浅析压力容器设计中的热处理问题

赵金龙

摘 要：在压力容器的设计与制造过程中，为了能够满足压力容器强度等指标的需求，在容器成型之后就需要进行热处理技术的预处理。因此，热处理就成为压力容器设计中不可忽视的一项关键技术。本文对压力容器设计中的热处理问题进行了探讨。

关键词：压力容器；设计；热处理

一、热处理基本工艺技术

开展热处理，需要在加热、保持温度、冷却阶段进行相互的协作，并且也是一门工序要求紧凑的工艺，其主要包含：第一，加热方式。一般的加热方式包含了直接加热和间接加热两个方面，其直接加热包含了液体、气体、电加热等，间接加热则包含利用液态金属或者是盐的浮动粒子来进行间接的加热。第二，在选择温度值以及控制温度的时候，就需要在制造压力容器的时候，在不同的反应段作为温度的控制，确保其处于相应的区域范围，这样才能确保最大限度的提升金属物料的材料强度，满足压力容器成品的质量需求。第三，冷却工艺。压力容器因为不同的用途、不同的结构类型以及不同的制造材料，所以在设计与制作中，就需要按照上述的规范，实施不同速度的冷却，一般会选择淬火，因为其冷却速度最快，不仅可以让钢件马氏体组织得到保障，也可以提升工作本身的耐磨性、强度以及硬度，这样就可以让热处理的后续工作能够顺利的实施。而正火冷却的速度相对较慢，其可以改善材料的加工与切削性能，也可以提升其低碳钢的整体力学性能。

二、压力容器热处理的前提条件

对于压力容器来说，还需要注意合理设置在焊接之后的热处理这一个环节。此外，在焊接之后，其热处理条件较高，如针对大型处理设备，其消耗能量偏多，所以，就需要综合的分析其安全性和经济性。目前，相关人员已经可以确定焊接应力较大会出现安全隐患，但是考虑其本身的复杂性，还无法确保其焊接应力可以控制在一定的水平内。因此，通过运行条件、厚度、材质等相关因素来判断其热处理，其标准主要包含了两个方面：

第一，通用条件，其焊接应力大小包含：

首先，材质。一般来说，钢材强度以及合金含量偏高，其焊接性能较差，在工艺条件相同的前提下，就可能面临焊接缺陷。其次，钢材厚度。钢材厚度越大，就会出现越深的焊缝，当其冷却之后，会增强其收缩倾向，再加上刚性变大，就会进一步增大抗收缩能力，这样就会有残余应力出现。最后，预热温度。在焊接之前，通过预热能够实现焊缝部位以及对应部位温度梯度的减缓，从而防范高峰值焊接应力的出现。基于上述几个方面，就需要按照对应的厚度、材质等来进行设定。

第二，特殊条件。一般来说，不会考虑到材质以及预热温度。其特殊条件包含：首先，存在应力腐蚀的压力容器明确。其次，注明用于极度危害介质或者是高度危害介质的低合金钢制容器、碳素鋼制容器。不过特殊条件是在事故发生之后，基于其后果的严重性来分析的。

三、压力容器设计中的热处理分析

1、奥氏体不锈钢材料

基于相关规范，奥氏体不锈钢属于不可热处理的焊接，以及如何来连接之后的热处理，以及在连接执行之后如何做好热处理的设置，但是都缺乏对应的标准。一般来说，奥氏体不锈钢本身的可塑性和韧性良好，其残余应力的产生不大，不会存在冷作硬化的问题。在实践环节，需要缓解其压力，以及进行600-620℃的热处理，并且保温2小时。针对奥氏体不锈钢来说，在400-850℃范围内，如果冷却的速度过慢，就可能会有晶间腐蚀的问题出现，这样就可能导致物质出现敏化。在提升耐腐蚀要求，或者是当环境温度提高之后，考虑到实际的供应需求，就需要对应的进行分析和探讨，做好对应事务的处理，这样才可以满足压力容器的质量要求。

