化工壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析

孟靜

摘 要： 在化工、醫(yī)藥、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，壓力容器以其優(yōu)異的性能受到企業(yè)的重視，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。該壓力容器耐腐蝕能力強(qiáng)，密封性好，可大大節(jié)約生產(chǎn)成本。對于一些有毒腐蝕性氣體和液體，使用壓力容器作為裝載機(jī)是一個很好的選擇。壓力容器在使用前通常要經(jīng)過必要的熱處理。這種加工操作可以恢復(fù)容器材料原有的金屬屬性，使容器更加耐用。在具體的熱處理過程中，必須按照科學(xué)合理的操作規(guī)程進(jìn)行。目前，各種新型熱處理加工技術(shù)仍在開發(fā)中，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。本文針對儲壓設(shè)備規(guī)劃中存在的熱處理問題進(jìn)行了研究和分析。

關(guān)鍵詞： 壓力容器設(shè)計;熱處理;問題分析

一、熱處理技術(shù)所應(yīng)用的原理

金屬熱處理是將金屬工件置于特定的介質(zhì)中，在合適的溫度下，在一定的時間內(nèi)完成加熱，并對加工過程采用不同的冷卻溫度方法。熱處理技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的重要工藝之一，與其他流程相比有一定的特點：它不改變工件的形狀和化學(xué)成分，只需要改變纖維結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)成分的工件的位置來改變其性能。為了使工件具有所有所要求的性能，除了合理選擇各種成型工藝和材料外，熱處理工藝也是不可缺少的特點。

金屬熱處理過程是一個加熱、后加熱、最后冷卻的過程，具有不連接、不間斷的特點。加熱在熱處理過程中是一個極其重要的過程，有許多方法。通過對加熱溫度的有效選擇和控制，可以充分保證熱處理的整體質(zhì)量。不同熱處理目的的金屬材料可能會導(dǎo)致所選擇的加熱溫度不同，一般是將金屬材料加熱到相變的溫度，然后得到高溫結(jié)構(gòu)。退火冷卻過程最慢，真正的火冷卻速度更快，淬火冷卻速度最快。

二、熱處理的主要程序和技術(shù)處理要點

以金屬為原料制成的壓力容器在制造過程中會在一定程度上降低金屬的基本性能。因此，為了有效地恢復(fù)金屬的基本性能，通常采用熱處理工藝對壓力容器進(jìn)行處理。一些壓力容器的熱處理過程主要需要加熱和冷卻兩個步驟，但由于材料的特殊性，也有一些特殊的容器中間需要保溫。在熱處理過程中，應(yīng)注意以下技術(shù)操作要點;第一，加熱過程中使用的熱源。傳統(tǒng)的熱處理方法并不十分先進(jìn)，使用的是老式的加熱方法，如燃煤或木炭。近年來，先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展使加熱方式更加環(huán)保、節(jié)能，如使用氣態(tài)或液態(tài)燃料來完成容器的熱處理。二是加熱過程中的溫度控制，這是熱處理工藝成功的關(guān)鍵。不同容器的金屬材料對加熱溫度有不同的標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行必要的溫度調(diào)節(jié)，以保證熱處理的效果。三是容器加熱后的保護(hù)處理。熱處理后直接暴露在空氣中的金屬極易氧化。因此，加熱環(huán)境的選擇應(yīng)盡量減少空氣含量或以某種方式保護(hù)容器。在金屬冷卻部分，應(yīng)注意冷卻溫度的控制。由于所選擇的加熱工藝不同，冷卻溫度和方式也不同。

三、化工壓力容器及其零件的焊后熱處理方法

（一）奧氏體不銹鋼壓力容器焊后熱處理

有關(guān)規(guī)范、奧氏體不銹鋼焊后不熱處理，以及如何連接后熱處理，以及如何進(jìn)行熱處理后連接，但是沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，熱處理的方法是不準(zhǔn)確和明確的標(biāo)準(zhǔn)，一般來說，奧氏體不銹鋼具有良好的韌性和可塑性，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生并不是很大，而且沒有冷作硬化。在實踐中，為了有效地緩解壓力，進(jìn)行620-600℃的熱處理溫度，保溫2小時。對于奧氏體不銹鋼，如果溫度為400-850℃，如果冷卻速度較慢，很可能發(fā)生晶間腐蝕，即該物質(zhì)的敏化。當(dāng)耐蝕性高或環(huán)境溫度高時，由于供應(yīng)需要，有必要進(jìn)行深入具體的討論和分析，并制定相應(yīng)的措施來處理這些問題，保證壓力儲存設(shè)備的質(zhì)量。

