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1、大型煤制甲醇装置压力容器的设计与制造研宋志伟 (内蒙古工业大学化工学院内蒙古呼和浩特市010049)摘要：本文介绍我国煤制甲醇规模大型化过程与成就，讨论了大型设备的规范、设计方法、设备用材和制造技术，指出了今后大型压力容器设计制造需要研究解决的课题。关键词：化工设备化工装置大型化压力容器设计制备随着甲醇设备日益向大型化发展，压力容器的设备直径越来越大，设备壁厚越来越厚。壁厚越厚，为保证板厚方向，尤其是板厚中部的机械性能，对压力容器的材料（包括板材和锻件）的冶炼、轧制和热处理要求及对压力容器制造厂冷热成形、焊接、热处理工艺技术的要求都越来越高。大型煤制甲醇装置中核心的反应容器如德士古气化炉、甲醇
2、合成塔、变换炉等均为典型的厚壁铬钼钢设备，笔者结合多年的实际经验对这类厚壁设备的材料选择及制造技术要求分析介绍如下。1 酸性气体介质压力容器煤制甲醇装置大部分以水煤浆气化工艺为气头，煤气化后，经洗涤和变换，原料气中含有大量的CO2 及较高的 H2S，在冷却过程中酸性冷凝液不断析出，在甲醇变换和 CO 冷却系统的管道和设备材料的选择上进行了创新探索。1.1 大口径气体管道材质1.1.1 全不锈钢有缝管效果1993 年上海华谊集团所属设计院在设计20万t a 甲醇装置时，设计对变换后和CO 冷却系统的设备采用16MnR+304 复合板材料，大口径气体管道选用全不锈钢材料。该装置在 1995 年6
3、月化工投料试车，6 次开停车，实际运行才28 天。1995 年9 月发现，变换 457 mm 14 mm 的304不锈钢管道，在离环缝熔合线边缘35 mm 处平行穿透性裂缝有4 处,致使中压合成气大量外溢，紧急停车。1.1.2 腐蚀开裂原因分析管道裂缝处取样经宏观和微观开裂形貌和产物的分析。管道所用的管子是不锈钢有缝钢管，环缝拼焊时由于错边量大，有明显强制拼装的痕迹。上海材料研究所对管道裂缝处,多处取样作金相显微分析如下。（1）宏观分析。开裂的管子裂纹长177 mm，裂纹平行于环焊缝，离环焊缝熔合线 35 mm，裂纹从宏观看较为平直，外裂纹二边无任何腐蚀现象，而内裂纹的四周则出现暗黑色。值得指
4、出的是，开裂裂纹两边出现错位，用填平法，其错位达0.5 mm，表明管子在焊接时错边较大,即第一类残余应力较大。将裂纹打开以后的宏观断口，粗糙成冰糖状，断面呈黑暗色，靠内壁颜色深，而靠外壁呈深褐色，表明两处开裂时间不同。（2）微观分析。取开裂的管子样品进行显微检查,发现发生在环焊缝处裂纹是沿晶间开裂的,在焊缝附近管子内壁出现大面积均匀的晶间腐蚀。说明裂纹是由晶间腐蚀开始，后沿纵深方向发展，裂纹出现大量的分叉，但均沿晶界开裂奥氏体钢沿晶应力腐蚀开裂（IGSCC）,裂纹内充满腐蚀产物。在断口的扫描电镜下，呈现出晶间开裂形貌。（3）腐蚀产物的X 射线衍射分析。腐蚀产物可以从二个渠道来采取，一是管内表面
5、的腐蚀产物，X 光衍射的结果为：FeS+Fe3O4；二是从断口的表面及裂纹内的产物进行微区电子探针的测定，测定结果指明腐蚀产物的元素主要是Fe,S,O,Cr,Ni,其原子百分数为45.1 28.1 14.7 9.8 2.4，表明其主要是硫的腐蚀产物，裂纹内的产物厚度达0.08 mm。（4）开裂原因分析。由以上宏观和微观开裂现象观察，变换系统管道开裂首先是从管内壁晶间腐蚀开始的。原设计图纸技术要求中，管道材料及焊接接头无抗晶间腐蚀要求，因此安装公司在编制此系统不锈钢管道焊接工艺时，焊接工艺评定也未要求进行晶间腐蚀敏感性检验。根据金相分析，试样的碳化物在奥氏体晶界区呈链状析出，说明该管在焊接过程中
6、（现场环缝）在敏化温度区停留时间过长，而导致碳化物析出，形成贫铬区，在腐蚀介质作用下管道内壁表面已发生晶间腐蚀。从上海材料所的分析报告可以得出如下结论:（1）煤制甲醇装置中内壁为不锈钢材料的设备和管道，若在热加工过程中在敏化温度区停留时间过长，在加工过程中导致了碳化铬析出，不锈钢材料已形成贫铬区，设备和管道内的腐蚀介质是会产生晶间腐蚀的；（2）设备和管道制作过程中，特别在焊缝处不能存在较大焊接残余应力。1.2 甲醇变换分离器材质改用16MnR 借助前述思路，笔者尝试了不锈钢复合板制作的变换冷却的几十台设备材料是否能改变的思路于1997 年甲醇系统大修时，在甲醇变换几台大分离器中分别作了20R、
