熱處理工藝在壓力容器設計中的控制要點分析

趙 巖

（河北都邦石化工程設計有限公司，河北石家莊 050000）

在化工、工業、醫藥領域中，壓力容器的性能廣受關注，壓力容器的應用也得到了推廣。壓力容器的抗腐蝕性能非常高，且具有很強的密閉性，能夠在一定程度上降低企業的生產成本，特別是針對工業中需要盛放有毒或腐蝕性強的氣體、液體，壓力容器作為承載器件，是很好的選擇。壓力容器在使用前必須要經過熱處理，通過熱處理恢復容器的原始金屬性能，能夠更加堅固耐用，確保壓力容器能夠更好地保存溶劑或氣體。當然，在進行熱處理工藝時一定要按照科學的工藝要點進行操作，讓壓力容器得到最好的處理。

1 熱處理原理與技術要點

金屬熱處理就是將金屬零件放在熱源中進行加熱，在恒溫中加熱一定時間后，再進行冷卻處理，這是機械制造中最常用的工藝之一，與其他工藝相比較，熱處理不會改變零件的形狀以及成分，僅是通過高溫改變金屬內的顯微組織，進而改善零件的使用性能，以使金屬具有力學性能、化學性能以及物理性能。

金屬熱處理工藝通常分為加熱、保溫、冷卻三個階段，這三個過程是緊緊相扣不可分割的。加熱作為熱處理中最重要的工序之一，有很多操作方法，一般情況下，壓力容器的熱處理只需要加熱跟冷卻兩個環節，但是特殊的容器因為盛放的物品性質較為特殊，熱處理過程中還會多增加保溫這一環節。傳統的熱處理需要注意在加熱時的熱量來源，傳統的熱處理因為沒有高科技的支撐，采用的設備比較老化，多采用燒煤或燒炭的形式，這個時候就要注意煤炭的燃燒是否充分，平時燃燒過程中也要注意安全。目前傳統的熱處理來源已經得到了很大的改善，在使用來源上更加環保、綠色，更傾向采用氣態或液態燃料，一定程度上也避免工人在加熱過程中可能遇到的危害。另外還需要注意加熱的溫度，溫度控制是熱處理中非常重要的環節，直接關系到壓力容器能否成型出爐，不同容器的金屬材料對于加熱溫度要求也不同，在進行熱處理時必須要根據實際的金屬材料進行調節，保證熱處理后的效果。加熱處理后一定要做好保護，不能直接將加熱好的器具直接暴露在空氣中，這樣會造成器具氧化。所以加熱過后，必須要做好對容器的保護，金屬容器在冷卻的環節也要把握好冷卻溫度，減少空氣含量，在冷卻時務必控制好溫度，一般退火冷卻這一步驟的速度較慢，主要還是要根據鋼種材料的不同決定冷卻的時長，正常情況下正火冷卻的速度比較快，相對的淬火冷卻的速度會更多一些。

2 壓力容器焊接后熱處理的目的

壓力容器設計是根據定好的尺寸與工作環境進行加工的，設計人員通過結合安裝檢修、現場使用環境、載荷分析等，選擇容器之間的結構形式，保證壓力容器的可用性。因為壓力容器的特殊性質，壓力容器經常需要在環境條件較為苛刻的地方進行運轉，在苛刻的操作條件下，一旦工作時間過長就會出現工作失效或某一零件出現故障，這個時候整個壓力容器都不能夠運行，必須停工進行檢修，但是壓力容器一旦停工整修就會造成企業、甚至國家財產重大損失，耽誤工作進度，影響到后續的發展，所以必須要保證壓力容器能夠長期安全的運行。

壓力容器的安全性直接取決于選用的材料，在進行壓力容器金屬材料選擇時，要多方面進行考慮，不能夠僅局限于對金屬材料性能、化學成分等基礎環節上，要著重考慮熱處理下壓力容器的變化。工人人員必須有超前意識，要明白熱處理是可以有效改善金屬材料性質的外界推力，在相關的制度上明確規定了關于壓力容器鋼板在熱處理下的狀況，一旦出現別的情況就必須要注意是否出現了會影響壓力容器質量的故障。

