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                                  壓力容器設計中的熱處理問題研究
                                      發布日期:2018-09-21 

                                    摘要:現階段,在石油化工生產過程中,壓力容器最為常見。而在對壓力容器進行設計的過程中,需要關注熱處理這一工序的重要性。通過熱處理的方式能夠對壓力容器材料本身的金屬性能進行有效地改善,而在完成壓力容器的焊接作業后,展開熱處理,使焊接殘余應力得以降低,全面提升焊接接頭性能,以保證在實際使用過程中壓力容器更加安全。為此,文章將壓力容器的設計作為研究重點,闡述了熱處理的問題,以供參考。

                                    壓力容器在石油化工生產中被廣泛應用,特別是在對帶壓氣體與液化氣體收集和存儲過程中,發揮著關鍵性的作用。受石油化工生產介質的特殊性影響,其中的有毒有害氣體很多,為此,危險性也隨之提高。由此可見,壓力容器的設計與制造同化工生產的安全性聯系緊密。正是受諸多因素的影響與作用,對壓力容器材料之間的縫隙要求也不斷提高。因此在對壓力容器進行設計與制造的過程中,需要應用熱處理的方式。文章對壓力容器設計方面的熱處理技術展開了研究與分析,并從奧氏不銹鋼材質、金屬復合板式壓力容器焊接以及液態氨介質三個方面研究了壓力容器的熱處理,希望能夠對壓力容器設計中的熱處理作業提供有價值的理論依據。

                                    1、 對壓力容器設計熱處理技術的解構

                                    把金屬工件放置與特定介質當中并加熱,在達到具體溫度以后,針對不同的速度所采取的冷卻工藝就是金屬熱處理技術。其中,熱處理具體指的就是不對工件的外形和化學性質帶來影響,而對金屬的微觀結構進行改變,確保工件可以達到特定的物理與力學性能要求。

                                    1.1加熱

                                    在熱處理技術當中,加熱是熱處理工序當中的第一步,作用不容小覷。但是加熱的方式具有多樣性。其中,在熱處理技術的應用初期,木炭與煤是主要的加熱方式,而后逐漸開始使用液體燃料與氣體燃料,還有電加熱的方式[1]?,F階段,還可以使用熔融金屬進行加熱處理,其中,液體鈉與鉀的加熱效果十分理想。另外,在加熱處理方面,為保證熱處理的質量,就必須要重視加熱的溫度。實際選擇的加熱溫度一定要考慮到加熱材質和目的,并且跟隨其變化而改變。一般情況下,應當保證實際阿基熱的問題高于相比溫度,這樣才能夠更好地獲取高溫組織。

                                    1.2保溫

                                    在金屬材料的表面溫度達到標準要求以后,應當使其保持特定時間,進而減小材料內外溫差,實現溫度的一致性。而在整個過程當中,金屬材料纖維組織會發生根本性的改變,以保證更好地滿足材質的性能。除此之外,若加熱速度相對較快,且金屬材料的內部與外部溫差相差不大,則無需經過保溫這一過程,可以直接冷卻。

                                    1.3冷卻

                                    在熱處理過程中,冷卻這一工序十分關鍵。由于采取的工藝存在差異,金屬材料在冷卻方面的速度也存在極大的區別。通常,退火冷卻的速度最慢,能夠在金屬材料硬度不斷降低的同時,提升材料本身塑性。冷卻速度次之的是正火冷卻的方式,可以有效地提升低碳鋼力學性能,合理地改善切削加工性,實現晶粒的細化,有效消除組織缺陷。冷卻速度最快的方式就是淬火冷卻,不僅可以保證鋼件具備馬氏體組織,同時還能夠增強工件的硬度、耐磨性與強度,以保證后續熱處理工作的正常開展[2]。受不同速率冷卻處理的影響,可以得到不同的物理性質工件,以保證可以在具體情況的作用下更靈活地應用在化工生產中。

                                    2、 不同材質類型壓力容器設計的熱處理探究

                                    針對不同化工生產需求,所需要的壓力容器材質類型也有所差異。不同類型材質在壓力容器的處理方面也同樣需要給予一定的重視。以下將針對材質類型不同的壓力容器熱處理展開相應的分析和研究。

