4.3. Нагрев электронагревателями сопротивления и комбинированного действия

При термической обработке электронагревателями сопротивления и комбинированного действия необходимым является решение следующих задач [12, 17, 18, 22, 53, 54]:

выбор типа электронагревателя в зависимости от диаметра и толщины стенки нагреваемого изделия, особенности его конструкции, типа стали и т. д.;

выбор числа электронагревателей с рациональным их размещением и схемой включения;

установление электрических параметров процесса нагрева по условию обеспечения требуемого режима, равномерности нагрева и сохранности электронагревателей (табл. 3.2, 3.4, 3.6);

применение дополнительных мер для повышения качества термической обработки — рациональное размещение теплоизоляции, установка заглушек на концах нагреваемых труб, устранение защемлений и натягов для обеспечения свободного осевого теплового перемещения нагреваемых труб и т. д.

Потребляемая мощность электронагревателей определяется ре-жимом термической обработки и размерами нагреваемого изделия, при местном нагреве по режиму высокого отпуска стыков труб Ø 108—720 мм с толщиной стенки 10—70 мм составляет примерно 5—50 кВт (рис. 4.15).

Так, с увеличением наружного диаметра труб со 159 до 630 мм и толщины стенок с 10 до 40 мм потребляемая активная мощность при нагреве электронагревателями ГЭН возрастает в прямой пропорциональной зависимости—с 6 до 32 кВт (рис. 4.15,а). Аналогичная картина наблюдается при нагреве электронагревателями комбинированного действия. В этом случае при увеличении наружного диаметра труб со 108 до 720 мм и толщины стенки с 10 до 70 мм активная мощность возрастает с 5 до 48 кВт (рис. 4.15,6).

Удельная потребляемая мощность при нагреве электронагревателями ГЭН и комбинированного действия типа КЭН составляет соответственно 8—10 Вт/см² и 10—12 Вт/см², т. е. 8—12 Вт на 1 см² нагреваемой поверхности зоны равномерного нагрева с учетом потерь теплоты в соседние участки труб, на теплоизоляцию и на конвекцию воздуха. Несколько увеличенный расход удельной мощности при нагреве электронагревателями КЭН получается из-за большей толщины стенки труб (до 70 мм на рис. 4.15, б) по сравнению с толщинами стенок труб при нагреве электронагревателями ГЭН (до 40 мм на рис. 4.15, а).

Определение установочной длины электронагревателей сопротивления и комбинированного действия производится так же, как и при индукционном нагреве.

Большая номенклатура марок сталей, диаметров и толщин стенок труб, разнообразие конструкций термообрабатываемых сварных конструкций требует применения различных технологических приемов, обеспечивающих высокое качество термической обработки. В связи с этим целесообразно рассмотреть применение нагрева электронагревателями сопротивления и комбинированного действия по следующим объектам:

стыковые соединения труб с индивидуальным и групповым нагревом;

сварные соединения сварных тройников, мест приварки труб к задвижкам и т. п.;

сварные соединения труб диаметром свыше 1020 мм и с толщинами стенок свыше 90 мм;

сварные соединения корпусного крупногабаритного оборудования (барабанов, реакторов, аппаратов).

При работе с электронагревателями ГПЭС (ГЭН) в первую очередь необходимо правильно выбрать длину поясов (Пояс электронагревателя ГПЭС (ГЭН) — одна или несколько последовательно расположенных секций электронагревателей, суммарная длина которых равняется периметру нагреваемого кольцевого шва труб или сосуда) и секции электронагревателя, число поясов и количество секций в них [12, 17, 18, 22, 53, 54]. Длина поясов электронагревателя и количество витков (пальцев) в нем зависит от диаметра нагреваемых труб (табл. 4.5).

Максимально возможная длина секции определяется напряжением холостого хода источников питания, которая для большинства сварочных трансформаторов и преобразователей равна 60—65 В. С учетом падения напряжения в токоподводящих проводах на 10—15 В напряжение, затрачиваемое непосредственно на работу электронагревателя, не может быть более 50—55 В. При удельном падении напряжения 1.4—1,5 В на виток (палец) электронагревателя, обеспечивающем ток 100—120 А, в секции электронагревателя не может быть более 34 пальцев (максимально возможная длина секции 1080 мм). В случае, если длина пояса больше предельной 1080 мм, пояса делятся на секции.

