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不銹鋼焊管在各行業內的應用淺析(二)

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不銹鋼焊管在各行業內的應用淺析(二)

發布日期:2016-06-15 09:55 來源:http://www.buddyliles.com 點擊:

不銹鋼焊管在不同行業換熱器上的應用分析

超級鐵素體不銹鋼焊管在我國尚未投入使用,從使用情況上看,目前在美國主要為電廠凝汽器方面的應用,另外在化工廠換熱裝置上也有較多應用。作為一個國內新型替代產品,我們著重介紹在含氯離子水中冷凝管如鈦管、銅合金管和其他類型不銹鋼焊管等類型換熱管材的使用情況:

1.電廠凝汽器

作為基礎能源行業,我國的電力工業在未來幾年仍會繼續處于增長期。從20032006年的國內裝機總容量來看,火電一直占到75%左右,見表1。

 

   表1  2003-2006年中國新增裝機容量(單位:萬kW

  ————————————————————————

                 2003年   2004年  2005年  2006

  ————————————————————————

  新增裝機容量    3000    5055    6602   10097

  其中:火電      2433    3917    5464    9028

  水電            882    1157    1896     971

  裝機總容量      39015   44239   50841   66200

  其中:火電      28977   32984   38413   48405

  水電            9489   10524   12426   12857

  ————————————————————————

按照國家“十一五”電力發展規劃和至2010年的遠期規劃,燃煤火電仍是發電裝機容量的主要組成部分,2010年燃煤火電裝機將達4.773億~5.033kW,占68.2%~68.9%,“十一五”期間國內將新增1.4億~1.6kW;到2020年燃煤火電的裝機將達7.1億~7.85kW,從此看到2020年前每年預計新增的火電機組大約為3000kW。按照國家對供電火電機組建設的要求,新建的燃煤電廠的單機裝機容量必須達到 300MW,專門用于供電的機組達到600MW,因此可以近似認為今后每年將新建50600MW火力發電機組,等于新建25600MW×2個火電項目。同時按照沿海省份(指廣西、廣東、福建、浙江、江蘇、山東、遼寧等省)的“十一五”電力規劃和遠期規劃,每年大約有10600MW×2的濱?;痣姀S項目進行建設,占每年投入建設的火電項目的40%。

核電作為清潔能源,近幾年來在中國呈現出強勁發展的態勢,《核電中長期發展規劃(20052020)》見表2。

     表2   核電建設項目進度設想        (單位:萬kW

    ——————————————————————————————————

                    五年內       五年內     接轉下個   五年末核電運

                    新開工規模   投產規模   五年規模   行總規模

    ——————————————————————————————————

    2000年前規模                                         226.8

    “十五”期間       346        468         558        694.8

    “十一五”期間    1244        558        1244       1252.8

    “十二五”期間    2000       1244        2000       2496.8

    “十三五”期間    1800       2000        1800       4496.8

    ——————————————————————————————————

從表2看,從“十一五”到“十三五”期間,我國總共將開工建設核電機組5044kW,每年將新開工建設336kW核電機組,近似于每年新增6600MW核電機組,3600MW×2核電項目投入建設。

長期以來,電站凝汽器的換熱管以銅和銅合金管為首選材料,實踐表明在淡水和清潔海水中,銅合金呈現出優異的服役性能。但20世紀50年代末,由于石油、化工、造紙等行業的迅速發展,工業廢水、城市污水及有機物的大量排放,使江河水、河口處及城市周圍海灣的海水被嚴重污染,導致選用白銅(BFe30-1- 1)管的濱海電站凝汽器的冷卻管相繼發生嚴重的腐蝕泄漏 ,不能滿足電站運行的要求。

近年來,隨著不銹鋼焊管產量增加和管道焊接技術的成熟,不銹鋼焊管憑借壁薄、換熱面積大、強度高等特點,而成為銅管用做火力發電廠凝汽器材料的主要競爭對手。目前火力發電30kW以上的新機組凝汽器已基本改用不銹鋼冷凝器管,在一些水質狀況較為惡劣的地區,如采用海水進行冷卻的濱海地區,新建電廠基本上是選擇了造價高、一次性投資大的鈦管替代銅合金管。因核電站基本都建設在海邊,采用海水作為冷卻介質,目前基本都采用鈦管作為冷凝器管。

