壓力容器設(shè)計中的熱處理問題分析

張樹勇

摘 要：壓力容器的用途比較廣泛，具有能夠發(fā)生化學反應(yīng)或者物理反應(yīng)、能夠傳導(dǎo)熱能、能夠進行分離和存儲以及具有耐壓性能等功能，在能源工業(yè)、科學研究事業(yè)、軍隊工程以及石油化工工程等領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。壓力容器的使用環(huán)境比較惡劣，設(shè)計過程比較復(fù)雜，如果壓力容器一旦被損壞，造成的影響也十分嚴重。所以，要選取合適的材料和方法進行熱處理技術(shù)，以保證壓力容器的質(zhì)量，確保這種大型的壓力容器的安全性和可靠性。文章就壓力容器設(shè)計中熱處理問題分別從奧氏體不銹鋼制壓力容器的熱處理問題、介質(zhì)為液氨的容器如何進行熱處理的問題、對于復(fù)合板容器如何進行焊后熱處理的問題、對于替代材料的熱處理問題、焊后熱處理的相關(guān)方法五個方面作了介紹，為提高壓力容器設(shè)計中的熱處理水平做了借鑒。

關(guān)鍵詞：熱處理；不銹鋼容器；液氨容器；復(fù)合材料；代用材料

在化工制品，醫(yī)藥領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，壓力容器以其優(yōu)良的性能備受企業(yè)關(guān)注，其應(yīng)用范圍也日益擴大。壓力容器的抗腐蝕性高，密閉性強，并能大幅度節(jié)約生產(chǎn)成本，對于一些具有毒性和腐蝕性的氣體和液體，用壓力容器作為裝載器質(zhì)是一個不錯的選擇。壓力容器在使用前通常都要經(jīng)過必要的熱處理加工程序，該種加工操作可以恢復(fù)容器材料的原始金屬性能，使容器更加堅固耐用，在具體的熱處理過程中，要按照科學合理的操作流程進行。目前各種新型的熱處理加工工藝還在不斷開發(fā)中，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。

1 熱處理的主要程序和技術(shù)處理要點

使用金屬作為原料所制造出來的壓力容器會在制作過程中從一定程度上降低金屬的基本性能，所以為了有效恢復(fù)金屬的基本性能，通常會采取熱處理的過程進行壓力容器的處理。一些壓力容器的熱處理過程需要經(jīng)歷兩個主要步驟：加熱和冷卻，但還有一些特殊的容器由于其制作材料的特殊性，中間還需要有保溫這一環(huán)節(jié)。在加熱處理的環(huán)節(jié)中，需要注意以下技術(shù)操作要點：一是加熱時所采用的熱量來源。傳統(tǒng)的熱處理由于設(shè)備還不是十分先進，會選用老式加熱方法，比如燒煤或者燒炭的形式。近些年先進工藝的不斷研發(fā)，使得加熱方法也更為環(huán)保節(jié)能高效，例如使用氣態(tài)或者液態(tài)燃料完成容器的加熱處理。二是加熱時的溫度控制，這是熱處理過程成功的關(guān)鍵。不同容器的金屬材料對于加熱溫度的標準是不同的，要視具體情況進行溫度的必要調(diào)節(jié)，保證熱處理的效果。三是加熱后容器的保護處理。金屬在經(jīng)過熱加工后如果直接暴露在空氣中則極易被氧化，因此，在加熱環(huán)境的選擇上要盡量降低空氣的含量或者采用一定的方式對容器加以保護。在金屬冷卻環(huán)節(jié)，要注意冷卻溫度的把控，由于選擇的加熱工藝不同，冷卻的溫度和方式也有所區(qū)別。

2 奧氏體不銹鋼進行熱處理時需要注意的問題

奧氏不銹鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是極具韌性，適應(yīng)力和形變性質(zhì)極強的特殊化學結(jié)構(gòu)，與其他金屬原料相比，其除了具有正常的容器性能之外，還具有價格低，使用方便等特性，一般情況下，不必進行熱處理程序加工。但現(xiàn)實操作過程中，往往會出于應(yīng)用需要，如容器中裝載的是具有極強腐蝕性的液體材料時選擇將奧氏不銹鋼進行熱處理操作，以提高其抗腐蝕性。在熱處理過程中，人員操作的技術(shù)水平和溫度的控制是尤為重要的。技術(shù)人員要事先向容器使用方了解容器的使用條件和內(nèi)部裝載物性質(zhì)，然后制定切實可行的熱處理方案，在必要情況下可以根據(jù)不同要求進行加熱和冷卻溫度調(diào)控的實驗，保證達到最為理想的熱處理效果。

