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近年来石化工业有色金属设备制造技术发展综述

发布时间:2024-05-12 20:47:37 浏览次数 :

近年来,国内石油和化学工业等流程工业生产过程中,为适应高温、高压、易燃、易爆、有毒等恶劣工况,压力容器等特种设备越来越多地使用有色金属材料制造。目前世界各主要工业国家的压力容器标准都在不同程度上包含了有色金属制压力容器的内容。我国TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》已列入了铝、铜、镍、钛、锆及其合金制压力容器安全技术方面的要点。作为有色金属制压力容器的基础标准,JB/T4734-2002《铝制焊接容器》、JB/T4745-2002《钛制焊接容器》、JB/T4755-2006《铜制焊接容器》和JB/T4756-2006《镍及镍合金制焊接容器》已经实施,《锆制焊接容器》行业标准不久也将颁布。至此,我国已经初步形成了较为全面的、包括各种常用有色金属材料在内的压力容器设计制造标准体系。

1、 有色金属设备市场份额逐步扩大

我国有色金属工业经过五十多年的发展已经形成了比较完整的产业体系。近十年来产量和规模发展迅速,跃居世界前列,成为世界有色金属第一生产大国,除基本满足国内需求外,还实现了部分出口。国内有色金属的资源优势对于促进国民经济快速增长的推动作用越来越明显。表1为我国金属压力容器行业的经济数据。据不完全统计,近年来化工、石油、冶金、轻工、电力等流程工业中,有色金属材料制造的压力容器比例不断增大。

表2为各类金属材料在压力容器中的应用情况。

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化学工业应用有色金属材料的历史十分悠久,传统的化学工业长期用铅、铜、镍及合金作为耐腐蚀材料,上世纪70-80年代国内为了解决镍资源不足的问题,除发展铁素体不锈钢和双相不锈钢外,开始在制造业中推广铝合金材料,继而大力提倡用钛及钛合金材料。上世纪90年代由于大型尿素、醋酸和对苯二甲酸等大型建设项目的需求,价格相对昂贵的锆材开始在化工生产装置中使用,有色金属设备的制造因此成为化工装备制造业的新热点。近年来随着节能减排和调整产品结构的深化,以及氟化工、氯碱化工、精细化工和生物化工等具有的较好成长性,更为有色金属设备的发展形成了极大的潜在市场。

我国氟化工经过四十多年发展,初步形成了门类较为齐全的产业体系,具备了人才、技术、市场等优势,形成了开发和合作格局,给“十二五”期间氟化工发展创造了良好的条件。在氢氟酸市场需求的带动下,国际上对中国的资源竞争已经转向对中国深度氟产品的竞争。综合考虑资源优势,加上成本与价格的优势,未来中国的氟化工仍具有发展的良好空间。氟化氢是基础氟化工产品,主要用于制冷剂、氟树脂、氟化盐、氟橡胶和含氟中间体及精细化学品的生产。

近年我国氟化氢产能年均增长达30%左右,目前引进的国外先进技术,如STAUFFER公司、BUSS公司、Atochem公司的技术也是各有其优点。但从装置运行情况看,首先必须解决设备腐蚀问题,才能提高装置开工率,降低原料单耗,稳定产品质量。由于采用的工艺路线不同,取得的效果大不相同。BUSS公司采用了较多的有色金属材料,设备费用相当高。STAUFFER公司采用瑞士LIST公司生产的双轴预反应器,净化设备中有色金属材料较少,一次性设备投入较少,但维修更换的费用较高。从整体发展趋势看,有色金属设备的应用呈上升趋势。

