在抗硫化氢（酸性环境 / Sour Service）工况下，碳钢及低合金钢管道焊后热处理（PWHT）的核心目标是消除焊接残余应力并将焊缝及热影响区（HAZ）的硬度严格控制在 $\le 220\text{ HBW}$（$22\text{ HRC}$）以下。

因此，其热处理的温度和保温时间设置比普通管道更加严格，主要依据 NACE MR0175 / ISO 15156、NACE SP0472 以及 GB/T 30583 / SH/T 3554 等规范：

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1. 热处理温度的设置

抗硫管道的热处理通常采用消除应力退火/高温回火。

碳钢（如 20#、20G、Q235B、A106 Gr.B、L245/API 5L X42~X52 等）

• 推荐控制范围：$600^\circ\text{C} \sim 630^\circ\text{C}$（工程中最常用的标准温度窗口为 $610 \pm 10^\circ\text{C}$ 或 $600 \pm 15^\circ\text{C}$）。
• 上限控制：严禁超过钢材的下临界转换温度 $Ac_1$（碳钢约为 $720^\circ\text{C}$），最高不得超过 $650^\circ\text{C}$，以防相变或组织粗化导致冲击韧性严重下降。
• 下限控制：不得低于 $590^\circ\text{C}$。如果温度低于 $580^\circ\text{C}$，无法有效软化硬质组织（如马氏体/贝氏体），会导致 HAZ 硬度超标（$> 220\text{ HBW}$），极易发生硫化物应力开裂（SSC）。

低合金钢（如 Cr-Mo 钢、Cr-Mo-V 钢等）

• 如果是抗硫环境下的低合金钢，温度通常需要设置得更高，一般在 $650^\circ\text{C} \sim 700^\circ\text{C}$（具体需结合母材和 NACE MR0175-2 附录 A 的要求）。

2. 保温时间的设置

抗硫管道的保温时间原则是：宁长勿短，以确保充分回火降硬和应力释放。

基本计算规则

1. 按壁厚计算：

• 壁厚 $\delta \le 50\text{ mm}$ 时：按 每 $25\text{ mm}$ 壁厚保温 $1\text{ 小时}$（即约 $2.4\text{ min/mm}$）。

2. 最少保温时间（绝对底线）：

• 即使管道壁厚很薄（例如 $3\text{ mm} \sim 6\text{ mm}$），保温时间也不得少于 $1\text{ 小时}$。

常用壁厚与保温时间对照表

管道名义壁厚 $\delta$	建议保温时间	备注
$\delta \le 25\text{ mm}$	$1.0\text{ 小时}$（$60\text{ 分钟}$）	满足最少保温 1 小时要求
$25\text{ mm} < \delta \le 38\text{ mm}$	$1.5\text{ 小时}$（$90\text{ 分钟}$）	按壁厚折算比例增加
$38\text{ mm} < \delta \le 50\text{ mm}$	$2.0\text{ 小时}$（$120\text{ 分钟}$）	—
$\delta > 50\text{ mm}$	$2.0\text{ 小时} + \frac{\delta - 50}{100}\text{ 小时}$	大厚度管道按规范公式阶梯递增

3. 升降温速率的辅助控制（非常关键）

除了保温温度和时间，抗硫热处理的升温与降温过程也有严格限制，防止因温差过大产生新的二次残余应力：

1. 起始/终止控制点：

• 在 $300^\circ\text{C}$ 以下 时，升温和降温速率可不作严格限制（可自由升温或自然空冷）。

2. $300^\circ\text{C}$ 以上的升降温速率：

• 升温速率：最大不得超过 $205^\circ\text{C/h}$，通常计算公式为 $V_{\text{升}} = \frac{5000}{\delta}\ (^\circ\text{C/h})$（且 $\le 205^\circ\text{C/h}$）。
• 降温速率：最大不得超过 $260^\circ\text{C/h}$，通常计算公式为 $V_{\text{降}} = \frac{6500}{\delta}\ (^\circ\text{C/h})$（且 $\le 260^\circ\text{C/h}$）。
• 出炉温度：降温至 $300^\circ\text{C}$ 以下 后方可出炉/拆除加热带在静止空气中冷却。

4. 总结：抗硫热处理标准工艺曲线示例

以壁厚 $\delta = 10\text{ mm}$ 的 A106 B / 20# 抗硫碳钢管道 为例：

1. 升温阶段：升温至 $300^\circ\text{C}$ 后，以 $\le 200^\circ\text{C/h}$ 的速率升温至目标温度。
2. 保温阶段：加热至 $610 \pm 10^\circ\text{C}$，恒温保温 $1\text{ 小时}$。
3. 降温阶段：保温结束后，以 $\le 200^\circ\text{C/h}$ 的速率随炉/随保温层缓冷降至 $300^\circ\text{C}$。
4. 出炉空冷：$300^\circ\text{C}$ 以下拆除加热设施，自然空冷至室温。
5. 硬度抽检（验收）：热处理完成后，对焊缝及 HAZ 进行 100% 或按比例硬度检测，硬度必须 $\le 220\text{ HBW}$ 才算合格。

普通碳钢（如 20#、20G、Q235B、A106 Gr.B、L245 等）管道在输送含硫介质（主要是湿硫化氢 $\text{H}_2\text{S}$，即酸性环境 Sour Service）时，施工作业必须将焊后热处理（PWHT）作为防开裂（防止硫化物应力开裂 SSC 和氢致开裂 HIC）的关键工序。