В общем случае требуемая длина пояса, мм, может быть опре-делена по формуле

где — наружный диаметр трубы, мм; — наружный диаметр керамического изолятора ИКН-3; мм.

Число пальцев в электронагревателе, шт., подсчитывают по формуле

где — шаг витков (пальцев); мм

Определенное по этой формуле число пальцев следует округлить до целого в сторону уменьшения. Необходимое число поясов зависит от толщины стенки трубы и ширины зоны равномерного нагрева (табл. 4.6). При подогреве стыка под сварку электронагреватели устанавливают на трубы с зазором между поясами, равным 100—120 мм (рис. 4.16, а, б), и накрывают теплоизоляционными матами (рис. 4.17). Установка поясов ГПЭС (ГЭН) для подогрева вертикальных и горизонтальных стыков труб одинакова.

Допускается проведение сопутствующего подогрева непосредственно в процессе проведения сварки, при этом не допускается замыкания сварочного электрода на нагревательный элемент.

Пояса электронагревателей при проведении термической обработки необходимо устанавливать в положение, указанное в табл. 4.7. При этом важно следить за тем, чтобы витки или пальцы не накладывались друг на друга, так как это приводит к быстрому сгоранию нагревательного элемента. На вертикальные стыки труб электронагреватели должны устанавливаться с наклоном поясов по условию обеспечения равномерности нагрева по окружности сварного соединения. При этом расстояние между поясами в верхней части нагреваемого стыка труб должно быть больше, чем в нижней. На горизонтальных стыках труб электронагреватель с этой целью смещают вниз на 10—20 мм.

Крепление поясов электронагревателя ГПЭС (ГЭН) на сварном соединении выполняется с помощью поясков, изготовленных из жаропрочной стали. Пояса и секции электронагревателей, установленные на одном сварном соединении, должны подсоединяться к источнику питания, как правило, параллельно. Допускается последовательное соединение поясов электронагревателей при суммарном количестве не более 34 пальцев, что может быть использовано для случая нагрева стыков труб диаметром до 150 мм.

Равномерность нагрева по окружности сварного соединения также достигается правильным размещением теплоизоляции. В нижней части нагреваемого стыка труб следует устанавливать слой теплоизоляции на 20—30 большей толщины, чем в верхней. При этом за счет меньших потерь теплоты в нижней части сварного соединения происходит выравнивание температуры по окружности.

Общая ширина теплоизолированного участка должна быть на 800—1000 мм больше ширины зоны нагрева. Толщина слоя теплоизоляции на нагреваемой зоне должна быть не менее 40 мм, на участках трубопровода, прилегающих к нагреваемой зоне,— не менее 20 мм.

При отрицательной температуре окружающего воздуха толщину слоя теплоизоляции следует увеличивать в 1,5—2 раза. При использовании в качестве теплоизоляции матов МВТ для лучшей сохранности необходимо на электронагреватель укладывать слой асботкани или стеклоткани.

Длина теплоизоляционных матов зависит от диаметра нагреваемых труб. При отсутствии матов требуемой длины допускается применение нескольких коротких участков, имеющих в сумме требуемую длину.

На начальном этапе, а именно в первые 3—4 мин, с целью постепенного нагрева нагревательного элемента необходимо включать его в работу на токе, равном 0,7—0,8 оптимальной величины, указанной в табл. 4.8.

При необходимости силу тока в электронагревателях регулируют или его периодически отключают и вновь включают (например, в установках ЭТОГ-600-И1). Для обеспечения сохранности электронагревателя ГПЭС (ГЭН) в процессе нагрева необходимо не реже 1 раза за 10—15 мин проверять ток в секциях, для чего в монтажных условиях при работе на переменном токе рекомендуется использовать токоизмерительные клещи Ц-90, Ц-91, Ц-30. Измерение силы тока должно проводиться обязательно в каждой секции. При этом следует отметить, что при параллельном включении секции суммарная сила тока в цепи нагрева будет равна

где — сила тока в секции. А; — количество секций, шт.

