压力容器设计中的热处理问题研究 压力容器设计中的热处理问题研究
姜 凯
（商丘市第一人民医院，河南 商丘 476100）
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
压力容器在石油化工生产中被广泛应用，特别是在对带压气体与液化气体收集和存储过程中，发挥着关键性的作用。受石油化工生产介质的特殊性影响，其中的有毒有害气体很多，为此，危险性也随之提高。由此可见，压力容器的设计与制造同化工生产的安全性联系紧密。正是受诸多因素的影响与作用，对压力容器材料之间的缝隙要求也不断提高。因此在对压力容器进行设计与制造的过程中，需要应用热处理的方式。文章对压力容器设计方面的热处理技术展开了研究与分析，并从奥氏不锈钢材质、金属复合板式压力容器焊接以及液态氨介质三个方面研究了压力容器的热处理，希望能够对压力容器设计中的热处理作业提供有价值的理论依据。
1 对压力容器设计热处理技术的解构
把金属工件放置与特定介质当中并加热，在达到具体温度以后，针对不同的速度所采取的冷却工艺就是金属热处理技术。其中，热处理具体指的就是不对工件的外形和化学性质带来影响，而对金属的微观结构进行改变，确保工件可以达到特定的物理与力学性能要求。
1.1 加热
在热处理技术当中，加热是热处理工序当中的第一步，作用不容小觑。但是加热的方式具有多样性。其中，在热处理技术的应用初期，木炭与煤是主要的加热方式，而后逐渐开始使用液体燃料与气体燃料，还有电加热的方式[1]。现阶段，还可以使用熔融金属进行加热处理，其中，液体钠与钾的加热效果十分理想。另外，在加热处理方面，为保证热处理的质量，就必须要重视加热的温度。实际选择的加热温度一定要考虑到加热材质和目的，并且跟随其变化而改变。一般情况下，应当保证实际阿基热的问题高于相比温度，这样才能够更好地获取高温组织。
1.2 保温
在金属材料的表面温度达到标准要求以后，应当使其保持特定时间，进而减小材料内外温差，实现温度的一致性。而在整个过程当中，金属材料纤维组织会发生根本性的改变，以保证更好地满足材质的性能。除此之外，若加热速度相对较快，且金属材料的内部与外部温差相差不大，则无需经过保温这一过程，可以直接冷却。
1.3 冷却
在热处理过程中，冷却这一工序十分关键。由于采取的工艺存在差异，金属材料在冷却方面的速度也存在极大的区别。通常，退火冷却的速度最慢，能够在金属材料硬度不断降低的同时，提升材料本身塑性。冷却速度次之的是正火冷却的方式，可以有效地提升低碳钢力学性能，合理地改善切削加工性，实现晶粒的细化，有效消除组织缺陷。冷却速度最快的方式就是淬火冷却，不仅可以保证钢件具备马氏体组织，同时还能够增强工件的硬度、耐磨性与强度，以保证后续热处理工作的正常开展[2]。受不同速率冷却处理的影响，可以得到不同的物理性质工件，以保证可以在具体情况的作用下更灵活地应用在化工生产中。
2 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。以下将针对材质类型不同的压力容器热处理展开相应的分析和研究。
2.1 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[3]。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。
2.2 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[4]。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响进行充分考虑，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。
2.3 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[5]。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。
3 结束语
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[6]。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。通过对压力容器设计热处理问题的探究，希望为其提供一定的帮助。
参考文献：
[1] 窦万波.10000m～3大型天然气球罐设计及制造关键技术研究[D].北京工业大学,2009.
[2] 白龙.奥氏体不锈钢应变强化容器冷加工与承载能力研究[D].华南理工大学,2014.
[3] 刘俊松.承压设备调质高强钢再热脆化机理与风险控制方法研究[D].合肥工业大学,2014.
[4] 方海毅.关于压力容器设计过程中常见的问题分析[J]. 化学工程与装备,2014,(10):127-128+144.
[5] 胡晓勇.承压容器焊接接头残余应力测试及有限元分析[D].南京理工大学,2013.
[6]周敏,王梅.压力容器和压力管道中无损检测技术的应用[J].冶金丛刊.2016,(4):52+78.
