熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用

馮其斌

摘? 要：熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用可以有效避免安全事故的發(fā)生，影響石油壓力容器運(yùn)行的因素具有多樣性，壓力容器在運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)斷裂等問(wèn)題。壓力容器是保證石油行業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，將熱處理技術(shù)有效的應(yīng)用其中有助于從整體上提升壓力容器的性能，熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用效果較為顯著，已經(jīng)得到當(dāng)前石油行業(yè)的廣泛關(guān)注。本文將圍繞熱處理技術(shù)進(jìn)行闡述，詳細(xì)分析熱處理技術(shù)的作用以及加工工藝，具體研究在石油壓力容器中的應(yīng)用方式，堅(jiān)持實(shí)事求是基本原則，旨在為日后研究工作的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：熱處理技術(shù)? 石油壓力容器? 加工工藝? 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG156? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）08（a）-0118-03

Abstract： The application of heat treatment technology in oil pressure vessels can effectively avoid the occurrence of safety accidents. The factors affecting the operation of oil pressure vessels are diverse， and the fracture of pressure vessels often occurs in the process of operation. Pressure vessel is the key to ensure the smooth operation of the oil industry. The effective application of heat treatment technology will help to improve the performance of pressure vessel as a whole. The application effect of heat treatment technology in oil pressure vessel is obvious， which has been widely concerned by the current oil industry. This paper will focus on heat treatment technology， detailed analysis of the role of heat treatment technology and processing technology， specific research in the application of oil pressure vessels， adhere to the basic principle of seeking truth from facts， in order to lay the foundation for future research work.

Key Words： Heat treatment technology; Petroleum pressure vessel; Processing technology; Application

壓力容器是保證石油行業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，將熱處理技術(shù)有效應(yīng)用其中有助于從整體上提升壓力容器的性能，結(jié)合石油壓力容器運(yùn)行實(shí)際情況在焊接前采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)熱、在焊接后采用該技術(shù)提升壓力容器的性能，使之保證石油壓力容器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。

1? 熱處理技術(shù)概述

熱處理技術(shù)主要是為了改善金屬材料的性能，通過(guò)改變金屬材料的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際處理的過(guò)程中流程相對(duì)復(fù)雜，主要包括加熱以及冷卻等，在石油壓力容器中的應(yīng)用效果較為顯著，其類型豐富，從性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類主要涉及普通熱處理技術(shù)以及形變熱處理技術(shù)等;從目的角度進(jìn)行分析，主要涉及中間以及最終熱處理技術(shù)等;在對(duì)金屬性能進(jìn)行改變的過(guò)程中要結(jié)合熱處理技術(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施操作。以普通熱處理技術(shù)為例進(jìn)行分析，在實(shí)際處理的過(guò)程中，對(duì)金屬內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)成分進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)前者將發(fā)生變化，而后者則不會(huì)發(fā)生變化;變形熱處理技術(shù)在對(duì)金屬性能進(jìn)行改善的過(guò)程中主要是通過(guò)變形強(qiáng)化功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)內(nèi)在結(jié)構(gòu)成分的影響較小。

2? 熱處理技術(shù)作用以及加工工藝

熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用可以有效避免安全事故的發(fā)生，影響石油壓力容器運(yùn)行的因素具有多樣性，壓力容器在運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)斷裂等問(wèn)題，這在一定程度上將會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的人身安全形成威脅，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，而將熱處理技術(shù)有效應(yīng)用其中，在石油容器焊接過(guò)程中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，對(duì)金屬性能進(jìn)行優(yōu)化，以此保證壓力容器處于安全運(yùn)行的狀態(tài)。

熱處理加工工藝的完整性是保證壓力容器可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。第一，加熱環(huán)節(jié)，加熱方式具有多樣性，當(dāng)前較為常見的為內(nèi)燃法以及電熱法，結(jié)合壓力容器以及金屬的實(shí)際情況設(shè)定好預(yù)計(jì)的溫度，并在加熱的過(guò)程中將其加熱至規(guī)定的溫度。第二，保溫環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)需要了解金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際特點(diǎn)，將保溫時(shí)間控制在最佳的范圍內(nèi)，在此階段主要是金屬的化學(xué)性能發(fā)生變化，保溫階段是提升金屬性能的重要環(huán)節(jié)。第三，冷卻環(huán)節(jié)，在該階段，關(guān)注金屬溫度的變化情況，使之與室溫保持一致的水平，以此保證金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3? 熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用研究