氟氯烃也是一个大量消耗有色金属材料的产业。氟氯烃类化合物具有高挥发性、低反应活性、无毒及不可燃等良好的化学和物理性质,目前主要用于生产制冷设备的制冷剂,广泛应用于汽车、家电和工业制冷领域,也被推广到医疗领域做汽雾剂,还可做生产隔热材料中的发泡剂等。但后来人们发现氟氯烃及相关化合物,对大气中的臭氧层有很大的破坏作用,各缔约国于1987年签订了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》(简称《蒙特利尔议定书》),对使用该类对臭氧层有破坏作用的物质进行了严格的限制,并禁止使用。我国政府于1991年加入了修正后的《蒙特利尔议定书》。列入《议定书》附件的物质中有20种中国均有生产和消费。因此氟氯烃的淘汰和新型替代物的开发给中国石化工业提出了新的挑战和机遇,目前已经或正在商品化的氟利昂替代物有HFC-134a、HFC-32、HFC-125、HFC-143a、HFC-152、HFC-227、HFC-236及由它们复配的R-407C、R-404A、R-410A、R-507A等品种。碳氢化合物制冷剂有R-290(丙烷)、R-600(丁烷)、R-600a(异丁烷)、环戊烷、二甲醚等。氟氯烃化合物生产过程中需要有色金属材料比一般化工业高很多,在国内项目建设高峰期甚至出现过导致全世界有色金属材料价格上涨的情况。国内正准备大上的氯化法钛白粉项目,将成为有色金属设备市场的又一新热点。据估算,我国国民经济如达到世界中等规模发展水平,对钛白粉的需求量将达到520万吨,目前距此数字还有近400万吨的缺口。今后很长一段时间,国内钛白粉的需求将有较大幅度增长的潜力。近两年来,国内多家公司在筹备上马氯化法钛白粉项目,国家在政策上已明显向氯化法钛白粉项目倾斜,这为更多的氯化法钛白粉项目的启动提供了宏观保障。未来3~5年内氯化法钛白粉的总产能有望增加到10万吨/年以上。几年后,国内氯化法钛白粉产能很有可能超过硫酸法钛白粉产能而占据主导地位,因此将出现一个高档有色金属装备消费热潮。

2、 锆及锆合金加工技术发展概况

锆属于高熔点稀有贵金属,锆及其合金在现代石化工业和核工业中有着广泛的应用前景。在大多数有机酸、无机酸、强碱和一些熔融态的盐中均具有优良的耐蚀性,尤其是在还原性强的酸性介质中的优异耐蚀性更加突出。因此锆适宜作为有特殊耐腐蚀要求的压力容器用材,特别是随着材料科学和设备制造技术的不断发展,实验及使用实例已证明,锆在大多数有机酸环境中是最好的耐腐蚀材料。锆在大多数涉及甲酸、醋酸、羟基乙酸、乳酸、甲基丙烯酸、尿素、异丁烯甲酯、人造纤维、多种醇类、酚醛树脂等有机材料的生产中起到了关键作用,还有许多接触盐酸、硫酸等强腐蚀介质的容器也常采用锆材。近年来国内每年锆制压力容器的产量达数百吨,已有相当多的企业制造和使用锆制压力容器。国外金属制压力容器标准有钢、铝、铜、镍、钛、锆等6种,我国前5种材料的压力容器已有国家标准或行业标准,目前正在编制锆制压力容器标准。上述6种材料中,锆材具有特别优异的耐腐蚀性能,且价格最高,设计制造技术要求最严。我国锆制压力容器用的锆材长期以来依靠进口,美国某公司工业级锆材的一半以上供应中国,因而国内制造中的相关规范受美国的影响很大,主要来自美国ASME。目前收录在ASTM中的锆材共有5个等级,牌号为R60700、R60702、R60704、R60705和R60706。其中R60702具有良好的综合理化性能,成为最常用的压力容器用材。锆的化学活性很强,易与空气中的氮、氧等发生反应,形成脆性化合物。脆性化合物导致焊接接头的塑性显著降低,强度增高,并使焊接接头耐高温、高压及抗腐蚀性能下降。因此焊前必须严格清理,焊接时要严格控制温度,并做好冷却和保护,采用高纯度的氩气保护焊缝金属和热影响区。锆材的焊接性能是由其特殊的理化性能决定的。锆的热导率较小,导热性较差,导致焊接熔池中积累的热量多,熔池尺寸较大。当焊缝在高温区停留时间较长时,焊缝金属和高温热影响区晶粒易长大,造成焊接接头塑性、韧性降低。为避免焊接区长时间高温停留造成不利影响,应选用小的焊接参数。锆焊接时容易产生气孔,原因主要是:氩气、母材、焊丝中的H 2 ,O 2 ,H 2 O的含量较高会使焊缝气孔明显增加,以及锆及其合金坡口附近和焊丝表面常受到外部杂质的污染(水、油脂、氧化物、尘埃等),这些杂质如清除不彻底,会导致焊接接头中产生气孔和裂纹。锆不能与其它金属进行熔焊,这是由于纯锆的熔点(1845℃)比许多金属要高,而且容易形成脆性的金属间化合物,导致焊缝脆化。锆与其它金属连接时,只能采用钎焊、粘接、爆炸焊接和螺栓连接。对接接头根据板厚一般选用V形或X形坡口形式。锆接管与法兰锆密封环的连接坡口必须进行严格的清理,杜绝杂质污染。在焊口组焊对前用丙酮等溶剂清除坡口两侧各75 mm范围内的水和污物,再用不锈钢刷或细锉刀等工具去除距焊缝至少25 mm范围内的氧化物。焊丝使用前必须用丙酮或酒精去除表面的油脂等杂物,严禁使用四氯化碳类氯化烃作为脱脂溶剂,清洁后取放焊丝须戴洁净手套。清理后30 min内必须用完,否则应重新进行清理。

