5是本发明的三格平板型炉壁模块的俯视结构示意图。
[0033] 图6是本发明的二格平板型炉壁模块的结构示意图。
[0034] 图7是本发明的单格平板型炉壁模块的结构示意图。
[0035] 图8是本发明的扇形顶板模块的平面结构示意图。
[0036] 图9是本发明的扇形顶板模块的侧面结构示意图。
[0037] 图10是本发明的扇形顶板模块的俯视结构示意图。
[0038] 图中：1为多边体结构炉体、2为炉底、3为组成圆锥台结构炉顶的扇形顶板模块、4 为圆形盖板、40为圆钢横杆、41为槽钢斜杆、42为圆钢坚杆、43为连接螺栓孔、5为三格平板 型炉壁模块、6为二格平板型炉壁模块、7为单格平板型炉壁模块、8为边框、9为加劲钢板、 10为连接螺栓孔、11为斜面。

【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明作进一步描述：
[0040] 如图1至10,一种拼装式热处理加热炉，包括多边体结构炉体1、炉底2、扇形顶板 模块3和圆形盖板4拼装而成的圆锥台结构炉顶、三格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁 模块6和单格平板型炉壁模块7,所述多边体结构炉体1设置在炉底2上，多边体结构炉体 1上设有由多个扇形顶板模块3和圆形盖板4拼装而成的圆锥台型炉顶顶部结构，多边体结 构炉体1由二格平板型炉壁模块5、二格平板型炉壁模块6和单格平板型炉壁模块7相互拼 接成型。
[0041] 三格平板型炉壁模块5包括框形的边框8和边框上的加劲钢板9,边框8的铅垂两 外侧面为斜面11，斜面11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0042] 二格平板型炉壁模块6包括框形的边框8和边框上的加劲钢板9,边框8的铅垂两 外侧面为斜面11，斜面11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0043] 单格平板型炉壁模块7包括框形的边框8,边框8的铅垂两外侧面为斜面11，斜面 11的倾斜角度Q为5-30度，边框8上设有连接螺栓孔10。
[0044] 扇形顶板模块3包括圆钢横杆40、槽钢斜杆41和圆钢坚杆42,圆钢横杆40、槽钢 斜杆41和圆钢坚杆42构成三角形结构，扇形顶板模块3之间通过连接螺栓孔43连接。
[0045] 炉底2为混凝土浇筑结构。炉体2炉底设置热膨胀位移装置。炉底2及多边体结 构炉体1内部铺衬硅酸铝保温层。炉底2布置电加热片支架及电加热片。多边体结构炉体 1上安装可伸缩式热电偶。
[0046] 本发明还提供一种拼装式热处理加热炉的建造方法，包括以下步骤：
[0047] 1)对施工现场选址处进行地基处理；
[0048] 2)浇筑混凝土炉底；
[0049] 3)根据需进行热处理的最大设备模块几何尺寸拼装热处理加热炉炉体，炉底设置 热膨胀位移装置；
[0050] 4)炉底及炉体内部铺衬硅酸铝保温层；
[0051] 5)炉底布置电加热片支架及电加热片；
[0052] 6)炉体上安装可伸缩式热电偶；
[0053] 7)微机自动温度控制柜布设、电源箱布设、电加热片供电导线和热电偶补偿导线 布设；
[0054] 8)炉顶拼装成型备用。
[0055] 拼装式热处理加热炉主要由炉底、炉壁、炉顶、保温材料、温控系统、位移装置等组 成。
[0056] 圆形炉底使用C30混凝土浇筑，上表面预埋10mm厚度的环形钢板作为热膨胀位移 装置的接触面，圆形混凝土炉底的直径和环形钢板的内径及外径尺寸，根据所有需热处理 设备模块的几何尺寸确定。混凝土厚度以500_为宜，预留人行操作通道和供电线路布设 通道。炉底的隔热层使用硅酸铝保温材料铺设，铺设厚度120_，各层保温材料的接缝处应 相互错开。
[0057] 炉壁部分使用3种相同规格的平板型炉壁模块拼装成多边体结构，3种规格 的平板型炉壁模块分别为6000_\1600_、4000_\1600_和2000_\1600_，拼装 式加热炉的炉壁高度以最高的需热处理设备模块的高度为参数。平板型炉壁模块使用 [16槽钢、-160X8扁钢、δ = 4mm钢板、φ 6mm圆钢等制作而成，[16槽钢框周边设有 相互拼接的螺栓孔，每片平板型炉壁模块上均开设Φ 8mra的预留热电偶安装孔，规格为 6000mmX 1600mm的炉壁模块上开设3个，开孔位置为炉壁模块的正中位置和中垂线的上、 下各1000mm处，4000mmX 1600mm的炉壁模块上开设2个，开孔位置为炉壁模块中垂线的上、 下各1000mm处，2000mmX 1600mm规格的炉壁模块在正中位置开设1个。炉体的隔热层使用 硅酸铝保温材料在炉体内壁挂设，厚度为100mm，各层保温材料的接缝处应相互错开，保温 材料的贴合及压实利用平板型炉壁模块内壁上的φ 6mm抓钉和辅助钢带实现。