3.1 在焊接前階段的應(yīng)用

熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用效果較為顯著，從焊接前階段進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)焊接前的預(yù)熱處理。關(guān)注焊接前期石油壓力容器運(yùn)行的具體情況，其內(nèi)部存在的厚壁部件以及重要部件較多，為了提升石油壓力容器的性能，需要對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱處理。在實(shí)際焊接的過(guò)程中，將熱處理技術(shù)有效應(yīng)用其中，由于金屬的硬度較大，進(jìn)行焊接前的預(yù)熱處理將會(huì)有效緩解該現(xiàn)象，結(jié)合金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，借助焊接前預(yù)處理的方式對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，以此達(dá)到降低金屬硬度的效果。以不銹鋼材料為例進(jìn)行分析，對(duì)其中存在的含碳量進(jìn)行檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)含碳量較高，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中如果不及時(shí)進(jìn)行預(yù)熱處理將會(huì)產(chǎn)生冷裂問(wèn)題，安全事故發(fā)生幾率較高。為此，通過(guò)熱處理技術(shù)的應(yīng)用可以有效避免出現(xiàn)冷裂的現(xiàn)象，以此保證石油壓力容器的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

例如：在焊接預(yù)熱處理的過(guò)程中，首先需要對(duì)焊接線的能量進(jìn)行選擇，針對(duì)焊接含碳量較高的材質(zhì)要盡量提升焊接線的能量，當(dāng)鋼種中含有V以及NB時(shí)，要盡量降低焊接線的能量，防止在預(yù)熱過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象，有助于改善接頭的性能，避免出現(xiàn)裂紋的問(wèn)題。焊接前預(yù)熱處理的有效應(yīng)用一定程度上可以緩解焊接后的冷卻速度，針對(duì)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氫進(jìn)行及時(shí)的排出，以此提升接頭的抗裂性能。同時(shí)，焊接預(yù)熱處理還可以降低焊接的應(yīng)力，在實(shí)際預(yù)熱的過(guò)程中要保證預(yù)熱的均勻性，盡量減少在實(shí)際焊接過(guò)程中存在的溫度梯度，以此降低裂紋的發(fā)生率。

3.2 在焊接后階段的應(yīng)用

石油壓力容器在焊接的過(guò)程中容易受到多種因素的影響，如果在焊接時(shí)處理不當(dāng)將會(huì)增加安全隱患。為此，加強(qiáng)焊接后的預(yù)熱處理是保證石油壓力容器處于正常運(yùn)行的關(guān)鍵。實(shí)時(shí)對(duì)焊縫的溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí)，為了有效避免在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題，可以將低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)應(yīng)用其中，將金屬內(nèi)部的氫去除，以此保證金屬材質(zhì)的可塑性。將熱處理技術(shù)應(yīng)用在焊接后期的熱處理階段，主要是緩解金屬硬度較大的問(wèn)題，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以此保證石油壓力容器內(nèi)部的可靠性。焊接后熱處理技術(shù)保證確保石油壓力容器的各項(xiàng)指標(biāo)性能得到有效的固定，防止在運(yùn)行的環(huán)節(jié)中出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，提升壓力容器的抗疲勞參數(shù)[1]。