整个焊接过程的气体保护状况决定焊接质量的优劣。焊缝及其两侧热影响区的保护,主要依靠焊枪保护气及附在焊枪后面的尾部拖罩来实现,拖罩应根据壁厚制作成不同长度,随着壁厚的增大,拖罩相应加长加宽,焊缝背面的保护采取两侧封堵通氩气保护。保护气体采用纯度大于99.999%,露点低于-50℃的高纯氩。焊枪、尾部拖罩和背面保护罩应提前通气,时间为焊接不锈钢的5~10倍,以排除气管内和拖罩内的空气,彻底置换背面保护区内的空气。焊后要采用滞后停气,保证熄弧处焊缝及其周围母材温度降至300℃以下。整个过程必须确保焊丝也在保护气氛中。焊接热输入应注意控制,在保证熔合的前提下,尽量用小热量输入焊接,而锆散热速度较慢,需要靠氩气使其快速冷却降温,焊接时宜采用小电流、慢焊速。其中道间温度高,焊缝、热影响区在高温停留时间增加,冷却速度慢,使室温下的晶粒度增大。为了得到较细的晶粒,道间温度一般控制在120℃以下。焊接时,为得到性能优异的焊接接头,温度应控制在100℃以下。焊接一层后,道间温度应控制在60℃以内,每道焊前要检查前一道焊缝表面,若有污染或氧化现象,应清理干净后才能进行下一层焊接。另外,当室内温度较低时,材料在焊接前必须进行预热,预热温度在20℃左右。焊后焊缝表面颜色应为银白色和浅黄色,焊缝表面颜色检验合格。焊接对接焊缝和角接焊缝按照图样或工艺文件规定的方法和要求进行无损检测,结果均应符合要求。焊后对容器进行水压试验或必要的气密性试验,试验结果应合格。正确的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和焊接保护措施,对保证锆容器焊接接头性能符合设计及使用要求至关重要。我国的锆工业在加工技术和检测方面总体上已接近世界先进水平,生产能力也基本能够满足当前的需求。但是我国锆工业的原料—海绵锆还没有工业化的自主生产能力,已成为制约我国锆工业发展的主要瓶颈之一。有关部门正在对锆材生产进行统一规划和管理,以建立锆原料生产基地,完善整个锆工业的产业链条。