中图分类号：TH49
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）02-0125-02
压力容器设计中的热处理问题研究 压力容器设计中的热处理问题研究
姜 凯
（商丘市第一人民医院，河南 商丘 476100）
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
压力容器在石油化工生产中被广泛应用，特别是在对带压气体与液化气体收集和存储过程中，发挥着关键性的作用。受石油化工生产介质的特殊性影响，其中的有毒有害气体很多，为此，危险性也随之提高。由此可见，压力容器的设计与制造同化工生产的安全性联系紧密。正是受诸多因素的影响与作用，对压力容器材料之间的缝隙要求也不断提高。因此在对压力容器进行设计与制造的过程中，需要应用热处理的方式。文章对压力容器设计方面的热处理技术展开了研究与分析，并从奥氏不锈钢材质、金属复合板式压力容器焊接以及液态氨介质三个方面研究了压力容器的热处理，希望能够对压力容器设计中的热处理作业提供有价值的理论依据。
1 对压力容器设计热处理技术的解构
把金属工件放置与特定介质当中并加热，在达到具体温度以后，针对不同的速度所采取的冷却工艺就是金属热处理技术。其中，热处理具体指的就是不对工件的外形和化学性质带来影响，而对金属的微观结构进行改变，确保工件可以达到特定的物理与力学性能要求。
1.1 加热
在热处理技术当中，加热是热处理工序当中的第一步，作用不容小觑。但是加热的方式具有多样性。其中，在热处理技术的应用初期，木炭与煤是主要的加热方式，而后逐渐开始使用液体燃料与气体燃料，还有电加热的方式[1]。现阶段，还可以使用熔融金属进行加热处理，其中，液体钠与钾的加热效果十分理想。另外，在加热处理方面，为保证热处理的质量，就必须要重视加热的温度。实际选择的加热温度一定要考虑到加热材质和目的，并且跟随其变化而改变。一般情况下，应当保证实际阿基热的问题高于相比温度，这样才能够更好地获取高温组织。
1.2 保温
在金属材料的表面温度达到标准要求以后，应当使其保持特定时间，进而减小材料内外温差，实现温度的一致性。而在整个过程当中，金属材料纤维组织会发生根本性的改变，以保证更好地满足材质的性能。除此之外，若加热速度相对较快，且金属材料的内部与外部温差相差不大，则无需经过保温这一过程，可以直接冷却。
1.3 冷却
在热处理过程中，冷却这一工序十分关键。由于采取的工艺存在差异，金属材料在冷却方面的速度也存在极大的区别。通常，退火冷却的速度最慢，能够在金属材料硬度不断降低的同时，提升材料本身塑性。冷却速度次之的是正火冷却的方式，可以有效地提升低碳钢力学性能，合理地改善切削加工性，实现晶粒的细化，有效消除组织缺陷。冷却速度最快的方式就是淬火冷却，不仅可以保证钢件具备马氏体组织，同时还能够增强工件的硬度、耐磨性与强度，以保证后续热处理工作的正常开展[2]。受不同速率冷却处理的影响，可以得到不同的物理性质工件，以保证可以在具体情况的作用下更灵活地应用在化工生产中。
2 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。以下将针对材质类型不同的压力容器热处理展开相应的分析和研究。
2.1 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[3]。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。
2.2 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[4]。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响进行充分考虑，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。
2.3 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[5]。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。
3 结束语
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[6]。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。通过对压力容器设计热处理问题的探究，希望为其提供一定的帮助。
参考文献：
[1] 窦万波.10000m～3大型天然气球罐设计及制造关键技术研究[D].北京工业大学,2009.
[2] 白龙.奥氏体不锈钢应变强化容器冷加工与承载能力研究[D].华南理工大学,2014.
[3] 刘俊松.承压设备调质高强钢再热脆化机理与风险控制方法研究[D].合肥工业大学,2014.
[4] 方海毅.关于压力容器设计过程中常见的问题分析[J]. 化学工程与装备,2014,(10):127-128+144.
[5] 胡晓勇.承压容器焊接接头残余应力测试及有限元分析[D].南京理工大学,2013.
[6]周敏,王梅.压力容器和压力管道中无损检测技术的应用[J].冶金丛刊.2016,(4):52+78.
中图分类号：TH49
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）02-0125-02