熱處理技術(shù)中石化壓力容器中的問題及解決

王濤

摘 要：隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，石油勘探、開采、提煉等工作所采用的設(shè)備儀器越來越先進，石化壓力容器在石油行業(yè)中應(yīng)用廣泛并發(fā)揮了巨大的作用。部分石化壓力容器在設(shè)計、制造過程中需要應(yīng)用多種熱處理技術(shù)。為此，本文分析了熱處理技術(shù)中石化容器的相關(guān)問題以及解決措施，供有關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：熱處理技術(shù)；石油化工；壓力容器

在石油化工行業(yè)壓力容器具有多種用途。壓力容器具備出色的壓力承受能力，因此其通常被人們用于盛裝液態(tài)或者氣體。在壓力容器中應(yīng)用熱處理技術(shù)，能夠在不破壞容器金屬材料外部形狀的條件下，改變其內(nèi)部成分的化學(xué)性質(zhì)以及纖維結(jié)構(gòu)，如此能夠?qū)崿F(xiàn)人工調(diào)控金屬材料性能的目的，有利于相關(guān)金屬材料發(fā)揮其最大潛力。因此，如何做好石化壓力容器熱處理的問題應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)方面的高度重視。

1 熱處理技術(shù)概述

熱處理技術(shù)是通過有效銜接與配合加熱、冷卻以及保溫等環(huán)節(jié)而形成的一類技術(shù)。通常情況下，人們在熱處理過程中使用較為頻繁的加熱方式有燃燒火焰加熱以及電加熱等。值得注意的是，在熱處理過程中，需要嚴(yán)格把控火焰以及基體的溫度。由于石化壓力容器的設(shè)計通常采用不同的金屬材料或者合金材料，各種金屬材料在化學(xué)性質(zhì)上有所差異，為此，工作人員在采用熱處理技術(shù)設(shè)計制造石化壓力容器時，往往會采取在適當(dāng)?shù)臅r間設(shè)置合理溫度的做法，如此方能最大限度地保障相關(guān)壓力容器能發(fā)揮最大的性能。

對于熱處理技術(shù)而言，能否在設(shè)備處理工作中發(fā)揮最大的效用，很大程度上取決于冷卻工作的質(zhì)量。由于不同壓力容器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及材質(zhì)存在著一定的差異，因此人們一般會采用不同的冷卻速度。經(jīng)過艱苦的探索與思考，技術(shù)人員設(shè)計出了一種冷卻方式以及三種冷卻速度，它們分別是冷卻速度最快的淬火，冷卻最慢的退火、冷卻速度適中的正火以及與淬火關(guān)系密切的回火。通過在容器冷卻速度以及方式上開展嚴(yán)格的控制把關(guān)工作，能夠有效地提升壓力容器的密實度，并有助于金屬材料或者合金材料發(fā)揮其最大應(yīng)用性能[1]。

2 在壓力容器設(shè)計工作中應(yīng)用熱處理技術(shù)的注意事項

熱處理技術(shù)的應(yīng)用必須在石化壓力容器焊接元件工序完成后才能進行。如果壓力容器在制造過程中需要進行多次焊接處理，則需要在檢驗人員充分確認(rèn)焊接質(zhì)量合格、結(jié)果滿意后方能應(yīng)用熱處理技術(shù)，否則可能引發(fā)安全事故。在對碳質(zhì)鋼材開展焊接工作時，應(yīng)當(dāng)確保管箱側(cè)面的開口不小于圓筒內(nèi)徑的三分之一。熱處理技術(shù)在碳質(zhì)鋼材上的應(yīng)用，主要目的是消除應(yīng)力。

通常來說，大部分金屬材料制成的石化壓力容器在焊接后都需要采用熱處理技術(shù)來實現(xiàn)消除應(yīng)力的目的，然而需要特別指出的是，不銹鋼材料制成的壓力容器并不需要進行消除應(yīng)力的操作。熱處理技術(shù)雖然應(yīng)用效果明顯，但是其也具有一定的局限性，這也就意味著并不是所有焊接點都適用于熱處理技術(shù)的應(yīng)用，因此相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)熟悉熱處理技術(shù)應(yīng)用的各類原則，如此方能明確什么時候該用熱處理技術(shù)、什么時候最好不用熱處理技術(shù)。最后，由于燃煤爐的使用過程存在著較大的安全隱患，因此工作人員決不能在應(yīng)用熱處理技術(shù)時使用燃煤爐。