7、16MnR 和多种不锈钢材料腐蚀挂片，对挂片厚度，重量作了精确的记录。在1998 年再作大修停车时，取出挂片重新检测。结果 16MnR 和 20R 挂片的减薄量均0.2 mm。在此挂片腐蚀实验基础上，上海华谊集团在 1999年醋酸工程配套的CO 冷却装置设计时，把CO 冷却的全部分离器由原来采用 304 L 不锈钢复合板改为16MnR 正火板，并制订相应的制造技术要求：（1）设备材料采用16MnR 正火板（尽管此批设备的30 mm）；（2）设备焊接后进行整体消除焊接残余应力处理；（3）设备壳体所有焊缝两侧热影响区，熔敷金属及母材硬度HB 180。这批设备在 2000 年投运，一直安全运行至今。
8、在 2006年8月停车期间，作了内壁目测检查及无损检测检查，观察到设备内壁光滑、无明显腐蚀迹象。1.3 甲醇洗变换气水洗塔材质改用16MnR+304 L 复合板20 万t a 煤制甲醇年装置的低温甲醇洗系统中的变换气水洗塔工作压力为3.395 MPa，操作温度 39.6，设备材料为16MnR 热轧板。此设备为三层浮阀塔，变换后气体在此设备中经水洗冷却后，进入低温甲醇洗装置，塔釜液中含有大量经洗涤下来 H2S 和CO2 酸性物质。2000 年 10 月在运行设备例行检查时,经测厚仪测定，发现设备壁厚减薄很多。紧急停车，经置换后进行内部检查，发现设备内壁连续鼓起像馒头大小的凸面，沿设备壁厚横剖面上
9、可见像香脆饼一样的金属分层,在塔釜液面上 100 mm 处及塔釜封头处尤为严重。碳钢和低合金钢在含H2S 的水溶液中，在钢表面的鼓包现象称谓氢鼓泡，而且从横剖面上也已看到生成了平行裂纹并连接贯通成阶梯状破裂，这是典型的氢诱发阶梯裂纹。据此分析，此设备在水洗后，特别在塔釜洗涤液液面处积聚（40）的 H2S 腐蚀气体，而此设备16MnR 热轧板材料又存在非金属夹杂物和分层式带状缺陷，因文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7
10、N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF
11、7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 H
12、F7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7
13、HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7
14、 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G
15、7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10
16、G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8此产生了氢鼓泡和氢诱发阶梯裂纹。据此经验，在 2006 年建设 45 万t a 煤制甲醇装置时，关于变换和CO 冷却的设备和管道的设计，要求设计院对设备选材原则作如下规定。（1）设计温度 300采用 14CrIMoR或15CrMoR；（2）设计温度在 150300 采用16MnR 正火板
17、；（3）设计温度在150 采用 304 L+16MnR 复合板。由于 45 万t a 煤制甲醇装置中变换设备直径均很大，因此16MnR 正火板的壁厚大多 40。吸取水洗塔发生氢鼓泡的教训，16MnR 正火板的板材质量不许存在内在缺陷。上海华谊集团对由复合板改用16MnR 正火板设备提出如下较为严格材料要求：（1）应严格控制 S、P 含量，w（S）0.010%；w（P）0.012%；（2）应对板材逐张进行超声波检测，当3030 mm，设备焊后需作消除焊接残余应力整体热处理。根据GB T47092000 钢制压力容器焊接规程规定，焊后热处理温度为600640，正处在敏化温度区附近，热处理时需在此温
