關于化工壓力容器設計中的熱處理問題分析

高偉

摘要：

隨著我國科學技術的迅速發(fā)展，在化工壓力容器的設計上取得了十足的進步，在熱處理方面也已經(jīng)有了較大的進步。壓力容器的安全可靠運行與熱處理工藝息息相關，而設備設計最重要的目的就是保障壓力容器的運行安全性。文章從熱處理技術的原理出發(fā)，介紹了熱處理的主要程序和技術處理要點， 并對復合板容器的焊后熱處理進行了研究，在此基礎上分析了幾種常見的問題。

關鍵詞：化學壓力容器;熱處理;問題分析

引言

眾所周知，壓力容器廣泛應用在各個領域，包括化工、醫(yī)藥、供熱等方面，是一種不可或缺的生產(chǎn)工具，因而，壓力容器的性能優(yōu)劣關系到企業(yè)的生產(chǎn)效能及生產(chǎn)工人的人身安全，隨著日益擴大的應用范圍，對壓力容器的運行安全性要求也越來越高，尤其在化工產(chǎn)業(yè)，要求壓力容器必須具有高密閉性及高耐腐蝕性，而壓力容器必須經(jīng)過熱處理工藝才能投入使用，因此，對壓力容器的熱處理問題進行分析，提高其材料強度，以達到保障壓力容器的安全使用的目的，并能夠在安全長期運行的基礎上節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。根據(jù)不同的情況選擇合適的工藝過程進行操作是現(xiàn)階段對壓力容器熱處理研究的重點，各種新型熱處理工藝方式也已經(jīng)投入應用，對壓力容器應用領域的擴展提供了可能。

1. 熱處理技術原理

熱處理是機械制造過程中必不可少的一種技術手段，該工藝過程不會改變金屬工件的外在形狀，也不會改變金屬化學成分，通過加熱，保溫，冷卻等方法來改變金屬內(nèi)部的微觀組織，從而使金屬工件達到所需的物理、化學或力學性能要求，達到改善金屬工件使用性能的目的。圖1為金屬工件進行熱處理的過程示意圖。

2. 熱處理的主要程序和技術處理要點

熱處理是一門十分重要工作， 其在很大程度上能夠改善或者是恢復金屬的性能。一般來說，熱處理的主要程序有加熱、保溫、冷卻三個主要程序，具體為：

（1）加熱：通過加熱處理能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料發(fā)生相變，以獲得高溫組織，是熱處理技術的一道重要工序，而對加熱溫度的設置關系到熱處理的質(zhì)量好壞，應根據(jù)不同的金屬材料合理設置。

（2）保溫：相變的發(fā)生并不是隨著溫度升高一蹴而就的，其需要保持一段時間恒定的溫度，以使金屬材料內(nèi)外溫度一致，從而達到微觀金屬組織發(fā)生完全轉(zhuǎn)變。

（3）冷卻：冷卻同樣是熱處理技術不可或缺的工序，方法因工藝不同而異，通過對冷卻速度進行控制，實現(xiàn)退火、正火和淬火操作，這三者中淬火的冷卻速度最快。根據(jù)鋼材種類的不同，對冷卻技術又有不同的要求。

熱處理的技術處理要點包括以下幾個方面：

（1）為了做到熱處理過程中更為環(huán)保、高效節(jié)能，應嚴格選擇加熱過程時的熱量來源，目前加熱操作時已開始大規(guī)模使用氣態(tài)或液態(tài)燃料作為熱源，較以往加熱時所采用的燒煤或炭的方法來說，更為環(huán)保。

（2）嚴格注意熱處理過程中對溫度的控制，不同的壓力容器材料加熱溫度高低不同，熱處理過程成功的關鍵就是根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)加熱溫度。

（3）在對壓力容器材料進行冷卻操作時，應嚴格控制冷卻速度，根據(jù)加熱方法合理選擇冷卻溫度及冷卻方式。

（4）在熱處理過程中，應注意保護加熱后的容器，注意采取與空氣隔離操作，以防止直接暴露在空氣中造成氧化。

另外，值得注意的是，在進行具體的生產(chǎn)過程中， 某些符合設計要求的材料， 制造企業(yè)一些其他厚度的材料，一般來說有“以厚代薄”或者是“以薄代厚”等，尤其是使用厚材料能夠代替薄材料時，需要去全面考慮到代用材料能夠符合熱處理問題。 而對于中溫成型或者是冷成型的受壓元件， 如果符合以下條件中的任何一個，就需要在其成型之后來進行熱處理：碳鋼、 厚度不低于圓筒內(nèi)徑3%; 其它的低合金鋼、 厚度不小于圓筒內(nèi)徑的2.5%。

3. 復合板容器的焊后熱處理

通常所說的焊后熱處理，是指為改善焊接接頭的組織和性能，消除焊接殘余應力等影響，將焊接接頭及其鄰近局部在金屬相變點以下均勻加熱到足夠高的溫度，并保持一定的時間，然后緩慢冷卻的過程，稱為“消除應力退火”或“消除應力熱處理”。 復合板容器的焊后熱處理需要講求一定的方法，通常，在對復合板的基層材料進行焊后熱處理操作后，應同時對該復合板制造的容器進行熱處理，并考慮熱處理對壓力容器材料性能的影響，同時考慮是否會影響壓力容器的耐腐蝕性，避免復層材料發(fā)生碳化，防止復層焊接處出現(xiàn)仃相，特別是那些由不銹鋼復合板制造而成的壓力容器。通常，按照相關要求，應對復合板容器焊后熱處理的加熱溫度進行合理調(diào)整，控制保溫時間，并在最后對焊后熱處理后的壓力容器進行試驗，以保證復合板容器的性能滿足生產(chǎn)要求，具備足夠的強度要求及一定的耐腐蝕性。

4.結(jié)語

通過對熱處理技術原理及熱處理技術處理要點進行介紹，分析了熱處理過程中問題，從復合板容器所采取的熱處理技術來看，應根據(jù)實際情況對熱處理技術進行選擇及控制，以更好的對壓力容器進行設計，更好地保證所設計出的壓力容器在運行時更具安全性、可靠性，與此同時提高企業(yè)的效能，而對于化工壓力容器的設計從業(yè)者來說，在對化工壓力容器進行設計的過程中，應綜合考慮鋼材類型及熱處理介質(zhì)，根據(jù)具體情況對熱處理工藝進行選擇，更不可違反相關規(guī)定。

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（作者單位：江蘇竣業(yè)過程機械設備有限公司，江蘇 揚州 225267）