煉油裝置中大直徑鋼管的選用與保供

王洪海，桑偉，陳冬

（德新鋼管（中國）有限公司，江蘇 無錫 214177）

管道系統(tǒng)是煉油裝置重要的組成部分，對(duì)于裝置的連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著煉油裝置向大型化、煉化一體深度融合的方向發(fā)展，以及煉油裝置所用的原料油含硫量和含酸量不斷增加，煉油裝置的管道呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：① 管道的直徑越來越大，例如1 000 t/a 的常減壓蒸餾裝置的減壓轉(zhuǎn)油管道直徑可達(dá)DN 4 000[1]；② 管道的工況條件復(fù)雜，高溫高壓、低溫深冷、交變載荷、腐蝕環(huán)境等惡劣工況普遍存在，導(dǎo)致管道的失效模式多樣；③管道的品種規(guī)格增多，材質(zhì)從普通碳鋼、抗SSCC 和HIC 碳鋼、低溫碳鋼、合金鋼、不銹鋼到鎳基合金等，品種規(guī)格包括美標(biāo)和國標(biāo)、焊管和無縫管及復(fù)合管、不同直徑和壁厚累計(jì)上千余種，這些管道材料絕大部分要求以熱處理狀態(tài)交貨，并且要求內(nèi)外表面清潔、無氧化皮。同時(shí)，由于大型煉化一體項(xiàng)目中眾多裝置往往集中施工，周期短、任務(wù)重，管道材料又要求按項(xiàng)目中不同的裝置分別供貨，分散到每個(gè)裝置的管道材料品種規(guī)格復(fù)雜多樣，數(shù)量多少不一，導(dǎo)致短期保供的任務(wù)非常艱巨。對(duì)于小直徑的管道材料往往可以通過協(xié)調(diào)社會(huì)庫存資源解決，但是，大直徑的管道材料由于規(guī)格特殊，庫存資源匱乏，供貨渠道受限，往往成為整個(gè)項(xiàng)目中管道材料供貨的瓶頸。以下根據(jù)加工高硫、高酸原油的煉油裝置中管道材料的失效特點(diǎn)對(duì)大直徑鋼管的選用和保供進(jìn)行探討。

1 損傷模式及材料選用

API RP571—2020 給出了煉廠固定設(shè)施損傷失效的67 種模式[2]，主要包括腐蝕減薄、應(yīng)力腐蝕、金相組織改變和機(jī)械失效四大類。對(duì)于以高硫低酸值原油為原料的煉廠而言，對(duì)管道材料影響比較嚴(yán)重的損傷模式是高溫氫腐蝕（HTHA）、高溫硫腐蝕、H2+ H2S 腐蝕、濕H2S 腐蝕；對(duì)于高酸值的原油而言，則還會(huì)存在環(huán)烷酸腐蝕（NAC）。

1.1 高溫氫腐蝕

氫腐蝕是指鋼材長期與高溫、高壓氫氣接觸時(shí)，擴(kuò)散到鋼中的氫原子與鋼中的碳化物反應(yīng)生成甲烷，導(dǎo)致鋼材表面脫碳或內(nèi)部脫碳，脫碳使材料的強(qiáng)度和韌性降低，引起缺口敏感。同時(shí)，甲烷氣體在鋼的晶粒間聚集，使晶界變寬并發(fā)展成為裂紋，使材料發(fā)生脆斷。

API RP941 給出的“臨氫作業(yè)用鋼防止脫碳和微裂的操作極限圖”（NELSON 曲線）通常作為高溫臨氫環(huán)境下管道材料選用的依據(jù)[3]。一般來說，未做焊后熱處理（PWHT）的碳鋼對(duì)HTHA 最為敏感，無焊接的碳鋼及經(jīng)過PWHT 的碳鋼、C-0.5Mo、Mn-0.5Mo、1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-V、3Cr-1Mo、5Cr-0.5Mo 鋼 抗HTHA 的能力依次增加，而300 系列的不銹鋼以及5Cr、9Cr和12Cr 合金在常規(guī)煉廠的工況下對(duì)HTHA 不敏感。通常，溫度低于200 ℃時(shí)可選用碳鋼，溫度在201 ～ 320 ℃范圍內(nèi)時(shí)選用1 ～ 2.25Cr-0.5 ～ 1Mo合金鋼，溫度高于320 ℃時(shí)選用321 或347 穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼[4]。