3 熱處理的種類和作用

目前熱處理的情況非常多，在分類上也有很多區別。壓力容器一般會根據使用的目的去劃分，通常分為焊后熱處理、恢復力學性能熱處理、改善力學性能熱處理和消氫熱處理四種。

在進行壓力容器制造時，一般采用熱處理是為了有效改善壓力容焊接接頭的不足之處，消除焊接出現的缺陷，通過焊接接頭與附近的金屬變化單進行加熱，再通過冷卻后加強壓力容器的強度。

4 需要進行焊接后熱處理的條件

在壓力容器的設計中，要從科學角度出發考慮是否需要進行焊后處理，因為壓力容器的焊后處理需要采用大型的熱處理設備進行，這個過程中會消耗掉大量的能源，必須要考慮到壓力容器的安全性與經濟形。現在人們雖然有一定的意識，認識到過大的焊接應力時會影響到壓力容器的安全，但是很多情況下還是需要使用焊后熱處理，所以這個時候就要考慮，焊接應力在什么情況下可以采用焊后處理。為了達到統一標準，國內外都設定了必須通過材質、厚度、預熱等條件去判斷是否需要進行焊后熱處理。一般需要采用焊后處理的通用條件有以下幾點。

4.1 材質

隨著鋼材質的含量提高，焊接的性能也會變差，這時很容易出現焊接缺陷，就會影響到壓力容器的使用效果。

4.2 鋼材厚度

鋼材厚度越大證明焊接縫也會越深，這個時候焊縫冷卻之后收縮性就會增大，而且剛性也會加強，為了抵抗局部的收縮變形就會導致鋼材的焊接存在較多的應力。

4.3 預熱溫度

焊前預熱能夠一定程度上緩解焊縫部位與其他部位的溫度差異，減緩在高峰值焊接應力過大。

除了以上提到的三點通用情況之外，焊后處理還存在兩種特殊情況，第一種是圖樣注明要儲存腐蝕物件，第二種就是要承載有毒性或高危介質時。這個時候就要考慮焊接殘余應力對容器的危害，以及壓力容器會不會在某個時刻出現腐蝕開裂，危害到大家的人身安全。例如盛裝液化石油，液化石油中含有高濃度的H2S，H2S中的雜質會直接腐蝕鋼材；還有液氨，如果壓力容器承裝的是濃度超過99.995%的液氨，就會存在很大的腐蝕可能性，目前能夠緩和液氨腐蝕性的方法就是在液氨中加入微量的水，借用水作為緩蝕劑。

壓力容器在焊后熱處理主要分為爐內整體熱處理、分段爐內處理、局部熱處理以及現場熱處理，在壓力容器中首選爐內整體熱處理。爐內整體熱處理主要是利用工件在爐內均勻的加熱，有效地控制好溫度的變化，這對于壓力容器來說是最好的。其他的熱處理，例如分段爐內處理一般適用于工件過大的壓力容器，采用分段爐內處理時要注意把控好兩點，一是確認好工件是否需要反復加熱以及需要加熱的長度，保證加熱的長度不小于1500mm；二是需要熱處理的工件裸露火爐外的部分也需要進行保溫，避免出現溫度差異，影響壓力容器的整體使用，同時還要確保做好精準的溫度控制、恰到好處的保溫措施，確保壓力容器的熱處理完成。現場熱處理也被稱為整體爐外焊后熱處理，主要用于需要運輸諸如高塔、球罐這類大型壓力容器，整體爐外熱處理可以將壓力容器作為高溫加熱的介質，在容器殼內加熱，利用殼的外部作為保溫，這種方式比較便捷，在我國也是常用的熱處理方式之一，但是一旦遇到雨雪天就會影響到熱處理的效果。

5 結束語

綜上所述，可以得出壓力容器設計是一項十分嚴謹的技術，壓力容器作為工藝服務，在運行時直接與國家財產、人身安全掛鉤，一旦出現問題，后果十分嚴重，所以必須嚴謹對待壓力容器的設計與熱處理，將一切可能出現的事故扼殺在搖籃中。