Соблюдение вышеуказанных требований обеспечит необходимую работоспособность электронагревателей (табл. 4.9).

Регулировка температуры в процессе выдержки и охлаждения с определенной скоростью выполняется так же, как и при нагреве. Если при проведении термической обработки сварных соединений трубопроводов диаметром более 219 мм не будет обеспечиваться регламентированная равномерность нагрева по окружности сварного соединения, то для ее выравнивания следует увеличить толщину теплоизоляции на участках с пониженной температурой или уменьшить ее толщину на участках с повышенной температурой. Снимать теплоизоляционные маты и электронагреватели с труб разрешается после охлаждения до 300° С. При этом запрещается охлаждать электронагреватели водой, так как это может вызвать растрескивание изоляторов ИКН.

При проведении термической обработки сварных стыков трубопроводов с повышенной толщиной стенки 45—70 мм для снижения перепадов температур по толщине стенки и получения требуемой толщины зоны равномерного нагрева рекомендуется устанавливать теплоизоляцию во внутреннюю полость сварного соединения (рис. 4.9) и увеличивать ширину теплоизоляции на наружной поверхности сварного соединения до 2000 мм.

Особенностью проведения термической обработки сварных соединений трубопроводов диаметром 168—1020 мм с использованием муфельных нагревателей типа ПТО (рис. 3.6) является то, что эти электронагреватели состоят из двух-четырех одинаковых секций, каждая из которых подключается к автономному источнику питания — обычно к сварочному трансформатору ТД-500 и др. [18, 40].

При использовании оборудования (установок) ОТС-62 и ОТС-121 для термической обработки все секции муфельного нагревателя работают по одинаковому заданному режиму, чем обеспечивается равномерность нагрева по окружности сварного соединения.

Технология термической обработки сварных стыков труб электронагревателями КЭН идентична технологии нагрева электронагревателями ГПЭС и ГЭН [17, 18, 40, 50]. Тип нагревателя и число секций электронагревателя КЭН выбирают в зависимости от диаметра, толщины стенок и формы сварного изделия, а также вида термической обработки и т. п. Число витков электронагревателя, необходимого для нагрева сварного соединения должно быть не менее пяти-шести.

Для подогрева при сварке секции электронагревателя КЭН устанавливают на трубу на расстоянии 100—120 мм друг от друга и закрывают теплоизоляционными матами. При использовании электронагревателя КЭН для подогрева стыков труб под сварку или для термической обработки допускается использование нечетного числа секций, например одной или трех. Для обеспечения удобства сварки в секции электронагреватель КЭН, расположенной в центральной части свариваемого стыка, должен быть сделан полу-виток, который в процессе сварки необходимо теплоизолировать. При установке электронагревателей КЭН не следует накладывать витки друг на друга, так как это приведет к быстрому сгоранию нагревательного элемента.

Для проведения термической обработки секции электронагревателя КЭН необходимо установить в положение, указанное в табл. 4.10 и 4.11. При этом для выравнивания температуры по окружности сварного соединения и креплений секций электронагревателей КЭН на трубах используются те же способы, что и при применении электронагревателей ГПЭС (ГЭН). Следует отметить, что при установке секции электронагревателя КЭН должны наматываться обязательно одинаково (по часовой или против часовой стрелки), в противном случае эффективность нагрева может резко снизиться.

При использовании секций электронагревателя КЭН необходимо учитывать, что наибольшая длина электронагревателей, м, подключаемых. к одному источнику питания, должна быть определена по формуле

где — напряжение холостого хода источника питания, В; —падение напряжения в токоподводящих проводах, В( ); —удельное падение напряжения на 1 м электронагревателя КЭН, В (определяется по табл. 4.12).

Секции, установленные на одном сварном соединении, должны подсоединяться к источнику питания, как правило, параллельно.

