压力容器设计中的热处理问题分析

张树勇

摘 要：压力容器的用途比较广泛，具有能够发生化学反应或者物理反应、能够传导热能、能够进行分离和存储以及具有耐压性能等功能，在能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等领域具有举足轻重的地位。压力容器的使用环境比较恶劣，设计过程比较复杂，如果压力容器一旦被损坏，造成的影响也十分严重。所以，要选取合适的材料和方法进行热处理技术，以保证压力容器的质量，确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。文章就压力容器设计中热处理问题分别从奥氏体不锈钢制压力容器的热处理问题、介质为液氨的容器如何进行热处理的问题、对于复合板容器如何进行焊后热处理的问题、对于替代材料的热处理问题、焊后热处理的相关方法五个方面作了介绍，为提高压力容器设计中的热处理水平做了借鉴。

关键词：热处理；不锈钢容器；液氨容器；复合材料；代用材料

在化工制品，医药领域，工业生产领域，压力容器以其优良的性能备受企业关注，其应用范围也日益扩大。压力容器的抗腐蚀性高，密闭性强，并能大幅度节约生产成本，对于一些具有毒性和腐蚀性的气体和液体，用压力容器作为装载器质是一个不错的选择。压力容器在使用前通常都要经过必要的热处理加工程序，该种加工操作可以恢复容器材料的原始金属性能，使容器更加坚固耐用，在具体的热处理过程中，要按照科学合理的操作流程进行。目前各种新型的热处理加工工艺还在不断开发中，其应用领域也在不断扩大。

1 热处理的主要程序和技术处理要点

使用金属作为原料所制造出来的压力容器会在制作过程中从一定程度上降低金属的基本性能，所以为了有效恢复金属的基本性能，通常会采取热处理的过程进行压力容器的处理。一些压力容器的热处理过程需要经历两个主要步骤：加热和冷却，但还有一些特殊的容器由于其制作材料的特殊性，中间还需要有保温这一环节。在加热处理的环节中，需要注意以下技术操作要点：一是加热时所采用的热量来源。传统的热处理由于设备还不是十分先进，会选用老式加热方法，比如烧煤或者烧炭的形式。近些年先进工艺的不断研发，使得加热方法也更为环保节能高效，例如使用气态或者液态燃料完成容器的加热处理。二是加热时的温度控制，这是热处理过程成功的关键。不同容器的金属材料对于加热温度的标准是不同的，要视具体情况进行温度的必要调节，保证热处理的效果。三是加热后容器的保护处理。金属在经过热加工后如果直接暴露在空气中则极易被氧化，因此，在加热环境的选择上要尽量降低空气的含量或者采用一定的方式对容器加以保护。在金属冷却环节，要注意冷却温度的把控，由于选择的加热工艺不同，冷却的温度和方式也有所区别。

2 奥氏体不锈钢进行热处理时需要注意的问题

奥氏不锈钢的内部结构是极具韧性，适应力和形变性质极强的特殊化学结构，与其他金属原料相比，其除了具有正常的容器性能之外，还具有价格低，使用方便等特性，一般情况下，不必进行热处理程序加工。但现实操作过程中，往往会出于应用需要，如容器中装载的是具有极强腐蚀性的液体材料时选择将奥氏不锈钢进行热处理操作，以提高其抗腐蚀性。在热处理过程中，人员操作的技术水平和温度的控制是尤为重要的。技术人员要事先向容器使用方了解容器的使用条件和内部装载物性质，然后制定切实可行的热处理方案，在必要情况下可以根据不同要求进行加热和冷却温度调控的实验，保证达到最为理想的热处理效果。

3 需要进行热处理的液氨容器应该满足的条件

在内部应力的作用下，液氨压力容器极易发生形变和出现裂痕，久而久之，会由于裂缝到达一定程度发生突然断裂的现象，导至液氨泄露，引发严重的工业事故。所以，一般情况下，为了去除应力对于液氨压力容器的影响，通常要事先进行对容器的热处理作业。对于液压容器必须要进行热处理的条件主要有以下几种情形：一是液氨浓度较高的情况。液氨是一种极具腐蚀性的化学制品，对金属容器极易造成腐蚀，浓度越高腐蚀性越强，就越应该做好金属热处理准备；二是液氨中含水量低于百分之0.2，就要进行热处理作业；三是如果容器储存环境的温度过高，就会增加液氨事故发生的几率，所以，温度过高也要进行热处理；四是对于结构应力较强的金属材料的情况。

4 复合板容器进行热处理时的注意事项

与一般金属材料容器类似，复合板容器进行热处理也要具备几项基本条件，一是尽量控制热处理操作时环境中的空气含量，有条件时最好为真空；二是要严格控制加热和冷却的温度；三是不同的材料要进行不同程度的热处理操作。除此之外，复合板容器的热处理根据其自身的特点还要注意以下操作要点：首先，复合板容器的材料是由多种化学材料混合而成，每种材料的性质都有所区别，例如可塑性和抗热性等等，所以在进行热处理参数设计时要从多方考虑，综合全盘因素制定科学的热处理计划，并进行温度的控制和调整。其次，如果容器中含有不锈钢材料，在进行热处理时要特别注意容器焊后的接头处处理，以免影响容器的密闭性。对于符合材料的热处理加工工艺要科学选择，加热时选择正火工艺可以增强材料的抗腐蚀性，淬火加工工艺则可以提升材料本身的强度。

5 压力容器材料为代用材料时的热处理方法

在生产过程中，有的制造企业因为一时难以采购到符合设计需要厚度的材料时，常常会采用其他厚度的材料作为代用，例如以厚代薄或以薄代厚。尤其是当用厚材料代用薄材料时，应该对代用材料是否符合热处理要求的问题进行充分考虑，并结合GB150.4-2011第8.1.1条，钢板冷成型受压元件，当符合下列任意条件之一，应于成型后进行相应热处理恢复材料的性能。例如一台容器人孔设计时采用的为φ530×10，材料为Q345R而制造时用φ530×16的Q345R代用，符合了标准的规定，就应该增加热处理要求。

焊后热处理的相关方法：

焊后热处理主要有以下几种方法：从整体热处理来看，分为整体热处理和炉内整体热处理，此外，还有局部和分段热处理。在进行炉内整体热处理时，是将压力容器整体置于密封的炉内实施热处理。对于容器或者是其受压元件需要进行热处理时，应该优先采用炉内整体热处理的方法。对于高压、中压反应容器和储存容器盛装混合液化石油气的卧式储罐、移动式压力容器应采用炉内整体热处理。因此，作为设计者，一是应该考虑到材料、场地等实际情况和实际条件，二是应该认真编制图纸，并在图纸中对采用何种热处理方法进行标注，对热处理提出针对性、方向性的建议。

6 结束语

压力容器热处理是一项极其复杂的工艺操作过程，对于容器的性能恢复具有关键性作用，一般情况下，为了提高容器的抗腐蚀性和耐用性，都要在容器使用之前进行热处理加工。热处理加工要根据金属材料的属性进行温度和加热工艺的选择，这就对于技术操作人员有较高的要求，只有实现热处理技术操作方法的合理性运用，才能最大限度发挥其功效。

参考文献

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