雙相鋼在石化工業(yè)領域的應用與展望
石化工業(yè)包括油氣鉆探、開采、輸送、儲備、加工、轉化、產(chǎn)品庫存等多個環(huán)節(jié)， 每個環(huán)節(jié)又通過不同工藝和特定的裝備來完成。石化裝備和材料的服役環(huán)境不但復雜，而且也非常苛刻，面臨著高載荷、高沖擊、高磨耗、高腐蝕、高溫、高壓、交變疲勞、低溫、超低溫、燒蝕磨蝕等復雜的服役環(huán)境，除此之外，還要滿足低成本、易加工、易焊接等技術經(jīng)濟性要求。
雙相不銹鋼由于其獨特的組織特點，將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性與鐵素體不銹鋼所具有的較高強度和耐氯化物應力腐蝕性能相結合，使得雙相不銹鋼兼具兩相的優(yōu)點，在石化工業(yè)領域內獲得越來越廣泛的應用，并將隨著石化工業(yè)的發(fā)展和雙相鋼研發(fā)制造技術的不斷進步，雙相鋼在石化工業(yè)領域的運用將越來越廣泛。
1、雙相鋼在石化工業(yè)領域運用的歷程
雙相不銹鋼發(fā)展與應用開始于20世紀30年代，其發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)三個階段，第一代雙相不銹鋼含高鉻、鉬，耐局部腐蝕性能好，但含碳量較高，因此焊接時失去相平衡，沿晶界析出碳化物導致耐蝕性及韌性下降，焊后必須經(jīng)過熱處理，一般用于鑄件，在應用和發(fā)展上受到限制，在此階段，雙相鋼尚未在石化工業(yè)中得到運用。70年代以來，隨著二次精煉技術AOD和VOD等方法的出現(xiàn)和普及以及連鑄技術的發(fā)展，容易冶煉出超低碳的鋼，改進了第一代雙相不銹鋼的缺點，開發(fā)了新的應用領域，我國開始在煉油裝置的常減壓、催化裂化等關鍵部位采用進口雙相鋼設備，并由此開始，雙相鋼在我國石化工業(yè)領域逐步得到推廣和運用。
80年代中后期發(fā)展的超級雙相不銹鋼是屬于第三代雙相不銹鋼，這類鋼的特點是含碳量低，含高鉬和高氮，鋼中鐵素體含量40%～50%，此類鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，較高的機械強度，并在石化工業(yè)領域得到廣泛地應用。
進入21世紀以來，雙相不銹鋼的發(fā)展呈現(xiàn)兩種發(fā)展趨勢。一方面通過進一步提高鋼中合金元素含量以獲得更高強度和更加優(yōu)良的耐蝕性；另一方面轉向開發(fā)低鎳含量且不含鉬或僅含少量鉬的經(jīng)濟型雙相不銹鋼，以降低雙相不銹鋼的成本，并顯著改善雙相不銹鋼的熱加工性和焊接性，從而增加雙相不銹鋼與其他類型不銹鋼的競爭優(yōu)勢。
隨著雙相不銹鋼在國際上的不斷發(fā)展，以及國內相關技術不斷的進步和生產(chǎn)裝備的持續(xù)改進，雙相不銹鋼在石化工業(yè)領域的運用得到快速的發(fā)展，促進了我國雙相鋼品種、規(guī)格、數(shù)量和技術進步的快速發(fā)展。
在煉油和化工裝置中的運用
在常減壓裝置中的應用：主要用于減壓塔一、二級抽空冷卻器、塔內構件及常頂空冷器和減頂冷凝冷卻器襯里或管束中。
在催化裂化裝置中的應用：在催化裂化裝置的吸收、解析塔以及此部位的換熱器采用DSS復合襯里或管束，可以解決HCN-H2S-H2O系的腐蝕問題。
在高壓加氫裝置中的應用：高壓加氫裝置換熱器，解決這些設備處于H2S-H2-NH3-H2O并含有Cl-的腐蝕環(huán)境腐蝕問題。
多種反應器中的應用：甲醇反應器、氯乙烯氧氯化反應器、給水加熱器、已內酰胺廠再熱器、對苯二甲酸廠換熱器、海水換熱器等。在化肥工業(yè)中汽提塔工藝管線、泵、閥等關鍵設備的應用，解決CO2和胺腐蝕的問題。
在油氣集輸和儲運方面的運用
在石油天然氣工業(yè)中的應用：用在天然氣的工藝管線和輸送管道以及天然氣凈化廠的部分換熱器管束上。解決在天然氣的加工過程中，介質中所含有大量H2S、CO2和Cl-甚至很高的Cl-酸性環(huán)境的腐蝕問題。