Допускается применение последовательного соединения для двух-трех секций электронагревателя КЭН-1 и двух секций электронагревателя КЭН-2. Остальные технологические операции (крепление секций КЭН, теплоизоляция сварных соединений, проведение процесса термической обработки и др.) выполняются так же, как и при работе электронагревателя ГЭН.

Выбор электрических параметров нагрева должен проводиться по табл. 4.12 в зависимости от требуемой скорости нагрева.

При групповой термической обработке электронагревателями ГПЭС, ГЭН и КЭН по первому варианту технологии (одновременный нагрев нескольких однотипных сварных соединений от одного источника питания) следует соблюдать те же правила, что и при индукционном нагреве. Основным отличием является необходимость проведения контроля температуры по каждому сварному соединению. Для этого устанавливают термоэлектрические преобразователи на все сварные соединения. Необходимость установки связана с особенностью нагрева электронагревателями этих типов. Даже незначительные отклонения от установки электронагревателей и различия в теплоизоляции могут привести к неравномерности нагрева сварных соединений. Электронагреватели, установленные на сварных соединениях, как правило, должны подключаться к источнику питания параллельно, что облегчает выравнивание температуры на сварных соединениях.

При выполнении групповой термической обработки с использованием электронагревателей ГПЭС, ГЭН и КЭН по второй технологии (одновременный нагрев нескольких сварных соединений разных типоразмеров, термообрабатываемых по одинаковым или разным режимам с использованием различных электронагревателей и нескольких источников питания от одной электротермической установки) число одновременно нагреваемых сварных соединений определяется аналогично технологии индукционного нагрева. Выбор числа электронагревателей и типа источника питания в этом случае необходимо проводить отдельно для каждого сварного соединения. Технология термической обработки сварных соединений идентична нагреву индивидуальных сварных соединений. Для выравнивания температуры на отдельных сварных соединениях следует использовать известные способы изменения толщины теплоизоляции на сварных соединениях, а также временное отключение от цепи нагрева сварных соединений с более высокой температурой.

При использовании муфельных нагревателей типа ПТО и программных установок ОТС-121 и ОТС-62 групповая термическая обработка выполняется обычно для нескольких сварных соединений по одному режиму с подключением электронагревателей, установленных на сварных соединениях одинаковых или различных типоразмеров, к автономных источникам питания [12]. Для сварных соединений труб небольших размеров (диаметром до 114 мм) допускается проведение групповой термической обработки с параллельным подключением нескольких однотипных сварных соединений к одному источнику питания при условии подбора в группу не более шести однотипных сварных соединений и проведения контроля температуры по двум термоэлектрическим преобразователям, установленным на двух сварных соединениях.

Гибкие электронагреватели сопротивления и комбинированного действия успешно могут быть применены для термической обработки сварных соединений фасонных деталей [17, 18, 40, 53]. При этом следует соблюдать такие же технологические требования, как и при индукционном нагреве (обеспечение равномерности нагрева во всех зонах сварного соединения и т. п.). При использовании гибких электронагревателей сопротивления ГПЭС и электронагревателей ГЭН следует применять схемы установки нагревателей, показанные на рис. 4.18.

Особенную сложность представляет обеспечение равномерного нагрева мест приварки труб к арматуре (задвижкам, предохранительным клапанам и т. п.) и воротниковым фланцам. Для правильной установки электронагревателей следует использовать корпуса этих фасонных деталей.

При использовании электронагревателей КЭН следует применять те же схемы размещения нагревателей на сварные соединения, что и при индукционном нагреве. Исключение составляет технологический прием с установкой двухслойного индуктора, так как наложение витков электронагревателей КЭН друг на друга приводит к быстрому выходу из строя этих электронагревателей в связи с неудовлетворительным теплоотводом.

ВНИИмонтажспецстроем Минмонтажспецстроя СССР разработана и внедрена технология групповой термической обработки сварных соединений приварки труб к фасонным деталям технологических трубопроводов с использованием электронагревателей КЭН, при которой одной секцией электронагревателя одновременно термообрабатываются два-три сварных соединения, а также целиком сварной тройник или «прямая врезка» (рис. 4.19).