3、 钛及钛合金加工技术发展概况

我国研制的钛合金有近50种,已列入国家标准的钛及钛合金牌号有40余种。上世纪80年代以来,我国钛合金开始进入由纯仿制到独立研究与仿制相结合的阶段。钛及合金在酸、碱及盐类介质中具有优异的耐蚀性,同时还具有重量轻、比强度高等优点,因而在化工、石油、冶金、电力、海洋工程等领域得到了广泛的应用。虽然钛材成本比一般材料要高,但从寿命周期、强度、环境影响等方面综合分析,使用钛材可以获得显著的经济效益。钛的密度小,约为铜的50%和18-8系列不锈钢的57%,因此制造同样尺寸的设备,使用钛比使用钢、铜减少一半的重量。钛的比强度比不锈钢等材料高,因而又可以减轻一些重量。

钛设备的使用寿命比使用传统材料如钢、铜、铅等的使用寿命长。此外,使用钛设备还可以提高产品质量,减少设备维修费用,改善劳动条件。

随着国民经济的不断发展,钛设备的应用也越来越广泛。钛设备的设计分为以下几类:一是压力容器设备,如某些化工应用的蒸发器、反应器等;二是常压设备,如钛制列管式换热器、各种钛容器等;三是通用机械设备,如钛风机、钛阀门、钛接头等;四是特殊或专用条件下的钛设备和零部件,如医疗用的钛关节、钛骨头等。目前许多钛设备为压力容器,它不但要求材料具有优异的耐蚀性,而且还要求具有较高的综合力学性能及良好的焊接性能。目前国内外用于制造压力容器的钛牌号很多,随着应用领域的不断增加,新的耐蚀、耐热高强度钛合金也在不断地研发之中。钛及钛合金的焊接方法很多,如钨极氩弧焊(GTAW)、熔化极氩弧焊(GMAW)、等离子弧焊(PAW)、电子束焊(EBW)等。近年来,为满足现代焊接产品高功率、高精度、高可靠性和高效率的需求,各种新型焊接技术不断出现。

高能束流焊接技术就是其中最有发展潜力的焊接技术之一,它包括电子束焊、激光焊、复合束流焊接等方法,具有焊接速度快、焊缝质量高及节能高效等许多优点,国外已广泛应用于航空航天、汽车、核工业等高技术领域。我国钛设备制造中存在的主要问题:一是钛设备制造自动化水平不高。我国钛设备制造技术与发达国家间的重大差距在自动化程度上,国内钛设备专业厂的数控冷切割、数控焊接、数控钻削等自动化装备还不能满足专业化和大型化的要求。二是钛设备焊接水平落后。近年来国外焊接技术发展很快,新型焊接设备、焊接技术不断涌现。设备的焊缝质量及劳动生产率大幅度提高。我国钛设备制造业在这方面明显不足,应加快开发和应用新型焊接设备,缩小与发达国家的差距。三是钛设备制造业的生产环境较差。钛是一种活性金属,容易受到铁离子、灰尘及其它污染物的污染。钛设备的生产要在洁净厂房内进行。我国钛设备制造业虽然有了相对隔离的洁净厂房,但厂房内的清洁程度、铁污染的控制、专门成形设备和工装卡具、吊具等方面与国外厂家仍存在差距。四是钛设备产品系列化标准欠缺。目前国内许多企业用户在选择钛设备时,往往顾虑钛设备的一次性投资较高,因而与国外企业相比,选用钛材较少。国内钛设备制造业应大力宣传、推广钛设备的应用,开发市场、推广技术、扩大应用。我国钛制压力容器、换热器、泵、阀、风机等已广泛应用,但未形成专门的产品系列。应针对市场需求,加强钛产品的标准化工作,向社会提供各种系列的钛产品。

