三化用管(石油裂化、化肥、化工用管)
石油石化及化學工業(yè)用鋼管(含煤化工)即通常所說的三化用鋼管,一般指石油化工,包括石油煉化、化纖生產(chǎn)、煤化工、化學工業(yè)、化肥生產(chǎn)所用的鋼管總稱。按鋼管的生產(chǎn)方式,分為無縫鋼管和焊管。按鋼種可分為碳鋼管、合金鋼管和不銹鋼管,以及近年廣泛應(yīng)用的復(fù)合鋼管。由于三化生產(chǎn)過程中主要的物理和化學反應(yīng)都是在特定的壓力和溫度下進行的。原材料,反應(yīng)過程和產(chǎn)出物都具有溫度壓力的要求,而且原材料,反應(yīng)過程和產(chǎn)出物都具有一定的腐蝕性。因此對于應(yīng)用于特定三化生產(chǎn)的鋼管,都有一定的技術(shù)要求。
裂化管是用于石油精煉廠的爐管,熱交換器和連接管道,是我國開發(fā)專用無縫鋼管最早的品種之一,裂化管的現(xiàn)行技術(shù)標準見GB9948-2006。
化肥專用管是用于工作溫度在-40-400℃工作壓力10-30MPa的化肥,化工廠的設(shè)備和管道。化工管的現(xiàn)行技術(shù)標準見GB6479-2000。
除以上二種專用標準外,三化行業(yè)還大量的使用普通鋼管、液化輸送用鋼管、低中壓鍋爐管、高壓鍋爐管、合金鋼管、不銹鋼管、鈦合金管、復(fù)合管等。
1、三化壓力裝置對鋼材性能的要求
在石化行業(yè),容器的操作條件絕大多數(shù)都不是常溫、常壓,即操作壓力高于或低于大氣壓;操作溫度高于或低于常溫;容器的操作介質(zhì),多為易燃、易爆、甚至還具有毒性、腐蝕性。而且,隨著石油加工深度的不斷增加和向石油化工方向發(fā)展,煉油廠設(shè)備的操作條件將越來越苛刻,這就意味著對壓力容器及管道材料的要求越來越高。主要包括:較高的工作溫度強度、足夠的蠕變強度和持久強度、良好的韌性、組織穩(wěn)定性、較低的缺口敏感性、良好的低倍組織、良好的加工工藝性能和焊接性能等。
表一 常用配管用材料及使用溫度范圍
序號 | 鋼管標準名稱 | 鋼管標準號 | 材料名稱 | 外徑或公稱直徑 (mm) | 使用溫度 (℃) | 備注 |
1 | 輸送流體用無縫鋼管 | 10 | 6—630 | -20-425 | ||
2 | 石油裂化用無縫鋼管 | GB9948 | 10/20 | 10—273 | -20-425 | |
3 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 10 | 14—273 | -40-400 | 工作壓力10-320Mpa |
4 | 輸送流體用無縫鋼管 | GB/T8163 | 20、16Mn | 6—630 | -20-425 | |
5 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 16Mn | 14—273 | -40-400 | |
6 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 16MnD | 14—273 | -40-250 | |
7 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 19Mn2VD | 14—273 | -50-100 | |
8 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 19Mn2NiD | 14—273 | -70-100 | |
9 | 石油裂化用無縫鋼管 | GB9948 | 12CrMo | 10—273 | ≤525 | |
10 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 12CrMo | 14—273 | ≤525 | |
11 | 石油裂化用無縫鋼管 | GB9948 | 15CrMo | 10—273 | ≤550 | |
12 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 15CrMo | 14—273 | ≤550 | |
13 | 高壓鍋爐用無縫鋼管 | GB5310 | 12Cr1MoVG | 10—530 | ≤575 | |
14 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 12Cr2Mo | 14—273 | ≤575 | |
15 | 化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管 | GB6479 | 1Cr5Mo | 14—273 | ≤600 | |
16 | 石油裂化用無縫鋼管 | GB9948 | 1Cr5Mo | 10—273 | ≤550 |
2.三化裝置通常使用的鋼管及品種
裂化管是用于石油精煉廠的爐管,熱交換和連接管道,是我國開發(fā)專用無縫鋼管最早的品種之一,裂化管的現(xiàn)行技術(shù)標準見GB9948-2006。
化肥專用管是用于工作溫度在-40-400℃工作壓力10-30MPa的化肥,化工廠的設(shè)備和管道。化工管的現(xiàn)行技術(shù)標準見GB6479-2000。
除以上二種專用標準外,三化行業(yè)還大量的使用普通鋼管、液化輸送用鋼管、低中壓鍋爐管、高壓鍋爐管、合金鋼管、不銹鋼管、鈦合金管、復(fù)合管及耐低溫用管等。
自八十年代開始操作壓力為6-10.0Mpa的中壓加氫裂化技術(shù)的開發(fā)十分活躍。隨著環(huán)境保護要求的提高,近年來加氫裝置的需求越來越多,如加氫裂化,苯加氫,煤油加氫,汽油、柴油加氫和潤滑油加氫裝置等建設(shè)量增加,加氫裂化技術(shù)在煉化工業(yè)的地位日趨重要。