[0058] 炉顶部分用16组相同尺寸的扇形顶板模块和1组圆形盖板拼接成圆锥台结构，其 上底直径1000mm、下底直径15000mm、高度2500mm，可以满足直径在14500mm及其以下炉体 的使用。扇形顶板模块、圆形盖板主要使用[32槽钢、[16槽钢、-160X8扁钢、δ = l0mm 钢板、δ = 4mm钢板、φ 89X6mm钢管、φ 6mm圆钢等材料制作而成，[32和[16槽钢框周 边设有相互拼接的螺栓孔，Φ 89X6mm钢管主要用于外部加固。炉顶的隔热层使用硅酸铝 保温材料，厚度为120mm，各层保温材料的接缝处应相互错开，保温材料的贴合及压实利用 炉顶模块内壁上的Φ 6mm抓钉和辅助钢带实现。
[0059] 热膨胀位移装置的主要材料为δ = 40mm钢板和Φ 6〇mm圆钢，其中δ = 40mm钢 板为压板，φ 60mm圆钢为滚轴，均匀分布在被热处理设备模块的相应底部。
[0060] 电加热片支架使用Z 75 X 6mm角钢制作，批量制作2种规格的支架，视热工计算的 功率需求进行电加热片的配置。
[0061] 拼装式热处理加热炉炉体采用多边形结构，主要是为了提高炉体在拼装时平板型 炉壁模块的使用效率，同时也具有方便的调整加热炉炉体高度和在较大范围内改变炉体直 径的功能。
[0062] 炉顶采用圆锥台型拼接结构辅以外部加固，主要是为了满足炉顶的刚性和稳定性 需求，同时也避免了内部加固结构在加固材料受热后因刚性不足导致的失稳。炉顶圆锥台 的上底部分，也具备透气孔的功能，降温过程中可通过调整圆形盖板的偏移，起控制降温速 度的作用。
[0063] 热膨胀位移装置的设置，保证了被热处理设备模块在升温、降温情况下膨胀和收 缩时的自由度，有效起到控制和减小被热处理设备模块变形的作用。
[0064] 温控系统主要通过加热炉内底部设置的电加热片，通电后产生热源加热炉膛内的 空气，利用热气流上升的原理催动炉膛内空气的不断对流，达到加热被热处理设备模块的 目的。点焊或磁力压紧在被热处理设备模块外表面上的热电偶感温端头，能准确输出温度 数据，控制操作台完成不同组别的电加热片自动断、送电，达到控制升温、降温速度的目的。 [0065] 第三部分：
[0066] 拼装式热处理加热炉的具体使用方法为：现场选址、开挖深度500mm相应直径的 基坑并夯实、铺设100mm厚度的碎石、钢筋绑扎、相应内外径的环形预埋钢板布设、支模、浇 筑厚度为500mm的C30混凝土并进行养护；使用拼装式热处理加热炉壁板模块拼装热处理 加热炉炉体，加热炉炉体直径以满足需热处理设备模块的最大直径为宜，炉体高度以高出 需热处理设备模块的最大高度600mm为宜；在炉底混凝土环形预埋钢板上均匀布设与被 热处理设备模块相应的热膨胀位移装置，使用硅酸铝隔热材料铺设厚度为120_的炉底隔 热层；拼装式热处理加热炉内壁挂设厚度为100mm的硅酸铝保温层，利用平板型炉壁模块 上的抓钉和辅助钢带贴实、压紧；2种规格的电加热片支架分批进入炉内，于炉底按位置摆 放，具体数量根据热工计算书所需求功率的120%确定；在每个电加热片支架上布设2片电 加热片，炉内使用带绝缘陶瓷套管的钢筋作为连接导线，将6片电加热片以串联、并联的手 法组成一个受电回路，各受电回路引至炉外的走线均自炉底预留的布线通道引出并进行编 号；拼装式加热炉炉顶拼装成型，炉顶内壁挂设厚度为120_的硅酸铝保温层，利用扇形顶 板模块内壁上的抓钉和辅助钢带贴实、压紧，之后用顶盖盖上炉壁；现场布设带有微机自动 温度控制柜的控制室和电源箱后，完成拼装式热处理加热炉的现场设置。
[0067] 拼装式热处理加热炉的实际操作方法为：移除顶盖；将需进行热处理的设备模块 吊入炉内并安放在炉底热膨胀位移装置上；将炉壁上的热电偶拉伸至设备模块的外壁，点 焊或磁力压紧热电偶的感温端头；盖上顶盖；通过电加热片通电后产生的热源加热炉内的 空气，利用空气热对流的原理将设备模块控制升温至热处理工艺所需的温度；恒温至热处 理工艺规定的时间；控制降温至热处理工艺规定的温度后自由冷却至常温。
[0068] 完成热处理工序后，移除顶盖，分离热电偶的感温端头，设备模块出炉，下一模块 进炉使用相同的工序进行热处理。