В этом же институте разработана и внедрена технология местной термической обработки крупногабаритных сварных тройников магистральных трубопроводов из труб диаметром до 1420×26 мм с использованием электронагревателей К.ЭН-3 и КЭН-4. При этом нагрев сварного тройника производится по трем-четырем зонам нагрева (рис. 4.20).

Муфельные нагреватели для термической обработки большинства типов сварных соединений фасонных деталей (труба с арматурой, труба с воротниковым фланцем) применять трудно в связи с большими размерами этих электронагревателей, что не позволяет размещать их на сварных соединениях с соблюдением всех технологических требований [12].

Для термической обработки сварных соединений труб больших диаметров (свыше 1020 мм) могут быть использованы [18, 22] электронагреватели ГЭН и КЭН–4. Для уменьшения теплоотвода из зоны нагрева и снижения перепада температуры по толщине стенки необходимо использовать (кроме указанных в § 4.2) следующие технологические приемы:

увеличивать зону нагрева сварных соединений путем установки на наружной поверхности труб дополнительных поясов ГЭН или секции КЭН-4;

устанавливать на внутренние поверхности сварных соединений электронагреватели ГЭН и КЭН-4 (при доступе внутрь нагреваемых труб).

Помимо этого, следует применять те же приемы, что и при индукционном нагреве. При использовании электронагревателей 1ЭН дополнительно может быть применен способ разбивки поясов 1ЭН на несколько зон нагрева с автономным питанием секций электронагревателей, установленных в этих зонах (рис 4.21) В этом случае контроль температуры следует проводить отдельно по каждой зоне нагрева путем установки в каждой из них термоэлектрического преобразователя.

При термической обработке стыков толстостенных труб следует применять двухсторонний нагрев с дополнительным размещением электронагревателей внутри сварного соединения и использовать рекомендации § 4.2 для индукционного нагрева.

Основными особенностями термической обработки по режимам стабилизирующего отжига и аустенизации сварных соединений трубопроводов из аустенитных коррозионно-стойких сталей 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9 и подобных являются высокая температура нагрева — до 1100° С;

немагнитность этих сталей, что затрудняет применение индукционных методов нагрева;

высокий коэффициент линейного расширения сталей при нагреве (в 1,5 раз больший, чем у сталей перлитного класса) и низкий коэффициент теплопроводности (в 2,5 раза меньший, чем у сталей перлитного класса);

высокие требования к технологии термической обработки в части обеспечения чистоты поверхности (наружной и внутренней) сварных соединений;

соблюдение температурных режимов.

Термическая обработка сварных соединений из аустенитных сталей проводится главным образом электронагревателями сопротивления. Возможно использование индукционного нагрева токами повышенной частоты, однако его применение затруднено для труб диаметром 600 мм и более в связи с немагнитностью этих сталей.

Большой объем работ по проведению аустенизации сварных соединений труб Ø 219—820 мм с толщиной стенки 10—13 мм из аустенитной коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9 выполнялся на монтаже натриепроводов II контура Белоярской АЭС с реактором БН-600 на быстрых нейтронах [48].

Высокие требования к проведению термической обработки (нагрев до температуры 1030—1070° С, необходимость получения высокой чистоты внутренней поверхности сварных соединений и др.) вызвали необходимость разработки монтажными и проектно-техническими организациями специального оборудования и технологии.

Трестом Центроэнергомонтаж разработаны гибкие проволочные электронагреватели сопротивления ГПЭСА с подачей в зону нагрева защитного газа — аргона. Снаружи электронагревателя устанавливается защитный кожух, внутрь которого подается аргон, что позволяет увеличить срок службы нагревательного устройства. Для аустенизации сварных соединений труб 0 630Х13 мм к патрубкам теплообменников разработана технология нагрева с одновременным принудительным охлаждением сжатым воздухом (рис. 4.22, а).

Для аустенизации горизонтальных сварных соединений разработано устройство, позволяющее удерживать электронагреватель ГПЭСА на вертикальной трубе в фиксированном положении (рис. 4.22, б).

