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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(guo)程(cheng)中,壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)最(zui)為常見。而在對壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)進行(xing)設(she)計的(de)過(guo)程(cheng)中,需要關注熱(re)處(chu)理(li)這(zhe)一工序的(de)重要性。通過(guo)熱(re)處(chu)理(li)的(de)方式(shi)能夠對壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)材(cai)料本身的(de)金屬性能進行(xing)有效地改善,而在完成壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)的(de)焊接作業后,展開熱(re)處(chu)理(li),使(shi)(shi)焊接殘余應力(li)得(de)以降低,全面提升焊接接頭性能,以保證在實際使(shi)(shi)用過(guo)程(cheng)中壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)更加安全。為此(ci),文章(zhang)將壓(ya)(ya)力(li)容(rong)器(qi)的(de)設(she)計作為研(yan)究重點,闡述了熱(re)處(chu)理(li)的(de)問題,以供參考。

  壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)在(zai)石(shi)油化工(gong)生(sheng)產中(zhong)(zhong)被(bei)廣泛應(ying)用,特別是在(zai)對(dui)帶壓氣體(ti)(ti)與(yu)(yu)(yu)液化氣體(ti)(ti)收集和存(cun)儲過程中(zhong)(zhong),發(fa)揮著(zhu)關鍵性的作用。受(shou)石(shi)油化工(gong)生(sheng)產介質(zhi)的特殊性影(ying)響,其中(zhong)(zhong)的有(you)毒有(you)害氣體(ti)(ti)很多(duo),為(wei)此(ci),危險性也隨之提(ti)高。由此(ci)可見,壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)的設計與(yu)(yu)(yu)制造同化工(gong)生(sheng)產的安全性聯系(xi)緊密(mi)。正(zheng)是受(shou)諸多(duo)因(yin)素的影(ying)響與(yu)(yu)(yu)作用,對(dui)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)材料之間的縫隙(xi)要求也不(bu)(bu)斷(duan)提(ti)高。因(yin)此(ci)在(zai)對(dui)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)進行設計與(yu)(yu)(yu)制造的過程中(zhong)(zhong),需要應(ying)用熱(re)處(chu)(chu)理的方式(shi)。文(wen)章(zhang)對(dui)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)設計方面的熱(re)處(chu)(chu)理技術展開了研(yan)究與(yu)(yu)(yu)分析,并從(cong)奧氏不(bu)(bu)銹鋼材質(zhi)、金(jin)屬復合板(ban)式(shi)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)焊接以及(ji)液態氨介質(zhi)三個方面研(yan)究了壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)的熱(re)處(chu)(chu)理,希望能夠對(dui)壓力(li)容(rong)(rong)器(qi)設計中(zhong)(zhong)的熱(re)處(chu)(chu)理作業提(ti)供有(you)價值(zhi)的理論依據。

  1、 對壓力容器設計熱處理技術的解構

  把(ba)金(jin)屬(shu)工(gong)(gong)件放置(zhi)與特定介質當中(zhong)并加熱,在(zai)達到(dao)具(ju)體(ti)溫度以(yi)后,針對不同的(de)速(su)度所(suo)采取的(de)冷卻工(gong)(gong)藝就是(shi)金(jin)屬(shu)熱處(chu)理技(ji)術。其中(zhong),熱處(chu)理具(ju)體(ti)指(zhi)的(de)就是(shi)不對工(gong)(gong)件的(de)外形(xing)和化學性質帶來影響,而對金(jin)屬(shu)的(de)微(wei)觀(guan)結構(gou)進行改變,確保工(gong)(gong)件可以(yi)達到(dao)特定的(de)物理與力學性能要求。

