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不锈钢焊管在各行业内的应用浅析(二)

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不锈钢焊管在各行业内的应用浅析(二)

发布日期:2016-06-15 09:55 来源:http://www.ykchgy.cn 点击:

不锈钢焊管在不同行业换热器上的应用分析

超级铁素体不锈钢焊管在我国尚未投入使用,从使用情况上看,目前在美国主要为电厂凝汽器方面的应用,另外在化工厂换热装置上也有较多应用。作为一个国内新型替代产品,我们着重介绍在含氯离子水中冷凝管如钛管、铜合金管和其他类型不锈钢焊管等类型换热管材的使用情况:

1.电厂凝汽器

作为基础能源行业,我国的电力工业在未来几年仍会继续处于增长期。从20032006年的国内装机总容量来看,火电一直占到75%左右,见表1

 

   表1  2003-2006年中国新增装机容量(单位:万kW

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                 2003年   2004年  2005年  2006

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  新增装机容量    3000    5055    6602   10097

  其中:火电      2433    3917    5464    9028

  水电            882    1157    1896     971

  装机总容量      39015   44239   50841   66200

  其中:火电      28977   32984   38413   48405

  水电            9489   10524   12426   12857

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按照国家“十一五”电力发展规划和至2010年的远期规划,燃煤火电仍是发电装机容量的主要组成部分,2010年燃煤火电装机将达4.773亿~5.033亿kW,占68.2%~68.9%,“十一五”期间国内将新增1.4亿~1.6亿kW;到2020年燃煤火电的装机将达7.1亿~7.85亿 kW,从此看到2020年前每年预计新增的火电机组大约为3000kW。按照国家对供电火电机组建设的要求,新建的燃煤电厂的单机装机容量必须达到 300MW,专门用于供电的机组达到600MW,因此可以近似认为今后每年将新建50600MW火力发电机组,等于新建25600MW×2个火电项目。同时按照沿海省份(指广西、广东、福建、浙江、江苏、山东、辽宁等省)的“十一五”电力规划和远期规划,每年大约有10600MW×2的滨海火电厂项目进行建设,占每年投入建设的火电项目的40%。

核电作为清洁能源,近几年来在中国呈现出强劲发展的态势,《核电中长期发展规划(20052020)》见表2

     表2   核电建设项目进度设想        (单位:万kW

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                    五年内       五年内     接转下个   五年末核电运

                    新开工规模   投产规模   五年规模   行总规模

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    2000年前规模                                         226.8

    “十五”期间       346        468         558        694.8

    “十一五”期间    1244        558        1244       1252.8

    “十二五”期间    2000       1244        2000       2496.8

    “十三五”期间    1800       2000        1800       4496.8

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从表2看,从“十一五”到“十三五”期间,我国总共将开工建设核电机组5044kW,每年将新开工建设336kW核电机组,近似于每年新增6600MW核电机组,3600MW×2核电项目投入建设。

长期以来,电站凝汽器的换热管以铜和铜合金管为首选材料,实践表明在淡水和清洁海水中,铜合金呈现出优异的服役性能。但20世纪50年代末,由于石油、化工、造纸等行业的迅速发展,工业废水、城市污水及有机物的大量排放,使江河水、河口处及城市周围海湾的海水被严重污染,导致选用白铜(BFe30-1- 1)管的滨海电站凝汽器的冷却管相继发生严重的腐蚀泄漏 ,不能满足电站运行的要求。

近年来,随着不锈钢焊管产量增加和管道焊接技术的成熟,不锈钢焊管凭借壁薄、换热面积大、强度高等特点,而成为铜管用做火力发电厂凝汽器材料的主要竞争对手。目前火力发电30kW以上的新机组凝汽器已基本改用不锈钢冷凝器管,在一些水质状况较为恶劣的地区,如采用海水进行冷却的滨海地区,新建电厂基本上是选择了造价高、一次性投资大的钛管替代铜合金管。因核电站基本都建设在海边,采用海水作为冷却介质,目前基本都采用钛管作为冷凝器管。