1.2 高溫硫腐蝕

API RP571 和API RP939-C 指 出， 當(dāng) 溫 度≥260 ℃時(shí)，原油中的硫和活性硫化物可直接與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成腐蝕[5]。高溫下硫化物與碳鋼和低合金鋼發(fā)生反應(yīng)形成硫化鐵型保護(hù)膜（Fe1-XS），催化分解的硫化物在Fe1-XS 型膜上遵循吸附-擴(kuò)散-反應(yīng)的機(jī)理產(chǎn)生進(jìn)一步腐蝕[6]。這種Fe1-XS 膜一般是脆性的片狀保護(hù)膜，與基體的結(jié)合相對(duì)疏松，介質(zhì)的沖刷容易導(dǎo)致保護(hù)膜脫落，從而失去對(duì)基體的保護(hù)作用。鋼中的Cr 可以抑制硫化物分解，并且可形成穩(wěn)定、致密的FeCr2S4保護(hù)膜[7]。因此，隨著含Cr 量的提高，材料抗高溫硫腐蝕的性能增強(qiáng)。

根據(jù)API RP939-C 給出的修正的McConomy 曲線可以得到常用材料在總硫含量為0.6%的原油中在260 ～ 400 ℃范圍內(nèi)的腐蝕速率。當(dāng)原油中的硫含量在0.4% ～ 2.0%范圍內(nèi)時(shí)，腐蝕速率應(yīng)乘上相應(yīng)的腐蝕速率系數(shù)。具體選材時(shí)還應(yīng)考慮介質(zhì)流速、結(jié)焦等工藝條件。一般來說，鋼材抗高溫硫腐蝕的性能按照碳鋼、低合金鋼、Cr 含量逐漸增加的合金鋼、400 系列的不銹鋼、300 系列的不銹鋼順序依次增強(qiáng)。API RP939-C 2009 版指出Si 含量大于0.1%的完全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼在無氫高溫硫腐蝕環(huán)境中的使用溫度可達(dá)到275 ℃，溫度在275 ～ 325 ℃范圍內(nèi)時(shí)可使用5Cr 合金鋼，溫度大于325 ℃時(shí)選用9Cr 合金鋼。但是，API RP939-C 2020 版則指出，當(dāng)溫度≥260 ℃時(shí)，一些用戶指定用9Cr-1Mo 鋼代替5Cr-0.5Mo 鋼，原因在于5Cr 鋼中的Cr 含量通常趨于下限，Cr 含量降低對(duì)材料耐高溫硫腐蝕的性能影響比較明顯，并且，9Cr 鋼在高溫硫腐蝕環(huán)境中的有效壽命比5Cr 鋼高兩倍多，全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于5Cr 鋼。

1.3 H2 + H2S腐蝕

API RP571 指出，當(dāng)溫度≥230 ℃時(shí)，氫的存在就能加重高溫硫腐蝕的程度。有研究表明，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，氫可以使吸附在Fe1-XS 膜表面的硫化物加速分解，從而抵消了Cr 抑制硫化物分解的作用，不僅加速了H2+ H2S 腐蝕的程度，而且降低了腐蝕的起始溫度[8]。由此可以解釋，5Cr 鋼在無氫硫腐蝕環(huán)境下已經(jīng)具有了較好的抗腐蝕性能，而在H2+ H2S 腐蝕環(huán)境下，9Cr 鋼的耐蝕性僅僅略微優(yōu)于碳鋼。