3 需要進行熱處理的液氨容器應(yīng)該滿足的條件

在內(nèi)部應(yīng)力的作用下，液氨壓力容器極易發(fā)生形變和出現(xiàn)裂痕，久而久之，會由于裂縫到達一定程度發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象，導(dǎo)至液氨泄露，引發(fā)嚴重的工業(yè)事故。所以，一般情況下，為了去除應(yīng)力對于液氨壓力容器的影響，通常要事先進行對容器的熱處理作業(yè)。對于液壓容器必須要進行熱處理的條件主要有以下幾種情形：一是液氨濃度較高的情況。液氨是一種極具腐蝕性的化學制品，對金屬容器極易造成腐蝕，濃度越高腐蝕性越強，就越應(yīng)該做好金屬熱處理準備；二是液氨中含水量低于百分之0.2，就要進行熱處理作業(yè)；三是如果容器儲存環(huán)境的溫度過高，就會增加液氨事故發(fā)生的幾率，所以，溫度過高也要進行熱處理；四是對于結(jié)構(gòu)應(yīng)力較強的金屬材料的情況。

4 復(fù)合板容器進行熱處理時的注意事項

與一般金屬材料容器類似，復(fù)合板容器進行熱處理也要具備幾項基本條件，一是盡量控制熱處理操作時環(huán)境中的空氣含量，有條件時最好為真空；二是要嚴格控制加熱和冷卻的溫度；三是不同的材料要進行不同程度的熱處理操作。除此之外，復(fù)合板容器的熱處理根據(jù)其自身的特點還要注意以下操作要點：首先，復(fù)合板容器的材料是由多種化學材料混合而成，每種材料的性質(zhì)都有所區(qū)別，例如可塑性和抗熱性等等，所以在進行熱處理參數(shù)設(shè)計時要從多方考慮，綜合全盤因素制定科學的熱處理計劃，并進行溫度的控制和調(diào)整。其次，如果容器中含有不銹鋼材料，在進行熱處理時要特別注意容器焊后的接頭處處理，以免影響容器的密閉性。對于符合材料的熱處理加工工藝要科學選擇，加熱時選擇正火工藝可以增強材料的抗腐蝕性，淬火加工工藝則可以提升材料本身的強度。

5 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，當符合下列任意條件之一，應(yīng)于成型后進行相應(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，符合了標準的規(guī)定，就應(yīng)該增加熱處理要求。

焊后熱處理的相關(guān)方法：

焊后熱處理主要有以下幾種方法：從整體熱處理來看，分為整體熱處理和爐內(nèi)整體熱處理，此外，還有局部和分段熱處理。在進行爐內(nèi)整體熱處理時，是將壓力容器整體置于密封的爐內(nèi)實施熱處理。對于容器或者是其受壓元件需要進行熱處理時，應(yīng)該優(yōu)先采用爐內(nèi)整體熱處理的方法。對于高壓、中壓反應(yīng)容器和儲存容器盛裝混合液化石油氣的臥式儲罐、移動式壓力容器應(yīng)采用爐內(nèi)整體熱處理。因此，作為設(shè)計者，一是應(yīng)該考慮到材料、場地等實際情況和實際條件，二是應(yīng)該認真編制圖紙，并在圖紙中對采用何種熱處理方法進行標注，對熱處理提出針對性、方向性的建議。

6 結(jié)束語

壓力容器熱處理是一項極其復(fù)雜的工藝操作過程，對于容器的性能恢復(fù)具有關(guān)鍵性作用，一般情況下，為了提高容器的抗腐蝕性和耐用性，都要在容器使用之前進行熱處理加工。熱處理加工要根據(jù)金屬材料的屬性進行溫度和加熱工藝的選擇，這就對于技術(shù)操作人員有較高的要求，只有實現(xiàn)熱處理技術(shù)操作方法的合理性運用，才能最大限度發(fā)揮其功效。

參考文獻

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