2.石化行业

石化行业大量使用热交换装置,如炼油工业中常减压装置、加氢裂化装置中使用的热交换管,海上石油平台的热交换器,水处理和供水系统、消防系统、喷水系统、稳水系统等,石化工业的聚氯乙烯热交换器、氯乙烯装置中的盘管式氧氯化反应器、甲醇合成反应器、物料/流出物热交换器、中压闪蒸罐顶冷凝器、醋酸等有机酸(甲醛、甲酸)的生产装置及管道等等,这些热交换装置和管道普遍使用不锈钢焊管

石化行业生产上由于操作温度范围宽,低温条件时可达零下196℃,高温时可达500℃以上;操作压力有外压、真空、常压、中压、高压、超高压(大于100MPa);操作环境中介质复杂,如存在腐蚀性、磨损性、易燃、易爆、有毒等固态、气态、液态以及各种混合介质氯化物、硫化物和其他盐类等这些特殊情况,因此,石化行业在使用不锈钢时,要求不锈钢具有很强的耐腐蚀性能(包括抗氯化物、硫化物和其他盐类腐蚀)和耐高温与耐低温性能。

目前石化行业使用的多为奥氏体类不锈钢,其中304牌号的不锈钢板、管、锻件用量Z大,316304L316L板、管、锻件用量较大,ASTM标准中的TP304HTP347HSuper310S的锅炉管、换热器用量也在逐渐增大。此外,双相不锈钢由于具有特殊的耐腐蚀性能,在石化行业中正迅速得到推广与运用,其中双相不锈钢焊管用量逐渐增大。目前,不锈钢焊管用量约为15000t

3. 海水淡化

近年来,中国淡水资源的状况也不容乐观,正常年份缺水量近400亿m3左右。全国660多个城市中,有400多个城市缺水,其中108个为严重缺水城市。但是,中国有近2km的海岸线,海水资源丰富。为此,国家将海水淡化列入“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南”,以应对淡水供应日益紧张的局势,这促使海水淡化及其设备生产正日益成为一个热门产业。2005年国家发展和改革委员会、国家海洋局、财政部联合发布《海水利用专项规划》提出发展目标。

 

                        表3  我国海水利用发展目标

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    年份       海水淡化水量    海水直接利用量   对解决沿海地区缺

            万m3/日   亿m3/年      亿m3/年      水的贡献率(%

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    2010    80~100    2.6~3.3        550            16~24

    2020   250~300    8.3~9.9       1000            26~37

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目前世界上常用的海水淡化方法包括蒸馏法、反渗透法、电渗析法,而日处理量在3000t以上海水淡水技术一般采用蒸馏法,估计日处理量为1t的淡化设备中需要铜合金管300t左右作为冷凝器管,规格多为Φ19mm、Φ20mm、Φ25mm、Φ32mm,厚度在0.751.0mm。其中,多效闪蒸法(MED)所用的冷凝管是长度在18m左右的镍白铜合金管;多级闪蒸法(MSF)所用的冷凝管是长度在34m78m左右的铝黄铜合金管。

经过40多年的发展,中国已经成为继美国、日本、韩国之后世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一,特别是在蒸馏法、反渗透法两大技术领域拥有较为丰富工程实践和技术经验,目前也有一定基础和规模。2003年中国利用海水作为电力、石油、化工等行业的冷却水用量达330亿m3左右,已建成运行的海水淡化水产量约为3.1m3/日(苦咸水淡化水产量为2.8m3/日),在建和待建的工程规模为38.1m3/日;2005年海水淡化的日产水量提高至1015t。要实现《海水利用专项规划》提出的发展目标,按2010年目标估算,即80100t/日的海水淡水新增处理能力,今后几年中国需要每年完成新增20t/日的淡水量,按其中50%采用蒸馏法,那么在海水淡化设备中需要每年约3000t铜合金冷凝管。目前,在发达国家,已经采用超级铁素体不锈钢焊管替代铜合金管作为冷凝器用管。

