壓力容器在石油化工行業(yè)設(shè)計中的相關(guān)技術(shù)簡述

吳頠

摘 要：壓力容器廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，在石油化工行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。隨著科學(xué)經(jīng)濟的發(fā)展，壓力容器的運行工況愈加苛刻，制造技術(shù)要求更高。本文結(jié)合自身工作經(jīng)驗針對壓力容器在石油化工行業(yè)設(shè)計中的相關(guān)技術(shù)展開了探討與分析，以期能為推動我國石油化工行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供一定的參考與幫助。

關(guān)鍵詞：壓力容器;石油化工;行業(yè)設(shè)計;技術(shù)分析 焊接設(shè)計

1壓力容器的設(shè)計過程

壓力容器的設(shè)計是一個綜合過程，綜合了材料科學(xué)，基礎(chǔ)力學(xué)，制造工藝等一系列專業(yè)知識，并遵循法規(guī)標準要求，滿足工程實踐的可行性。壓力容器的設(shè)計要求，是工藝或用戶提出的一系列用于實際生產(chǎn)所需功能的技術(shù)要求，即壓力容器的類型、規(guī)格大小、使用工況等條件。設(shè)計人員考慮該條件下設(shè)備可能出現(xiàn)的斷裂、泄露、變形失穩(wěn)的失效模式，采用與之對應(yīng)的強度分析和設(shè)計方法，在受壓元件在滿足規(guī)范準則和使用壽命的前提下，兼顧制造可行、檢修便利和經(jīng)濟成本，保證設(shè)備能實現(xiàn)強度、剛度、密封性、耐蝕性及穩(wěn)定性的要求。

焊接設(shè)計是壓力容器設(shè)計過程中的重要組成部分，也是壓力容器制造過程中的關(guān)鍵工序焊接質(zhì)量的好壞影響壓力容器的制造質(zhì)量，包含選材、焊接方法、焊接材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計（焊接坡口，焊接接頭型式等）、熱處理及檢驗檢測。

壓力容器選材受多方面因素制約，如工藝介質(zhì)的腐蝕性、操作溫度及壓力、使用壽命、制造性能、經(jīng)濟成本等，常用金屬材料有低碳鋼、低合金鋼、奧氏體鋼、雙相不銹鋼、鎳基合金。不同的材料，力學(xué)性能不同，焊接性能各異。

低碳鋼焊接性能優(yōu)良，其焊縫方法眾多;

對低合金鋼，合金含量增加，鋼材強度增加，焊接性能降低，容易產(chǎn)生焊接缺陷;尤其是高強鋼，因其冷裂紋傾向、淬硬傾向較大，焊接熱輸入全過程要求嚴格;

奧氏體鋼因線膨脹系數(shù)大，為避免大的變形，應(yīng)采用小電流、多層多道焊。

2 壓力容器在石油化工行業(yè)設(shè)計中的焊接方法

金屬焊接，通俗來講，指通過加熱或者加壓或二者并用，采用或者不用填充材料，讓兩個分離的金屬物體（同種或異種）產(chǎn)生原子（或分子）永久性結(jié)合的過程。焊接方法的選擇與焊縫類型、工件厚度、接頭形式和焊接位置、母材性能密切相關(guān)，焊接方法一旦確定，坡口型式、焊接材料、焊接工藝以及所需裝備隨之確定。按焊接方法可分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。常用焊接方法如下：

埋弧焊（SAW），擁有較大的焊接電流及焊接速度，多在中厚鋼板的長直焊縫、環(huán)焊縫下的平焊位置使用，生產(chǎn)效率及穩(wěn)定性好，沒有弧光輻射，勞動環(huán)境較好，但不適于薄板焊接，要求電弧和坡口相對位置保證。

鎢極氬弧焊（TIG），是以鎢極和工件間的電弧以實現(xiàn)結(jié)合，適用于各種合金鋼，特別是高合金鋼及有色金屬的焊接，用于打底焊還能實現(xiàn)成形美觀，適用于薄板，焊接性能優(yōu)良，易于實現(xiàn)機械自動化（管-管，管-板，內(nèi)孔管-板，焊接機器人等），缺點是效率較低，成本高，抗銹能力不理想。

熔化極氣體保護焊（GMAW），是在外來氣體保護下，采用連續(xù)送進的填充金屬極和焊接熔池之間的電弧的弧焊方法，焊接成本低，效率高于焊條電弧焊，可操作性好，適用范圍廣，但對焊工技能水平要求高，焊縫表面飛濺多，成形較差。

等離子弧焊（PAW），可焊接難熔、熱敏感性高、易氧化的材料，如鉻、鎳、鈦等合金，電弧熱量集中，電弧挺直，工件可不開坡口單面焊雙面成形，焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小，生產(chǎn)效率高。

3 壓力容器焊接過程中的熱處理技術(shù)

焊接過程中，金屬零件被局部快速加熱至高溫后又快速冷卻，這就在焊縫區(qū)和母材間形成較高的溫度梯度，焊縫區(qū)與周邊區(qū)域變形不協(xié)調(diào)，形成焊接應(yīng)力。除了加速擴展已有缺陷，嚴重情況會造成應(yīng)力腐蝕開裂。通過熱處理技術(shù)，可有效降低焊接應(yīng)力，有利于產(chǎn)品質(zhì)量和運行安全。金屬材質(zhì)、厚度、預(yù)熱溫度及運行條件，是決定熱處理的主要因素。焊接過程中的熱處理分為三種：預(yù)熱、后熱及焊后熱處理。

3.1焊前預(yù)熱，對不同材質(zhì)，不同厚度金屬，材料標準有最低預(yù)熱溫度。作用有：

3.1.1可以降低焊接接頭的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，從而避免氫致裂紋。

3.1.2在從剛剛凝固的高溫向室溫冷卻過程中，焊接接頭金相組織發(fā)生變化，預(yù)熱可以避免出現(xiàn)馬氏體淬硬組織，從而避免焊接裂紋出現(xiàn);

3.2降低焊接殘余應(yīng)力，防止冷裂紋的產(chǎn)生。通過降低焊接區(qū)和焊件整體的溫度梯度，減小溫度不均勻性，焊接裂紋不易產(chǎn)生。

3.3焊接后熱，是在單條焊縫完成后立即進行的，通過火焰、中頻的方式實現(xiàn)，主要目的加快焊縫金屬中擴散氫的逸出，可有效防止焊接冷裂紋產(chǎn)生。

3.4焊后熱處理：主要作用是降低焊接應(yīng)力，改善母材及焊接接頭的性能，提高抗應(yīng)力腐蝕的能力，進一步釋放焊縫金屬中的氫及其它氣體，防止延遲裂紋的發(fā)生。金屬材質(zhì)、厚度、預(yù)熱溫度及運行條件，是決定是否焊后熱處理的主要因素。

4結(jié)語

壓力容器在石油化工行業(yè)中扮演著重要的角色，壓力容器的安全耐用才能確保石油化工行業(yè)的安全生產(chǎn)。壓力容器焊接過程設(shè)計中應(yīng)用先進技術(shù)，有助于提高壓力容器的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]安兆琦. 壓力容器在石油化工行業(yè)設(shè)計中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)[J]. 中國化工貿(mào)易， 2019， 011（033）：38.

[2]曹法洲，丁一. 熱處理技術(shù)在石油化工壓力容器中的應(yīng)用研究[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量， 2020， v.40;No.519（13）：221-222.

[3]許華娟. 石化裝置中壓力容器用材腐蝕失效與防護研究[J]. 化工管理， 2018， 502（31）：163-164.