  1.1加熱

  在(zai)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)技術當(dang)中,加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)是(shi)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)工序當(dang)中的(de)(de)(de)第一(yi)步,作用(yong)不容小覷。但是(shi)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)方(fang)式具有多樣(yang)性。其中,在(zai)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)技術的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)初(chu)期,木炭與(yu)(yu)煤是(shi)主要(yao)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)方(fang)式,而后逐(zhu)漸(jian)開始使(shi)用(yong)液(ye)體(ti)燃(ran)料與(yu)(yu)氣體(ti)燃(ran)料,還有電加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)方(fang)式[1]。現(xian)階段,還可以使(shi)用(yong)熔(rong)融(rong)金屬(shu)進行加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li),其中,液(ye)體(ti)鈉與(yu)(yu)鉀的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)效果十分理(li)想。另外,在(zai)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)方(fang)面(mian),為保(bao)證熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)質量,就必須要(yao)重視加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)溫度(du)。實際選擇的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)一(yi)定要(yao)考慮到加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)材質和(he)目的(de)(de)(de),并(bing)且跟隨其變化而改變。一(yi)般情況下,應(ying)當(dang)保(bao)證實際阿基熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)問(wen)題高于相(xiang)比溫度(du),這樣(yang)才能夠更好(hao)地(di)獲取高溫組織。

  1.2保溫

  在金屬材(cai)料的(de)表(biao)面(mian)溫度達到標(biao)準要求以(yi)(yi)后,應當使其保(bao)持(chi)特定時間,進而減小材(cai)料內外溫差(cha),實現溫度的(de)一致性。而在整個過程(cheng)當中,金屬材(cai)料纖維(wei)組(zu)織會發生根(gen)本性的(de)改變,以(yi)(yi)保(bao)證(zheng)更好(hao)地滿(man)足材(cai)質的(de)性能。除此之外,若加熱速度相(xiang)對較快,且(qie)金屬材(cai)料的(de)內部(bu)與外部(bu)溫差(cha)相(xiang)差(cha)不大,則無需經(jing)過保(bao)溫這(zhe)一過程(cheng),可(ke)以(yi)(yi)直(zhi)接冷(leng)卻(que)。

  1.3冷卻

  在熱處(chu)理(li)(li)過程中,冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)這(zhe)一工(gong)(gong)(gong)序十(shi)分關鍵(jian)。由于采(cai)取的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)存在差異,金(jin)屬材(cai)料在冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)方面(mian)的(de)(de)(de)速(su)(su)度(du)也(ye)存在極大的(de)(de)(de)區別。通(tong)常(chang),退(tui)火(huo)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)的(de)(de)(de)速(su)(su)度(du)最(zui)慢,能(neng)夠在金(jin)屬材(cai)料硬(ying)度(du)不(bu)斷降(jiang)低的(de)(de)(de)同時(shi),提升材(cai)料本身塑性(xing)。冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速(su)(su)度(du)次之(zhi)的(de)(de)(de)是(shi)正(zheng)火(huo)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)的(de)(de)(de)方式,可(ke)以有(you)效地(di)(di)提升低碳鋼力學性(xing)能(neng),合理(li)(li)地(di)(di)改(gai)善(shan)切削加(jia)工(gong)(gong)(gong)性(xing),實現晶粒(li)的(de)(de)(de)細化,有(you)效消(xiao)除組(zu)(zu)織缺陷。冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速(su)(su)度(du)最(zui)快的(de)(de)(de)方式就是(shi)淬(cui)火(huo)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que),不(bu)僅可(ke)以保(bao)證鋼件(jian)具(ju)(ju)備馬氏體組(zu)(zu)織,同時(shi)還能(neng)夠增強工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)硬(ying)度(du)、耐磨性(xing)與強度(du),以保(bao)證后續熱處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)正(zheng)常(chang)開展[2]。受不(bu)同速(su)(su)率冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)影響,可(ke)以得到不(bu)同的(de)(de)(de)物理(li)(li)性(xing)質工(gong)(gong)(gong)件(jian),以保(bao)證可(ke)以在具(ju)(ju)體情況的(de)(de)(de)作(zuo)用下(xia)更(geng)靈活地(di)(di)應用在化工(gong)(gong)(gong)生產中。

  2、 不同材質類型壓力容器設計的熱處理探究

  針(zhen)對(dui)(dui)不(bu)同(tong)化(hua)工生產需求,所需要的(de)壓(ya)力(li)容器材質類(lei)(lei)型也(ye)有(you)所差(cha)異。不(bu)同(tong)類(lei)(lei)型材質在壓(ya)力(li)容器的(de)處理方面也(ye)同(tong)樣需要給予(yu)一定的(de)重視。以(yi)下將針(zhen)對(dui)(dui)材質類(lei)(lei)型不(bu)同(tong)的(de)壓(ya)力(li)容器熱處理展(zhan)開相應的(de)分析(xi)和研究。