2.石化行業

石化行業大量使用熱交換裝置,如煉油工業中常減壓裝置、加氫裂化裝置中使用的熱交換管,海上石油平臺的熱交換器,水處理和供水系統、消防系統、噴水系統、穩水系統等,石化工業的聚氯乙烯熱交換器、氯乙烯裝置中的盤管式氧氯化反應器、甲醇合成反應器、物料/流出物熱交換器、中壓閃蒸罐頂冷凝器、醋酸等有機酸(甲醛、甲酸)的生產裝置及管道等等,這些熱交換裝置和管道普遍使用不銹鋼焊管。

石化行業生產上由于操作溫度范圍寬,低溫條件時可達零下196℃,高溫時可達500℃以上;操作壓力有外壓、真空、常壓、中壓、高壓、超高壓(大于100MPa);操作環境中介質復雜,如存在腐蝕性、磨損性、易燃、易爆、有毒等固態、氣態、液態以及各種混合介質氯化物、硫化物和其他鹽類等這些特殊情況,因此,石化行業在使用不銹鋼時,要求不銹鋼具有很強的耐腐蝕性能(包括抗氯化物、硫化物和其他鹽類腐蝕)和耐高溫與耐低溫性能。

目前石化行業使用的多為奧氏體類不銹鋼,其中304牌號的不銹鋼板、管、鍛件用量Z大,316、304L、 316L板、管、鍛件用量較大,ASTM標準中的TP304H、TP347H、Super310S的鍋爐管、換熱器用量也在逐漸增大。此外,雙相不銹鋼由于具有特殊的耐腐蝕性能,在石化行業中正迅速得到推廣與運用,其中雙相不銹鋼焊管用量逐漸增大。目前,不銹鋼焊管用量約為15000t。

3. 海水淡化

近年來,中國淡水資源的狀況也不容樂觀,正常年份缺水量近400m3左右。全國660多個城市中,有400多個城市缺水,其中108個為嚴重缺水城市。但是,中國有近2km的海岸線,海水資源豐富。為此,國家將海水淡化列入“當前優先發展的高技術產業化重點領域指南”,以應對淡水供應日益緊張的局勢,這促使海水淡化及其設備生產正日益成為一個熱門產業。2005年國家發展和改革委員會、國家海洋局、財政部聯合發布《海水利用專項規劃》提出發展目標。

 

                        表3  我國海水利用發展目標

    ————————————————————————————————

    年份       海水淡化水量    海水直接利用量   對解決沿海地區缺

            萬m3/日   億m3/年      億m3/年      水的貢獻率(%

    ————————————————————————————————

    2010    80~100    2.6~3.3        550            16~24

    2020   250~300    8.3~9.9       1000            26~37

    ————————————————————————————————

 

目前世界上常用的海水淡化方法包括蒸餾法、反滲透法、電滲析法,而日處理量在3000t以上海水淡水技術一般采用蒸餾法,估計日處理量為1t的淡化設備中需要銅合金管300t左右作為冷凝器管,規格多為Φ19mm、Φ20mm、Φ25mm、Φ32mm,厚度在0.751.0mm。其中,多效閃蒸法(MED)所用的冷凝管是長度在18m左右的鎳白銅合金管;多級閃蒸法(MSF)所用的冷凝管是長度在34m78m左右的鋁黃銅合金管。

經過40多年的發展,中國已經成為繼美國、日本、韓國之后世界上少數幾個掌握海水淡化先進技術的國家之一,特別是在蒸餾法、反滲透法兩大技術領域擁有較為豐富工程實踐和技術經驗,目前也有一定基礎和規模。2003年中國利用海水作為電力、石油、化工等行業的冷卻水用量達330m3左右,已建成運行的海水淡化水產量約為3.1m3/日(苦咸水淡化水產量為2.8m3/日),在建和待建的工程規模為38.1m3/日;2005年海水淡化的日產水量提高至1015t。要實現《海水利用專項規劃》提出的發展目標,按2010年目標估算,即80100t/日的海水淡水新增處理能力,今后幾年中國需要每年完成新增20t/日的淡水量,按其中50%采用蒸餾法,那么在海水淡化設備中需要每年約3000t銅合金冷凝管。目前,在發達國家,已經采用超級鐵素體不銹鋼焊管替代銅合金管作為冷凝器用管。