2、复合板材料

复合板容器如何才能实施焊后热处理，还需要重点分析。一般来说，如果基体材料需要进行焊后的热处理，那么利用复合板生产容器，就需要进行对应的操作。在实施热处理之前，首先要分析复合板材料本身对于热处理带来的影响，再分析热处理对于耐腐蚀性带来的影响。一般选择不锈钢复合板，这样就会在焊后热处理之后带有一定的影响，并且逐渐炭化，甚至还有可能会出现σ阶段，导致复合板材料层的性能受到损伤，破坏其机械性能和耐腐蚀性。所以，选择不锈钢复合板的时候，就需要实现焊后热处理。在焊后热处理对应的发展中，需要分析对材料本身的要求，并且考虑对材料腐蚀性能会带来怎样的影响。

3、基于液态氨作为介质的压力容器

基于钢制压力容器对应的标准，在16MnR（Q345R）下，其密度为7.85t/m

，熔点达到1430℃，其[σ]t见表1所示。

σ σT<0.9s，所以，在达到水压试验要求强度中，如果应力没有消除，就会降低容器压力，由于压力容器与液氨介质接触中还需要考虑到下述条件，这样才能让其具有应力腐蚀环境，在焊接之后，就应该进行对应的热处理。第一，液态氨介质，其本身的水含量不会超出0.2%，并且可能会受到环境的污染。第二，当压力容器使用温度超过零下五度，在这里还需要说明，如果壳程介质属于液氨固定管板式换热器，这一结构在焊接之后就不能整体的进行热处理，需要利用分部的方式，也就是进行部件的热处理，之后等管板与壳体焊接之后，就可以局部的进行焊缝的热处理。

4、压力容器设计热处理技术的关注点

按部就班的针对压力容器设计热处理问题，其还需要考虑：第一，在压力容器设计中，在热处理之中焊接元件。第二，压力容器制造中，等待技术检验以及焊接工艺满足标准要求之后，方可进行热处理，之后再试试耐压性实验。第三，针对管板式压力容器，在实施焊接之后，需要做好应力消除的热处理，但是如果压力容器没有选择不锈钢，则不需要。第四，对于低合金钢以及碳素钢的焊接，其管箱侧向开孔要大于圆筒内直径的三分之一，或管箱内焊有分程隔板的，在实施焊接之后，需要做好应力的消除处理。第五，基于不同的焊接点和材料，要按照对应的热处理技术来实施，最终确定其是否需要进行热处理。

5、焊接后热处理方法分析

在实施焊接之后的热处理，其主要是利用炉内整体、分段、以及局部热处理几种方式，炉内整体的热处理主要是让压力容器或者是受压元器件整体处于密封炉内从而进行整体的处理，一般情况下，首先都需要进行整体的热处理。如在规定中有明确的阐述，高压容器、中压反应容器以及存储液化石油气的卧式储罐、移动式压力容器，都需要实施整体的炉内热处理。对于无法进行整体炉内热处理的大型压力容器，如球罐，就可以选择电热法、热风法等方式进行处理，一般大型容器可以进行分段的炉内热处理。对于炉内的部分热处理操作，还应该与整体的热处理规定相匹配。另外，针对B、C、D类的焊接接头，以及连接圆筒的A类焊接接头，可以考虑到局部的热处理。

结束语

总而言之，科学技术的持续发展和进步，使得压力容器技术逐渐成为我们视野内一种综合性极强的科学技术，而其实际的运行就受到人们的广泛关注。实施热处理工艺，其本身关系到人身安全与财产安全，随着对热处理技术要求的进一步提升，就需要能够通过技术的有效革新，为压力容器的设计奠定良好的基础条件，最终提升容器的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]叶超.压力容器设计过程中的不确定性因素[J].建材与装饰，2017（42）：54-55.

[2]陆云华.压力容器设计过程中的问题及对策[J].中国石油和化工标准与质量，2017（19）：148-149.