本发明公开了一种局部温差调控残余应力热处理方法，具体涉及热处理调控残余应力领域。本发明基于常规加热方法对设备进行热处理升温保温操作，热处理保温操作后，针对设备外壁保留覆盖于其上的保温棉，使其缓慢降温，同时对设备内壁进行水冷处理，根据设备类型设置喷洒体积范围，利用喷淋装置喷洒设备内壁或焊缝进行降温，直至设备冷却至室温，基于设备内外壁间存在的巨大温差形成畸变温度场调控残余应力，控制设备变形情况。本发明降低了设备的残余应力，实现了热处理后设备应力的均匀分布，将设备表面产生的拉应力转变为压应力，提高了设备的耐应力腐蚀开裂性能和疲劳性能，延长了设备的使用寿命，操作方便、经济高效，具有重要的工程应用价值。