不銹鋼管在石油石化中的應用
1 不銹鋼在石油石化中的應用 不銹鋼最為常用的分類是按照鋼的組織來分類，一般可分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。在石油石化應用中主要以奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼以及雙相不銹鋼所占比例較大。 鐵素體不銹鋼一般Cr含量在13%-30%之間，C含量一般低于0.25%。一般來說，鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性低于奧氏體不銹鋼及雙相鋼，但高于馬氏體不銹鋼。但由于其相比于其他不銹鋼生產成本低，因此，在化工和石油化工應用領域中，對于耐腐蝕介質和強度要求不高的領域應用范圍較廣。 馬氏體不銹鋼一般Cr含量在13%-17%之間，C含量較高，在0.1%-0.7%之間，其具有較高的強度、硬度及耐磨性，但耐腐蝕性較低。其在石油石化領域主要應用在腐蝕性介質不強的環境中，如要求較高韌性和沖擊負荷的構件，像汽輪機葉片，螺栓及其他相關的零部件等。 奧氏體不銹鋼Cr含量在17%-20%之間，Ni含量在8%-16%之間，C含量一般低于0.12%，主要通過添加Ni元素擴大奧氏體相變區域，從而在室溫下得到奧氏體組織。奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性、塑性、韌性、加工成型性能、焊接性能、低溫性能等相比其他不銹鋼都較為優異，因此其在各個領域的應用也最為廣泛，其使用量約占所有不銹鋼總量的70%左右。在石油石化領域中，對于強腐蝕介質、低溫介質中，奧氏體不銹鋼優勢較大。 雙相不銹鋼是在單相不銹鋼的基礎之上發展起來的，其Ni含量一般為奧氏體不銹鋼Ni含量的一半左右，降低了合金成本。奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能和較高的綜合性能，它解決了鐵素體及馬氏體不銹鋼耐腐蝕性弱、奧氏體不銹鋼強度及耐磨性不足的缺點。在石油石化領域主要應用于耐海水腐蝕的海洋石油平臺，酸性部件及設備，特別是耐點蝕的構件之中。 沉淀強化不銹鋼主要通過沉淀強化機理來得到高強度性能，它同時犧牲了自身的耐腐蝕性能，因此在腐蝕介質中應用較少，一般應用于石化機械開采等行業。 2 不銹鋼管在石油石化中的應用 近20年來，不銹鋼鋼管無論是無縫管還是焊接管在生產技術水平上都有了較大的提高。國內部分廠家生產的不銹鋼管已達到完全可以替代進口產品的水平，實現了鋼管的國產化。 在石油石化中，不銹鋼管主要應用于管道輸送系統，包括高壓爐管，配管，石油裂化管，流體輸送管，換熱管等。要求不銹鋼在濕、酸服役情況下要有良好的表現。 2.1 大口徑厚壁高壓臨氫用不銹鋼無縫管的應用 為適應加工低質量原油和滿足環保的要求，國內煉化企業不斷優化煉油裝置處理結構和調整產品結構，其中加氫裂化和加氫處理等高壓加氫裝置近年來發展較快，裝置的加工能力也在不斷提高。臨氫管道主要特點為直徑大，管壁厚。 對于高壓臨氫材料的選擇，由于其高溫高壓的工況，國內外一般使用TP321/H、TP347/H等作為高壓臨氫管的選材，上述兩者不銹鋼材料，由于加入了Ti、Nb等穩定化元素，具有較高的耐高溫腐蝕性能及高溫力學性能。 目前，國內大口徑厚壁的臨氫管道主要采用熱穿孔+冷軋/冷拔的方式進行制造生產。 采用熱穿孔+冷軋/冷拔制造的管材與其他方式制造的鋼管相比，具有表面好，尺寸精度高，管壁組織均勻的特點。 對于高壓臨氫鋼管，由于其工況介質的特殊性，因此對于鋼管原材料的要求較高，因此設計院對于高壓臨氫管道的要求是：S≤0.015%，P≤0.030%，非金屬夾雜A、B、C、D類不高于1.5級。對于成品管要求進行超聲波檢驗，人工對比缺陷不大于管材公稱壁厚的5%等。 2.2 低溫LNG用不銹鋼焊接鋼管的應用 由于社會的發展，人們的環境保護意識提高，清潔能源越來越受到重視。LNG是一種清潔、高效的能源，在國民生產生活中扮演著重要的角色，因此LNG接收站，LNG運輸船等如雨后春筍般涌現出來。LNG是在常壓下將氣態的天然氣冷卻至-162℃，使之凝結成液體。因此，LNG輸送用的管道必須具有較高的低溫性能。 對于低溫LNG輸送管，國內外多半采用超純凈、低碳、低硫、低磷的不銹鋼進行制造。近幾年，雙牌號的不銹鋼很受LNG用戶歡迎，其中TP304/304L、TP316/316L等應用尤為廣泛。雙證鋼不僅擁有了L級別的耐腐蝕性和低溫性能，同時又擁有較高的力學性能。 目前，國內外主流的低溫LNG用焊接不銹鋼鋼管一般都是采用自動機組焊接成型工藝、UOE成型工藝以及JCO成型工藝進行加工。 自動焊接機組是在壁厚不厚的情況下采用的一種快捷、高效、自動化的焊管生產方式，目前，大部分采用排輥對板材進行成型，然后在線進行焊接、熱處理等，部分焊接機組還集成了板材在線超聲波、在線焊縫超聲波、焊縫自動跟蹤技術等先進工藝技術，能夠為滿足LNG長距離管線制造提供高效率的制造作業，減少制造廠家的生產期限。 UOE成型技術是目前世界上應用最多、最成熟、質量最被認可的一種低溫LNG焊管生產工藝，其主要的工藝技術已經定型。 JCO成型工藝是近年來一種新鮮的成型工藝，這種成型技術是步進式預彎和管體數控折彎的有機結合。 對于LNG不銹鋼焊接管，由于其使用環境是在-162℃的低溫環境中，因此對于LNG用管，必須要有較高的低溫沖擊性能。目前，大部分設計院、科研院所、制造廠商要求LNG用管的低溫沖擊性能不低于80J，側向膨脹量根據ASME B 31.3不低于0.38mm。 對于不銹鋼焊接管，焊縫作為管材的薄弱環節，焊縫質量的高低直接影響管道乃至輸送管線的安全。焊接系數是評價焊縫質量的重要因素之一，對于低溫LNG焊接管，焊接系數為Ej=1.0，焊接接頭必須為全焊透接頭。焊接接頭完成后，所有焊縫必須進行100%射線檢驗，焊縫必須沒有未焊透、無焊縫夾雜、無咬邊、無裂紋等缺陷，以保證低溫狀態下焊接接頭的穩定性。 3 展望 石油管道是消耗不銹鋼管材的大頭，在石油行業的設備制造、采油、煉油以及運輸中，不銹鋼管材扮演著重要的角色。近年來，國家加大了對石油資源的開發，同時作為全世界最大的石油凈進口國家，隨著石油剛性需求的提升，與石油相關的產業將進一步發展，對不銹鋼管道的需求量也會繼續增加。2023年，中國鋼鐵產業已出現回暖跡象，國內不銹鋼管材龍頭企業紛紛加大了與中石油及中石化之間相關石油管道的合作，借以提升市場份額。同時國內鋼管企業也紛紛與國外石油企業開展活動，將中國不銹鋼管制造推向世界平臺。
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