Высокие требования предъявлялись к чистоте внутренней поверхности сварных соединений натриепроводов после проведения аустенизации. Для выполнения этих требований институт Энергомонтажпроект разработал технологию защиты от окисления внутренней поверхности сварного соединения при проведении аустенизации. Эта технология заключается в тщательной механической зачистке поверхности до начала нагрева, вакуумировании внутренней полости сварного соединения до получения вакуума 0,02 МПа (0,2 кгс/см²), пятикратной смене объема аргона, подаваемого во внутреннюю полость трубы при расходе 75 л/мин с последующей подачей аргона при расходе 6—10 л/мин в процессе всего цикла термической обработки (рис. 4.22,в).

Барабаны котлов, технологические аппараты предприятий нефтеперерабатывающей и химической промышленности имеют большие габаритные размеры. Диаметры их корпусов, как правило, превышают 1000 мм [18, 46, 53]. Поэтому при термической обработке сварных соединений таких сосудов с использованием электронагревателей сопротивления и комбинированного действия необходимо применять технологические приемы, которые описаны применительно к сварным соединениям труб больших диаметров, а также и другие приемы в зависимости от конструктивных особенностей термически обрабатываемых узлов.

Так, при ремонте котла (ст. № 2) ТЭЦ-ЗИЛ проводилась термическая обработка сварных соединений приварки днищ к барабану с наружным диаметром 1285 мм и толщиной стенки 42 мм. По технологии термической обработки, разработанной ВНИИмонтажспецстроем Минмонтажспецстроя СССР, нагрев осуществлялся шестью электронагревателями КЭН-4 комбинированного действия, подключенными к двум сварочным преобразователям ВДМ-1601. Для контроля температуры использовались восемь термоэлектрических преобразователей, шесть из которых позволяли оценить температуру снаружи и изнутри барабана окружности сварного соединения и два — температуру нагрева днища и обечайки на расстоянии 1000 мм от кольцевого сварного шва.

Электронагреватели КЭН-4 устанавливались на сварные соединения следующим образом (рис. 4.23): электронагреватели 1-—1П располагались на цилиндрической части барабана и подключались к одному сварочному преобразователю ВДМ-1601; электронагреватели IV и У—на днище барабана; электронагреватели VI — в нижней части сварного соединения во внутренней полости барабана и подключались ко второму сварочному преобразователю ВДМ-1601.

Следует отметить, что работы по термической обработке проводились без демонтажа сепарационных устройств внутри барабана и труб, приваренных к штуцерам барабана и попавших в зону установки электронагревателей.

Снаружи термически обрабатываемых сварных соединений на длине 1,5 м поверх электронагревателей устанавливалась теплоизоляция толщиной 80 мм — в нижней части барабана, 60 мм — в средней части барабана и 40 мм — в верхней части барабана. Во внутренней полости барабана в зоне нагреваемого сварного соединения устанавливали теплоизоляционную перегородку толщиной 100 мм, электронагреватель VI закрывали теплоизоляционным слоем толщиной 120 мм.

Особую трудность представляло обеспечение равномерности нагрева по днищу барабана и окружности сварного соединения, для чего применялись следующие технологические приемы:

на цилиндрической части барабана электронагреватели устанавливали так, чтобы ширина их намотки в нижней части барабана была на 200 мм меньше, чем в верхней (рис. 4.23);

на нижних участках сварного соединения устанавливали теплоизоляцию большей толщины, чем на верхних;

во внутренней полости барабана в нижней части сварного соединения устанавливали электронагреватель VI, который осуществлял дополнительный нагрев участков барабана с пониженной температурой.

Для обеспечения требуемой равномерности нагрева по ширине сварного соединения непосредственно в процессе термической обработки изменяли толщину теплоизоляции (уменьшали при перегреве или увеличивали при недогреве) или временно отключали из цепи нагрева отдельные электронагреватели.

В процессе термической обработки температура нагрева во всех измеряемых точках соответствовала требованиям руководящих материалов [56].

До и после проведения термической обработки сварные соединения подвергались ультразвуковой и магнитной дефектоскопии. При контроле дефекты обнаружены не были.