18、度停留若干小时。而当复合板封头壁厚较厚时，需在 900 热压成形，然后空冷通过敏化温度区时，也存在形成碳化铬沿晶间析出，从而形成贫铬区可能。一般解决复合板封头碳化铬析出问题有两种技术方案：（1）复合板封头高温热成形后急速冷却，不在敏化温度区停留时间较久，但冷却速率不易控制，且封头拼接焊缝需重新铇除换肉重焊，工艺复杂；（2）封头分瓣冷成形后再焊接，但必须保证封头拼焊后的圆度，及控制瓣片间的错边量。45 万 t a煤制甲醇装置中的厚复合板设备封头，为了保证晶间腐蚀敏感性检验的合格，大多采用了第二种方案。但这种方案只规避了封头母材的高温热成形后，空冷经过敏化温度区的问题。设备整体焊接完成,消除焊接残
19、余应力热处理在敏化温度区保温问题的解决，途径也可采用不锈钢复合板所有焊缝先完成基材和过渡层焊接，然后即进行设备整体消除焊接残余应力热处理，然后再进行复合层面层的焊接，这样能规避焊缝的面层不在敏化温度区停留，但是复合板复合层在设备热处理时仍会在敏化温度区停留。因此，厚基层板不锈钢复合钢板压力容器制造时要通过晶间腐蚀敏感性检验，壳体复合钢板供货商还要根据设备模拟焊后热处理要求进行复合钢板晶间腐蚀敏感性检验。而设备制造厂对焊接工艺评定试板和产品试板，在同热成形、热处理条件下，试板的母材、热影响区及焊缝熔敷金属均要进行晶间腐蚀敏感性检验并符合JBT214332008 要求。3 低温压力容器3.1 技术
20、关键四套煤制甲醇及煤制CO 装置的低温甲醇洗净化装置的一批低温设备，设计温度均在-45-70，设计压力在4.0 6.9 MPa 条件运行。低温容器制造，特别是厚壁低温容器制造的关键技术问题，第一在于低温钢板、锻件、接管和换热管材料，在设计温度的低温冲击值保证；第二在于焊接工艺评定试板及产品试板在热处理条件下，在低温设计温度的低温冲击值保证；第三在于设备热处理后其A、B、C、D 类焊缝及热影响区，在设备射线、超声波及磁粉检测下，无任何细微裂纹。低温压力容器制造成功是有关低温材料（包括焊接材料）、焊接工艺、热处理工艺及无损检测等的系统工程。3.2 自制低温压力容器用材和焊接材料全部进口20 世纪
21、90 年代前期，国内大化肥虽已有多套低温甲醇洗装置，但均系从德国林德成套引进设备。当时国内还无成套制作低温设备的经验，这对第一次进行低温甲醇洗装置国产化制作是个极大的挑战。鉴于当时上海华谊集团20万t a甲醇工程属上海市重点工程，工期紧迫，而当时国内低温材料（包括钢板、钢管、锻件、焊接材料）低温冲击AKV 值不稳定，材料在规格、配套焊材以及交货期方面均有一定的文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 Z
22、P5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10
23、ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10
24、 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S1
25、0 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S
26、10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6
27、S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y
