壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題分析

陸道林

摘要：隨著全球一體化的實(shí)現(xiàn)，我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)同時(shí)獲得了迅猛發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程也有了較為明顯的提升。工業(yè)化建設(shè)的不斷深入，使得壓力容器在各工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普及，地位也越來越重要。如今壓力容器成為了化工生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其是盛裝液體或者氣體的、并且需要承載一定壓力的密封容器，屬于特種設(shè)備。由于壓力容器的使用環(huán)境較為惡劣，倘若出現(xiàn)損壞，則可能造成甚為嚴(yán)重的后果。熱處理技術(shù)，就是對(duì)壓力容器的材料進(jìn)行的一種加工方式，能夠有效保證壓力容器的產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而為其強(qiáng)大的安全性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；诖耍疚膶?duì)壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題進(jìn)行了初步分析，以期為提高壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理質(zhì)量提供一些參考。

關(guān)鍵詞：壓力容器;熱處理;問題

前言

我國不斷深入的工業(yè)化進(jìn)程，使得壓力容器已經(jīng)擁有了空前廣闊的應(yīng)用市場，能源、石油、軍工、化工等諸多工業(yè)行業(yè)都已經(jīng)普及了壓力容器，壓力容器的介質(zhì)危害性成為其最為顯著的特征。因此，壓力容器的安全問題日漸被各工業(yè)企業(yè)所重點(diǎn)關(guān)注。正常情況來說，壓力容器都需要進(jìn)行必要的熱處理工藝加工程序，這種工藝可以使容器的材質(zhì)恢復(fù)其原有的金屬性能，一定程度上延長了容器的使用年限，并使容器更為堅(jiān)固、安全。因此，熱處理的工藝流程必須嚴(yán)格遵循相關(guān)的規(guī)章制度來執(zhí)行。在目前，諸多新型的熱處理加工工藝還在不斷進(jìn)行著大力的創(chuàng)新開發(fā)，有著無限的發(fā)展前景。因此，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題進(jìn)行分析，有著積極的意義。

1.壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理技術(shù)概念及特點(diǎn)

工業(yè)中的熱處理，指的是將金屬材料放在特定的介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，通過改變材料內(nèi)部或者材料表面的晶相組織結(jié)構(gòu)來控制金屬的性能的一種金屬的熱加工工藝[1]。壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理技術(shù)，也以加熱、保溫和冷卻為主。壓力容器的設(shè)計(jì)有著多種不同材料應(yīng)用，對(duì)于不同的材料需要采用不同的溫度，而對(duì)于不同溫度的參數(shù)均要有著精準(zhǔn)的設(shè)置，不同的階段需要采用不同的溫度，只有做好嚴(yán)格把控，才能使金屬材料的性能得到最大化完善，才是保證壓力容器質(zhì)量安全的根本。其次，在冷卻的環(huán)節(jié)，冷卻的速度又是一個(gè)不得不面對(duì)的難題，不同的冷卻速度也會(huì)使材料的性能產(chǎn)生巨大的差異。目前，冷卻的技術(shù)程序主要為退火、正火、淬火和回火。最后一點(diǎn)，就是加熱的技術(shù)，目前加熱技術(shù)主要以液體或者氣體燃料作為熱源，另外還有的采用液態(tài)鹽或者金屬和浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱等方式。

熱處理的工藝特點(diǎn)表現(xiàn)為在不改變材料形狀和化學(xué)成分的條件下，通過改變金屬材料內(nèi)部顯微組織或者材質(zhì)表面的化學(xué)成分來使金屬材料的使用性能得到改善?？偟膩碚f，熱處理工藝的特點(diǎn)就是能夠改善金屬材料的內(nèi)在質(zhì)量[2]。

2.壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理問題分析

目前在壓力容器設(shè)計(jì)中，主要存在四個(gè)大方面的問題，包括消除應(yīng)力、改善材料性能、恢復(fù)材料性能和在容器焊接之后消除氫元素的熱處理。