4、 镍及镍合金加工技术发展概况

镍合金主要由铜、铬、钼等合金元素构成。

镍合金具有良好的综合性能,可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。最早应用的是镍铜合金,又称蒙乃尔合金;既能抵抗大气、蒸汽和水的腐蚀,又能耐酸、碱、盐的腐蚀,广泛应用于石化、化工、冶金、建筑和轻工等行业,制作石油化工、纺织、轻工、核能等工业中要求焊接的容器、塔、槽、管道等;尿素生产中的合成塔、洗涤塔、冷凝塔、汽提塔等耐蚀高压设备。此外还有镍铬合金、镍钼合金、镍铬钼合金等,用于制造各种耐腐蚀零部件和承压设备。目前国内化工生产装置中大量使用各种镍及镍合金材料,第一种是纯镍(合金200系列),对范围很广的还原性酸和盐有非常好的抗蚀性,但不适合用于强氧化性的条件,如硝酸。纯镍最显著的特性是不耐强碱的腐蚀,特别是强碱处于熔融状态时。虽然对于干燥卤素环境的耐蚀性很突出,但是镍不适宜在水的露点以下的环境。第二种是镍-铜合金(合金400系列),其耐蚀性与纯镍一样,具有非常好的耐卤素酸和卤素化合物腐蚀的性能,特别耐氢氟酸和富含氟或氟化氢的高温气体的腐蚀,广泛应用于处理硫酸溶液、海水和盐水。第三种是镍-铬合金(合金600系列),对有机酸的耐蚀性好,广泛用于脂肪酸的加工中,也用于强碱性化学剂的加工和生产中,同时还是一种高温应用中兼有耐热和耐蚀性能的极好材料。该合金在高温卤素环境下优良的使用性能,使它成为有机氯化物加工中最佳的材料选择。第四种是镍-铬-铁合金(合金800系列 ),由于该合金含有30%左右的铁,又被列入超级奥氏体不锈钢系列。主要用于含硫和含磷的各种用途。第五种是镍-铬-铁-钼合金( G系列合金),这种合金特别耐硫酸和不纯净磷酸的腐蚀,能够承受还原性和氧化性两种环境条件的侵蚀。最近开发的合金G-30焊接性能更好,全面提升了耐腐蚀能力,特别是对焊缝热影响区的耐蚀能力。第六种是镍-铬-钼合金( C系列合金),具有非常突出的耐各种酸、酸式盐和在化学处理中遇到的其它各种侵蚀性物质的腐蚀。最具代表性的合金 C-276 适用于像有水分的氯化物和次氯酸盐这样恶劣的环境。第七种是镍-钼合金(B系列合金),在还原条件下具有突出的耐硫酸、磷酸和盐酸能力,特别适用于加工任何浓度和一直到沸点温度的盐酸的设备。

我国镍合金焊接技术与国外相比,主要表现为执行的标准相对落后。高铬镍钢及高铬锰氮钢奥氏体不锈钢是应用最广泛的镍合金,由于其在高温、极低温度(-196℃)下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能,在石油和化工生产中应用最为广泛,用于加工制造压力容器出现的问题也最多,主要有焊接接头的刀状腐蚀和应力腐蚀开裂问题、含镍较高的单相奥氏体钢接头热裂问题、有时也会出现接头热强性和再热裂纹问题。我国镍合金焊接技术与国外相比存在的差距,主要表现在焊接设备(国内目前无一家具有自主知识产权的设备生产厂家,高端焊机完全依赖进口,中低端焊机生产厂家竞争激烈,在技术研发方面投入少)、焊接工艺(大部分焊接工程技术人员及焊工不熟悉高级不锈钢的焊接)、焊接材料(焊材研发能力弱,优质焊材主要靠进口)等方面。镍合金可采用各种熔焊方法,其中使用最多的是焊条电弧焊和气体保护焊,以机械化快速焊为好。

焊接过程中必须考虑产生较大变形的倾向,焊接时应遵循以下原则:一是焊接接头的坡口形式应尽可能选择U形、X形、双U形等,以减少焊缝金属的填充量,降低焊缝的收缩应力,防止热裂纹的产生。即使焊薄板的时候也要开坡口。二是尽可能地采用固定夹具,尤其是焊薄板时,避免角焊缝。三是先从中间开始焊而后向两边焊或采用分段退焊技术。四是由于焊丝的电阻率大、导热系数小,熔化系数大,焊丝伸出长度要短一些。