28、6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8困难，而该工程很多规格所用材料数量又较少，因此决定该装置低温压力容器用材，包括相应焊接材料采用进口材料，选华谊集团上海化机一厂作为当时国内制造第一套低温甲醇洗装置压力容器的制造厂。在2000 年建设第 2 套 20 万t a煤制甲醇装置时，也同样采用低温设备的全部低温材料向国外采购，低温设备制造由国内完成。2
29、0 世纪 90 年代末从国外采购的低温钢板，按 ASME 规定的低温冲击温度，SA516、Gr70 为-45，而 SA203 Gr.D 的低温冲击温度为-101，复验在此温度下的低温冲击 AKV 值均都大大高于ASME 所规定的标准值，而少数SA350 Gr.LF3 锻件的低温 AKV 值合格是很勉强的。国外低温材料在国内成套制作低温设备技术的关键是国内制造厂在焊材的匹配、预热温度、层间温度、焊接线能量和焊接线速度及热处理工艺（包括低温厚板焊接后消氢措施）确定，从而保证焊接工艺评定试板及产品试板的设计温度低温冲击值。这是每家低温压力容器制造厂所必须探索的技术要点，也是上海化机一厂在自主创新制造
30、低温甲醇洗装置的低温压力容器攻关过程中自主解决的关键技术系列问题。3.3 自制低温压力容器用材改用国产09MnNiDR 钢板3.3.1 改用国产材料的迫切性和可能性上海华谊集团在2004 年设计 45 万t a煤制甲醇装置时，在作低温甲醇洗装置的低温容器材料设计选材原则决策时，笔者对国内钢厂的低温钢板和锻件厂的低温锻件及国内大型压力容器厂的低温容器的当时制作现状作了大量调研，感到我国随着煤化工迅速发展，低温容器需求日益增多，我国冶金和装备工业对低温材料及制造水平也正日益提高，主要在以下4 个方面作了大量工作：（1）系统进行了低温钢材的物理性能、力学性能、热处理性能、冷热加工性能及焊接性能等方面
31、的实验研究，积累了大量的工程应用数据，为-45 级低温压力容器的设计与制造提供了技术依据。（2）从合金元素及低温冲击功等关键技术内容综合考虑，我国0.5Ni 低温钢钢板及锻件的技术条件均处于国际领先水平，且均有2 家以上的钢材生产厂进行正常生产和供应，为钢材的选用提供了保障。（3）研制的手工焊焊条及埋弧自动焊焊接材料性能与钢板很好地匹配，且具有含镍量少（甚至不含镍）、价格低的优点，有助于低温压力容器的国产化。（4）0.5Ni 钢制低温压力容器已成功地应用于大型合成氨、乙烯、煤化工等成套装置，为-45 级低温压力容器的国产化作出了贡献，具有显著的经济效益和社会效益。发现国内两家钢厂的09MnNi
32、DR 钢板在-70 冲击温度下的AKV 值，已达到大约150 J 至200 J 之间，但用 09MnNiDR 低温钢板制作的低温容器应用厚度，在工程界还局限在 40 厚板 3.5Ni 钢低温容器在国内制造厂制造时也同样处在摸索中，由于当时国际原油价格攀升，导致国内甲醇供不应求，为求装置建设工期尽量短及质量稳妥，当时决定-70 等级的低温容器采用国产 304 不锈钢，这样工期短且设备装置质量无后顾之忧。-45 等级低温容器全部采用国产 09MnNiDR、09MnNiD 及 09MnD 低温材料，共计22 台，全部由国内制造。3.3.2 09MnNiDR 板制容器技术水平上海华谊集团及所属设计院共
33、同编制09MnNiDR 钢制低温压力容器的材料和制造技术要求，其中对09MnNiDR、09MnNiD 锻件和 09MnD 钢管材料除按现有标准规范外，主要补充技术要求如下：（1）w（S）0.010%，w（P）0.012%；（2）虽然用在-45 等级的低温压力容器，但对 09MnNiDR 和09MnNiD 夏比 V 形缺口冲击实验温度要求为-70，对 09MnD 实验温度为-50，夏比 V 形缺口冲击实验，冲击功三个试样的平均值AKV 54 J，单个试样 AKV 48 J，试样取样为横向。由于考虑到国产低温焊接材料的埋弧焊焊丝 H08Mn2E 最低冲击实验温度为-60，因为当时国内还不能生产用于