我國能源資源的特點是富煤少油,利用我國豐富的煤炭資源,采用煤炭液化技術(shù),把煤轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)液體燃料,或是直接氣化,制成煤制氣。是我國動力煤尤其是高硫煤利用的一個有效途徑。煤直接液化是在高壓、高溫下的加氫過程,所以工藝設(shè)備及材料必須具有耐高壓,以及臨界氫條件下耐氫腐蝕等性能。
總之,三化裝置對所用鋼管的范圍非常的廣泛,要求也是非常的多樣化。因此,做為鋼管生產(chǎn)企業(yè),應(yīng)該進一步的貼近市場,了解用戶需求,根據(jù)用戶的使用環(huán)境而不是拘泥于標準的要求,有針對性的開發(fā)最貼合用戶需要的鋼管。
壓力容器中使用最多的鋼管品種是:
2.1碳素鋼
壓力容器中經(jīng)常使用碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼。在國家標準GB699-88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》中,優(yōu)質(zhì)碳素鋼按含量和含錳量的高低來劃分鋼號,壓力容器常用的有20R、16MnR,10、20號無縫鋼管。
2.2合金鋼
按合金元素含量的多少分為低合金鋼,中合金鋼和高合金鋼。
①低合金鋼
低合金鋼是在碳素鋼基礎(chǔ)上加入一定量合金元素的合金鋼。其合金元素的總含量一般不超過5%,以提高鋼的強度并保證具有一定的塑性和韌性,或使鋼具有某些特殊性能,如耐低溫、耐高溫、抗氫或耐腐蝕性等。
1)低溫用鋼
低溫鋼主要用于空氣分離設(shè)備及液化石油氣貯存和運輸設(shè)備等各種低溫容器及寒冷地區(qū)的金屬結(jié)構(gòu),因此對鋼材的低溫韌性要求高,一般是通過合金元素的固溶強化、細化晶粒,并通過正火、回火處理細化晶粒、均化組織,而獲得良好的低溫韌性。壓力容器常用低溫用合金鋼有16MnDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR等。
2)耐熱鋼
壓力容器常用低合金耐熱鋼有1Cr-0.5Mo(15CrMo)、11/4Cr-0.5Mo、21/4Cr-1Mo、3Cr-1Mo等。這些合金鋼中所含的Cr、Mo合金元素以及釩、鈮、鈦、鎢和硼等碳化物形成元素也是顯著提高鋼的抗氫性能的基本元素,所以上述低合金耐熱鋼也可作為抗氫鋼使用。
②中合金鋼
合金元素總含量在5-12%的合金鋼統(tǒng)稱為中合金鋼。壓力容器中很少甚至基本上不用,僅在配管和加熱爐管中多有采用,主要有Cr5-Mo和Cr9-Mo等鋼種。
③高合金鋼
合金元素總含量高于13%合金鋼稱為高合金鋼。按其供貨狀態(tài)下的組織分為鐵素體、馬氏體、奧氏體和奧氏體+鐵素體雙相鋼等。這類鋼中應(yīng)用最廣泛的是Cr或Cr-Ni類鋼。由于含有較高的Cr或Cr-Ni合金元素,因而具有對大氣和各種腐蝕介質(zhì)的耐蝕性,故又稱為不銹鋼。壓力容器和它的內(nèi)件常用的鋼號有0Cr13、1 Cr13、2Cr13、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2 Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni13Mo3等。
3.石化用大口徑厚壁鋼管市場分析
3.1高壓加氫裂化項目用大口徑厚壁無縫鋼管
自八十年代開始,操作壓力為6-10.0Mpa的中壓加氫裂化技術(shù)的開發(fā)十分活躍。隨著環(huán)境保護要求的提高,近年來加氫裝置的需求越來越多,如加氫裂化,煤油加氫,汽油、柴油加氫和潤滑油加氫裝置等建設(shè)增加,加氫裂化技術(shù)在煉油工業(yè)的地位日趨重要。
根據(jù)北京設(shè)計研究院介紹,某120萬噸/年加氫裂化裝置,設(shè)計壓力10.0MPa,用無縫鋼管約600噸,其中需用大口徑厚壁無縫鋼管配管約100噸左右,其最大壁厚400mm,最大直徑600mm.
3.2乙烯項目用大口徑厚壁無縫鋼管。
在石化行業(yè)中,乙烯裝置無縫管用量最大,壁厚可達90mm。一套典型的90萬噸乙烯裝置需要用∮18-610鋼管約4萬噸。
90萬噸/年乙烯裝置無縫管用量在3000噸左右。目前,國內(nèi)不少乙烯裝置在向90萬噸規(guī)模改擴建。隨著超高壓技術(shù)日益發(fā)展,設(shè)計規(guī)模日趨大型化,尤其是管式法生產(chǎn)超高壓乙烯裝置的發(fā)展,要求的超高壓大口徑厚壁無縫鋼管內(nèi)徑越來越大,所以從調(diào)研情況分析,在石化行業(yè)中,乙烯裝置未來幾年需要消耗的大口徑厚壁無縫鋼管數(shù)量每年大約在2萬噸左右。
3.3煤炭液化用大口徑厚壁無縫鋼管
我國能源資源的特點是富油少煤,利用我國豐富的煤炭資源,采用煤炭液化技術(shù),把煤轉(zhuǎn)化成優(yōu)質(zhì)液體燃料,是我國動力煤尤其是高硫煤利用的一個有效途徑。
煤直接液化是在高壓、高溫下的加氫過程,所以工藝設(shè)備及材料必須具有耐高壓,以及臨界氫條件下耐氫腐蝕等性能。另外,直接液化處理的物料含有煤及催化劑等固體顆粒,因此要解決由于處理顆粒所帶來的沉積、磨損、密封等技術(shù)問題。用大口徑無縫鋼管傾斜輸送,可以抑制工藝過程中漿液的相分離和在輸送管內(nèi)的殘留,無縫鋼管壁厚可高達105mm.
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