  2.1奧氏不銹鋼材質

  由于奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)塑性效(xiao)果十(shi)分(fen)理(li)(li)想,因此(ci)很容易實(shi)現軋制(zhi)(zhi)、擠壓與鍛造、熱(re)穿孔等多種加熱(re)工(gong)目(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)。與此(ci)同時,奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中包含(han)了鉬與銅等多種元素,具有極強的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)腐蝕性能與耐(nai)(nai)酸性能。基于此(ci),在(zai)(zai)壓力容器(qi)加工(gong)及制(zhi)(zhi)造過程中,奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)應用十(shi)分(fen)廣泛。目(mu)(mu)前階(jie)段,不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)熱(re)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)技術標準并未明(ming)確(que)地規定出(chu)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)[3]。奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)熱(re)塑性與韌(ren)性效(xiao)果理(li)(li)想,加工(gong)殘余剪應力會(hui)比(bi)較小(xiao),并不(bu)(bu)(bu)需要(yao)采取消除應力這一熱(re)處(chu)理(li)(li)環節(jie)。一般來講(jiang),熱(re)處(chu)理(li)(li)溫度需要(yao)控制(zhi)(zhi)在(zai)(zai)600~620℃,并且經歷24h保溫,隨后展開緩慢的(de)(de)(de)(de)冷(leng)卻處(chu)理(li)(li)。在(zai)(zai)這種情況下,會(hui)改變奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)金屬結構(gou),即(ji)過敏化。由此(ci)可見,將常規熱(re)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法應用在(zai)(zai)奧(ao)氏不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中并不(bu)(bu)(bu)可行,一定要(yao)考慮到壓力容器(qi)實(shi)際應用的(de)(de)(de)(de)環境,進而制(zhi)(zhi)定出(chu)明(ming)確(que)的(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)方(fang)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(jin)屬復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)就是(shi)在(zai)金(jin)屬表面覆蓋(gai)另一種金(jin)屬的(de)(de)板(ban)(ban)子(zi),在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)(xiang)使(shi)用效果的(de)(de)基礎(chu)上(shang)有效地(di)(di)節(jie)省資(zi)源(yuan),并適當(dang)(dang)地(di)(di)節(jie)約(yue)成本。正(zheng)因為(wei)如此,金(jin)屬復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)在(zai)制造(zao)防腐壓(ya)力(li)(li)容器(qi)方面應(ying)用十(shi)分廣(guang)泛(fan)。其中,在(zai)對金(jin)屬復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)式壓(ya)力(li)(li)容器(qi)進行(xing)(xing)熱(re)(re)處(chu)理(li)的(de)(de)過程(cheng)中,如果溫度過高,則會(hui)嚴(yan)(yan)重影(ying)響(xiang)(xiang)復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)自(zi)身的(de)(de)熱(re)(re)力(li)(li)學性能,最明(ming)顯的(de)(de)就是(shi)不(bu)銹鋼復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)。如果在(zai)焊接以后(hou)采(cai)(cai)取熱(re)(re)處(chu)理(li),就會(hui)嚴(yan)(yan)重影(ying)響(xiang)(xiang)焊頭,嚴(yan)(yan)重的(de)(de)還會(hui)出現碳化的(de)(de)問(wen)(wen)題,對于復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban)耐腐蝕性及力(li)(li)學性能也會(hui)產生(sheng)直(zhi)接的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)[4]。但是(shi),若壓(ya)力(li)(li)容器(qi)材料采(cai)(cai)用的(de)(de)是(shi)不(bu)銹鋼復(fu)(fu)(fu)合(he)板(ban)(ban),那么就需(xu)要針(zhen)(zhen)對熱(re)(re)處(chu)理(li)對于材料所(suo)產生(sheng)的(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)進行(xing)(xing)充分考(kao)慮,而(er)且應(ying)當(dang)(dang)保證選擇(ze)與要求相吻合(he)的(de)(de)復(fu)(fu)(fu)合(he)材料。除此之外,應(ying)當(dang)(dang)針(zhen)(zhen)對焊后(hou)熱(re)(re)處(chu)理(li)問(wen)(wen)題予(yu)以正(zheng)確地(di)(di)對待,適當(dang)(dang)調整加熱(re)(re)的(de)(de)溫度與保溫的(de)(de)時間,經過長(chang)期實(shi)驗來獲取最佳熱(re)(re)處(chu)理(li)的(de)(de)條件(jian)。

