压力容器燃气整体热处理装置分析

姜志坚

摘 要：压力容器设计中的热处理虽然有着消耗能量大和周期较长的诸多缺点，并且在实际的设计过程中因为压力容器结构等诸多方面面临种种困境，但是目前，热处理仍然是压力容器设计中唯一能被行业接受的消除焊接残余应力的方法。

关键词：压力容器设计；热处理；压力容器

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多种行业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。

一、热处理基本工艺技术分析

热处理技术基本上主要是加热、保温和冷却三个基本过程的有机配合和衔接的技术。首先，热处理的温度值是一个重要的技术参数标准之一。制定和控制适当的温度值范围是提高热处理质量的重要问题，但是由于在压力容器的设计中因使用不同的金属或者合金材料，必须在适当的时间设计适当的温度值，才能保证金属材料的基本性能得到最大的潜力发挥，才能获得较高的容器质量。其次，金属材料加热后必然需要冷却的过程。工业生产上要求因压力容器的材质不同和技术标准的不同，必须采用不同的冷却速度。人们在不断地探索实践中，主要设定三种冷却速度和一种冷却方式，即冷却速度最慢的退火、冷却速度比较快的正火、冷却速度最快的淬火以及与淬火十分密切的回火。第三，热处理的加热技术是重要的设计程序之一。现今的加热方法有很多种，比如，以液体或者气体燃料作为热源或者以电加热等进行直接加热。也可以利用液态盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

二、压力容器设计中热处理问题

（一）复合板式压力容器热处理

复合板式压力容器的焊接后热处理问题必须要重视考虑和处理。一般而言，构成复合板的基层材料要进行焊接后热处理时，那么，以该材料制成的压力容器也必须进行焊接后的热处理技术，并且必须考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响。因为这种热处理技术在很大程度上能够使复合材料以及焊接处发生碳化，从而使材料的性能变弱，甚至消失。基于以上，设计师在设计复合板式的压力容器的热处理时，要考虑到热处理对复合板式的材料的化学性和物理性的不利影响，以免影响复合材料的耐腐蚀性。基本上复合板式的压力容器所使用的材料应该符合以下要求：第一，碳质钢的厚度要大于或等于圆筒内直径的3%；第二，其他的合金钢材的厚度要大于或等于圆筒内直径的2.5%。

（二）金属材料压力容器热处理

金属焊接后进行的热处理技术原理：高温下，金属或者合金材料的变形指数降低，高应力处就会产生流型变化，以消除焊接后产生的残余应力，完善焊接后的韧度，最终提高金属的抗腐蚀性。比较适应这种原理的金属材料的结构是体心立方晶体结构，相反地，奥氏体不锈钢的金属材料的晶体结构是面心立方体结构。两种结构的不同点主要表现在面心立方体的滑移面比较多，从而体现其较好的韧性。此外，设计压力容器必须遵循的目的是防腐和温度，而奥氏体不锈钢的金属材料符合此目的以及其市场价格比较昂贵，材料的壁厚度相对较薄，所以对于以奥氏体不锈钢为金属材料的压力容器没有必要进行热处理技术的处理。这是因为以奥氏体不锈钢为材料的压力容器的塑性和韧性比较好，其残余应力的性能比较小，当冷却后金属材料硬化的后果比较低。然而理论上的消除应力热处理技术的温度范围为：600℃-620℃，保温时间为两个小时；在 400℃-850℃的温度范围内，对奥氏体不锈钢进行缓慢冷却后会发生材料结构间的腐蚀，形成奥氏体不锈钢的过敏化。所以当要求比较高的抗腐蚀性或者高温要求时，设计压力容器时需要制定适应的热处理方法，以保证压力容器的性能。

三、压力容器燃气整体热处理装置

压力容器是指因设备重量大或运输道路限制，需在现场制造（组焊）完成的压力容器。随着石化工业的发展，各种化工钢制塔、容器呈越来越大型化的趋势，如丙烯腈反应器的直径近9m，高度达30m左右。对如此大的压力容器进行焊后整体热处理已成为亟待解决的技术难题。目前常用的压力容器热处理技术有电加热法及燃油法两种，但这两种方法在进行大型压力容器整体热处理时均存在不同程度的技术缺陷。中国石油东北炼化工程有限公司研制的大型压力容器燃气整体热处理装置（型号：HT-Q500A）适用于各种压力容器、球罐、非标设备等焊后整体热处理，尤其适用于石化行业大型压力容器焊后整体热处理。该装置以液化气或天然气等清洁能源为燃料，采用多台燃烧器分层同时供热，利用设置在压力容器内部的导流装置对热气流进行导流，有效地提高了压力容器内部热循环效果；采用自动控制技术对热处理过程进行监控，确保了整体热处理的质量。该装置克服了现有电加热法、燃油法及传统燃气法等技术的各种缺陷，具有供热能力强、内部热循环效果好、自动控制精度高等优点。此外，该装置采用含硫量偏低的液化气作为燃料，有效地降低了燃料燃烧过程中硫化物对焊接接头使用性能的影响，而且对环境污染也小，满足了石化行业对大型压力容器焊后整体热处理施工的特殊要求。该装置应用于吉化集团丙烯腈工程等多项大型工程热处理施工现场，控温准确、效果好。

四、结束语

压力容器设计中进行的热处理技术是运用相应介质，将压力容器所使用的金属材料或者合金材料进行加热、保温和冷却过程，进而在不改变金属材料的外部形状的情况下，使其内部的纤维组织及其部分化学成分发生改变，以调控金属材料的基本性能并使其得到最大的潜力发挥的技术。热处理技术对于改善压力容器的金属材料以及完善其金属本质性能具有重要的作用。

参考文献：

[1]范闻捷.压力容器设计中的热处理问题[J].辽宁化工，2014.

[2]李春明.12Cr2MoWVTiB 钢焊后热处理工艺改进的研究[J].热加工工艺，2015.