大型球罐材质的选用-

1、表2新型熔硫釜技术特性物料名称硫膏减压后过热蒸汽减压后过热蒸汽换热面积 m2 710111主要材质0C r18N i90C r18N i90C r18N i9腐蚀裕度 mm100全容积 m32104容器类别一类平均月产硫磺70t,最高时达100t。此外,新釜硫磺产品的优等品和一等品率均比原釜有所提高。鉴于3#新型熔硫釜的成功运行,我公司的熔硫釜全部进行了更新,现均安全正常生产。参考文献1国家技术监督局.GB150-1998钢制压力容器.北京:中国标准出版社,1998.3国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计(下册.北京:化学工业出版社,1987.(收稿日期:2001210220大型球罐材质

2、的选用关桂苹3袁中文(兰州化学工业公司设计院(兰州石化职业技术学院摘要对国内大型球罐的用材进行了调研分析,对国产大型球罐用钢材07M nN i C r M oVDR的研制及性能作了介绍,并将该材料与进口材料进行了性能和经济性比较。认为国产钢材在性能及经济性上均具有优势。关键词球罐国产钢材进口钢材兰州石化公司的“储运设施改造工程”要建两台球罐,但就球罐材质的选用,即选用国产材料还是进口材料,争议很大。笔者认为,从技术角度上讲,不论是国产钢材还是进口钢材只要能满足设计要求,都可以采用。两台球罐的技术参数:乙烯球罐设计温度-40,设计压力212M Pa,容积1500m3;丙烯球罐设计温度-2050,

3、设计压力2116M Pa,容积1500m3。由此可见,乙烯球罐对材质的要求比丙烯球罐苛刻。下面主要就乙烯球罐材质的选用进行论述,以供参考。1选材规范(1球罐受压元件所采用的材质必须符合GB150-1998钢制压力容器、H G20581-1998钢制化工容器材料选用规定以及H G20585-1998钢制低温压力容器技术规定的要求。非受压元件所用材质必须是列入国标和冶标的材料。(299版压力容器安全技术监察规程第133页“6.国外材料进行力学和弯曲试验时,应遵守的标准”中强调了对国外材料的要求。3关桂苹,女,1967年2月生,工程师。兰州市,730060。03大型球罐材质的选用另外,从国家质量技术

4、监督局了解到,国内使用进口材料都必须办理有关手续,从全国压力容器标准化技术委员会了解到,使用“GB150-1998钢制压力容器”标准以外的材料,都要办理手续;即进口材料的生产单位必须要经过全国压力容器标准化技术委员会的审批、认定,方可在国内设计使用。这些规定对钢材进口增加了一定的限制,也给选材带来了一定的难度。2材质的选用单从球罐的技术角度讲,无论是选用国产材质还是选用进口材质都是可行的。但是球罐的质量不仅仅靠材质本身的质量来保证,它还受很多因素的影响,其中制造安装的质量尤为重要。如果国产材质和进口材质都能满足所建造的球罐要求,作为工程设计人员在保证安全和满足现行规范要求的前提下,应尽可能选用

5、国产材料,为推动民族工业的发展,做出应有的贡献。211国内大型球罐材质选用的现状国内大型球罐的材料选用可以分为两个阶段:90年代以前,均采用进口钢材;90年代起,逐步采用国产球罐用钢。到目前为止,国内球罐材质的选用一直存在两种意见和两种做法,即一种是选用国产材质;另一种是选用进口材质。事实上,近几年建的球罐既有用国产材质制造的,也有用进口材质制造的。据不完全统计,我国目前正在运行的1000m3以上的乙烯球罐约60台。其中,在不同时期制造的,选用的材质亦不尽相同。近几年的大概情况如下:(1进口材质:1993年12月,齐鲁石化33万t a乙烯扩建项目,引进2台1500m3乙烯球罐,设计压力2116

6、M Pa,设计温度-35,由韩国三星重工(SH I设计和供球片,国内安装。其材质为日本新日铁N-TU F490,壁厚4115 4215mm,进行了整体热处理,使用情况良好。吉林和茂名的30万t a乙烯各进口4台2000m3乙烯球罐,1994年建造,1995年投产,由韩国三星重工(SH I设计和供球片,国内安装。其材质是川崎的SPV490Q+L T50,设计压力117M Pa,设计温度-40,壁厚3519mm 3718mm,上、下极板厚70mm。按A S M E drv2应力分析篇设计,未进行整体热处理。开罐情况良好,使用均正常。大连有机合成厂2台610U22000m3丙烯球罐正在建设中,去年年