Для термической обработки сварного соединения цилиндрической колонны К-201 Мажейкского нефтеперерабатывающего завода, имевшей диаметр 3,4 мм и высоту 32,6 м при толщине стенки 28 мм с общей массой 83,5 т, ВНИИмонтажспецстрой Минмонтажспецстроя СССР разработал технологию термической обработки сварного соединения, которая предусматривала использование 30 секций длиной по 1 м каждая. Эти секции устанавливались на сварном соединении тремя поясами по 10 секций в каждом. Электронагреватели ГЭН обеспечивают общую зону нагрева шириной 350 мм при зоне равномерного нагрева в пределах 530—580° С около 270 мм.

Установленные секции разбиты на четыре зоны нагрева (рис. 4.24). Контроль температуры в каждой зоне нагрева осуществлялся отдельными термоэлектрическими преобразователями ТХА-151. Каждая зона нагрева имела автономные источники питания, что позволяло регулировать скорость нагрева изменением силы тока в цепи или временным отключением источников питания.

В качестве источников питания в зонах II и III (по шесть секций) использовались сварочные трансформаторы ТДФ-1001, в зонах I и IV (по девять секций) — по два сварочных источника питания постоянного тока ПСМ-1000, к которым были подключены четыре и пять секций (рис. 4.24). Общая электрическая мощность шести используемых источников питания составляла 200 кВт.

Для обеспечения равномерности нагрева по окружности сварного соединения, особенно в зоне нагрева III (в потолочной части сварного соединения), секции устанавливались по ширине сварного соединения в различных зонах нагрева на неодинаковых расстояниях друг от друга; увеличили толщину теплоизоляции, устанавливаемой на секции в зоне нагрева IV, с 40 до 80 мм; установили теплоизоляцию во внутреннюю полость сварного соединения колонны в районе зоны нагрева IV.

Цикл термической обработки длился 14 ч. Причем нагрев до температуры 530—580° С составлял 4 ч с подборкой электрических параметров нагрева, затем следовали выдержка в течение 1 ч и охлаждение до температуры окружающего воздуха при обесточенных секциях — еще 9 ч. Во время нагрева и выдержки температура во всех зонах нагрева находилась в заданных пределах.

Электронагреватели сопротивления и комбинированного действия могут применяться для полной термической обработки таких изделий, как цилиндрическое корпусное оборудование, например, для нагрева барабанов котлов. Так, предприятием Уралэнергоремонт разработана технология полной термической обработки барабана с использованием электронагревателей сопротивления, изготовленных из аустенитных труб. Секции электронагревателей устанавливались снаружи или изнутри барабана. Барабаны покрывались тепловой изоляцией и термообрабатывались по режиму с нагревом до температуры 620—650° С (рис. 4.25). Выравнивание температуры по длине барабана выполнялось путем временного отключения и включения отдельных секций электронагревателя. Контроль температуры проводился с помощью 96 термоэлектрических преобразователей.

ВНИИПТхимнефтеаппаратуры (Минхиммаш) проводил местную термическую обработку горизонтально расположенных цилиндрических аппаратов диаметром 3,6 м с толщиной стенки 110 мм с использованием инфракрасных панельных электронагревателей по режиму высокого отпуска с нагревом до 650° С со скоростью до 100° С/ч, выдержкой в течение 2 ч и охлаждением со скоростью до 100° С/ч.

Секции электронагревателей, разбитые на шесть зон нагрева, соединялись в блоки и подключались к автономным источникам питания (силовым трансформаторам). Сверху электронагревателей и по внутренней поверхности аппаратов была установлена теплоизоляция.

В зарубежной практике электронагреватели сопротивления и комбинированного действия получили широкое применение, для местной термической обработки сварных соединений трубопроводов и корпусного цилиндрического оборудования, а также, в отдельных случаях, полной термической обработки корпусного оборудования [21, 22, 47, 48].

Групповая термическая обработка с использованием этих электронагревателей проводится по второму варианту технологии (подключение нескольких сварных соединений к одной установке для термической обработки с программным автономным регулированием процесса термической обработки по каждому сварному соединению).