                                    2.1奧氏不銹鋼材質

                                    由于奧氏不銹鋼的熱塑性效果十分理想,因此很容易實現軋制、擠壓與鍛造、熱穿孔等多種加熱工目的。與此同時,奧氏不銹鋼中包含了鉬與銅等多種元素,具有極強的耐腐蝕性能與耐酸性能?;诖?,在壓力容器加工及制造過程中,奧氏不銹鋼應用十分廣泛。目前階段,不銹鋼熱處理的技術標準并未明確地規定出處理的方式[3]。奧氏不銹鋼的熱塑性與韌性效果理想,加工殘余剪應力會比較小,并不需要采取消除應力這一熱處理環節。一般來講,熱處理溫度需要控制在600~620℃,并且經歷24h保溫,隨后展開緩慢的冷卻處理。在這種情況下,會改變奧氏不銹鋼的金屬結構,即過敏化。由此可見,將常規熱處理的方法應用在奧氏不銹鋼中并不可行,一定要考慮到壓力容器實際應用的環境,進而制定出明確的熱處理方案,與生產需求相吻合。

                                    2.2金屬復合板式壓力容器焊接熱處理

                                    金屬復合板就是在金屬表面覆蓋另一種金屬的板子,在不影響使用效果的基礎上有效地節省資源,并適當地節約成本。正因為如此,金屬復合板在制造防腐壓力容器方面應用十分廣泛。其中,在對金屬復合板式壓力容器進行熱處理的過程中,如果溫度過高,則會嚴重影響復合板自身的熱力學性能,最明顯的就是不銹鋼復合板。如果在焊接以后采取熱處理,就會嚴重影響焊頭,嚴重的還會出現碳化的問題,對于復合板耐腐蝕性及力學性能也會產生直接的影響[4]。但是,若壓力容器材料采用的是不銹鋼復合板,那么就需要針對熱處理對于材料所產生的影響進行充分考慮,而且應當保證選擇與要求相吻合的復合材料。除此之外,應當針對焊后熱處理問題予以正確地對待,適當調整加熱的溫度與保溫的時間,經過長期實驗來獲取最佳熱處理的條件。

                                    2.3液態氨介質

                                    針對液態氨壓力容器而言,其自身具有一定的特殊性,但是,并不是以液態氨為介質的所有壓力容器都要經過熱處理,相反,則應當考慮到應力腐蝕的具體情況明確。所以,鋼制壓力容器也被當作判斷的具體標準。

                                    若介質是液態氨,那么環境的含水量是不能超過0.2%的,同時容易受空氣污染的情況;使用的溫度不低于-5℃。只要與以上情況中的一種相吻合,就必須要采取壓力容器熱處理的方式?;诖?,殼層介質是液氨的固定管板式換熱器,因其結構相對特殊,所以是難以實現熱處理的。針對這一情況,應當積極運用分布多次熱處理的方式[5]。其中,操作方法步驟是:①對換熱器殼體采取部件熱處理方式;②在殼體和管板焊接作業完成以后,需要針對兩道焊縫展開局部的熱處理操作。在上述步驟完成以后,就意味著壓力容器熱處理工藝完成。

                                    結束語

                                    綜上所述,基于科學技術的發展,壓力容器被廣泛應用在能源、醫學以及化工等領域中。在這種情況下,也同樣使得壓力容器質量有所保障。在此過程中,壓力容器設計制造的熱處理技術應用發揮著關鍵性的作用,能夠對金屬的性能及應力消除方面進行有效地改善[6]。由此可見,在設計壓力容器的過程中,工作人員一定要充分考慮材料性能,有效完善并改進熱處理工藝,實現壓力容器質量的全面提升。通過對壓力容器設計熱處理問題的探究,希望為其提供一定的幫助。

                                          參考文獻:
                                   
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                                          [2] 白龍.奧氏體不銹鋼應變強化容器冷加工與承載能力研究[D].華南理工大學,2014.
                                   
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                                          [4] 方海毅.關于壓力容器設計過程中常見的問題分析[J]. 化學工程與裝備,2014,(10):127-128+144.
                                   
                                          [5] 胡曉勇.承壓容器焊接接頭殘余應力測試及有限元分析[D].南京理工大學,2013.
                                   
                                          [6]周敏,王梅.壓力容器和壓力管道中無損檢測技術的應用[J].冶金叢刊.2016,(4):52+78.
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