4. 船舶制造

艦船及大型油輪用的冷凝器管材是銅合金管應用的又一重要領域。艦船用銅合金冷凝管主要有BFe30-1-1、BFel0-1-1白銅管,HSn70-1錫黃銅管和HAl77-2鋁黃銅管。油輪作為原油運輸的重要工具,其功能是將原油由產地運送到具有煉油能力的另一地,由于原油黏度較高加之海上溫度有時很低,需將原油加熱以便于輸出,所以熱交換用管材就按照計算出的必要的換熱面積敷設于油艙的底部及四壁。由于在海上實現熱交換的介質多為海水,所以要求管材具有優異的耐海水腐蝕能力和較高的力學性能、工藝性能。此類管材大多采用鋁黃銅管,規格較大,特別是用于連接部分的管材,如常用加熱管規格為?4244mm×2mm×6000mm,連接管規格為?2456mm× 6mm×6000mm。

中國造船企業的技術管理水平的提高、人力、原材料成本優勢和強有力的產業扶持政策使得全球造船業正加速向中國轉移。中國造船業在世界市場的份額也從Z初的3%上升至目前的32%,造船產量年均增長率高達40%以上,見表4。

       表4   2003~2006年中國造船完工量

    —————————————————————————————

                               2003年  2004年  2005年  2006

    —————————————————————————————

    全國造船完工量(萬載重噸)  605      855    1212    1452

    承接新船訂單(萬載重噸)   1850     1579    1699    4251

    手持船舶訂單(萬載重噸)   2659     3359    3963    6872

    出口金額(億美元)        30.22     31.6    46.6    81.1

    —————————————————————————————

大約有近20種銅及銅合金在艦船上得到應用,且用量有逐漸增加的趨勢。一般軍用和商用船上,銅及銅合金的用量可占到艦船自重的2%3%。其中,銅合金類冷凝管在目前中國造船工業中的用量Z大,每年約為6t。近幾年來,隨著冶金技術的提高,造船工業采用的銅合金管正在被不銹鋼焊管替代。

5. 其他行業

1)汽車工業

我國汽車行業正在蓬勃發展,從事不銹鋼開發應用的企業都十分重視汽車用不銹鋼,每輛汽車平均用不銹鋼在2430kg/臺,其中有58kg是使用不銹鋼焊管,主要應用在三元凈化器和排氣管、空調機和水冷箱內。2008年,我國汽車產量960萬輛,消耗不銹鋼焊管量在50000t左右。

2)電子儀表工業等

電子、儀表、冶金等行業每年所需的不銹鋼焊管5000t左右。飲料、酒類、食品、紡織、印染等輕工行業及醫療醫藥行業,用于設備制造和維修等,年消耗不銹鋼焊管30000t以上。其中不少不銹鋼焊管可以采用不銹鋼焊管。

3)供水行業

近年來,我國的一些城市在水和煤氣等流體輸送方面也開始采用不銹鋼焊管。不銹鋼焊管道及輸水設備,是當今世界Z先進的基礎性凈水材料,其防腐蝕性能強,鑄鐵管、碳鋼管、塑料管等都無法與其相比。日本采用不銹鋼焊管作為輸水管線以后,漏水從15%降低到7%左右,水質也得到了極大改善。武漢市投入巨資,廣泛采用不銹鋼焊管道和設備,在可能短的時間內,在新建高層住宅和寫字樓,采用不銹鋼焊管道供水。寧波、大慶等地部分居民的供水管道,也已開始采用不銹鋼焊管道。

 

鐵素體不銹鋼焊管的分析

1.超級鐵素體不銹鋼焊管與競爭材料的比較

我們針對超級鐵素體不銹鋼焊管與競爭材料如鈦管、不銹鋼焊管317L、不銹鋼焊管316L、海軍銅合金管等進行對比,如表5所示。

     表5    超級鐵素體不銹鋼焊管與競爭材料對比

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              規格     價格(萬元/t)   比重  用量替代系數  整體替代系數(含價格)