油氣集輸：采用雙相不銹鋼材料，解決Cl-、CO2和部分H2S環(huán)境的腐蝕問題。
在油氣勘探開發(fā)方面的運用
在油氣開采中的應用：22Cr及25Cr雙相及超級雙相不銹鋼油套管，適用于C O 2分壓大于0.02MPa、并含有氯化物和H2S的腐蝕油井環(huán)境。
海洋油氣工業(yè)中的應用：近海油氣開發(fā)是雙相不銹鋼應用的重要領域，雙相不銹鋼不但被用于海洋采油工業(yè)，還被用于海底輸送管束及電纜連接管等，其應用前景很大。
2、雙相鋼在石化工業(yè)領域運用中需進一步解決的問題
標準方面的問題。目前，國內尚未有針對石化工業(yè)的雙相鋼生產(chǎn)、加工、制造、檢驗、檢測標準，雙相鋼的板、管、鍛、棒、焊材的標準不完善，不統(tǒng)一，標準問題制約了雙相鋼在石化工業(yè)領域的推廣和運用。國內雙相鋼生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性和成材率需進一步提高，品種規(guī)格的覆蓋率還需進一步拓寬。雙相鋼焊接工藝技術的研究需進一步加大，雙相鋼焊縫質量問題已經(jīng)成為雙相鋼設備和材料故障的主要成因。適用于石化工業(yè)的經(jīng)濟型和復合型雙相鋼的研發(fā)步伐需進一步加快，雙相鋼性能評價基礎數(shù)據(jù)的積累需進一步加強。
3、雙相鋼在石化工業(yè)運用展望
我國石化工業(yè)進入了以轉型發(fā)展、提質增效、綠色發(fā)展為主要特征的新的發(fā)展階段，“一帶一路”國際產(chǎn)能合作和《中國制造2025》戰(zhàn)略的實施必將為雙相鋼的研發(fā)創(chuàng)新帶來新動力。原油的劣質化，化工原料的多元化，石化產(chǎn)品的多樣性是石化工業(yè)的發(fā)展趨勢，以天然氣、煤制氣為原料的氣化工業(yè)將快速發(fā)展，天然氣、頁巖氣的開采與集輸，現(xiàn)有石化裝置的升級改造，煤化工，大型芳烴，精細化工等工程項目的建設以及石化裝置安全、環(huán)保、長周期的運行將給雙相鋼的發(fā)展帶來機遇與挑戰(zhàn)。
（1）亟待開發(fā)強度更高、耐蝕性更優(yōu)的超級雙相不銹鋼，以滿足海洋環(huán)境油氣的開采與集輸。
（2）加大雙相鋼以及復合管性能評價和基礎數(shù)據(jù)的研究力度，優(yōu)化生產(chǎn)、加工、制造工藝，提升質量穩(wěn)定性，滿足開采涉酸氣田天然氣的集輸需要。
（3）提高雙相鋼板、管、鍛、棒的配套能力與水平，滿足原油劣質化、原油深度加工、裝置大型化帶來的對雙相鋼的需求。
（4）完善雙相鋼標準體系，加大宣傳推廣力度，大力推進雙相鋼在煤化工設備與管道工程建設中的運用。
（5）加快研發(fā)在CO2和H2S共存的環(huán)境下，當溫度高于200℃，Cl-含量很高時，用于深井的110級、125級雙相不銹鋼油井管的研發(fā)進程，為西部油氣開發(fā)奠定裝備與材料的保障基礎。
（6）加快經(jīng)濟性雙相鋼的研發(fā)和推廣力度，進一步提升雙相鋼在石化工業(yè)領域的性價比優(yōu)勢，助力我國石化工業(yè)競爭水平的提高。
奧托昆普不銹鋼公司為內華達太陽能光伏電站提供經(jīng)濟雙相不銹鋼
奧托昆普不銹鋼公司又從美國內華達州Tonopah的創(chuàng)新型企業(yè)Crescent Dunes太陽能光伏電站獲得了一份供貨合同。除了向Crescent Dunes太陽能光伏電站提供650t的熱軋不銹鋼厚板外，奧托昆普不銹鋼公司還將提供60t經(jīng)濟雙相不銹鋼LDX21101。Tonopah Solar能源公司的太陽能光伏電站已投產(chǎn)，該電站可提供100MW的潔凈，再生可持續(xù)能源。