  2.3液態氨介質

  針對液態(tai)氨壓(ya)力(li)容器而言,其自身具有一定的(de)特(te)殊性,但(dan)是,并不是以(yi)液態(tai)氨為介(jie)質的(de)所有壓(ya)力(li)容器都要經過熱處理,相反,則(ze)應當(dang)考(kao)慮到(dao)應力(li)腐蝕的(de)具體(ti)情況明確。所以(yi),鋼制壓(ya)力(li)容器也被(bei)當(dang)作(zuo)判斷的(de)具體(ti)標準(zhun)。

  若介質(zhi)是(shi)(shi)(shi)液(ye)態氨,那么環境(jing)的(de)含水量(liang)是(shi)(shi)(shi)不(bu)能超過0.2%的(de),同時容易(yi)受空氣污染的(de)情(qing)況(kuang);使用的(de)溫度(du)不(bu)低于-5℃。只要(yao)與以(yi)(yi)上(shang)情(qing)況(kuang)中的(de)一種相(xiang)吻(wen)合,就(jiu)必(bi)須要(yao)采取壓力(li)容器(qi)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)的(de)方(fang)式(shi)。基于此,殼(ke)層介質(zhi)是(shi)(shi)(shi)液(ye)氨的(de)固定管(guan)板(ban)式(shi)換(huan)熱(re)器(qi),因其(qi)結構相(xiang)對(dui)(dui)(dui)特殊(shu),所以(yi)(yi)是(shi)(shi)(shi)難(nan)以(yi)(yi)實現熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)的(de)。針對(dui)(dui)(dui)這一情(qing)況(kuang),應當積極(ji)運用分布多次(ci)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)的(de)方(fang)式(shi)[5]。其(qi)中,操作(zuo)方(fang)法(fa)步驟是(shi)(shi)(shi):①對(dui)(dui)(dui)換(huan)熱(re)器(qi)殼(ke)體采取部件熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)方(fang)式(shi);②在殼(ke)體和(he)管(guan)板(ban)焊接作(zuo)業完成(cheng)以(yi)(yi)后(hou),需(xu)要(yao)針對(dui)(dui)(dui)兩道焊縫展開局部的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)操作(zuo)。在上(shang)述步驟完成(cheng)以(yi)(yi)后(hou),就(jiu)意味(wei)著壓力(li)容器(qi)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)工藝完成(cheng)。

  結束語

  綜(zong)上所述,基于科(ke)學(xue)技術的(de)(de)(de)(de)發展,壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)被廣泛應用(yong)在(zai)能源(yuan)、醫學(xue)以及(ji)化工(gong)等領域中(zhong)(zhong)。在(zai)這種情況下(xia),也同樣使得壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)質量有所保(bao)障(zhang)。在(zai)此過程中(zhong)(zhong),壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)設(she)計(ji)制造的(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)技術應用(yong)發揮著關鍵性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)作用(yong),能夠對金屬的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能及(ji)應力(li)(li)(li)(li)消除方面進(jin)行有效地(di)改善[6]。由(you)此可見,在(zai)設(she)計(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)的(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)(zhong),工(gong)作人(ren)員一定(ding)(ding)要充分考慮材料性(xing)(xing)能,有效完(wan)善并(bing)改進(jin)熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi),實現壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)質量的(de)(de)(de)(de)全面提升。通過對壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)容(rong)器(qi)設(she)計(ji)熱(re)處(chu)理(li)(li)問(wen)題的(de)(de)(de)(de)探究,希(xi)望為(wei)其(qi)提供一定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)幫助(zhu)。

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