34、制造药芯焊丝的高冶金质量的低碳钢带，因此要求制造厂采购09MnNiDR 相匹配的国外低温焊接材料。从复验数据说明，国产的-70 温度等级 0.5Ni 低温钢板和锻件的冶炼、轧制和热处理水平及低温冲击性能已达到国际先进水平。工业发达国家标准ASME 所规定的3.5Ni 钢S、P 含量大大高于09MnNiDR，其AKV 标准所规定的值也和我国相当（其实物的 AKV 值水平确实也和我国实物水平相当）。上海华谊集团在设计45 万 t a 煤制甲醇装置中，09MnNiDR 钢板只应用于-45 温度等级的低温设备，在制造技术要求中，对焊接工艺评定试板和产品试板低温冲击 AKV 值要求不低于母材水平。据调查
35、，09MnNiDR 钢板目前在国内应用还大多局限在壁厚 60 mm 厚壁低温容器时，仍在大量采购国外3.5Ni 钢，而09MnNiDR 钢板价格仅为上述钢的1/2，且交货期又短。其原因：一则在于GB 3531 所规定的使用最厚壁厚60 mm，工程公司按规范选材不敢突破；二则在于低温容器焊接接头性能是取决于焊接材料匹配，焊接工艺和热处理工艺参数的确定，其-70 AKV 值，实际情况是母材值手工焊接接头值 自动埋弧焊焊接接头值。从金相分析表明，-70 低温冲击功AKV100 J的试样，其金相组织为铁素体+珠光体，AKV 较低的试样（例如上述66J），金相组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体。由于少量贝
36、氏体的存在，降低了钢板的低温冲击功。某低温容器制造厂采用厚度16 mm 09MnNiDR 的正火钢板进行了焊接接头力学性能实验。手工焊采用4 mm YTW707A 焊条，380 烘焙 1 h。埋弧自动焊焊丝为4 mm H08Mn2E，焊剂 YD507A，400 烘焙 1 h，并在 150保温使用。手工焊焊接线能量为 12 kJ cm，埋弧自动焊焊接线能量为20 kJ cm。焊接试板进行560 保温 2 hSR 热处理，然后取样进行拉伸、冲击和弯曲实验。拉伸和冲击实验结果列于表1，手工焊和埋弧自动焊两组各4 个侧弯试样弯曲实验结果均合格。4 我国大型压力容器设计和制造应重点关注的问题（1）水煤浆
37、气化炉从20 世纪 80 年代末开始设计和制造，由于美国德士古公司采用 SA387Gr11 CL2 材料，我国工程公司设计院一直沿袭至今，仍向国外采购，设备造价是采用国产14Cr1MoR 材料的 1.5 倍。经过 20 年发展，我国的铬钼钢厚板性能已有了长足进步。在45 万t a煤制甲醇装置中，水煤浆气化炉=76 mm 炉体仍采用进口 SA387 Gr11 CL2，而变换炉=76 mm 炉体，上海华谊集团要求其下属设计院采用国产 14Cr1MoR。两者同为 1.25Gr-Mo 抗氢钢，且变换炉设计温度为480，气化炉设计温度为425 ,而后者经变换后氢分压比前者高。在材料采购及设备制造中上海华
38、谊集团对关键数据已进行跟踪，作了详细对比，气化炉材料是否能国产化十分值得探讨。（2）水煤浆气化炉的水冷却激冷室沿袭采用 SA387 Gr11 CL2 内壁堆焊 316L技术方案。该工艺流程中紧接后面的水洗塔材料采用 16MnR+316L 复合板方案，至今很多设计院对此二种大型设备未提出晶间腐蚀敏感性检验要求。而在上海华谊集团对实际运行中变换不锈钢管道环缝大面积开裂的腐蚀分析中，已证明原料气中酸性气体介质会导致不锈钢晶间腐蚀发生，此技术问题应引起设计单位和业主的高度关注。（3）从 20 世纪 80 年代引进美国德士古炉，内壁堆焊316 L，气化水洗塔采用16MnR+316L 复合板，从气化炉至水
39、洗塔，水洗塔至变换外管管道均采用碳钢管道，而变换大口径的气体及气液两相管道一直沿用不锈钢管道，变换装置中低于300 的压力容器（包括分离器和各级冷却换热器）均采用复合板。在煤制甲醇装置设计中，各设计院至今仍遵循以上选材原则。在本文中已介绍，上海华谊集团在三套煤制甲醇装置的建设和运行中，已把变换管道和设备逐步改为碳钢材料，且长期安全运行。因此，水煤浆气化和甲醇变换系统的用材问题值得探讨，此问题经济效益显著。文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F1
