善于應對各種苛刻工況

文/ Gerd Trommer

善于應對各種苛刻工況

文/ Gerd Trommer

在化工裝備的生產(chǎn)中，應用特種材料不僅能夠提高設備的質量，同時也能降低生產(chǎn)成本——流程工業(yè)企業(yè)對設備制造商的要求是多種多樣的。為保證設備部件和反應器能夠在腐蝕性的介質中可靠地工作，就需要利用高性能的特種材料。此時，需要與擁有多種材料和生產(chǎn)制造經(jīng)驗的專業(yè)企業(yè)合作。從鋼材到鈦合金，對于各種不同的應用都有最合適的金屬材料。

在化工設備的制造中，安全是非常重要的。安全問題關乎到方方面面，從設備本身的安全到設備的使用壽命、工廠的運行成本以及各部件能夠可靠地抵抗各種破壞。在運行中承受化學腐蝕和高負載作用的零部件，通常只能有限地滿足這些要求。有針對性研發(fā)的新材料則能夠解決這些難題。當這些新材料的加工和處理與其未來承受的負載相匹配時，使用這些新材料就能夠獲得最大的效益。在這個復雜的生產(chǎn)制造領域中，奧地利Kremsmüller公司與鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)Voestapine和Tiwag Tiroler公司共同在流程行業(yè)工廠建設領域完成了開創(chuàng)性的事業(yè)。

酸和堿常常在溫度的影響下與機械負載結合造成著很強的破壞作用，甚至能夠在“不銹鋼”的表面形成面狀、孔狀、縫隙和應力腐蝕。而氯化物、鹵素、溴化和碘化物則對腐蝕性介質的危害起著推波助瀾的作用。最新研發(fā)成功的特種鋼和特種材料能夠戰(zhàn)勝這些腐蝕。

Kremsmüller公司的材料專家們在難以加工的金屬材料方面經(jīng)驗豐富，該公司擁有特種材料加工的技術中心，專門研發(fā)在化學工藝技術領域和其他領域中適合于在腐蝕性介質和炙熱介質中使用的特種材料。在技術中心研發(fā)過程中掌握的知識和技術也被他們應用到設備的制造中，例如應用到雙相鋼、鎳基合金和鈦合金等金屬材料的反應釜、分離柱或者熱交換器的生產(chǎn)制造。其中也包括了由于要抵抗高壓和腐蝕性介質的作用有著特殊材料內壁的容器，其生產(chǎn)的最終成品的重量可達400 t。這些生產(chǎn)任務都非常專業(yè)并可完全按照用戶的要求定制。

例如，一家化工企業(yè)需要一種壓力或者變換反應器，以便能夠從碳氫化合物中提取氫。Kremsmüller公司利用金屬材料完成了三大設備的制造：125 t的壓力反應器，57 t重的管道連接和38 t重的蒸汽汽包生產(chǎn)任務。

這一生產(chǎn)任務所遇到的最大挑戰(zhàn)就是半球形反應器底部80 mm厚的埋弧焊。為了保證在半球形焊接時始終有著最有利的焊接位置，Kremsmüller公司專門設計了由埋弧焊機吊具和繞半球中心回轉的旋轉裝置組成的全新的焊接機器人。

聚焦金屬材料：創(chuàng)新性的細晶粒鋼

您應掌握的設備制造用鋼材的知識

對這種鋼材提出的主要要求是焊縫的抗拉強度要比基材更高，這意味著在強度的比較對抗中焊縫要贏。最初是將S700M號鋼作為基材。

為了在典型的700系列焊材中保證焊接焊縫的勝出，Voestalpine公司選擇了強度較低的基礎材料并開發(fā)出了改性的細晶粒鋼S580/820M。

這種改性鋼材以及變型工藝（熱機械控制工藝，簡稱TMCP工藝）的優(yōu)點是：鋼材的含碳量小于0.05%。在典型的商品鋼材中，達到這一強度的S690Q號（調質）鋼的含碳量為0.16%。在新研發(fā)鋼材中，有保證的強度值有著一個很窄的強度值范圍，以保證在零部件整個長度范圍內有著均勻的機械性能。

超大型設備的挑戰(zhàn)