7、底热处理完毕,冬季停工。其设计温度-10 50,钢板验收温度-20。这是日本N KK公司的610U2在我国首次用于丙烯球罐制造。从进口材质的使用情况看,使用好的是N -TU F490,且经过整体热处理。早期大多数从日本进口的乙烯球罐大多没有进行热处理,在使用中出现过一些质量问题。随着钢材加工和球罐制造的技术水平的提高,球罐的使用安全性亦得到了提高。(2用国产材质07M nN i C r M oVDR建造的1000m3以上大型乙烯球罐有:1994年大庆石化总厂1台1500m3乙烯球罐,由大庆石化设计院设计,1996年10月开罐检查,表面M T 检查全部合格。在焊缝U T检查中发现有一处超标缺陷,

8、性质为夹渣,经劳动部门认定不作返修,正常运行至今。北京东方化工厂1998年建造的4台1000m3乙烯球罐,由北京燕山石化设计院设计,1999年9月全部开罐检查,情况良好。兰化公司1996年始建、1998年投用的2台1500m3乙烯球罐,由中国石油兰化设计院设计,辽宁球罐公司施工,2000年开罐1台检查,情况良好。福建炼油厂1999年投用的2台2000m3丙烯球罐,设计压力2116M Pa,设计温度-2050,材质为国产常温钢07M nC r M oV R。另外,南京扬子石化今年准备建造两台1700m3乙烯球罐,上海医药设计院设计,材料选用07M nN i C r M oVDR。从实际投用球罐的

9、开罐情况表明,国产材质的安全使用性能还是较高的。由国产钢材制造的乙烯球罐,到目前为13化工装备技术第22卷第6期2001年止100%合格,还未出现过因钢材本身引起的质量问题。与进口钢板相比,国产钢板板幅小,因而制造球罐时球壳分块多,焊缝长,这样形成缺陷的机会就会增大。但是如果精心建造,这不足之处是完全可以克服的。总之,国内的大型在用球罐,1989年以前均为进口材料;1989年起,进口和国产材质并存;1994年以后大型乙烯球罐材质再没有引进,都是使用国产材质。212国产07M nN i C r M oVDR钢的开发研究过程(119821985年,钢材的开发阶段。根据国外球罐用钢向高强度、高韧性和

10、优良焊接性能发展的趋势,我国提出了开发研究自己的低焊接裂纹敏感性CF-62钢(即07M nN i C r M oVDR钢的课题。(a主要探讨该钢种的化学成分,试验研究了10多种元素对该系列钢的力学性能和焊接冷裂纹敏感性的影响,最后确定了该系列钢的化学成分,并根据不同用途制定了具有国际先进水平的钢板技术条件。(b系统地进行了钢板物理性能、力学性能、应力腐蚀性能、热处理性能、焊接性能、冷热加工性能和结构等方面的试验研究,取得了大量工程技术数据,从而制定了该钢板工业生产的工艺参数。该钢种多项指标达到并超过了日本相应钢板的实际水平,达到国际领先水平,通过了部级鉴定。(219841987年,这一阶段为C

11、F-62钢的应用研究阶段。包括了以下内容:(a与CF-62钢相匹配的焊条研究。(b进行了配套锻件的研制。确定了锻件的化学成分范围和热处理工艺,并模拟球罐制造,对大厚度锻件试验环进行了力学性能、抗硫化氢应力腐蚀性能及焊接性能的研究,达到了预期的目标。(c开展了球罐施工的工艺研究,确定了CF-62钢的焊接预热温度、层间温度、焊后消除应力热处理规范及焊缝返修工艺,并按已确定的焊接工艺规范对焊接接头的力学性能进行了研究。(d通过对球罐的下料、坡口加工及冷压成形工艺的反复试验,掌握了CF-62钢加工及冷压成形的技术。根据上述的研究结果,制订了CF-62钢焊制球罐的制造工艺规程作为参考性技术文件。(319

12、871990年,是CF-62钢的工业化应用的试验阶段。(a小试阶段。用CF-62钢建造了一座设计压力为2194M Pa、公称容积200m3、壁厚30mm的储氧球罐用于测试,效果良好,初步证明了大型球罐立足于国产CF-62钢板及配套焊条、锻件是完全可行的。(b工业化应用的攻关阶段。此阶段乙烯球罐被列为“七五”期间重大攻关项目,其目标是研制出我国首台完全国产化的乙烯球罐。1989年在佳木斯环氧乙烷工程上,用CF-62钢制成一台400m3乙烯球罐。其技术参数为设计压力212M Pa,设计温度-30。该球罐从设计、冷压成形、组焊、现场热处理等方面进行了大量的研究,取得了大量的数据,其主要技术性能指标已

13、达到日本同类产品的水平。制订了乙烯球罐制造、安装、验收专项技术条件,1990年10月通过了用户的验收。CF-62钢作为压力容器用钢也列到GB150-89中。(419911994年,进行用CF-62钢建造1500m3乙烯球罐的研制工作。通过在大庆石化总厂用CF-62钢制造1500m3乙烯球罐的研制及相应科技攻关,掌握了公称容积1500 2000m3,设计温度-27-31,壁厚44 50mm乙烯球罐的设计、制造和安装技术及工艺;制定出相应的技术文件,确保焊接接头在23大型球罐材质的选用-40时AKV>47J ,单个值AKV>33J 的技术指标,实现2000m 3以下乙烯球罐国产化,使我