4. 船舶制造

舰船及大型油轮用的冷凝器管材是铜合金管应用的又一重要领域。舰船用铜合金冷凝管主要有BFe30-1-1BFel0-1-1白铜管,HSn70-1锡黄铜管和HAl77-2铝黄铜管。油轮作为原油运输的重要工具,其功能是将原油由产地运送到具有炼油能力的另一地,由于原油黏度较高加之海上温度有时很低,需将原油加热以便于输出,所以热交换用管材就按照计算出的必要的换热面积敷设于油舱的底部及四壁。由于在海上实现热交换的介质多为海水,所以要求管材具有优异的耐海水腐蚀能力和较高的力学性能、工艺性能。此类管材大多采用铝黄铜管,规格较大,特别是用于连接部分的管材,如常用加热管规格为?4244mm×2mm×6000mm,连接管规格为?2456mm× 6mm×6000mm

中国造船企业的技术管理水平的提高、人力、原材料成本优势和强有力的产业扶持政策使得全球造船业正加速向中国转移。中国造船业在世界市场的份额也从Z初的3%上升至目前的32%,造船产量年均增长率高达40%以上,见表4

       表4   2003~2006年中国造船完工量

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                               2003年  2004年  2005年  2006

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    全国造船完工量(万载重吨)  605      855    1212    1452

    承接新船订单(万载重吨)   1850     1579    1699    4251

    手持船舶订单(万载重吨)   2659     3359    3963    6872

    出口金额(亿美元)        30.22     31.6    46.6    81.1

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大约有近20种铜及铜合金在舰船上得到应用,且用量有逐渐增加的趋势。一般军用和商用船上,铜及铜合金的用量可占到舰船自重的2%3%。其中,铜合金类冷凝管在目前中国造船工业中的用量Z大,每年约为6t。近几年来,随着冶金技术的提高,造船工业采用的铜合金管正在被不锈钢焊管替代。

5. 其他行业

1)汽车工业

我国汽车行业正在蓬勃发展,从事不锈钢开发应用的企业都十分重视汽车用不锈钢,每辆汽车平均用不锈钢在2430kg/台,其中有58kg是使用不锈钢焊管,主要应用在三元净化器和排气管、空调机和水冷箱内。2008年,我国汽车产量960万辆,消耗不锈钢焊管量在50000t左右。

2)电子仪表工业等

电子、仪表、冶金等行业每年所需的不锈钢焊管5000t左右。饮料、酒类、食品、纺织、印染等轻工行业及医疗医药行业,用于设备制造和维修等,年消耗不锈钢焊管30000t以上。其中不少不锈钢焊管可以采用不锈钢焊管。

3)供水行业

近年来,我国的一些城市在水和煤气等流体输送方面也开始采用不锈钢焊管不锈钢焊管道及输水设备,是当今世界Z先进的基础性净水材料,其防腐蚀性能强,铸铁管、碳钢管、塑料管等都无法与其相比。日本采用不锈钢焊管作为输水管线以后,漏水从15%降低到7%左右,水质也得到了极大改善。武汉市投入巨资,广泛采用不锈钢焊管道和设备,在可能短的时间内,在新建高层住宅和写字楼,采用不锈钢焊管道供水。宁波、大庆等地部分居民的供水管道,也已开始采用不锈钢焊管道。

 

铁素体不锈钢焊管的分析

1.超级铁素体不锈钢焊管与竞争材料的比较

我们针对超级铁素体不锈钢焊管与竞争材料如钛管、不锈钢焊管317L、不锈钢焊管316L、海军铜合金管等进行对比,如表5所示。

     表5    超级铁素体不锈钢焊管与竞争材料对比

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              规格     价格(万元/t)   比重  用量替代系数  整体替代系数(含价格)

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钛管                  Φ25×0.5       55          4.51        1               1