五是尽量采用短弧焊并不做摆动,以防止合金元素不必要的烧损。六是为了防止焊缝中产生气孔,应尽量限制气体来源并改善气体逸出条件。镍合金导热系数小、电阻率大,焊接时母材和焊材都容易被加热和熔化,故选择焊接电流较小的短弧快速焊,尽量采用窄焊道和窄焊缝,减少高温停留时间。一般情况下焊接时不需要预热,但焊缝铁素体很少或根本没有铁素体时奥氏体焊缝可能产生热裂纹。这种情况下预热是必要的。为了防止和消除焊接接头的应力腐蚀开裂,有必要进行焊后热处理。常规碳含量镍合金产品需要进行固溶处理,含稳定化元素的和超低碳的镍合金产品需进行稳定化和消除应力热处理。

5、 多层金属复合材料技术发展概况

我国的复合板研制起始于上世纪60年代初,大板幅、高加工质量的双层或多层金属板的复合在国内仍处于起步阶段。总体上与国外先进技术相比仍存在不少差距,但在某些方面已经与国外水平相当,如不锈钢复合板爆炸焊接结合率、脆性材料的复合、热处理工艺制度及焊接工艺的确定等。目前金属复合板的生产方法主要是固-固相复合法,其中包括爆炸复合法、挤压复合法、轧制复合法、扩散焊接法等。爆炸焊接复合法是利用炸药的高速引爆和冲击作用,在十分短暂的过程中使被焊接金属表面形成一层薄的塑性变形区,并熔化和微扩散,从而实现金属间的焊接,是集压力焊、熔化焊和扩散焊三位于一体的焊接方法,也是将炸药的化学能转换为机械能使金属材料连接的一种有效方法。该方法特征是结合界面呈锯齿形波浪状,按双(多)金属放置方法的不同,又分为平行法和角度法两种。该加工技术有如下优点:一是可使熔点、强度、热膨胀系数等性能差异极为悬殊的金属实现复合,如:铝/铜、铅/钢等。二是该法是在瞬间完成,所以其复合界面几乎没有扩散或者仅有程度很小(10μm量级)的扩散,因而可避免脆性金属间化合物的生成,实现诸如钛/钢、铝/钢、钽/钢等金属的复合。

三是可实现异形件的复合,可对金属管材进行外包与内包复合,还可进行一次多层复合等。缺点是由于射流的作用使结合界面呈波浪状形,同时由于炸药的存放、爆炸地点的选择、噪音及冲击波的处理、人身安全保障及环境破坏影响等一系列问题而使该法不易被推广使用。爆炸复合理论在国内外多学科研究人员的努力下,已取得了比较完整的发展,但有些内容如界面结合层的冶金结构、界面层内结合时效行为及力学行为、界面同相反应以及覆层厚度、多层金属复合等仍是国内外学者关注的焦点,尚在不断探索研究之中。

我国压力容器制造企业使用的复合板95%以上都是国内专业复合板加工厂家采用爆炸焊接复合方法生产的。

有色金属复合板在加工制造中应注意的问题。一是有色金属复合板切割可采用剪切、等离子切割、气割、水切割及机械方法加工等,若采用等离子切割或气割需留出热影响区机加工余量。复合板的切割须从覆层往基层割,避免覆层表面受到切割时产生的氧化渣及飞溅造成污染。二是焊接接头的坡口加工应采用机械方法加工。三是换热器复合管板的钻孔须从覆层往基层钻,避免复合板分层。有色金属复合板筒体卷制之前,覆层表面需采取保护措施,使其不受污染,卷板机上、下辊表面应清理干净,卷制时不能反复碾压,防止复合板分层。有色金属复合板封头一般采用热成形,对于钛钢、锆钛钢复合板覆层表面及加热炉内应采取防氧化和防污染的措施。对于镍基合金及不锈钢复合板热处理时应重视控制热处理制度,避免造成覆层出现晶间腐蚀倾向,而影响耐腐蚀性。四是焊前准备及施焊环境,钛钢、锆钛钢复合板焊接前需将坡口两侧的覆层去除,便于基层之间的焊接,剔除覆层时不能伤及基层。焊前坡口及两侧必须进行严格的清洁处理。严禁用铁器敲打有色金属表面及坡口。