3 石化壓力容器熱處理技術(shù)應(yīng)用中的問題及解決措施

3.1 復(fù)合式板式壓力容器

在復(fù)合式板式壓力容器焊接工作完畢后，為了消除應(yīng)力與最大限度地發(fā)揮材料的性能，需要對其進行熱處理。在開展熱處理工作前，工作人員需要充分了解構(gòu)成復(fù)合式板式壓力容器的材料的相關(guān)特質(zhì)，在展望熱處理技術(shù)應(yīng)用效果的同時也應(yīng)當(dāng)充分意識到熱處理技術(shù)可能對容器造成的不利影響。經(jīng)驗表明，在復(fù)合式板式壓力容器中應(yīng)用熱處理技術(shù)，一旦發(fā)生處理不當(dāng)?shù)那闆r可能導(dǎo)致復(fù)合材料焊接處碳化，從而嚴(yán)重弱化材料的性能甚至導(dǎo)致材料性能消失[2]。

為了解決上述問題，復(fù)合式板式壓力容器設(shè)計人員在容器的設(shè)計工作中，應(yīng)當(dāng)注意合理控制相關(guān)材料的尺寸以及厚度，具體做法如下：①除碳質(zhì)鋼以外材料的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的2.5%。②碳質(zhì)鋼材的厚度不小于圓筒內(nèi)徑的3%。

3.2 奧氏體不銹鋼壓力容器

在高溫環(huán)境中，合金或者金屬材料的變形指數(shù)會發(fā)生改變，一般來說指數(shù)會有一定程度的下降，如此高應(yīng)力處便會發(fā)生相應(yīng)的變化，此時焊接工作所殘留的應(yīng)力會被有效地消除。金屬材料或者合金材料經(jīng)過上述變化，無論是化學(xué)性質(zhì)還是物理性質(zhì)都將發(fā)生一定的改變、材料的韌度會得到提升，抗腐蝕性能也會被大大地增強。大量事實與試驗數(shù)據(jù)表明，體心立方晶體結(jié)構(gòu)適應(yīng)上述原理，奧氏體不銹鋼材料的晶體結(jié)構(gòu)恰恰與體心立方結(jié)構(gòu)相反，總體上呈現(xiàn)出面心立方體結(jié)構(gòu)。

我們在石化壓力容器焊接工作結(jié)束后對其進行熱處理，目的無非是提升材料的韌性、消除焊接留下的應(yīng)力、增強材料的防腐性能。而奧氏體不銹鋼壓力容器的防腐性能與韌性都達到了較高的水平，并且由于在對其實施消除應(yīng)力的熱處理技術(shù)的過程中，奧氏體不銹鋼極有可能出現(xiàn)過敏化的現(xiàn)象。因此，一般認(rèn)為奧氏體不銹鋼壓力容器在制造過程中沒有必要進行熱處理。

3.3 以液態(tài)氨為介質(zhì)的壓力容器

值得注意的是，熱處理技術(shù)并不適用于全部以液態(tài)氨為介質(zhì)的石化壓力容器的設(shè)計與制造工作。判定某種以液態(tài)氨為介質(zhì)的壓力容器是否需要進行熱處理的依據(jù)是應(yīng)力腐蝕情況的嚴(yán)重程度。在查閱相關(guān)文獻后，對于壓力容器接觸的液態(tài)氨腐蝕性判定標(biāo)準(zhǔn)作出以下總結(jié)：①環(huán)境溫度需要高于零下5攝氏度。在固定管板式換熱器中的介質(zhì)為液態(tài)氨時，應(yīng)當(dāng)采用分布式的熱處理方法。通常情況下，首先需要處理換熱器的外殼，在管板與外殼結(jié)合后開展局部熱處理工作。②在介質(zhì)為液態(tài)氨的情況下，環(huán)境水含量需要不大于0.2%。應(yīng)當(dāng)充分意識到，二氧化碳以及空氣成分——氧氣有一定概率會對環(huán)境造成污染[3]。

4 結(jié)語

在石油化工壓力容器的設(shè)計與制造過程中應(yīng)用熱處理技術(shù)可能遇到許多問題，為此，工作人員必須積極提升自身綜合素質(zhì)、增進對熱處理技術(shù)與不同壓力容器構(gòu)造的了解、最大限度避免誤操作現(xiàn)象的發(fā)生，保證施工工序的合理性與施工工藝的科學(xué)性，如此方能確保壓力容器的質(zhì)量，從而促進我國石油事業(yè)的長足發(fā)展。

參考文獻：

[1]劉琳琳，張旭，王妍妍.壓力容器設(shè)計制造中的常見問題探討[J].化工裝備技術(shù)，2015（06）.

[2]李鴻雁.淺談壓力容器設(shè)計應(yīng)注意的問題[J].黑龍江科技信息，2015（19）.

[3]張曉偉.壓力容器設(shè)計過程簡介[J].科技信息，2014（06）.