不锈钢焊管317L        Φ25×0.6       13           7.7     1.71           0.484

不锈钢焊管316L        Φ25×0.6        8           7.7     1.71           0.298

海军铜管              Φ25×1          7           8.9     3.95           0.538

超级铁素体不锈钢焊管  Φ25×0.6       15(预计)   7.7     1.71           0.558

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  600MW机组为例,预计需要采用钛管80t,同等冷却面积下比较如下:

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                      用量(t)      单价(万元/t)  总价(万元)

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钛管                        80               55             4400

不锈钢焊管317L           136.8               13           1778.4

不锈钢焊管316L           136.8                8           1094.4

海军铜管                   316                7             2212

超级铁素体不锈钢焊管     136.8               15(预计)     2052

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从表5看,超级铁素体不锈钢焊管作为冷凝管相对于钛管有比较大的价格优势,在同等性能条件下可以得到用户的认可。目前的钛管凝汽器市场可以作为超级铁素体不锈钢焊管的目标市场进行替代。

虽然超级铁素体不锈钢焊管317L不锈钢焊管价格略高,但耐氯离子等应力腐蚀性能上的优势可以抵消这部分价格因素,可以作为潜在的替代市场。

在海水淡化和船舶制造等清洁海水中使用的冷凝管从惯例上依旧是铜合金管市场,但由于铜价持续上涨,由2000年的1.5万元/t涨至现在的7万元/t,在性价比上与不锈钢焊管相比已经不具有竞争力,可以预计在不远将来,不锈钢焊管将在海水淡化和船舶制造领域逐步替代铜管,海水淡化领域和船舶制造领域将是超级铁素体和双相不锈钢焊管的未来巨大潜在市场。

2. 超级铁素体不锈钢焊管应用前景

从市场情况上看,超级铁素体不锈钢焊管在我国的使用刚刚开始,从美国的使用情况上看,超级铁素体不锈钢焊管使用较多的为电厂凝汽器方面,另外在化工换热装置上也有较多应用。

我国目前在滨海电站和核电站凝汽器的换热管材上多使用钛管,石化行业换热装置在采用海水作为冷却介质或者在含氯离子较高工作环境下,也多使用钛管,这两个领域可以采用超级铁素体不锈钢焊管进行替代,作为其现在显见的目标市场。在海水淡化和船舶制造领域,采用海水作为冷凝介质,而且冷凝管数量较大,可作为超级铁素体不锈钢焊管的潜在市场。对于汽车制造和电子仪表、冶金、纺织、印染等领域,也可作为潜在市场。对于其他领域,比如化肥工业虽然对不锈钢焊管需求量很大,但是对高性能不锈钢焊管要求的规格杂、钢种多、批量小,可以进行替代的可能性较小。供水行业采用不锈钢焊管虽然可能产生很大的用量,但是普通304钢管即可满足要求,受到价格的影响,无须采用高性能的超级铁素体不锈钢焊管

1)海边新建电厂凝汽器用冷凝器管

按照沿海省份的十一五电力规划和远期规划,每年大约有10600MW×2的海边火电厂项目进行建设。这些电厂按目前的凝汽器设计和选材要求,基本上都采用钛管作为冷凝器管材,以每台600MW火电机组的凝汽器用钛管80t计算,约需要钛管1600t/a。若使用超级铁素体不锈钢焊管,每台600MW火电机组凝汽器需要140t,总计需要2800t/a

每年将有6600MW的核电机组进入建设期,所有核电项目均建设在海边,需要大量海水作为冷凝介质,在凝汽器上基本都使用钛管作为换热管材,以每台600MW机组需用钛管80t计算,每年约需钛管480t。若改用超级铁素体不锈钢焊管,约需要840t/a

以上火电厂用和核电厂用凝汽器用钛管总量约为每年2080t,若换成使用超级铁素体不锈钢焊管,将需要3640t/a。(钛管以?25×0.5计,超级铁素体不锈钢焊管?25×0.6计)。