工程設(shè)計(jì)中可依據(jù)Couper-Gorman 曲線來估算H2+ H2S 腐蝕環(huán)境中材料的腐蝕速率。Couper 和Gorman 曾 于1971 年 給 出 了 低Cr 鋼 和 高Cr 鋼 在H2+ H2S 腐蝕環(huán)境中的腐蝕速率公式[9]。低Cr 鋼腐蝕速率公式中使用的基于Cr 含量的腐蝕速率因子見表1，由此表可以看出低Cr 鋼在H2+ H2S 腐蝕環(huán)境中的耐蝕性并沒有隨Cr 量的升高而顯著提升，這與低Cr鋼在無氫高溫硫腐蝕環(huán)境中的情況不同。所以有觀點(diǎn)認(rèn)為碳鋼和9% Cr 以下的鉻鉬鋼在H2+ H2S 腐蝕環(huán)境中的腐蝕速率無根本差別[10]。在H2+ H2S 腐蝕環(huán)境中通常推薦使用18Cr-8Ni 不銹鋼。

表1 低Cr 鋼的腐蝕速率因子Table 1 Rate factor dependent on the Cr content of steel

1.4 濕H2S腐蝕

原油中存在或硫化物分解產(chǎn)生的硫化氫，遇到水時(shí)就形成濕硫化氫腐蝕環(huán)境，除了均勻腐蝕之外，碳鋼和合金鋼在這種環(huán)境中可產(chǎn)生四種形式的破壞[2，11]：①滲入鋼內(nèi)部的氫原子在微裂紋或缺陷部位聚集并結(jié)合生成氫分子，產(chǎn)生很大的內(nèi)壓，材料發(fā)生塑性變形，在強(qiáng)度較低的鋼材表面形成氫鼓泡（HB）；②當(dāng)氫產(chǎn)生的內(nèi)壓繼續(xù)增大時(shí)，不同層面上相鄰的氫鼓泡傾向于相互連接，形成階梯狀的內(nèi)部開裂，即氫致開裂（HIC）；③在應(yīng)力集中部位或拉應(yīng)力存在時(shí)，HIC 沿材料的厚度方向擴(kuò)展，形成應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）；④對(duì)于外應(yīng)力作用下的高強(qiáng)鋼，進(jìn)入金屬晶格內(nèi)部的氫原子使金屬原子的結(jié)合力降低，材料變脆，產(chǎn)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）。

SH/T 3075—2009 根據(jù)腐蝕機(jī)理和危害程度將濕H2S 腐蝕分為I 類腐蝕環(huán)境（SSCC）和II 類腐蝕環(huán)境（HIC/SOHIC）[12]。I 類腐蝕環(huán)境為一般濕H2S 腐蝕環(huán)境，此時(shí)要求抗SSCC 的碳鋼和碳錳鋼板材控制碳當(dāng)量CE，控制屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，焊后進(jìn)行熱處理消除應(yīng)力，保證焊接接頭的硬度≤200 HB。I 類腐蝕環(huán)境為嚴(yán)重濕H2S 腐蝕環(huán)境，此時(shí)要求抗HIC 的板材除了滿足抗SSCC板材的要求之外，還應(yīng)該滿足：（1）S ≤0.002%，P ≤0.010%，Mn ≤1.35%；（2） 板 厚 方 向 的 斷面收縮率Z≥35%（三個(gè)試樣的平均值）和25%（單個(gè)試樣的最小值）；（3）按NACE TM-0284 進(jìn)行 抗HIC 試 驗(yàn)，要 求CLR ≤5%，CTR ≤0.5%，CSR ≤0.5%。

API RP581—2016 指出，在相同條件下，板材及板制焊接鋼管比無縫鋼管對(duì)HIC/SOHIC 更敏感，因?yàn)榘宀脑谲堉七^程中容易出現(xiàn)對(duì)HIC/SOHIC 更敏感的片狀或長條狀MnS 夾雜[13]。因此，HIC/SOHIC 主要出現(xiàn)在S 含量較高的軋制鋼板中，而無縫鋼管和鍛件對(duì)HIC/SOHIC 的敏感性較低[14]。所以，對(duì)于板材及由板材制成的焊接鋼管通常要求材料有很高的純凈度（S ≤0.002%，P ≤0.010%）。而對(duì)于無縫鋼管的要求則適當(dāng)放寬[15-16]，例如GB 9948—2013 要求碳鋼的純凈度達(dá)到S ≤0.010%、P ≤0.015%即可，并且無強(qiáng)制抗HIC 試驗(yàn)的要求。

