压力容器制造 压力容器设计山东百特机械设备有限公司 热处理 -压力...
李刚
[摘 要]现阶段，在石油化工生产过程中，压力容器最为常见。而在对压力容器进行设计的过程中，需要关注热处理这一工序的重要性。通过热处理的方式能够对压力容器材料本身的金属性能进行有效地改善，而在完成压力容器的焊接作业后，展开热处理，使焊接残余应力得以降低，全面提升焊接接头性能，以保证在实际使用过程中压力容器更加安全。为此，文章将压力容器的设计作为研究重点，阐述了热处理的问题，以供参考。
[关键词]压力容器设计；热处理问题；措施
中图分类号：TG162 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0316-01
引言
热处理能改变金属组织，改善金属性能，促进焊缝金属中氢的释放，防止焊接接头出现裂纹，因此，压力容器设计中的热处理审查是设计人员的重要工作。在压力容器生产制造过程中，通常有三种热处理问题：第一种是改善材料性能的热处理问题；第二种是恢复机械性能的热处理问题；第三种是为去氢而进行的热处理问题。如今，为更好的满足化工生产对压力容器的需求，在压力容器设计中加强热处理问题的实践改善是必不可少的。本文就压力容器设计中热处理问题的实践展开分析。
1 压力容器设计的基本要求
1.1 工艺要求
鉴于压力容器的质量如此重要，所以对其工艺有着相当高的要求，比如壁厚、容积、直径等等。除此之外，还对工作温度、密封结构和开孔补强设计也有着相当高的要求，以此达到工业生产的相关规范。
1.2 使用寿命的保障
目前大多数的压力容器，并非为单一的静设备，常常作为动设备的附属设备，用于工业生产的运转。例如我们单位的压力容器基本都是与压缩机主机部分通过法兰相连接，本质上由静设备转为动设备。所以就使得压力容器长期处在比较复杂并且恶劣的环境中，如压缩机的振动或气体对设备本体的腐蚀等，就导致压力容器材料具有容易老化、壁厚减薄、产生疲劳开裂等特点。所以，为了延长其使用寿命，在设计的时候需要提高其安全系数，从而提升压力容器使用寿命。
1.3 确保使用安全
正常情况下，压力容器存储的都属于高腐蚀、易燃易爆的物质，稍有不慎就可能引发火灾甚至爆炸。随着时间的推移，这些物质在压力容器中的时间也增加，对于压力容器的侵蚀就更加严重，出现能量聚集的现象，这种情况下，如果容器质量存在瑕疵，就有可能引发能量的瞬间释放，引发强烈的破坏力。
2 压力容器设计热处理技术的概述
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，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。热处理过程需要经历三个主要步骤：加热、保温和冷却。（1）加热。在加热处理的过程中，加热温度是确保热处理质量的关键因素。加热温度的选择随着加热材质和目的的不同而不同，一般都是加热到相比温度以上，以便于获得高温组织。（2）保温。当金属材料表面达到所需温度的时候，需要保持该温度一段时间，使得内外的温差缩小，保持温度一致。在这段时间里，金属材料的显微组织彻底转变，达到设计加工中所需要的材质性能。另外，如果加热的速度极快，金属材料内外温差不大，那么就不需要保温过程，可以直接进入冷却步骤。（3）冷却。因工艺的不同，材料冷却速度也不一样。一般来说，退火的冷却速度最慢，主要是降低金属材料的硬度，提高塑性；正火的冷却速度次之，主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷；淬火的冷却速度最快，使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。
3 不同材质类型压力容器设计的热处理探究
针对不同化工生产需求，所需要的压力容器材质类型也有所差异。不同类型材质在压力容器的处理方面也同样需要给予一定的重视。
3.1 奥氏不锈钢材质
由于奥氏不锈钢的热塑性效果十分理想，因此很容易实现轧制、挤压与锻造、热穿孔等多种加热工目的。与此同时，奥氏不锈钢中包含了钼与铜等多种元素，具有极强的耐腐蚀性能与耐酸性能。基于此，在压力容器加工及制造过程中，奥氏不锈钢应用十分广泛。目前阶段，不锈钢热处理的技术标准并未明确地规定出处理的方式。奥氏不锈钢的热塑性与韧性效果理想，加工残余剪应力会比较小，并不需要采取消除应力这一热处理环节。一般来讲，热处理温度需要控制在600～620℃，并且经历24h保温，随后展开缓慢的冷却处理。在这种情况下，会改变奥氏不锈钢的金属结构，即过敏化。由此可见，将常规热处理的方法应用在奥氏不锈钢中并不可行，一定要考虑到压力容器实际应用的环境，进而制定出明确的热处理方案，与生产需求相吻合。
3.2 金属复合板式压力容器焊接热处理
金属复合板就是在金属表面覆盖另一种金属的板子，在不影响使用效果的基础上有效地节省资源，并适当地节约成本。正因为如此，金属复合板在制造防腐压力容器方面应用十分广泛。其中，在对金属复合板式压力容器进行热处理的过程中，如果温度过高，则会严重影响复合板自身的热力学性能，最明显的就是不锈钢复合板。如果在焊接以后采取热处理，就会严重影响焊头，严重的还会出现碳化的问题，对于复合板耐腐蚀性及力学性能也会产生直接的影响。但是，若压力容器材料采用的是不锈钢复合板，那么就需要针对热处理对于材料所产生的影響进行充分考虑，而且应当保证选择与要求相吻合的复合材料。除此之外，应当针对焊后热处理问题予以正确地对待，适当调整加热的温度与保温的时间，经过长期实验来获取最佳热处理的条件。
3.3 液态氨介质
针对液态氨压力容器而言，其自身具有一定的特殊性，但是，并不是以液态氨为介质的所有压力容器都要经过热处理，相反，则应当考虑到应力腐蚀的具体情况明确。所以，钢制压力容器也被当作判断的具体标准。若介质是液态氨，那么环境的含水量是不能超过0.2%的，同时容易受空气污染的情况；使用的温度不低于-5℃。只要与以上情况中的一种相吻合，就必须要采取压力容器热处理的方式。基于此，壳层介质是液氨的固定管板式换热器，因其结构相对特殊，所以是难以实现热处理的。针对这一情况，应当积极运用分布多次热处理的方式。其中，操作方法步骤是：①对换热器壳体采取部件热处理方式；②在壳体和管板焊接作业完成以后，需要针对两道焊缝展开局部的热处理操作。在上述步骤完成以后，就意味着压力容器热处理工艺完成。
结语
综上所述，基于科学技术的发展，压力容器被广泛应用在能源、医学以及化工等领域中。在这种情况下，也同样使得压力容器质量有所保障。在此过程中，压力容器设计制造的热处理技术应用发挥着关键性的作用，能够对金属的性能及应力消除方面进行有效地改善。由此可见，在设计压力容器的过程中，工作人员一定要充分考虑材料性能，有效完善并改进热处理工艺，实现压力容器质量的全面提升。
参考文献
[1] 付卫宾.探讨压力容器设计中的热处理问题[J].中国石油和化工标准与质量，2012，03：265.