2)现有海边电厂凝汽器改造

虽国内已建成海边电厂的凝汽器均采用钛管作为冷凝管,但因90年代国内引进了部分国外机组采用原有设计,采用铜管作为冷凝管,在目前海水受污染情况下,防腐蚀性能已经不能达到要求,频繁出现泄露,影响了机组的正常运行。因此这部分电厂对于凝汽器改造的要求十分迫切,如营口电厂、绥中电厂等。另外因国家对地下水、水库水等清洁水源使用的控制,部分内地靠海的电厂也将改用海水作为冷却水源,还有部分内地的电厂改用城市中水作为冷却水源,这些电厂都将改变凝汽器用管,产生一定的市场需求。总体估计每年约有300kW机组进行这方面改造,产生超级铁素体不锈钢焊管年需求700t

3)化工行业换热管

石化行业每年使用的不锈钢焊管约5000t,其中有30%都用在热交换器上,预计有40%采用高性能不锈钢焊管,另外氯碱行业每年使用钛管1000t,主要在含氯离子的换热装置中使用。这两部分冷凝管若用超级铁素体不锈钢替代,将需要3700t/a

从以上看,每年超级铁素体不锈钢焊管在新建电厂凝汽器和老电厂凝汽器改造使用管材上的需求量为4340t/a,化工行业总需求量约为3700t,竞争产品主要为钛管。

 

3.潜在市场

从超级铁素体不锈钢焊管的性能和不锈钢焊管的使用情况上看,内陆电厂凝汽器用管材、汽车制造、海水淡化和船舶制造可以作为超级铁素体不锈钢焊管的潜在市场。

1)内陆电厂凝汽器用管材

目前火力发电30kW以上的新机组的凝汽器已基本使用不锈钢冷凝管,不锈钢冷凝管在火力发电行业所占比重已达70%,主要使用在内陆地区,材质有 316L317L等。每年新增3000kW火电机组中有60%在内陆地区,新增总量为1800kW,按采用317L管作为凝汽器管材的电厂占60%计算,需要使用317L不锈钢焊管2520t/a。在超级铁素体不锈钢生产成本下降后,可以作为317L的替代产品。

2)海水淡化

从市场情况上看,我国因海水淡化将需要铜合金管3000t/a,因铜价和镍价持续上涨,导致铜镍合金管的价格居高不下。为了对氯离子有较好的防腐蚀效果,铜合金管中镍的含量达到22%,这类铜管市场价格达到将近10万元/t,而且铜合金管普遍采用1mm壁厚,较超级铁素体不锈钢焊管0.6mm壁厚大出很多,成本估算上也大体接近,若国家标准和设计情况发生改变,超级铁素体不锈钢焊管将成为铜合金管的替代品种。

3)空调

空调是关系百姓生活的产业。2008年我国家用空调产量2430万台,空调用管一直以来采用的是铜管,管径一般在?610mm,壁厚0.40.7mm,当铁素体不锈钢加工性能改善以后,可以生产壁厚0.10.15mm,直径?6?12mm的空调用不锈钢焊管,使用寿命延长,换热效率提高,是节能、环保、降低空调成本的重要措施,按空调平均使用2kg/台来计算,每年要用约48600t,因此空调用管的开发生产也是值得焊管生产企业研究开发的重要项目。

4)制糖、制药、乳制品生产和酿造业对不锈钢焊管的需求每年在3t左右,不锈钢焊管的制造工艺得到提高,实现了焊缝轧制,内在质量和内外表面质量都可以满足卫生级用管的要求。

还有许多工业领域用不锈钢焊管尚未进行深入研究,无法明确这方面用量,比如:热泵技术的发展带动的新能源产业、太阳能产业、通讯业、仓储业、暖通业等等,可以肯定是个巨大的潜在市场。

从以上看,工业用不锈钢焊管存在着巨大的潜在市场,有待于进行深入开发。


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