2.1奧氏體不銹鋼材料的熱處理問題

在壓力容器設(shè)計(jì)中，常常在金屬部件的焊接之后需要進(jìn)行熱處理，在高溫下，金屬與合金材料的變形指數(shù)將會(huì)大大降低，高應(yīng)力由此發(fā)生流型變化。熱處理的流程，能夠消除由此造成的應(yīng)力，使得焊接之后的金屬柔韌度和抗腐蝕能力獲得有效提升。奧氏體金屬材料的柔韌性較強(qiáng)，因其結(jié)構(gòu)為面心立方體結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)為滑移面較多，這種特性就決定了其一般不需要經(jīng)過熱處理。奧氏體不銹鋼的殘余應(yīng)力性能相對(duì)較小，并且有著良好的柔韌性和可塑性，一旦對(duì)其進(jìn)行熱處理，就會(huì)腐蝕其金屬材料的結(jié)構(gòu)，但如果應(yīng)用此材料的壓力容器需要在較高的腐蝕環(huán)境下并且有著較高的溫度環(huán)境中運(yùn)行，則需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?/p>

2.2金屬焊接后的熱處理問題

一般來講，金屬焊接之后，需要進(jìn)行爐內(nèi)整體熱處理、分段熱處理、局部熱處理和整體熱處理。首先，爐內(nèi)整體熱處理是將壓力容器或元件整體加入進(jìn)行處理，一般需要進(jìn)行焊后熱處理的壓力容器和受壓的元件宜用此方式。其次，一些分段熱處理一般適用于一些大型的容器，重復(fù)加熱的長度應(yīng)大于1.5千米[3]。而爐內(nèi)局部和整體熱處理適用于一些高壓容器和中壓反應(yīng)容器等。

2.3復(fù)合板式壓力容器的焊接之后熱處理問題

復(fù)合板式壓力容器的焊接之后的熱處理問題也是一個(gè)關(guān)鍵問題，要重點(diǎn)關(guān)注在對(duì)復(fù)合板式壓力容器進(jìn)行焊接之后，對(duì)復(fù)合板式材料的物理和化學(xué)性能造成的不良影響。在某些情況下，熱處理會(huì)使復(fù)合板式材料性能脆化，甚至降低耐腐蝕性和柔韌性的消失。如此一來勢(shì)必會(huì)對(duì)壓力容器造成不好的影響。解決這樣的問題，就要對(duì)材料的參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的篩選，一方面要使碳鋼的厚度大于等于管內(nèi)直徑的3%，另一方面要保證其他的合金鋼材厚度一定要大于等于管內(nèi)直徑的2.5%

2.4壓力容器設(shè)計(jì)中的熱處理技術(shù)內(nèi)容方面的問題

壓力容器熱處理的工藝有著其特定的流程，首先要保證在焊接元件之后再進(jìn)行熱處理。其次，要注意實(shí)行熱處理的工藝時(shí)，一定要基于所有的焊接工藝及相關(guān)的技術(shù)檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上。再次，管板式的壓力容器在焊接之后，要進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理，但是對(duì)于例如奧氏體不銹鋼等類似材質(zhì)則無需進(jìn)行熱處理。最后，金屬材料的不同和焊接點(diǎn)的不同也要納入到考慮分析當(dāng)中，應(yīng)該結(jié)合有針對(duì)性的熱處理技術(shù)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的熱處理工藝。另外還有一個(gè)重要問題，那就是在進(jìn)行熱處理的過程中，加熱方式一定杜絕使用燃煤爐。

結(jié)論：綜上所述，壓力容器在當(dāng)前已經(jīng)得以普及應(yīng)用，然而未來隨著科技的不斷發(fā)展，壓力容器也必將要面對(duì)更加復(fù)雜的工作環(huán)境，設(shè)計(jì)的過程也會(huì)隨之越來越復(fù)雜。倘若壓力容器出現(xiàn)質(zhì)量問題，則可能導(dǎo)致極為嚴(yán)重的后果，因此，壓力容器的安全性絕對(duì)不容被忽視。由此可見，提升壓力容器的安全性有著必要的意義，因此，首要任務(wù)就是做好材質(zhì)的熱處理工藝，這樣才能為壓力容器的安全提供有效的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春明.12Cr2MoWVTiB鋼焊后熱處理工藝改進(jìn)的研究[J].熱加工工藝，2012（03）：26-27.

[2]張寶坤.淺談鉻鉬鋼壓力容器的設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)[J].科技信息，2011（17）：55-56.

[3]薛明德，黃克智，李世玉，壽比南.壓力容器設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步[J].化工設(shè)備與管道，2011（12）：19-22.