Crescent Dunes是同類項目中的第一個項目，由Cobra Thermosolar Plant和Solar Reserve設計，采用的是Pratt & Whitney Rocketdyne公司提供的熔鹽發(fā)電塔和定日鏡技術。奧托昆普不銹鋼公司將提供60多噸70mm的熱軋LDX2101黑鋼棒材，LDX2101經(jīng)濟雙相不銹鋼是該公司的專利產(chǎn)品，由公司在英國的謝菲爾德鋼廠提供。黑鋼棒材將機加工成地腳螺栓，或太陽能板用的固定螺栓，使太陽能板在兩個面旋轉。“在成功向我方分包商制造的熱儲罐供應熱軋厚板后，我們對奧托昆普不銹鋼公司材料的性能非常滿意，所以當我們要購買地腳螺栓用材料的供貨商時，我們聯(lián)系了奧托昆普不銹鋼公司并要求提供報價。和以前一樣，奧托昆普不銹鋼公司技術合同的技術說明和可信性使我產(chǎn)相信產(chǎn)品的性能、能力和可能性，并向我們提供了決策用的所用信息。”CobraThermosolar Plant公司采購和分包主任Jose ManuelSuarez說。
Sandvik公司獲重大材料輸送訂單
Sandvik礦山工程機械公司在南美和澳大利亞獲得重大物料運輸訂單。合同總價值超過9.5億瑞典克朗，合同將在2013～2015年之間實施。合同包括總長8.9km輸送系統(tǒng)的設計和供貨，其中在南美的合同包括輸送能力為28500t/h鐵礦石輸送帶兩條，輸送能力為9500t/h的露天礦山用的矸石輸送帶兩條。澳大利亞的合同包括最大峰值能力為11500t/h的鐵礦堆場用物料輸送設備的設計、供貨和交貨。“系統(tǒng)的能力和先進程度以及出色的性能數(shù)據(jù)再次表明，Sandvik礦山工程機械公司能在連續(xù)采礦和物料運輸領域為用戶提供高科技解決方案。”Sandvik礦山工程機械公司負責礦山業(yè)務的Sandvik礦山工程機械公司的經(jīng)理Gary Hughes說。
BREEAM小學校園采用Aperam UGITOP®不銹鋼
蘇格蘭高地Inverness市的Milton of Leys小學的新校園采用的是Aperam UGITOP®不銹鋼屋面和墻體系統(tǒng)。新校園由Keppies Architects公司和（提供可持續(xù)發(fā)展和BREEAM指導的）EBBA咨詢公司設計，校園共有6000㎡的屋頂和墻面采用不銹鋼進行覆面。該校獲得BREEAM“優(yōu)級”，是HighlandSchools PPP2小學之一，也是新建的十所小學之一。Aperam UGITOP®不銹鋼經(jīng)久耐用，表面為亞光，反射性低，重量輕，每平方米不到4kg。采用不銹鋼可使建筑形式多樣化，不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，機械強度高，膨脹系數(shù)低，完全可以回收利用。為了保證學校能夠在2011～2012學年開始時投入使用，學校的建設周期非常緊。該校獲得蘇格蘭高地和島嶼建筑和設計獎的最佳建筑獎。
TMK開始生產(chǎn)超級鉻鋼VIT
俄羅斯TMK鋼管公司是世界上生產(chǎn)鋼管的主要廠家之一，一直為石油和天然氣行業(yè)提供管道產(chǎn)品，最近為亞馬爾半島的俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司（Gazprom）的Bovanenkovo凝析油氣田提供了一批13CrS鋼（超級鉻鋼）制造的真空絕熱管（VIT）。數(shù)量為500直線米。超級鉻鋼VIT非常耐腐蝕。公司首席執(zhí)行官Alexander Shiryaev先生說，在北部油田的開發(fā)中，VIT起著重要作用，可明顯地改進能源效率，提高安全性能，同時可降低對環(huán)境的影響，延長油井的使用壽命。新型管道的開發(fā)生產(chǎn)是俄羅斯替代進口的一個范例。在過去，俄羅斯使用的這種管道全部從國外進口。目前，TMK是俄羅斯唯一一家可生產(chǎn)超級鉻鋼VIT的廠家。
作者：中國石油化工集團公司熊建新 刊登于《不銹》第73期