熱處理工藝在壓力容器設(shè)計(jì)中的控制要點(diǎn)分析

趙 巖

（河北都邦石化工程設(shè)計(jì)有限公司，河北石家莊 050000）

在化工、工業(yè)、醫(yī)藥領(lǐng)域中，壓力容器的性能廣受關(guān)注，壓力容器的應(yīng)用也得到了推廣。壓力容器的抗腐蝕性能非常高，且具有很強(qiáng)的密閉性，能夠在一定程度上降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，特別是針對(duì)工業(yè)中需要盛放有毒或腐蝕性強(qiáng)的氣體、液體，壓力容器作為承載器件，是很好的選擇。壓力容器在使用前必須要經(jīng)過熱處理，通過熱處理恢復(fù)容器的原始金屬性能，能夠更加堅(jiān)固耐用，確保壓力容器能夠更好地保存溶劑或氣體。當(dāng)然，在進(jìn)行熱處理工藝時(shí)一定要按照科學(xué)的工藝要點(diǎn)進(jìn)行操作，讓壓力容器得到最好的處理。

1 熱處理原理與技術(shù)要點(diǎn)

金屬熱處理就是將金屬零件放在熱源中進(jìn)行加熱，在恒溫中加熱一定時(shí)間后，再進(jìn)行冷卻處理，這是機(jī)械制造中最常用的工藝之一，與其他工藝相比較，熱處理不會(huì)改變零件的形狀以及成分，僅是通過高溫改變金屬內(nèi)的顯微組織，進(jìn)而改善零件的使用性能，以使金屬具有力學(xué)性能、化學(xué)性能以及物理性能。

金屬熱處理工藝通常分為加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段，這三個(gè)過程是緊緊相扣不可分割的。加熱作為熱處理中最重要的工序之一，有很多操作方法，一般情況下，壓力容器的熱處理只需要加熱跟冷卻兩個(gè)環(huán)節(jié)，但是特殊的容器因?yàn)槭⒎诺奈锲沸再|(zhì)較為特殊，熱處理過程中還會(huì)多增加保溫這一環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的熱處理需要注意在加熱時(shí)的熱量來源，傳統(tǒng)的熱處理因?yàn)闆]有高科技的支撐，采用的設(shè)備比較老化，多采用燒煤或燒炭的形式，這個(gè)時(shí)候就要注意煤炭的燃燒是否充分，平時(shí)燃燒過程中也要注意安全。目前傳統(tǒng)的熱處理來源已經(jīng)得到了很大的改善，在使用來源上更加環(huán)保、綠色，更傾向采用氣態(tài)或液態(tài)燃料，一定程度上也避免工人在加熱過程中可能遇到的危害。另外還需要注意加熱的溫度，溫度控制是熱處理中非常重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到壓力容器能否成型出爐，不同容器的金屬材料對(duì)于加熱溫度要求也不同，在進(jìn)行熱處理時(shí)必須要根據(jù)實(shí)際的金屬材料進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證熱處理后的效果。加熱處理后一定要做好保護(hù)，不能直接將加熱好的器具直接暴露在空氣中，這樣會(huì)造成器具氧化。所以加熱過后，必須要做好對(duì)容器的保護(hù)，金屬容器在冷卻的環(huán)節(jié)也要把握好冷卻溫度，減少空氣含量，在冷卻時(shí)務(wù)必控制好溫度，一般退火冷卻這一步驟的速度較慢，主要還是要根據(jù)鋼種材料的不同決定冷卻的時(shí)長，正常情況下正火冷卻的速度比較快，相對(duì)的淬火冷卻的速度會(huì)更多一些。

2 壓力容器焊接后熱處理的目的

壓力容器設(shè)計(jì)是根據(jù)定好的尺寸與工作環(huán)境進(jìn)行加工的，設(shè)計(jì)人員通過結(jié)合安裝檢修、現(xiàn)場使用環(huán)境、載荷分析等，選擇容器之間的結(jié)構(gòu)形式，保證壓力容器的可用性。因?yàn)閴毫θ萜鞯奶厥庑再|(zhì)，壓力容器經(jīng)常需要在環(huán)境條件較為苛刻的地方進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在苛刻的操作條件下，一旦工作時(shí)間過長就會(huì)出現(xiàn)工作失效或某一零件出現(xiàn)故障，這個(gè)時(shí)候整個(gè)壓力容器都不能夠運(yùn)行，必須停工進(jìn)行檢修，但是壓力容器一旦停工整修就會(huì)造成企業(yè)、甚至國家財(cái)產(chǎn)重大損失，耽誤工作進(jìn)度，影響到后續(xù)的發(fā)展，所以必須要保證壓力容器能夠長期安全的運(yùn)行。

壓力容器的安全性直接取決于選用的材料，在進(jìn)行壓力容器金屬材料選擇時(shí)，要多方面進(jìn)行考慮，不能夠僅局限于對(duì)金屬材料性能、化學(xué)成分等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)上，要著重考慮熱處理下壓力容器的變化。工人人員必須有超前意識(shí)，要明白熱處理是可以有效改善金屬材料性質(zhì)的外界推力，在相關(guān)的制度上明確規(guī)定了關(guān)于壓力容器鋼板在熱處理下的狀況，一旦出現(xiàn)別的情況就必須要注意是否出現(xiàn)了會(huì)影響壓力容器質(zhì)量的故障。