（二）液氨容器的熱處理

液氨壓力容器在內(nèi)應(yīng)力作用下容易發(fā)生變形和裂紋，最終導(dǎo)致液氨泄漏，造成嚴(yán)重的工業(yè)事故。為了減小壓力對液氨壓力容器的影響，對液氨壓力容器進(jìn)行了熱處理。液氨容器在進(jìn)行熱處理時，必須滿足以下一種或幾種情況：（1）液氨濃度高時，考慮到液氨的腐蝕性，很可能會引起一定的金屬容器。腐蝕，而且濃度越高，腐蝕性越強(qiáng)，因此有必要在熱處理前進(jìn)行準(zhǔn)備。（2）為了保證液氨的含水量，如果不達(dá)到0.2%，必須進(jìn)行熱處理。（3）當(dāng)容器儲存溫度不足時，很有可能發(fā)生液氨事故，溫度過高后要注意有效處理。（4）對高應(yīng)力金屬材料結(jié)構(gòu)實施有效的熱處理。

（三）復(fù)合板焊后熱處理

作為復(fù)合板容器，如何處理焊后熱處理，需要謹(jǐn)慎對待。原則上，如果基體材料必須進(jìn)行焊后熱處理，那么用復(fù)合板生產(chǎn)的容器也必須進(jìn)行相應(yīng)的焊后熱處理。然而，在熱處理前，必須考慮復(fù)合材料的力學(xué)性能對熱處理的影響，并考慮熱處理對耐蝕性的影響。如果壓力容器的材料是不銹鋼復(fù)合板，很容易在復(fù)合材料和焊接接頭的焊后熱處理后有一定的影響，使其成為炭化，甚至形成σ階段，導(dǎo)致一些損傷復(fù)合材料層的性能。它會破壞其耐腐蝕性和機(jī)械性能。因此，當(dāng)容器材料為不銹鋼時，必須對焊后熱處理進(jìn)行處理。在焊后熱處理發(fā)展的相關(guān)過程中，應(yīng)充分考慮熱處理對材料本身的要求，充分考慮熱處理對材料耐腐蝕性能的影響。必要時，更合適的層壓板（例如，超低碳層）。按照相關(guān)要求，可以靈活處理，焊后熱處理，特別是，根據(jù)需要實現(xiàn)溫度和保溫時間的調(diào)整，并通過驗證相關(guān)的方式，主要測試方法是測試、性能測試和熱處理試驗。

（四）壓力容器材料為代用材料時的熱處理方法

在生產(chǎn)過程中，有的制造企業(yè)因為一時難以采購到符合設(shè)計需要厚度的材料時，常常會采用其他厚度的材料作為代用，例如以厚代薄或以薄代厚。尤其是當(dāng)用厚材料代用薄材料時，應(yīng)該對代用材料是否符合熱處理要求的問題進(jìn)行充分考慮，并結(jié)合 GB150.4-2011第 8.1.1 條，鋼板冷成型受壓元件，當(dāng)符合下列任意條件之一，應(yīng)于成型后進(jìn)行相應(yīng)熱處理恢復(fù)材料的性能。例如一臺容器人孔設(shè)計時采用的為 φ530×10，材料為 Q345R 而制造時用 φ530×16 的 Q345R代用，符合了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，就應(yīng)該增加熱處理要求。

針對焊后熱處理的方法。焊后的熱處理方法主要包括以下幾點：結(jié)合整體的熱處理可以將其分為爐內(nèi)和整體的熱處理，還包括分段和局部 2 種熱處理方法。在對爐內(nèi)整體實施熱處理時，會在密封的爐中放置整個壓力容器。對受壓元件或者容器還要做出有效的熱處理時，必須優(yōu)先使用爐內(nèi)整體熱處理的方法。在儲存容器和高壓反應(yīng)容器里可以裝混合液化氣，對移動式壓力容器和臥式儲罐應(yīng)用爐內(nèi)整體熱處理方法。基于此，設(shè)計人員需要對場地和材料等實際情況進(jìn)行充分的考慮，認(rèn)真編制圖紙，標(biāo)注好圖紙中所應(yīng)用的熱處理方法類型，提出一些具有針對性和方向性的熱處理建議。

總之，壓力容器的熱處理屬于較為復(fù)雜的工藝操作過程，并且會對容器性能能否更好地恢復(fù)產(chǎn)生直接的影響。一般為了提高容器抗腐蝕性和耐用性，會在容器焊接完畢后進(jìn)行熱處理。進(jìn)行熱處理加工時，要結(jié)合金屬材料屬性來對加熱工藝和溫度加以選擇，對于技術(shù)操作人員的要求相對比較高，只有對熱處理技術(shù)的操作方法進(jìn)行合理有效的利用后，才可能將其所具有的功效在最大程度上發(fā)揮出來。

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