14、国乙烯球罐产品质量达到国际水平。1994年终于成功地建造了首台国产化1500m 3乙烯球罐,并于1994年10月19日通过了机械委和重大办的鉴定。CF -62系列钢即07M nN i C r M oVDR 和07M nC r M oV R 目前已列入我国GB 150-1998钢制压力容器和GB 12337-1998钢制球形储罐标准。该钢种现由武汉钢铁集团公司生产。武钢集团公司是我国国营特大型骨干企业,该集团公司有从德国引进的具有世界先进水平的无氧转炉和脱S 、P 、C 等设备,有一套完整的质量保证系统,有独立的质检部门,质量全线跟踪,90年代初即通过了ISO 9000认证。该钢种自80年代以来

15、,已连续生产4万多吨,出厂合格率100%。年产量约45千吨,去年产量7千吨,其中07M nN i C r M oVDR 约1千吨,其产品一次性性能合格率达到97%,出厂合格率100%。总之,国产材料虽使用年限较短,但研制起点高,从材料的生产、球罐制造、安装等方面,都进行了配套的试验、研究。307M nN i Cr M oVD R 钢与N -TUF 490比较国内乙烯球罐常用的进口材质为N -TU F 490。N -TU F 490钢板为日本新日铁公司生产,用这种钢板制造大型球罐在我国已有一些实际使用业绩,虽然也出现过问题,但总的来说使用情况较好。现将国产07M nN i C r M oVDR

16、钢与进口材质N -TU F 490作一比较,有关数据见表1表4。(1化学成分N -TU F 490钢板的含碳量(0116%、碳当量(0145%、P c m (0125%三项指标较国产07M nN i C r M oVDR 的指标偏高,这将导致钢板的焊接性下降,焊接时产生冷裂纹倾向增加,对钢板的焊前预热温度、焊后后热温度要求较严。因此要加强制造、安装的质量控制,表107M nN i C r M oVDR 的化学成分(w t %C SiM nP S N i 01090115014011201160010250101501200150C r M o VBP c m011001300110013001

17、020106010030121表207M nN i C r M oVDR 的机械性能交货状态取样方向抗拉强度b N mm 2屈服点s N mm 2伸长率%夏比冲击试验A K V J 试验温度 三个平均值单个最低值调质横向61074049017-404733表3N 2TU F 490的化学成分(w t %C Si M n PS 01016以下011501550190116001030以下01030以下N iC rM oVC eqP c m0160以下0140以下0130以下0108以下01450125表4N 2TU F 490的机械性能交货状态取样方向抗拉强度b N mm 2屈服点s N mm

18、2伸长率%夏比冲击试验A K V J 试验温度 三个平均值单个最低值调质纵向61074049017-353427在钢板订货时应尽量要求降低含碳量,以便于保证安全性能。另外,其S 01030%,高于国家压力容器安全技术监察规程中S 01020%的要求。S 含量高,影响钢板的耐腐蚀性,还会使焊接性能降低,焊缝易产生热裂纹。(2机械性能日本标准的夏比冲击试验取样方向为纵向,其值相当于我国标准规定横向取样的70%,即-35时冲击功AKV34J ,相当于我国的标准值2318J ,其值低于我国GB 150-1998钢制压力容器中附录C 的要求(A KV 27J ,也低于我国07M nN i C r M o

19、VDR 钢在-40时AKV47J 的要求。(3经济性比较以一台乙烯球罐为例,对选用07M nN i C r M oVDR 和N -TU F 490作一经济性比较,见表5。据测算,N -TU F 490与07M nN i C r M oVDR 相比,造价高出295179万33化工装备技术第22卷第6期2001年表5经济性比较N-TU F49007M nN i C r M oVDR 球罐结构三带十柱混合式四带十柱混合式球罐壁厚 mm4444球罐总质量 kg(不包括附件257300257300球罐造价 万元836178540199元。(4其它因素国产钢材订货期短且灵活方便,国内联系方便快速,交货时间、形式可灵活变动,可以统筹安排,交叉进行,但进口材料就不会这么便利。另外,国产钢材施工经验丰富,因为国产钢材球罐的建造,我们是一步一步、扎扎实实自己搞的,钢材的理论研究很透彻。相反我们对国外钢材的了解就不多,而且也不可能像研究国产钢材那样下大功夫去测试研究它。所以进口钢材的施工经验是较贫乏的,这也是一个很重要的不利因素。综上所述,通过对国内球罐使用情况的调研,材质性能和