关于化工设备设计中焊后热处理的思考

刘 磊

（山西省化工设计院，山西 太原 030024）

在化工设备设计过程中，为了最大程度地改善金属自身特性，使得化工设备的生产和使用寿命有所增加，提高金属的使用价值，就必须涉及热处理的有关问题。焊后热处理是一种压力容器处理方法，目的是消除应力，这种热处理在化工设备设计中应用比较广泛［1］。本文主要对化工设备设计中焊后热处理的方法进行讨论和研究。

1 化工设备设计中焊后热处理的操作过程

在化工设备设计过程中，焊后热处理有其固定的操作过程。其操作的原理在于，金属的应力会随着环境温度的变化而发生相应的改变，在设备的设计过程中根据金属这一特性，在设备金属的应力相对比较高的部分会发生一定程度的变形，金属的塑性发生改变，这样即可有效消除金属在焊接时的残余应力。在消除应力的同时，还可以改善焊接接头对金属产生的一系列不良影响，能够在化工设备金属的塑性和韧性两方面发挥意想不到的作用。化工设备设计中焊后热处理除了能够有效地解决金属抗应力腐蚀的问题外，还可以消除化工设备金属应力。焊后热处理在化工企业生产中的具体应用主要有二：一是具有体心立方晶体结构的碳素钢；二是低合金钢制的压力容器［2-3］。

2 化工设备设计中焊后热处理的特点

2.1 奥氏体不锈钢制压力容器焊后热处理

在化工设备中，面心立方体是奥氏体的微观结构特征，这种特殊的结构具有一定的优势。但从结构上来说，由面心立方晶体结构组成的化工设备具有更强的柔韧性和应变性能，因为奥氏体不锈钢有更多的滑移面。而由体心立方结构组成的金属材料则更加坚固［4］。在化工企业中，生产设备需要更多的烤炉仪器设备的防腐蚀性和能承受的最高工作温度，因此需要利用有着优秀的耐高温性能的不锈钢设备。

2.2 固定管板式换热器的焊后热处理

化工生产中一种具有独特结构特点的设备就是固定管板式换热器。其特殊的结构特点，可能会影响和限制焊后热处理的具体操作。在固定板式换热器的使用过程中，因为其外壳层介质具有的特殊毒性以及其应力腐蚀的特性，在热处理时必须采取一些特殊的方法，选择性地进行热处理。首先，要对换热器壳体进行简单的处理，使得换热器的壳体和管板组相互接触，并保证两者紧密连接，这样才能够继续下一步的局部处理，保证设备的安全。

2.3 带夹套容器的焊后热处理

带夹套容器外表有夹套，可以有效隔热，在热处理时需要进行水压实验。由于压力容器内存在焊在壳体上的接口，所以在热处理时需要一起进行。当处理筒体夹套包覆的设备机器时，若不能保证夹套与接管的适应度，就必须采取特殊处理手段。比如，分瓣组焊夹套。实际的操作过程是，在内筒焊接夹套之处进行初步处理，然后将预焊件进行焊接处理，保证预件和设备筒体的同步热处理；之后，将分瓣的夹套与预焊件作进一步的焊接处理；最后，形成相互链接的组焊结构。实际中，这种方法比较复杂，会增加制造难度，所以必须注意焊后热处理的具体操作过程。

3 化工设备设计中焊后热处理存在的问题

3.1 具体操作过程不规范

在设备设计中，大多数都不考虑奥氏体的焊后热处理问题，并因为不锈钢设备的造价相对较高，没有碳素钢以及低合金钢在价格上的优势，因此为了降低成本，通常都会将不锈钢设备的壁厚设计得很薄。但这会引发其他一些问题，如，化工设备可能在长时间的使用过程中因各种原因而发生设备腐蚀，造成设备材料极端不稳定，发生疲劳以及过度冲击载荷等问题。

3.2 设计不符合规范

一些不正确操作可能造成设备出现问题。在化工设备的初始设计中是不能完全预料到一些问题的产生的，在实际的生产过程中面临此类问题时需要有经验的工作人员采取正确的办法和补救措施，改善化工设备设计中焊后热处理问题产生的不良影响，保障不锈钢奥氏体化工设备压力容器能够进行多次重复使用，并且具有良好的性能。

4 化工设备设计中焊后热处理具体对策

针对不同类型的化工设备进行独特的焊后热处理的设计。

在实际设计中，必须根据奥氏体不锈钢的特征和具体要求进行设计，针对现行国家使用标准，奥氏体不锈钢制的压力容器设备的各种标准还不够规范，没有明确的管理和维修程序说明，因此在焊后热处理过程中不能给予良好的指导。

针对不同的方案采取不同的手段。在面对管壳式换热器的压力容器设计时需要考虑更多可能出现的问题，在注意成本的同时还要注意安全性和可操作性；针对金属容器的焊后热处理必须要从金属结构方面入手，最大程度地降低应力对金属组织所造成的影响；针对金属材料本身对材料的强度和硬度进行不同的调节，减少容器中液氨应力对金属组织材料所造成的腐蚀问题和金属组织的开裂问题。

5 结束语

在化工设备设计过程中，焊后热处理是一个非常需要注意的问题，必须要充分考虑各方面的影响，更好地进行焊后热处理，满足行业要求和设备需求。

［1］ 鲍春风，王孝秋.压力容器设计中的热处理问题分析［J］.科技创新与应用，2014（10）：96-97.

［2］ 郑秀芳，范闻捷.压力容器设计中的热处理问题［J］.辽宁化工，2011，40（1）：13-16.

［3］ 刘磊.浅谈化工设备设计中焊后热处理问题［J］.山西化工，2014，34（2）：43-44.

［4］ 姜亮亮，巩建鸣，耿鲁阳，等.焊后热处理对13MnNiMoR钢焊接接头在服役环境下SCC敏感性的影响［J］.压力容器，2012，29（4）：54-55.