Местную термическую обработку сварных соединений цилиндрических корпусных конструкций, как правило, выполняют с применением различных видов электронагревателей сопротивления [21].

При изготовлении фирмой «Дойче Бабкок энд Вилькокс» (ФРГ) двух парогенераторов диаметром 3,3 м с толщиной стенки 150 мм местная термическая обработка по режиму высокого отпуска сварных соединений корпусов с нагревом до 550—610 °С со скоростью 10 °С/ч выполнялась гибкими поверхностными электронагревателями фирмы «Електротермал» (Англия). Двухсторонний нагрев выполнялся 160 блоками электронагревателей,' половина из которых была установлена снаружи и разделена на 10 зон нагрева, имеющих автономное питание от трансформаторов на силу тока 250 А при напряжении 50 В. Для контроля температуры использовалось 36 термоэлектрических преобразователей.

В Японии при изготовлении двух корпусов реактора высотой 23,2 м при диаметре 6,3 м и толщине стенки 153 мм единичной мощностью 1100 МВт для АЭС «Брауне Ферри» (США) проводилась местная термическая обработка кольцевых сварных соединений обечаек по режиму высокого отпуска с нагревом до температуры 595—620 °С с выдержкой 6,5 ч. Нагрев выполнялся блоками плоских инфракрасных электронагревателей мощностью по 13,3 кВт, а также блоками электронагревателей сопротивления мощностью до 5,5 кВт. Все электронагреватели были разделены на зоны нагрева с автономным питанием и контролем температуры.

В Англии проводилась объемная термическая обработка корпуса реактора АЭС «Хантерстон», имеющего сферическую форму диаметром 21 м с толщиной стенки до 76 мм при массе 1800 т [21]. Внутри корпуса реактора расположен бак корпуса активной зоны диаметром 18 м, высотой 12,3 м с толщиной стенки 25 мм. В верхней части корпуса реактора расположено 212 штуцеров, а в нижней части 101 штуцер. Кроме того, в экваториальной части корпуса реактора было расположено восемь каналов для подачи углекислого газа. В полностью собранном состоянии корпус реактора непосредственно на месте монтажа подвергался термической обработке с нагревом до 540—580 °С. Максимальная допустимая температура, обеспечивающая сохранность формы реактора, составляла 600 °С.

Для проведения термической обработки выбраны ленточные электронагреватели комбинированного действия, которые располагались внутри корпуса в четырех зонах нагрева (рис. 4.26):

I зона — вокруг цилиндрической части корпуса бака активной зоны и поддерживающих колонн (три электронагревателя длиной 30 м, электрическая мощность 150 кВт каждого);

II зона—вокруг цилиндрической части корпуса бака активной зоны и поддерживающих колонн (24 электронагревателя длиной 30 м, электрическая мощность 75 кВт каждого);

III зона—в нижней части корпуса реактора (16 электронагревателей дли-ной 30 м, электрическая мощность 75 кВт каждого);

IV зона—под нижней частью корпуса реактора (четыре электронагревателя длиной 30 м, электрическая мощность 75 кВт каждого).

Кроме того, в V зоне нагрева экваториальной части корпуса реактора вокруг каждого из шести каналов для подачи углекислого газа расположены трубчатые электронагреватели диаметром 203 мм и длиной 1800 мм.

Наружная поверхность корпуса реактора была покрыта двумя слоями тепловой изоляции толщиной 76 мм каждый. Контроль температуры проводился с помощью 400 термоэлектрических преобразователей, установленных в различных зонах корпуса.

Общий цикл работ по термической обработке, включая время на установку и снятие электронагревателей, термоэлектрических преобразователей и теплоизоляции, составил 15 сут, в том числе 3,5 сут на нагрев до 540—580 °С и 10 ч на выдержку. Проведенные после окончания термической обработки испытания на герметичность и обнаружение трещин, а также ультразвуковой контроль показали отсутствие дефектов сварных швов, что говорит, в частности, о высоком качестве термической обработки.