实施一套规范的抗硫碳钢管道热处理，需要从前期准备、工艺参数设定、现场实施、质量验收 4 个阶段严格把控：

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1. 热处理工艺参数设定（核心指标）

抗硫热处理的核心目标是消除焊接残余应力，并将焊缝及热影响区（HAZ）的硬度严格降至 $\le 220\text{ HBW}$（$22\text{ HRC}$）。

控制项目	工艺参数要求	关键说明
保温温度	$600^\circ\text{C} \sim 630^\circ\text{C}$

（建议目标值控制在 $610 \pm 10^\circ\text{C}$） | 下限不低于 $590^\circ\text{C}$（保证充分回火降硬）；上限严禁超过 $650^\circ\text{C}$（防止相变粗化损耗冲击韧性）。 | | 保温时间 | 至少 $1\text{ 小时}$；

壁厚 $> 25\text{ mm}$ 时，按 $2.4\text{ min/mm}$（即 $25\text{ mm}$ 保温 $1\text{ 小时}$）计算。 | 取消一切壁厚豁免。哪怕壁厚只有 $4\text{ mm}$ 或 $6\text{ mm}$ 的薄管，保温时间也不得少于 1 小时。 | | 升温速率 | $300^\circ\text{C}$ 以上时，升温速率 $\le 200^\circ\text{C/h}$

（建议计算公式：$V_{\text{升}} = \frac{5000}{\delta}\ (^\circ\text{C/h})$，且最大不超 $205^\circ\text{C/h}$） | 防止温差过大产生二次热应力。 | | 降温速率 | $300^\circ\text{C}$ 以上时，降温速率 $\le 200^\circ\text{C/h}$

（建议计算公式：$V_{\text{降}} = \frac{6500}{\delta}\ (^\circ\text{C/h})$，且最大不超 $260^\circ\text{C/h}$） | 随炉/随保温层缓冷，降至 $300^\circ\text{C}$ 以下方可拆除保温层空冷。 |

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2. 现场实施方式与装备

根据现场施工条件，主要分为两种实施方式：

方式 A：整体车间炉内热处理（预制管段首选）

• 做法：将焊接完成的管道预制组合件整体放入固定式热处理炉内加热。
• 优势：受热最均匀，残余应力消除最彻底，是抗硫管道最高质量的实施方式。

方式 B：局部履带式电加热（现场固定口/安装口常用）

• 装备选型：采用柔性履带式陶瓷电加热器（PWHT 陶瓷加热包）环绕焊缝，配合智能多路控温箱。

• 加热带尺寸控制（硬性指标）：

• 均温带宽度：焊缝中心两侧各扩展，宽度不小于焊缝宽度加 2 倍壁厚。

• 加热带宽度：均温带宽度外加 $50\text{ mm}$，且不小于 5 倍管道壁厚。

• 保温带宽度：加热带宽度两侧各扩展至少 $100 \sim 200\text{ mm}$，使用硅酸铝针刺毯等保温材料严密包裹，防止边缘散热过快。

• 管端防护：管道两端开口必须用高耐温封堵材料（如耐火棉/封头）密闭，严禁管内形成“抽风通道”，否则会导致内壁温度达不到 $600^\circ\text{C}$。

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3. 关键节点的操作流程与控制

焊缝外观/探伤合格 ──> 粘贴热电偶/绑扎加热带 ──> 包裹保温层/封堵管口 ──> 连接自动记录仪 ──> 启动升温控温 ──> 恒温保温（≥1h） ──> 缓冷至300℃以下 ──> 自然空冷 ──> 100% 硬度检测验收

1. 焊后及时性：管道焊缝外观及无损检测（RT/UT/PT）合格后，应尽早进行热处理。若不能及时热处理，建议做 $200\sim350^\circ\text{C}$ 的后热消氢处理（DHT）。
2. 热电偶布置（测温真实性）：

• 测温必须采用自动记录仪（有完整的时间-温度 PWHT 曲线图，出具热处理报告）。
• DN < 300：至少布置 1 个测温点。
• 300 ≤ DN < 500：上下对称布置不少于 2 个测温点。
• DN ≥ 500：按圆周等分布置不少于 3~4 个测温点（必须包含管底最低点，防止底部散热导致温度偏低）。

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4. 质量验收与判定（防酸性开裂的最终把关）

热处理完成后，除检查“热处理时间-温度自动记录曲线”是否符合要求外，必须进行理化指标验收：

1. 硬度抽检（核心指标）：

• 必须使用里氏/布氏便携式硬度计，对焊缝（Weld）、热影响区（HAZ）和母材（Base）进行硬度打点检测。
• 合格线：所有测试点硬度必须 $\le 220\text{ HBW}$（或 $\le 22\text{ HRC}$ / $\le 235\text{ HV10}$）。
• 处置方案：如果硬度 $> 220\text{ HBW}$，说明回火不充分，必须重新重新制定方案进行二次热处理。

2. 无损复检：

• 对有特殊要求的酸性管道，热处理完成后需按规范要求进行一定比例的表面无损检测（PT/MT），确认热处理过程中没有产生再热裂纹。

贡献者: wanb001