例如：實(shí)施焊接后熱處理技術(shù)關(guān)注金屬試板以及與焊接焊縫的運(yùn)行狀態(tài)，使之二者之間的溫度差在合理的范圍內(nèi)，構(gòu)建焊接后熱處理技術(shù)的應(yīng)用數(shù)值模擬，其中主要包括溫度場(chǎng)數(shù)值的控制以及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值的控制兩個(gè)方面。第一，溫度場(chǎng)數(shù)值的控制，對(duì)加熱速度進(jìn)行控制，與焊接結(jié)構(gòu)保持在一致的狀態(tài)，了解此時(shí)變形金屬的狀態(tài)，在實(shí)現(xiàn)結(jié)晶過(guò)程中將產(chǎn)生全新等軸晶粒，提高金屬的韌性，消除殘余的應(yīng)力，設(shè)定不同的溫度階段，將升溫以及降溫實(shí)驗(yàn)應(yīng)用其中，準(zhǔn)確的計(jì)算出熱源。第二，應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值的模擬應(yīng)用取消應(yīng)力熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的重新分配，對(duì)殘余應(yīng)力峰值進(jìn)行有效的控制，在消除應(yīng)力的過(guò)程中，將整體高溫回火應(yīng)用其中，對(duì)焊件進(jìn)行加熱處理，隨即進(jìn)入到保溫環(huán)節(jié)，冷區(qū)至室溫，保證焊接殘余應(yīng)力處于最佳的區(qū)間，提升焊接接頭的承載能力。

3.3 化學(xué)熱處理的應(yīng)用

化學(xué)熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用是保證石油行業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。石油壓力容器在運(yùn)行的環(huán)節(jié)中內(nèi)部構(gòu)件較為復(fù)雜，在實(shí)際制造的過(guò)程中要注重提升該容器的強(qiáng)度以及韌性，以此滿足運(yùn)行的實(shí)際需要。加強(qiáng)對(duì)石油壓力容器的化學(xué)處理，其中涉及的工藝較為復(fù)雜，主要包括滲氮以及滲碳等，注重完善化學(xué)熱處理工藝，有助于從整體上提升石油壓力容器的耐磨性能，提高工件的韌性，一定程度上有助于提升石油壓力容器的使用壽命[2]。

例如：在滲碳的過(guò)程中，要進(jìn)行淬火加低溫回火處理，在此環(huán)節(jié)中主要包括氣體滲碳、液體滲碳等;滲氮層具有較強(qiáng)的耐磨性，比熱容較大，應(yīng)用在金屬鋼件上可以提升鋼件的抗疲勞性，化學(xué)穩(wěn)定性較高，腐蝕性較好，但是滲氮工藝流程相對(duì)復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中成本較高;碳氮共滲主要包括低溫碳氮共滲以及中溫碳氮共滲兩個(gè)方面，滲后可直接淬火，處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中不易出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，產(chǎn)生的能耗較少，且抗火回溫穩(wěn)定性較好，生產(chǎn)周期較短，應(yīng)用范圍較廣;氮碳共滲處理的溫度較低，在處理的過(guò)程中性能優(yōu)良，滲層的硬度較高，耐疲勞性和耐腐蝕性較好，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，工藝較為完整，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中滲層較淺，不易在承重載荷零件中應(yīng)用。

4? 結(jié)語(yǔ)

熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用方式具有多樣性，要將焊接前階段以及焊接后階段有效地結(jié)合在一起，注重優(yōu)化化學(xué)熱處理的應(yīng)用，逐步提升石油壓力器的綜合性能，要求在今后的研究過(guò)程中加大研究力度，完善熱處理技術(shù)，以此促進(jìn)石油行業(yè)的可持續(xù)健康運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊曉東.熱處理技術(shù)在石油化工壓力容器中的應(yīng)用[J].山西化工，2018，38（6）：162-164.

[2] 田豐.熱處理技術(shù)在石油壓力容器中的應(yīng)用[J].化工管理，2018（15）：59.

[3] 汪正兵，朱百智，陳賀.風(fēng)電齒輪熱處理技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].金屬熱處理，2020，45（1）：34-41.

[4] 徐海斌，顧偉，王衛(wèi)忠，等.淺析我國(guó)金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)與應(yīng)用[J].科技資訊，2018（1）：86.

[5] 趙永鵬.金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用研究[J].科技資訊，2015，13（4）：58.

[6] 孫政釗.石油化工企業(yè)安全生產(chǎn)管理研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2020，46（6）：195，203.