1.5 環(huán)烷酸腐蝕

高溫環(huán)烷酸腐蝕（NAC）通常發(fā)生在酸值大于0.5 mg KOH/g、溫度處于230 ～ 400 ℃的原油介質(zhì)中。環(huán)烷酸可與鐵直接反應(yīng)生成油溶性的環(huán)烷酸亞鐵，脫離基體表面，使基體持續(xù)暴露在腐蝕環(huán)境中。

API RP571 指 出， 碳 鋼、1.25Cr0.5Mo、2.25 Cr1Mo 鋼耐NAC 的性能最差，5Cr0.5Mo 鋼次之，9Cr1Mo、410SS、304L SS、321SS、347SS 耐NAC的性能有所提高，但通常也不作為耐NAC 鋼使用，316SS、317SS、6%Mo 合金、625 合金和276 合金耐NAC 性能依次提高，可作為耐NAC 材料使用。

Mo 元素有利于提高材料抗NAC 的性能。不銹鋼中加入Mo 元素后，組織的顯微硬度增加，這將有利于提高材料的抗沖蝕性能。另外，Mo 能在金屬表面形成富Mo 的氧化膜，阻止基體與環(huán)烷酸接觸，從而抑制NAC 的發(fā)展[17]。研究表明，Mo 含量2.5%的奧氏體不銹鋼具有很好的抗高溫NAC 的性能[18-19]。然而，有關(guān)316L（022Cr17Ni12Mo2）的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定Mo 含量為2% ～ 3%，所以如果訂貨的材料Mo 含量低于2.5%，則抗NAC 的性能受到影響，為此，SH/T 3129—2012 根據(jù)材料的使用部位對(duì)316L 是否需要規(guī)定Mo 含量提出了詳細(xì)的要求[20]，設(shè)計(jì)選用時(shí)應(yīng)引起注意。

1.6 高溫硫腐蝕+NAC

原油中會(huì)同時(shí)存在硫化物和環(huán)烷酸，硫化物既可能抑制NAC，也可能促進(jìn)NAC。有研究表明，當(dāng)油品中硫含量低于某一臨界值時(shí)，環(huán)烷酸可破壞硫腐蝕形成的保護(hù)膜，生成油溶性的環(huán)烷酸亞鐵和硫化氫，使腐蝕加重；當(dāng)硫含量高于臨界值時(shí)，硫可在金屬表面形成穩(wěn)定的硫化亞鐵保護(hù)膜，減緩NAC[21-22]。

API RP 581—2016 在2.B.3 節(jié) 中 給 出 了 油 品中硫含量為0.2% ～ 3.0%（wt）、酸值為0.3 ～ 4.0 mg KOH/ g、在232 ～ 399 ℃的范圍內(nèi)不同鋼材的腐蝕速率，這些數(shù)據(jù)可以作為高溫硫腐蝕和NAC 環(huán)境中選材的重要依據(jù)。從所提供的數(shù)據(jù)可以看出，鋼材耐高溫硫腐蝕和NAC 綜合性能從低到高的順序依次為：碳鋼、（1Cr-0.2Mo、1Cr-0.5Mo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、3Cr-1Mo）、5Cr-0.5Mo、7Cr-1Mo、9Cr-1Mo、12Cr、不含Mo 的奧氏體不銹鋼（如304、304L、321 和347SS 等）、含Mo ＜2.5% 的316 不銹鋼（如316、316L、316H 等）、Mo ≥2.5%的316不銹鋼和317SS。確定材料的腐蝕速率還應(yīng)該注意的是，當(dāng)介質(zhì)的流速大于30.48 m/s 時(shí)，給出的腐蝕速率應(yīng)當(dāng)乘以系數(shù)5 作為選用的腐蝕速率。因?yàn)楣艿赖妮斔湍芰εc直徑的平方成正比，管道內(nèi)介質(zhì)的流速與直徑的平方成反比，所以選用較大直徑的管道不僅可以提高輸送能力，而且還可以有效降低介質(zhì)流速，從而選用較低等級(jí)的材料滿足苛刻的腐蝕環(huán)境，提高裝置生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)，還可以降低項(xiàng)目的初始投資。