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鈦管                  Φ25×0.5       55          4.51        1               1

不銹鋼焊管317L        Φ25×0.6       13           7.7     1.71           0.484

不銹鋼焊管316L        Φ25×0.6        8           7.7     1.71           0.298

海軍銅管              Φ25×1          7           8.9     3.95           0.538

超級鐵素體不銹鋼焊管  Φ25×0.6       15(預計)   7.7     1.71           0.558

——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

  600MW機組為例,預計需要采用鈦管80t,同等冷卻面積下比較如下:

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                      用量(t)      單價(萬元/t)  總價(萬元)

———————————————————————————————————————

鈦管                        80               55             4400

不銹鋼焊管317L           136.8               13           1778.4

不銹鋼焊管316L           136.8                8           1094.4

海軍銅管                   316                7             2212

超級鐵素體不銹鋼焊管     136.8               15(預計)     2052

———————————————————————————————————————  

 

 

從表5看,超級鐵素體不銹鋼焊管作為冷凝管相對于鈦管有比較大的價格優勢,在同等性能條件下可以得到用戶的認可。目前的鈦管凝汽器市場可以作為超級鐵素體不銹鋼焊管的目標市場進行替代。

雖然超級鐵素體不銹鋼焊管317L不銹鋼焊管價格略高,但耐氯離子等應力腐蝕性能上的優勢可以抵消這部分價格因素,可以作為潛在的替代市場。

在海水淡化和船舶制造等清潔海水中使用的冷凝管從慣例上依舊是銅合金管市場,但由于銅價持續上漲,由2000年的1.5萬元/t漲至現在的7萬元/t,在性價比上與不銹鋼焊管相比已經不具有競爭力,可以預計在不遠將來,不銹鋼焊管將在海水淡化和船舶制造領域逐步替代銅管,海水淡化領域和船舶制造領域將是超級鐵素體和雙相不銹鋼焊管的未來巨大潛在市場。

2. 超級鐵素體不銹鋼焊管應用前景

從市場情況上看,超級鐵素體不銹鋼焊管在我國的使用剛剛開始,從美國的使用情況上看,超級鐵素體不銹鋼焊管使用較多的為電廠凝汽器方面,另外在化工換熱裝置上也有較多應用。

我國目前在濱海電站和核電站凝汽器的換熱管材上多使用鈦管,石化行業換熱裝置在采用海水作為冷卻介質或者在含氯離子較高工作環境下,也多使用鈦管,這兩個領域可以采用超級鐵素體不銹鋼焊管進行替代,作為其現在顯見的目標市場。在海水淡化和船舶制造領域,采用海水作為冷凝介質,而且冷凝管數量較大,可作為超級鐵素體不銹鋼焊管的潛在市場。對于汽車制造和電子儀表、冶金、紡織、印染等領域,也可作為潛在市場。對于其他領域,比如化肥工業雖然對不銹鋼焊管需求量很大,但是對高性能不銹鋼焊管要求的規格雜、鋼種多、批量小,可以進行替代的可能性較小。供水行業采用不銹鋼焊管雖然可能產生很大的用量,但是普通304鋼管即可滿足要求,受到價格的影響,無須采用高性能的超級鐵素體不銹鋼焊管。

1)海邊新建電廠凝汽器用冷凝器管

按照沿海省份的十一五電力規劃和遠期規劃,每年大約有10600MW×2的海邊火電廠項目進行建設。這些電廠按目前的凝汽器設計和選材要求,基本上都采用鈦管作為冷凝器管材,以每臺600MW火電機組的凝汽器用鈦管80t計算,約需要鈦管1600t/a。若使用超級鐵素體不銹鋼焊管,每臺600MW火電機組凝汽器需要140t,總計需要2800t/a。

每年將有6600MW的核電機組進入建設期,所有核電項目均建設在海邊,需要大量海水作為冷凝介質,在凝汽器上基本都使用鈦管作為換熱管材,以每臺600MW機組需用鈦管80t計算,每年約需鈦管480t。若改用超級鐵素體不銹鋼焊管,約需要840t/a。

