压力容器设计中热处理问题分析

刘文庆

（大庆油田工程有限公司，黑龙江 大庆 163712）

1 热处理技术所应用的原理

金属热处理是将金属工件放置到特定介质完成适宜温度的加热并维持一定时间，将不同冷却温度方法应用到该工艺中。作为机械制造之中重要工艺之一的热处理技术与其他工艺相比具有一定特点：不会改变工件的形状和化学组分，只需要改变工件表面位置的纤维组织和化学成分就能够改变其使用性能。为使工件具备所需要的各方面性能，除了对各种成型工艺和材料进行合理选用之外，热处理工艺还具有必不可少的特点。

金属热处理工艺是先加热、后保温以及最后进行冷却的过程，该过程具有互不衔接和不可间断的特点。热处理过程中的加热属于极为重要的工序，其方法比较多，通过对加热温度进行有效的选择和控制能够使热处理的整体质量得到充分的保证。金属材料热处理目的不同会使选择的加热温度存在差异，一般是金属材料加热到相变的温度，随后获取高温组织。退火冷却过程的速度最慢，真火冷却的速度比较快，淬火冷却的速度最快。

2 压力容器焊后进行热处理的意义

设计压力容器时，要结合给定的工作条件和工艺尺寸，详细分析制造和安装检修等方面要求，准确分析压力容器之中元件的应力和荷载，并对合理的结构型式进行选择，并且保证强度尺寸所具有的可靠性和经济性。其经常在较为苛刻的操作条件下进行长期和连续的工作，极有可能在压力容器出现失效或者零件出现破坏的情况下造成整个装置停工，使国家和人员的财产与安全遭受严重影响。基于此，需要对石油化学等工业生产过程中容器的长期安全运行给予充分的保障，针对压力容器安全性造成影响的关键在于所选材料的材质，而金属材料的性能不仅和金相以及化学成分有较大联系，并且还和热处理的状态有直接联系。

3 热处理过程中的主要程序与技术处理要点

在应用金属原料制造压力容器时会明显降低金属的基本性能，要使金属的基本性能得到一定的回复，正常情况下，进行热处理期间需要对压力容器进行一定的处理。压力容器热处理需要经历加热和冷却2个步骤，一些特殊的容器因为所选材料的特殊性，还需要对保温环节进行设计。在加热处理期间需要对以下几个操作要点给予重视。（1）需要注意加热期间所采用的热量来源，因为传统热处理期间使用的并不是先进设备，一般是烧煤和烧炭等老式的加热方法；（2）加热期间对温度的控制，不同容器的金属材料在加热温度上也存在一定区别，需要结合具体情况来调节温度，为热处理效果提供保障；（3）对完成加热的容器进行保护处理，经过加工后的金属直接暴露在空气之中极易发生氧化反应，因此在加热期间要尽可能降低空气含量，或者适当应用一些有效的方法来保护容器。

4 热处理期间奥氏体不锈钢所需注意的问题

奥氏体不锈钢内部机构的韧性一般比较强，还具有较强的形变性质和适应能力。相比于其他金属原料，除了容器性能比较正常之外，价格相对比较低，使用过程也更为方便，大多不需要再进行热处理程序，然而在实际操作期间经常需要提高个别性能。在热处理期间，对温度控制和操作技术水平有一定的要求，技术人员必须提前了解容器使用方法，了解容器的内部装载物性质和使用条件，再制定和选择合理的热处理方法，针对特殊情况，可以结合不同的需求进行冷却和加热等方面的温度调控实验，使热处理能够达到最为理想的效果。

5 需要进行热处理的液氨容器所应该满足的条件

液氨压力容器在内部应力作用之下易出现形变和裂痕，最终造成液氨泄漏，并且引发较为严重的工业事故。为降低压力对液氨压力容器影响，就要对容器进行热处理。对液氨容器进行热处理时必须满足以下几个情形中的一点或者几点：

（1）在具有较高液氨浓度时，考虑到液氨的腐蚀性较强，极有可能对金属容器造成一定的腐蚀，而且浓度越高腐蚀性越强，因此需要在进行热处理之前做好准备工作。

（2）要保证液氨的含水量，若未达到0.2%，必须进行热处理作业。

（3）容器储存环境温度不足时大概率会引发液氨事故，需要重视温度过高后的有效处理。

（4）针对应力强的金属材料结构实施有效的热处理。

6 复合板容器在进行热处理期间需要重视的项目

与一般金属材料容器有一定的相似性，在对复合板容器进行热处理时，应该具备的基本条件包括以下几点。

（1）需要对热处理操作期间的环境空气量进行控制，在条件允许的情况下尽可能选择真空环境。

（2）需要对加热和冷却期间的温度进行严格的控制。

（3）针对不同材料需要进行的热处理操作存在差异。

（4）复合板容器在进行热处理时需要结合自身的特点从以下几个方面进行操作：①需要考虑复合板的材料包括多种化学材料，所有的材料在抗热性和可塑性等性质上存在一定区别，因此在对热处理参数进行设计时所需要考虑的内容就比较全面，结合所有涉及的因素制定科学的热处理计划，并且对于温度进行调整和控制；②科学选择与材料热相符的处理加工工艺，加热过程中应用正火工艺能够使材料的抗腐蚀性能得到强化，应用淬火加工工艺则可以使材料的强度得到充分强化。

7 在压力容器所使用代用材料期间进行热处理的方法

个别制造企业在进行生产时会因为难以对与设计需求相符的材料进行选择而应用一些其他厚度的材料，比如以薄代厚或者以厚代薄之类的问题。特别是针对薄材料用厚材料代用期间，要充分考虑所选的代用材料与热处理之中的要求是否相符，并且依照国标150.4—2011之中的第8.1.1条内容的要求将钢板冷成型受压元件，在和下面条件之中任何一个相符的情况下，应用成型之后需要进行相应的热处理对材料所具有的性能进行恢复。

针对焊后热处理的方法。焊后的热处理方法主要包括以下几点：结合整体的热处理可以将其分为炉内和整体的热处理，还包括分段和局部2种热处理方法。在对炉内整体实施热处理时，会在密封的炉中放置整个压力容器。对受压元件或者容器还要做出有效的热处理时，必须优先使用炉内整体热处理的方法。在储存容器和高压反应容器里可以装混合液化气，对移动式压力容器和卧式储罐应用炉内整体热处理方法。基于此，设计人员需要对场地和材料等实际情况进行充分的考虑，认真编制图纸，标注好图纸中所应用的热处理方法类型，提出一些具有针对性和方向性的热处理建议。

8 结语

压力容器的热处理属于较为复杂的工艺操作过程，并且会对容器性能能否更好地恢复产生直接的影响。一般为了提高容器抗腐蚀性和耐用性，会在容器焊接完毕后进行热处理。进行热处理加工时，要结合金属材料属性来对加热工艺和温度加以选择，对于技术操作人员的要求相对比较高，只有对热处理技术的操作方法进行合理有效的利用后，才可能将其所具有的功效在最大程度上发挥出来。