2 大直徑鋼管的選用

十多年前，由于受無縫鋼管生產(chǎn)組距的限制，大多數(shù)煉油裝置中使用無縫鋼管的工藝管道局限于DN600 以下[23]。近些年來，隨著煉油裝置向大型化發(fā)展，DN600 以上的大直徑工藝管道數(shù)量增加。由于部分管道設(shè)計(jì)人員對(duì)無縫鋼管的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)機(jī)組的最新發(fā)展?fàn)顩r缺乏了解，在DN600 以上的工藝管道中采用了較多數(shù)量的焊接鋼管。但是，從以上第1 節(jié)的分析可以看出，由于板材成形的特點(diǎn)及焊縫和熱影響區(qū)的存在，使得焊接鋼管的耐蝕性低于同材質(zhì)的無縫鋼管，尤其是對(duì)于高溫氫腐蝕環(huán)境和濕H2S腐蝕環(huán)境。另外，當(dāng)大直徑鋼管的品種和規(guī)格較多而單一規(guī)格的數(shù)量較少時(shí)，鋼板的供應(yīng)困難，并且達(dá)不到焊接鋼管批量生產(chǎn)的規(guī)模，焊接鋼管的遲交供貨或無法供貨會(huì)嚴(yán)重影響到項(xiàng)目的施工進(jìn)度。以下通過對(duì)無縫鋼管生產(chǎn)機(jī)組的最新發(fā)展情況進(jìn)行介紹，探討大直徑無縫鋼管合理的使用范圍。

2.1 大直徑無縫鋼管的生產(chǎn)工藝

大直徑無縫鋼管的生產(chǎn)工藝主要有熱軋、熱擠壓、熱擴(kuò)、冷軋和冷拔等幾種。國內(nèi)熱擠壓機(jī)組的產(chǎn)量僅占無縫鋼管總產(chǎn)量的1%左右，主要生產(chǎn)鍋爐電站及核電等領(lǐng)域用的徑壁比（D/S）小于20 的厚壁無縫鋼管[24]。國內(nèi)冷軋和冷拔機(jī)組的產(chǎn)量占無縫鋼管總產(chǎn)量的12%左右，主要用于生產(chǎn)不銹鋼無縫鋼管和精密無縫鋼管。熱軋工藝是無縫鋼管的主要生產(chǎn)方式，大部分熱軋無縫鋼管作為最終產(chǎn)品直接應(yīng)用，另有一部分作為熱擴(kuò)工藝和冷拔工藝的母管使用。熱擴(kuò)工藝是對(duì)熱軋工藝的重要補(bǔ)充，是生產(chǎn)大直徑薄壁無縫鋼管的一種主要方式[25]。

大直徑無縫鋼管的熱軋工藝主要包括連軋工藝、三輥斜軋管（ASSEL）工藝、周期軋管工藝。國內(nèi)最大的PQF 三輥連軋機(jī)組可生產(chǎn)最大直徑為508 mm的無縫鋼管，此時(shí)碳鋼無縫鋼管的最大徑壁比為56。φ508 mm PQF 三輥連軋機(jī)組工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)規(guī)模大，并且軋制工序采用多機(jī)架的連軋管機(jī)，重軋系數(shù)高，保證了產(chǎn)品的表面質(zhì)量和尺寸精度，是當(dāng)前無縫鋼管生產(chǎn)的主力機(jī)型[26]。

φ460 mm 三輥斜軋管機(jī)組是目前世界上最大的ASSEL 機(jī)組，經(jīng)改造后的產(chǎn)品最大外徑為530 mm，此時(shí)的最大徑壁比為24[27]。由于ASSEL 機(jī)組的孔型封閉性較差，該機(jī)組適合于生產(chǎn)中厚壁的無縫鋼管。φ720 mm 周期機(jī)組最大產(chǎn)品組距為外徑762 mm，此時(shí)的最大徑壁比為25[28]。