另一個挑戰(zhàn)就是向40 km外河港的運輸問題。所運輸設備的總重量高達350 t，長65 m，高4.88 m。為了保證運輸?shù)陌踩煽啃裕\輸途中所有的公路隧道都用3D激光掃描儀進行了掃描。運輸物資與最低隧道的高度差僅5 cm。這家化工集團公司準時得到了他們訂購的變換反應器，按時投入了生產(chǎn)運行。

Kremsmüller公司從另一家化工企業(yè)得到了一份生產(chǎn)兩座蒸餾塔的合同。這兩座蒸餾塔與常規(guī)蒸餾塔有著兩個非常特殊的不同點：大小和材料。一座蒸餾塔的高度為40 m，另一座為70 m；兩種蒸餾塔的直徑都為4.2 m。它們所用的材料要求有很好的防銹性能和耐酸性能，有著比傳統(tǒng)的鎘鎳鋼更高的強度，需要采用雙相鋼來制造。這對焊接工人提出了很高的能力和經(jīng)驗方面的要求。

Kremsmüller公司將40 m的蒸餾塔作為一個整體部件完成生產(chǎn)制造，70 m的蒸餾塔則是作為兩個部件生產(chǎn)制造的。在蒸餾塔的兩部分運達用戶現(xiàn)場后再由焊工將它們焊接成一體，這就要在焊接時考慮它們的錯位和單側的陽光照射。140 km的運輸也是一個極大的挑戰(zhàn)：特種運輸車把蒸餾塔的前后兩段固定在拖車上，加上牽引車的總長為73 m，高和寬近5 m。

變化反應器的運輸也是一個巨大的挑戰(zhàn)：巨大反應器與公路隧道之間的最小高度差只有5 cm

可以使用多種材料

特種材料以很高的鉻、鎳、鈦或者銅等合金元素含量以及均勻的金屬晶格要求為標志。其典型的應用領域包括硫酸、氯、鹽、化肥、煤化工或者是精細化工等生產(chǎn)領域以及一些非常特殊的專業(yè)領域。

例如，Voestalpine公司就為世紀水電項目專門研發(fā)了一種鋼材。項目的重點是一個1 440 m長，直徑超過4 m，幾乎垂直的高壓管路。從2016年春天起，這一管道就要在Kaunertal熱電廠中經(jīng)受至少800萬次交變載荷的動態(tài)承載能力試驗。這相當于試驗壽命100年，遠遠長于迄今為止的70年。這根管道是由壁厚120 mm的厚板軋制，并由縱縫焊接而成的。環(huán)形焊縫將兩段管子焊接成12 m長的一段。每段焊縫以及整個管道1 000多道焊縫各有35層，展開后的總長度超過了240 km。由于有著很高的焊接自動化程度和精確的熱處理，因此達到了迄今為止無法想象的制造公差。

Tiwag公司負責Kaunertal項目的工程師Rainer Maldet先生在評價這一工程項目時說道：“Kremsmüller公司的工作水準超過了我們的想象。這不僅體現(xiàn)在他們對加工設備和埋弧焊設備的投資中，而且也體現(xiàn)在高素質員工的培訓中。”

在銑和磨加工中，自動化技術保證了可以重復再現(xiàn)的高效的生產(chǎn)工藝，也減輕了操作者的工作量。“只有這樣我們才能保證最高的產(chǎn)品質量，才能在國際市場中具有競爭力。通過在現(xiàn)代化加工技術領域中的投資和提高我們的專業(yè)技術知識與能力，我們希望在各個行業(yè)的生產(chǎn)制造加工中都保持自身的技術優(yōu)勢。”Kremsmüller公司負責人Gregor Kremsmüller先生強調說道。

純鈦金屬的熱交換器要求焊工有著非常高的技術水平，它是處理高腐蝕性介質鹽的生產(chǎn)裝置

新的可能性

通過與工藝和加工制造領域團隊的密切合作，熱電廠、鋼材生產(chǎn)廠、加工制造企業(yè)、檢驗和質量專家以及焊接材料生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出了創(chuàng)新性的技術解決方案。這就使得Kremsmüller公司擁有了最完善的加工制造設備，掌握了利用難以加工的特種鋼材生產(chǎn)制造大型流程設備部件的專業(yè)知識與技能。所能夠達到的加工制造精度和極短的供貨期成為他們的獨有的特色之一。這為各行各業(yè)的投資者和設備運營商們在得到精良的設備、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性、安全可靠性、設備的可用性和使用壽命等方面提供了新的可能。 ●

本文作者系Gerd Trommer編輯部的負責人。