壓力容器在石油化工行業設計中的相關技術簡述

吳頠

摘 要：壓力容器廣泛應用于國民經濟的各個領域，在石油化工行業中發揮著重要作用。隨著科學經濟的發展，壓力容器的運行工況愈加苛刻，制造技術要求更高。本文結合自身工作經驗針對壓力容器在石油化工行業設計中的相關技術展開了探討與分析，以期能為推動我國石油化工行業的持續穩定發展提供一定的參考與幫助。

關鍵詞：壓力容器;石油化工;行業設計;技術分析 焊接設計

1壓力容器的設計過程

壓力容器的設計是一個綜合過程，綜合了材料科學，基礎力學，制造工藝等一系列專業知識，并遵循法規標準要求，滿足工程實踐的可行性。壓力容器的設計要求，是工藝或用戶提出的一系列用于實際生產所需功能的技術要求，即壓力容器的類型、規格大小、使用工況等條件。設計人員考慮該條件下設備可能出現的斷裂、泄露、變形失穩的失效模式，采用與之對應的強度分析和設計方法，在受壓元件在滿足規范準則和使用壽命的前提下，兼顧制造可行、檢修便利和經濟成本，保證設備能實現強度、剛度、密封性、耐蝕性及穩定性的要求。

焊接設計是壓力容器設計過程中的重要組成部分，也是壓力容器制造過程中的關鍵工序焊接質量的好壞影響壓力容器的制造質量，包含選材、焊接方法、焊接材料、結構設計（焊接坡口，焊接接頭型式等）、熱處理及檢驗檢測。

壓力容器選材受多方面因素制約，如工藝介質的腐蝕性、操作溫度及壓力、使用壽命、制造性能、經濟成本等，常用金屬材料有低碳鋼、低合金鋼、奧氏體鋼、雙相不銹鋼、鎳基合金。不同的材料，力學性能不同，焊接性能各異。

低碳鋼焊接性能優良，其焊縫方法眾多;

對低合金鋼，合金含量增加，鋼材強度增加，焊接性能降低，容易產生焊接缺陷;尤其是高強鋼，因其冷裂紋傾向、淬硬傾向較大，焊接熱輸入全過程要求嚴格;

奧氏體鋼因線膨脹系數大，為避免大的變形，應采用小電流、多層多道焊。

2 壓力容器在石油化工行業設計中的焊接方法

金屬焊接，通俗來講，指通過加熱或者加壓或二者并用，采用或者不用填充材料，讓兩個分離的金屬物體（同種或異種）產生原子（或分子）永久性結合的過程。焊接方法的選擇與焊縫類型、工件厚度、接頭形式和焊接位置、母材性能密切相關，焊接方法一旦確定，坡口型式、焊接材料、焊接工藝以及所需裝備隨之確定。按焊接方法可分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。常用焊接方法如下：

埋弧焊（SAW），擁有較大的焊接電流及焊接速度，多在中厚鋼板的長直焊縫、環焊縫下的平焊位置使用，生產效率及穩定性好，沒有弧光輻射，勞動環境較好，但不適于薄板焊接，要求電弧和坡口相對位置保證。

鎢極氬弧焊（TIG），是以鎢極和工件間的電弧以實現結合，適用于各種合金鋼，特別是高合金鋼及有色金屬的焊接，用于打底焊還能實現成形美觀，適用于薄板，焊接性能優良，易于實現機械自動化（管-管，管-板，內孔管-板，焊接機器人等），缺點是效率較低，成本高，抗銹能力不理想。

熔化極氣體保護焊（GMAW），是在外來氣體保護下，采用連續送進的填充金屬極和焊接熔池之間的電弧的弧焊方法，焊接成本低，效率高于焊條電弧焊，可操作性好，適用范圍廣，但對焊工技能水平要求高，焊縫表面飛濺多，成形較差。

等離子弧焊（PAW），可焊接難熔、熱敏感性高、易氧化的材料，如鉻、鎳、鈦等合金，電弧熱量集中，電弧挺直，工件可不開坡口單面焊雙面成形，焊接熱影響區小，焊接變形小，生產效率高。

3 壓力容器焊接過程中的熱處理技術

焊接過程中，金屬零件被局部快速加熱至高溫后又快速冷卻，這就在焊縫區和母材間形成較高的溫度梯度，焊縫區與周邊區域變形不協調，形成焊接應力。除了加速擴展已有缺陷，嚴重情況會造成應力腐蝕開裂。通過熱處理技術，可有效降低焊接應力，有利于產品質量和運行安全。金屬材質、厚度、預熱溫度及運行條件，是決定熱處理的主要因素。焊接過程中的熱處理分為三種：預熱、后熱及焊后熱處理。

3.1焊前預熱，對不同材質，不同厚度金屬，材料標準有最低預熱溫度。作用有：

3.1.1可以降低焊接接頭的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，從而避免氫致裂紋。

3.1.2在從剛剛凝固的高溫向室溫冷卻過程中，焊接接頭金相組織發生變化，預熱可以避免出現馬氏體淬硬組織，從而避免焊接裂紋出現;

3.2降低焊接殘余應力，防止冷裂紋的產生。通過降低焊接區和焊件整體的溫度梯度，減小溫度不均勻性，焊接裂紋不易產生。

3.3焊接后熱，是在單條焊縫完成后立即進行的，通過火焰、中頻的方式實現，主要目的加快焊縫金屬中擴散氫的逸出，可有效防止焊接冷裂紋產生。

3.4焊后熱處理：主要作用是降低焊接應力，改善母材及焊接接頭的性能，提高抗應力腐蝕的能力，進一步釋放焊縫金屬中的氫及其它氣體，防止延遲裂紋的發生。金屬材質、厚度、預熱溫度及運行條件，是決定是否焊后熱處理的主要因素。

4結語

壓力容器在石油化工行業中扮演著重要的角色，壓力容器的安全耐用才能確保石油化工行業的安全生產。壓力容器焊接過程設計中應用先進技術，有助于提高壓力容器的質量。

參考文獻：

[1]安兆琦. 壓力容器在石油化工行業設計中應用的相關技術[J]. 中國化工貿易， 2019， 011（033）：38.

[2]曹法洲，丁一. 熱處理技術在石油化工壓力容器中的應用研究[J]. 中國石油和化工標準與質量， 2020， v.40;No.519（13）：221-222.

[3]許華娟. 石化裝置中壓力容器用材腐蝕失效與防護研究[J]. 化工管理， 2018， 502（31）：163-164.