熱擴(kuò)工藝是生產(chǎn)特大直徑、超薄壁厚無縫鋼管的有效方法。其中的中頻熱擴(kuò)鋼管工藝可生產(chǎn)直徑1 500 mm 以下、徑壁比達(dá)100 的無縫鋼管[29]。采用中頻熱擴(kuò)鋼管工藝生產(chǎn)的P5、P9、P11、P22、P91陸續(xù)通過了多項(xiàng)試驗(yàn)，包括高溫持久強(qiáng)度試驗(yàn)[30-31]，在石化、化工和電力行業(yè)中的應(yīng)用逐漸增多。

2.2 大直徑無縫鋼管的選用

對(duì)于碳鋼、合金鋼無縫鋼管，φ508 mm 以下的可以優(yōu)先選用508 mm PQF 三輥連軋機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品；對(duì)于φ530 ～ 762 mm 外徑的中厚壁大直徑無縫鋼管，可以選用φ460 mm 三輥斜軋管機(jī)組和φ720 mm 周期軋管機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品；對(duì)于外徑為φ530 ～ 762 mm、徑壁比大于25 的薄壁無縫鋼管，以及外徑大于762 mm 的特大直徑無縫鋼管可優(yōu)先中頻熱擴(kuò)無縫鋼管。

對(duì)于不銹鋼無縫鋼管，φ762 mm 以下的可以優(yōu)先選用冷軋、冷擴(kuò)、冷拔機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品，或者采用冷軋+冷擴(kuò)、冷軋+冷拔組合方式生產(chǎn)的產(chǎn)品；φ762 mm 以上的可以優(yōu)先選用冷軋+中頻熱擴(kuò)+冷拔組合方式生產(chǎn)的產(chǎn)品。

以下從大直徑無縫鋼管的保供模式探討選用無縫鋼管的優(yōu)勢，尤其是對(duì)于DN500 以上的薄壁鋼管及DN750 以上的特大直徑鋼管。

3 大直徑無縫鋼管的保供

3.1 無縫鋼管的坯料儲(chǔ)備

坯料是生產(chǎn)無縫鋼管的原料，也是決定無縫鋼管質(zhì)量的源頭。在煉油裝置的管道材料中，碳鋼約占75%[23]。而碳鋼材料中又以20#鋼為主。以下就以20#鋼為例介紹無縫鋼管所用坯料的儲(chǔ)備。煉油裝置管道材料標(biāo)準(zhǔn)中涉及20#的有GB/T 8163—2018、GB 9948—2013、GB/T 5310—2017、GB 6479—2013，美標(biāo)中還有與20#鋼成分及性能相近的材料ASTM A106B、ASTM A53B 和API 5L-PSL 1-B，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料力學(xué)性能、化學(xué)成分及煉鋼要求的對(duì)比見表2。

除了表2 的要求之外，GB 9948—2013 附錄B還對(duì)用于H2S 腐蝕環(huán)境的20#鋼有碳當(dāng)量和硬度的附加要求。從表2 可以看出，這8 個(gè)品種的化學(xué)成分和力學(xué)性能有比較寬的交叉區(qū)間。如果在儲(chǔ)備坯料時(shí)按最高等級(jí)的要求，使坯料的化學(xué)成分和煉鋼工藝同時(shí)滿足上述8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在鋼管生產(chǎn)中通過控制尺寸精度和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，使產(chǎn)品的尺寸精度和力學(xué)性能也同時(shí)滿足各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，則可以達(dá)到儲(chǔ)備一種坯料就能生產(chǎn)8 個(gè)品種的無縫鋼管的目的。另外，儲(chǔ)備φ450 mm、φ500 mm、φ600 mm 三種規(guī)格的坯料就可以生產(chǎn)φ365 ～ 762 mm 全組距的無縫鋼管。這樣就可以有效地避免大直徑無縫鋼管因?yàn)檎加觅Y源多、周轉(zhuǎn)速度慢而無法精準(zhǔn)儲(chǔ)備庫存的問題。另外，坯料的生產(chǎn)時(shí)間大約占整個(gè)無縫鋼管生產(chǎn)周期的3/4左右。因此，只要安排好坯料的儲(chǔ)備就可以大大縮短大直徑無縫鋼管的供貨周期。對(duì)于煉油裝置的常見腐蝕環(huán)境推薦使用的無縫鋼管材料如表3 所示，根據(jù)表3 可適當(dāng)安排煉油裝置中常用無縫管材的坯料儲(chǔ)備。