[0069] 上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构 思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发 明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技 术内容已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1. 一种拼装式热处理加热炉，其特征是包括多边体结构炉体（1)、炉底（2)、扇形顶板 模块（3)和圆形盖板（4)拼装而成的圆锥台结构炉顶、三格平板型炉壁模块（5)、二格平板 型炉壁模块（6)和单格平板型炉壁模块（7)，所述多边体结构炉体（1)设置在炉底（2)上， 多边体结构炉体（1)上设有由多个扇形顶板模块（3)和圆形盖板（4)拼装而成的圆锥台型 炉顶顶部结构，多边体结构炉体（1)由三格平板型炉壁模块（5)、二格平板型炉壁模块（6) 和单格平板型炉壁模块（7)相互拼接成型。
2. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述三格平板型炉壁模块 (5) 包括框形的边框（8)和边框上的加劲钢板（9)，边框（8)的铅垂两外侧面为斜面（11)， 斜面（11)的倾斜角度Q为5-30度，边框（8)上设有连接螺栓孔（10)。
3. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述二格平板型炉壁模块 (6) 包括框形的边框（8)和边框上的加劲钢板（9)，边框（8)的铅垂两外侧面为斜面（11)， 斜面（11)的倾斜角度Q为5-30度，边框（8)上设有连接螺栓孔（10)。
4. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述单格平板型炉壁模块 ⑵包括框形的边框（8)，边框⑶的铅垂两外侧面为斜面（11)，斜面（11)的倾斜角度Q为 5-30度，边框（8)上设有连接螺栓孔（10)。
5. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述扇形顶板模块（3)包 括圆钢横杆（40)、槽钢斜杆（41)和圆钢坚杆（42)，圆钢横杆（40)、槽钢斜杆（41)和圆钢坚 杆（42)构成三角形结构，扇形顶板模块（3)之间通过连接螺栓孔（43)连接。
6. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述炉底（2)为混凝土浇 筑结构；所述炉体（2)炉底设置热膨胀位移装置；所述炉底（2)及多边体结构炉体（1)内部 铺衬硅酸铝保温层；所述炉底（2)布置电加热片支架及电加热片。
7. 根据权利要求1所述的拼装式热处理加热炉，其特征在于所述多边体结构炉体（1) 上安装可伸缩式热电偶。
8. -种拼装式热处理加热炉的建造方法，其特征是包括以下步骤： 1) 对施工现场选址处进行地基处理； 2) 烧筑混凝土炉底； 3) 根据需进行热处理的最大设备模块几何尺寸拼装热处理加热炉炉体，炉底设置热膨 胀位移装置，所述拼装式热处理加热炉包括多边体结构炉体（1)、炉底（2)、扇形顶板模块 (3) 和圆形盖板（4)拼装而成的圆锥台结构炉顶、三格平板型炉壁模块（5)、二格平板型炉 壁模块（6)和单格平板型炉壁模块（7)。所述多边体结构炉体（1)设置在炉底（2)上，多边 体结构炉体（1)由三格平板型炉壁模块（5)、二格平板型炉壁模块（6)和单格平板型炉壁模 块（7)相互拼接成型； 4) 炉底（2)及多边体结构炉体（1)内部铺衬硅酸铝保温层； 5) 炉底（2)布置电加热片支架及电加热片； 6) 多边体结构炉体（1)上安装可伸缩式热电偶； 7) 微机自动温度控制柜布设、电源箱布设、电加热片供电导线和热电偶补偿导线布 设； 8) 炉顶拼装成型，在多边体结构炉体（1)上设置由多个扇形顶板模块（3)和圆形盖板 (4) 拼装而成的圆锥台型炉顶顶部结构。
9. 根据权利要求8所述的拼装式热处理加热炉的建造方法，其特征在于所述炉底（2) 为圆形，使用C30混凝土浇筑，上表面预埋10mm厚度的环形钢板作为热膨胀位移装置的接 触面。
10. 根据权利要求8所述的拼装式热处理加热炉的建造方法，其特征在于所述硅酸铝 保温层使用硅酸铝保温材料在炉体内壁挂设，各层保温材料的接缝处应相互错开，保温材 料的贴合及压实利用平板型炉壁模块内壁上的φ 6mm抓钉和辅助钢带实现。
【文档编号】C21D1/00GK104120217SQ201410326982
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】潘洪鑫, 王德明, 孙桂宏 申请人:中石化南京工程有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司