化工压力容器设计中的热处理问题分析

孟静

摘 要： 在化工、医药、工业生产等领域，压力容器以其优异的性能受到企业的重视，应用范围也在不断扩大。该压力容器耐腐蚀能力强，密封性好，可大大节约生产成本。对于一些有毒腐蚀性气体和液体，使用压力容器作为装载机是一个很好的选择。压力容器在使用前通常要经过必要的热处理。这种加工操作可以恢复容器材料原有的金属属性，使容器更加耐用。在具体的热处理过程中，必须按照科学合理的操作规程进行。目前，各种新型热处理加工技术仍在开发中，应用领域也在不断扩大。本文针对储压设备规划中存在的热处理问题进行了研究和分析。

关键词： 压力容器设计;热处理;问题分析

一、热处理技术所应用的原理

金属热处理是将金属工件置于特定的介质中，在合适的温度下，在一定的时间内完成加热，并对加工过程采用不同的冷却温度方法。热处理技术是机械制造业的重要工艺之一，与其他流程相比有一定的特点：它不改变工件的形状和化学成分，只需要改变纤维结构和表面化学成分的工件的位置来改变其性能。为了使工件具有所有所要求的性能，除了合理选择各种成型工艺和材料外，热处理工艺也是不可缺少的特点。

金属热处理过程是一个加热、后加热、最后冷却的过程，具有不连接、不间断的特点。加热在热处理过程中是一个极其重要的过程，有许多方法。通过对加热温度的有效选择和控制，可以充分保证热处理的整体质量。不同热处理目的的金属材料可能会导致所选择的加热温度不同，一般是将金属材料加热到相变的温度，然后得到高温结构。退火冷却过程最慢，真正的火冷却速度更快，淬火冷却速度最快。

二、热处理的主要程序和技术处理要点

以金属为原料制成的压力容器在制造过程中会在一定程度上降低金属的基本性能。因此，为了有效地恢复金属的基本性能，通常采用热处理工艺对压力容器进行处理。一些压力容器的热处理过程主要需要加热和冷却两个步骤，但由于材料的特殊性，也有一些特殊的容器中间需要保温。在热处理过程中，应注意以下技术操作要点;第一，加热过程中使用的热源。传统的热处理方法并不十分先进，使用的是老式的加热方法，如燃煤或木炭。近年来，先进技术的不断发展使加热方式更加环保、节能，如使用气态或液态燃料来完成容器的热处理。二是加热过程中的温度控制，这是热处理工艺成功的关键。不同容器的金属材料对加热温度有不同的标准，需要根据具体情况进行必要的温度调节，以保证热处理的效果。三是容器加热后的保护处理。热处理后直接暴露在空气中的金属极易氧化。因此，加热环境的选择应尽量减少空气含量或以某种方式保护容器。在金属冷却部分，应注意冷却温度的控制。由于所选择的加热工艺不同，冷却温度和方式也不同。

三、化工压力容器及其零件的焊后热处理方法

（一）奥氏体不锈钢压力容器焊后热处理

有关规范、奥氏体不锈钢焊后不热处理，以及如何连接后热处理，以及如何进行热处理后连接，但是没有明确的标准，热处理的方法是不准确和明确的标准，一般来说，奥氏体不锈钢具有良好的韧性和可塑性，残余应力的产生并不是很大，而且没有冷作硬化。在实践中，为了有效地缓解压力，进行620-600℃的热处理温度，保温2小时。对于奥氏体不锈钢，如果温度为400-850℃，如果冷却速度较慢，很可能发生晶间腐蚀，即该物质的敏化。当耐蚀性高或环境温度高时，由于供应需要，有必要进行深入具体的讨论和分析，并制定相应的措施来处理这些问题，保证压力储存设备的质量。

（二）液氨容器的热处理

液氨压力容器在内应力作用下容易发生变形和裂纹，最终导致液氨泄漏，造成严重的工业事故。为了减小压力对液氨压力容器的影响，对液氨压力容器进行了熱处理。液氨容器在进行热处理时，必须满足以下一种或几种情况：（1）液氨浓度高时，考虑到液氨的腐蚀性，很可能会引起一定的金属容器。腐蚀，而且浓度越高，腐蚀性越强，因此有必要在热处理前进行准备。（2）为了保证液氨的含水量，如果不达到0.2%，必须进行热处理。（3）当容器储存温度不足时，很有可能发生液氨事故，温度过高后要注意有效处理。（4）对高应力金属材料结构实施有效的热处理。

（三）复合板焊后热处理

作为复合板容器，如何处理焊后热处理，需要谨慎对待。原则上，如果基体材料必须进行焊后热处理，那么用复合板生产的容器也必须进行相应的焊后热处理。然而，在热处理前，必须考虑复合材料的力学性能对热处理的影响，并考虑热处理对耐蚀性的影响。如果压力容器的材料是不锈钢复合板，很容易在复合材料和焊接接头的焊后热处理后有一定的影响，使其成为炭化，甚至形成σ阶段，导致一些损伤复合材料层的性能。它会破坏其耐腐蚀性和机械性能。因此，当容器材料为不锈钢时，必须对焊后热处理进行处理。在焊后热处理发展的相关过程中，应充分考虑热处理对材料本身的要求，充分考虑热处理对材料耐腐蚀性能的影响。必要时，更合适的层压板（例如，超低碳层）。按照相关要求，可以灵活处理，焊后热处理，特别是，根据需要实现温度和保温时间的调整，并通过验证相关的方式，主要测试方法是测试、性能测试和热处理试验。

（四）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。

针对焊后热处理的方法。焊后的热处理方法主要包括以下几点：结合整体的热处理可以将其分为炉内和整体的热处理，还包括分段和局部 2 种热处理方法。在对炉内整体实施热处理时，会在密封的炉中放置整个压力容器。对受压元件或者容器还要做出有效的热处理时，必须优先使用炉内整体热处理的方法。在储存容器和高压反应容器里可以装混合液化气，对移动式压力容器和卧式储罐应用炉内整体热处理方法。基于此，设计人员需要对场地和材料等实际情况进行充分的考虑，认真编制图纸，标注好图纸中所应用的热处理方法类型，提出一些具有针对性和方向性的热处理建议。

总之，压力容器的热处理属于较为复杂的工艺操作过程，并且会对容器性能能否更好地恢复产生直接的影响。一般为了提高容器抗腐蚀性和耐用性，会在容器焊接完毕后进行热处理。进行热处理加工时，要结合金属材料属性来对加热工艺和温度加以选择，对于技术操作人员的要求相对比较高，只有对热处理技术的操作方法进行合理有效的利用后，才可能将其所具有的功效在最大程度上发挥出来。

参考文献：

[1] 熊杰.压力容器设计中的热处理问题探究[J].电子测试，2014（11）：100-101+119.

[2] 赵芬香.压力容器设计中的热处理问题分析[J].化工管理，2014（14）：97-98.

[3] 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.