3 熱處理的種類和作用

目前熱處理的情況非常多，在分類上也有很多區(qū)別。壓力容器一般會(huì)根據(jù)使用的目的去劃分，通常分為焊后熱處理、恢復(fù)力學(xué)性能熱處理、改善力學(xué)性能熱處理和消氫熱處理四種。

在進(jìn)行壓力容器制造時(shí)，一般采用熱處理是為了有效改善壓力容焊接接頭的不足之處，消除焊接出現(xiàn)的缺陷，通過焊接接頭與附近的金屬變化單進(jìn)行加熱，再通過冷卻后加強(qiáng)壓力容器的強(qiáng)度。

4 需要進(jìn)行焊接后熱處理的條件

在壓力容器的設(shè)計(jì)中，要從科學(xué)角度出發(fā)考慮是否需要進(jìn)行焊后處理，因?yàn)閴毫θ萜鞯暮负筇幚硇枰捎么笮偷臒崽幚碓O(shè)備進(jìn)行，這個(gè)過程中會(huì)消耗掉大量的能源，必須要考慮到壓力容器的安全性與經(jīng)濟(jì)形?，F(xiàn)在人們雖然有一定的意識(shí)，認(rèn)識(shí)到過大的焊接應(yīng)力時(shí)會(huì)影響到壓力容器的安全，但是很多情況下還是需要使用焊后熱處理，所以這個(gè)時(shí)候就要考慮，焊接應(yīng)力在什么情況下可以采用焊后處理。為了達(dá)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)外都設(shè)定了必須通過材質(zhì)、厚度、預(yù)熱等條件去判斷是否需要進(jìn)行焊后熱處理。一般需要采用焊后處理的通用條件有以下幾點(diǎn)。

4.1 材質(zhì)

隨著鋼材質(zhì)的含量提高，焊接的性能也會(huì)變差，這時(shí)很容易出現(xiàn)焊接缺陷，就會(huì)影響到壓力容器的使用效果。

4.2 鋼材厚度

鋼材厚度越大證明焊接縫也會(huì)越深，這個(gè)時(shí)候焊縫冷卻之后收縮性就會(huì)增大，而且剛性也會(huì)加強(qiáng)，為了抵抗局部的收縮變形就會(huì)導(dǎo)致鋼材的焊接存在較多的應(yīng)力。

4.3 預(yù)熱溫度

焊前預(yù)熱能夠一定程度上緩解焊縫部位與其他部位的溫度差異，減緩在高峰值焊接應(yīng)力過大。

除了以上提到的三點(diǎn)通用情況之外，焊后處理還存在兩種特殊情況，第一種是圖樣注明要儲(chǔ)存腐蝕物件，第二種就是要承載有毒性或高危介質(zhì)時(shí)。這個(gè)時(shí)候就要考慮焊接殘余應(yīng)力對(duì)容器的危害，以及壓力容器會(huì)不會(huì)在某個(gè)時(shí)刻出現(xiàn)腐蝕開裂，危害到大家的人身安全。例如盛裝液化石油，液化石油中含有高濃度的H2S，H2S中的雜質(zhì)會(huì)直接腐蝕鋼材；還有液氨，如果壓力容器承裝的是濃度超過99.995%的液氨，就會(huì)存在很大的腐蝕可能性，目前能夠緩和液氨腐蝕性的方法就是在液氨中加入微量的水，借用水作為緩蝕劑。

壓力容器在焊后熱處理主要分為爐內(nèi)整體熱處理、分段爐內(nèi)處理、局部熱處理以及現(xiàn)場熱處理，在壓力容器中首選爐內(nèi)整體熱處理。爐內(nèi)整體熱處理主要是利用工件在爐內(nèi)均勻的加熱，有效地控制好溫度的變化，這對(duì)于壓力容器來說是最好的。其他的熱處理，例如分段爐內(nèi)處理一般適用于工件過大的壓力容器，采用分段爐內(nèi)處理時(shí)要注意把控好兩點(diǎn)，一是確認(rèn)好工件是否需要反復(fù)加熱以及需要加熱的長度，保證加熱的長度不小于1500mm；二是需要熱處理的工件裸露火爐外的部分也需要進(jìn)行保溫，避免出現(xiàn)溫度差異，影響壓力容器的整體使用，同時(shí)還要確保做好精準(zhǔn)的溫度控制、恰到好處的保溫措施，確保壓力容器的熱處理完成。現(xiàn)場熱處理也被稱為整體爐外焊后熱處理，主要用于需要運(yùn)輸諸如高塔、球罐這類大型壓力容器，整體爐外熱處理可以將壓力容器作為高溫加熱的介質(zhì)，在容器殼內(nèi)加熱，利用殼的外部作為保溫，這種方式比較便捷，在我國也是常用的熱處理方式之一，但是一旦遇到雨雪天就會(huì)影響到熱處理的效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，可以得出壓力容器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)，壓力容器作為工藝服務(wù)，在運(yùn)行時(shí)直接與國家財(cái)產(chǎn)、人身安全掛鉤，一旦出現(xiàn)問題，后果十分嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待壓力容器的設(shè)計(jì)與熱處理，將一切可能出現(xiàn)的事故扼殺在搖籃中。