表2 20#鋼及美標(biāo)對(duì)應(yīng)牌號(hào)的力學(xué)性能及化學(xué)成分對(duì)比Table 2 Comparison of mechanical property and chemical composition of 20# and similar steel of US standard

表3 煉油裝置中常見的腐蝕環(huán)境及常用無縫管材Table 3 Common corrosion environment and related seamless tube material in refineries

3.2 大直徑無縫鋼管的定制

DN750 mm 以下的中厚壁無縫鋼管可以通過熱軋工藝生產(chǎn)。但是，當(dāng)前煉油裝置中仍有相當(dāng)數(shù)量的DN750 ～ 1500 mm 的大直徑鋼管，如某4×107t/ a的煉化一體項(xiàng)目中，漿態(tài)床加氫裝置的附塔管線使用了7 mφ1 320 mm×19.05 mm 的P5 管道，某1.6×107t/a 的化一體項(xiàng)目中，加氫裝置中使用了2 mφ1 016 mm×15.88 mm、75 mφ914 mm×15.88 mm和27 mφ813 mm×14.27 mm 的P9 管道。這種規(guī)格的鋼管無法通過熱軋和熱擠壓工藝生產(chǎn)，焊接鋼管因?yàn)閿?shù)量太少無法組織生產(chǎn)，而中頻熱擴(kuò)工藝的特點(diǎn)是生產(chǎn)方式靈活，易于組織生產(chǎn)，特別適合多品種、多規(guī)格、小批量大直徑薄壁無縫鋼管的短周期供貨。這些規(guī)格的鋼管經(jīng)設(shè)計(jì)院和業(yè)主反復(fù)論證后最終選擇了中頻熱擴(kuò)無縫鋼管。因?yàn)榫哂邢鄳?yīng)的坯料儲(chǔ)備，中頻熱擴(kuò)鋼管在短期內(nèi)順利完成了供貨。

4 結(jié)束語

隨著煉油裝置所用的原料油含硫量和含酸量不斷增加，煉油裝置的管道不可避免地處于HATA、高溫硫腐蝕、H2+ H2S 腐蝕、濕H2S 腐蝕和NAC 等多種類型的腐蝕環(huán)境中。在煉油裝置中選用較大直徑的管道不僅可以提高輸送能力，滿足裝置向大型化發(fā)展的需求，而且還可以有效降低介質(zhì)流速，減緩腐蝕的程度。根據(jù)具體的介質(zhì)類型、操作條件和腐蝕特點(diǎn)確定適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)是大直徑管道設(shè)計(jì)的前提。除此之外，還應(yīng)考慮不同生產(chǎn)工藝對(duì)鋼管耐腐蝕性能的影響?？傮w而言，由于制造過程中不存在焊縫和熱影響區(qū)，同材質(zhì)的無縫鋼管耐蝕性優(yōu)于焊接鋼管。另外，無縫鋼管由于具有坯料儲(chǔ)備的優(yōu)勢以及中頻熱擴(kuò)工藝可靈活定制大直徑無縫鋼管的特點(diǎn)，無縫鋼管的保供優(yōu)勢非常明顯。因此，在無縫鋼管生產(chǎn)組距許可的范圍內(nèi)，采用無縫鋼管替代部分品種規(guī)格多而數(shù)量少的焊接鋼管在管道設(shè)計(jì)中應(yīng)引起關(guān)注。