以上火電廠用和核電廠用凝汽器用鈦管總量約為每年2080t,若換成使用超級鐵素體不銹鋼焊管,將需要3640t/a。(鈦管以?25×0.5計,超級鐵素體不銹鋼焊管?25×0.6計)。

2)現有海邊電廠凝汽器改造

雖國內已建成海邊電廠的凝汽器均采用鈦管作為冷凝管,但因90年代國內引進了部分國外機組采用原有設計,采用銅管作為冷凝管,在目前海水受污染情況下,防腐蝕性能已經不能達到要求,頻繁出現泄露,影響了機組的正常運行。因此這部分電廠對于凝汽器改造的要求十分迫切,如營口電廠、綏中電廠等。另外因國家對地下水、水庫水等清潔水源使用的控制,部分內地靠海的電廠也將改用海水作為冷卻水源,還有部分內地的電廠改用城市中水作為冷卻水源,這些電廠都將改變凝汽器用管,產生一定的市場需求??傮w估計每年約有300kW機組進行這方面改造,產生超級鐵素體不銹鋼焊管年需求700t。

3)化工行業換熱管

石化行業每年使用的不銹鋼焊管約5000t,其中有30%都用在熱交換器上,預計有40%采用高性能不銹鋼焊管,另外氯堿行業每年使用鈦管1000t,主要在含氯離子的換熱裝置中使用。這兩部分冷凝管若用超級鐵素體不銹鋼替代,將需要3700t/a。

從以上看,每年超級鐵素體不銹鋼焊管在新建電廠凝汽器和老電廠凝汽器改造使用管材上的需求量為4340t/a,化工行業總需求量約為3700t,競爭產品主要為鈦管。

 

3.潛在市場

從超級鐵素體不銹鋼焊管的性能和不銹鋼焊管的使用情況上看,內陸電廠凝汽器用管材、汽車制造、海水淡化和船舶制造可以作為超級鐵素體不銹鋼焊管的潛在市場。

1)內陸電廠凝汽器用管材

目前火力發電30kW以上的新機組的凝汽器已基本使用不銹鋼冷凝管,不銹鋼冷凝管在火力發電行業所占比重已達70%,主要使用在內陸地區,材質有 316L、317L等。每年新增3000kW火電機組中有60%在內陸地區,新增總量為1800kW,按采用317L管作為凝汽器管材的電廠占60%計算,需要使用317L不銹鋼焊管2520t/a。在超級鐵素體不銹鋼生產成本下降后,可以作為317L的替代產品。

2)海水淡化

從市場情況上看,我國因海水淡化將需要銅合金管3000t/a,因銅價和鎳價持續上漲,導致銅鎳合金管的價格居高不下。為了對氯離子有較好的防腐蝕效果,銅合金管中鎳的含量達到22%,這類銅管市場價格達到將近10萬元/t,而且銅合金管普遍采用1mm壁厚,較超級鐵素體不銹鋼焊管0.6mm壁厚大出很多,成本估算上也大體接近,若國家標準和設計情況發生改變,超級鐵素體不銹鋼焊管將成為銅合金管的替代品種。

3)空調

空調是關系百姓生活的產業。2008年我國家用空調產量2430萬臺,空調用管一直以來采用的是銅管,管徑一般在?610mm,壁厚0.40.7mm,當鐵素體不銹鋼加工性能改善以后,可以生產壁厚0.10.15mm,直徑?6?12mm的空調用不銹鋼焊管,使用壽命延長,換熱效率提高,是節能、環保、降低空調成本的重要措施,按空調平均使用2kg/臺來計算,每年要用約48600t,因此空調用管的開發生產也是值得焊管生產企業研究開發的重要項目。

4)制糖、制藥、乳制品生產和釀造業對不銹鋼焊管的需求每年在3t左右,不銹鋼焊管的制造工藝得到提高,實現了焊縫軋制,內在質量和內外表面質量都可以滿足衛生級用管的要求。

還有許多工業領域用不銹鋼焊管尚未進行深入研究,無法明確這方面用量,比如:熱泵技術的發展帶動的新能源產業、太陽能產業、通訊業、倉儲業、暖通業等等,可以肯定是個巨大的潛在市場。

從以上看,工業用不銹鋼焊管存在著巨大的潛在市場,有待于進行深入開發。


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