有色金属复合板的焊接场地应为独立区域,焊接应在空气洁净的环境中进行,并远离通风口及敞开的门窗。五是焊接控制,焊接时需控制焊接电流和热输入量,避免造成基板与覆板之间分层。六是密封检漏,贴条焊接及检漏嘴设置,钛钢、锆钛钢复合板需在基板拼接接头部位贴上与覆层相同材质的密封贴条。焊接时需用气体保护。考虑到若贴条部位出现泄漏,物料进入基层,造成基板腐蚀,需在基板拼接焊缝部位钻检漏孔,安装检漏嘴。检漏嘴一般每道焊缝设置两个,制作时需将每道焊缝之间隔开,使物料一旦出现泄漏就可知道是哪道焊缝的贴条出现泄漏,便于快速检测。七是过渡层焊接,镍基合金复合板焊接,一般无需将覆层剔除,焊接时先焊基层再焊过渡层,最后焊接耐腐蚀层。否则焊后极易出现焊缝裂纹。

6 、有色金属设备加工技术发展方向

近年来,国内有色金属设备加工制造业在新技术、新工艺的应用开发上取得了较为显著的成就,重点解决了石化、化工、医药、冶金、制盐、制碱和环保等行业的一批关键设备,如55m 3带搅拌的四层爆炸复合材料钽/锆/钛/钢氯化反应釜、60万吨/年低压羰基合成醋酸装置锆钢复合板反应器、大型锆塔及锆换热器、多通道钛、镍合金螺旋板换热器,100万吨/年PTA钛材氧化反应器、结晶器、冷凝器以及真空制盐、离子膜烧碱、聚氨酯、甲烷氯化物、氟化盐、高效低毒农药、湿法冶金等成套有色金属设备。其中南京斯迈柯特种金属装备股份有限公司从2005年以来累计生产了80余台锆及锆复合材料系列产品和数百台镍基合金材料特种设备,包括国内第一台55m 3 钽/锆/钛/钢四层爆炸复合板搅拌反应釜,国内第一套哈氏合金B-3和C-22材料的有机硅萃取塔,国内第一台出口德国的锆/钢复合板塔式反应器,国产化单台最大规格的Zr702和C-276塔器等。该公司连续五年在国内同行业中保持锆设备全国销量第一,并与国内一批高等院校和科研设计单位密切合作,针对各类化工装置中采用的锆材特性和加工方法,进行了大量深入的试验研究,取得了丰富的实践经验。如在锆设备优化设计、锆及锆复合材料封头压制成型、锆/钽(钛)焊接可靠性研究及特性检验、锆/钢复合板热处理、锆材表面预氧化处理、锆/钢复合板设备接管衬里双层防泄漏保护等方面均取得突破性进展。

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该公司制定了锆设备制造企业标准,并获得了多项技术专利,一定程度上具备了锆及锆复合材料大型设备的核心制造技术。该公司同时还掌握了镍基合金材料特别是哈氏合金B3、C276、C22、C2000、C59、G3等材料的关键加工技术,已在国内和国际市场上取得一定的知名度和领先优势。当然也应当看到,尽管有色金属设备制造在国内压力容器制造业中有较好的成长性,但由于国际金融危机的影响,国内相关行业的装备市场尚在恢复之中,2010年上半年虽然订货有较大幅度增长,但石化行业产能过剩的大格局没有变。部分行业的初级产品产能过剩、精细化工产能不足的矛盾日益凸显。未来一段时间内国内有色金属特种设备的市场需求,还会出现一定程度的起伏,但随着国民经济发展步入常态,能够预见到的发展趋势还是十分可喜的。