40、0D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F
41、10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1
42、F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH
43、1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:C
44、H1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:
45、CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码
46、:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8（4）低温压力容器的材料和制造国产化问题正在探索中前进，其中09MnNiDR 板厚的使用厚度现标准上限为60 mm，在实际应用中已突破此上限，深层次更应探讨09MnNiDR 厚板焊接接头的焊材匹配，焊接工艺和热处理工艺参数确定，特别是厚板自动埋弧焊焊接接头的低温冲
47、击值关键技术问题，从而讨论-45 和-70 两个温度等级的 09MnNiDR 的厚度标准中使用上限问题。（5）甲醇合成装置中压力容器，由于考虑碳钢材料和合成气接触生成羰基铁而会致使合成触煤中毒问题，合成塔内壁、内件及其他设备局部采用了不锈钢。上海华谊集团 45 万t a 煤制甲醇装置引进瑞士卡萨里技术，合成塔壳体采用SA387 Gr11 CL2 材料，塔内壁直接和合成气接触，不堆焊不锈钢。而在60 万t a 煤制甲醇装置中，卡萨里公司甲醇合成塔及其他设备又提出了采用不锈钢，但部位和其他国外工程公司不同。因45 万t a 装置开车时间才 2 年，正在密切注视该合成塔内反应温度，及触煤活性变化。关
48、于系统论述羰基铁生成机理资料至今还不多。因此，甲醇合成设备选材及羰基铁生成也是非常值得探讨的问题。5 结束语随着世界经济发展，能源问题肯定成为世界经济重要关注问题。为迎接下一轮经济周期高潮来临，煤制甲醇、煤制油的大型装置投资一定会迎来新一轮发展。而煤制合成氨装置和煤制甲醇的工艺流程和设备有相同之处，因此在大型煤制甲醇装置设备在材料和制造中的创新突破，一定会推进我国大型煤化工装备技术的突破。煤化工装置日益大型化，首当其冲的是要实现煤化工设备的大型化，这给我国压力容器行业提出了许多新的课题，其中标准规范、设计方法、设备用材、制造技术必须相应跟上发展和完善。随着装置压力容器壁厚越来越厚，在制造过程中
49、采用热成形和热处理机率越来越高，往往破坏了材料的供货热处理状态，从而降低了材料力学性能，因此制作中“恢复材料力学性能”概念越来越重要。在材料采购技术要求中，对材料供货商要求“模拟焊后热处理”也越来频繁，诸如此类概念，在标准规范中应得到完善。神华煤制油反应器已开车成功，其反应器为国产单层锻制容器。60 万t a 甲醇的甲醇合成塔为=134 mm 单层厚板容器。前述的厚壁低温容器的材料及容器制造，对低温厚板、大锻件、低温管材需求越来越大，60 万t a 甲醇装置的低温壁厚已达 92mm，因此对材料和制作日益提出了新难题。对广大设计人员来说随着压力容器大型化，对厚壁容器的材料和制造应有更深入理解。煤
50、化工装置大型化，对压力容器行业不断提出了新的挑战，发展煤化工是我国能源战略的重要部分，增强自主创新，推进能源科技装备技术，这是我国民族能源工业的重要决策，因此也为推进煤化工装备自主创新带来了极大的机遇，煤化工装置压力容器更大型化需压力容器全行业的共同努力。文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8文档编码:CH1F10D5Q10G7 HF7N3R9Y6S10 ZP5B8S8Y8E8