中国已经成为世界制造大国,有色金属设备加工作为成长性较好的业务,应将率先进入国际市场定位为未来若干年的发展方向。当今世界任何一个地域的建设项目都可能涉及到全球采购,越来越多的人把目光聚焦在中国。以石油和化工行业为例,近几年国际排名领先的跨国公司陆续在中国开展了大规模的投资项目,并选择在中国当地市场采购设备,这恰恰证实了欧美国家直接向中国采购压力容器是大势所趋。相对于西方发达国家,中国充足的劳动力和相对低廉的价格,可以给采购商更多的经济上的实惠,尤其是压力容器这种劳动密集型产业更为明显。有色金属特种设备在生产过程中,高标准的质量控制和进度控制是必须的,外国跨国公司,其运营目标包括降低采购成本,也包括保持设备一贯的高质量,以实现高可用性并符合欧美地区的法律及实现最大化的停车检验周期。这些目标覆盖了采购、制造、检验、认证、使用维护等设备的整个生命周期,该目标的实现需要用户、制造厂以及检验机构协调一致。在欧盟市场上,所有压力容器应当符合承压设备指令PED 97/23/EC。在德国,除了要符合这一指令外,选择正确的标准来满足PED中的基本安全要求(ESR)也是至关重要的。中国大量的国际项目都采用这个标准。ASME已经作为压力容器设计、制造和检验的基本标准运行多年,但是ASME标准并不能满足PED中所有的基本安全要求,往往要通过另外的技术要求,来弥补其中的差别。而对于化工行业中的第三、第四类压力容器,通常要根据PED G模式来进行合格评估。选择合适的制造厂商是相当重要的,其中一个关键的要求便是ASME U(U2)钢印资质获得与否。

钛设备

目前中国大约有420家已经拥有了这项资质,其中200多家分布在经济发达的江浙沪地区,这些厂家的集中分布为检验认证提供了很大的便利。作为合格的制造厂商,具备使用PED规范以及丰富的类似项目经验,还应有出色的现场考核表现,这包括了对其分包商的现场考核,例如封头,膨胀节等。因此国内有色金属加工制造企业要制定详尽的进入国际市场的计划,计划以 PED和ASME标准为基础详细描述所采购设备每一个细节的质量要求,主要内容包括设计、材料、生产、检验与质量保证、文件管理等所有部分。

7、 结束语

有色金属特种设备的发展,与石化生产中需要处理大量腐蚀性介质的需求是紧密关联的。

早期的石化生产过程中,铅、铜、铝等有色金属或合金使用较多,随着石化生产工艺技术的革新,工艺参数的强化,现代石化工业面临着腐蚀性越来越强的生产环境。以镍合金、钛合金、锆合金为代表的贵金属材料逐步推广并获得大面积应用,特别是近年来随着我国逐渐成为氟化工和煤化工生产大国,以及低碳经济和节能减排带来的扩建改造的需求,石化生产中大量采用过程强化技术,超高温、超低温或强腐蚀下进行化学反应和前后处理的工况越来越多,预计今后一段时期,国内石油和化工装备市场将会出现普通不锈钢和低碳钢材料需求下降,高强度低合金钢和有色金属材料需求上升的局面。国际市场的需求走势也与国内大体相同,以中东地区为代表的石油化工装置还在延续向大型化发展的趋势,洁净煤气化和生物化学制药等新型石化生产技术的出现,使石化生产过程中超高温或超低温极端工况越来越多。在未来若干年内,从事有色金属设备加工制造的企业,市场机会将越来越多。

◆参考文献

[1] 喻杰.锆的核应用与我国锆材加工技术[J].机械制造,2009,47(5).

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[5] 杨辉章.面对产能过剩抓好化工装备制造业结构调整[J].石油和化工设备, 2010, 13(3).

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[7] 张兰.我国不锈钢焊接工艺研究现状及进展[J].山西冶金,2007(6).

收稿日期:2010-08-11;修回日期:2010-11-02

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