國內鈦焊管的發展及其在石化行業的應用*

謝 祎，羅求能，吳芝華，李建飛

（湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益陽413000）

國內鈦焊管的發展及其在石化行業的應用*

謝 祎，羅求能，吳芝華，李建飛

（湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益陽413000）

簡要介紹了常用鈦合金的牌號、鈦合金直縫焊管（簡稱“鈦焊管”）的生產工藝流程以及近年來國內鈦焊管行業的發展情況。通過鈦焊管與鈦無縫管在力學性能、質量、經濟性以及環保性等方面的對比，表明鈦焊管的綜合性能更好。目前，在日本、美國和歐洲等國家和地區，鈦焊管在很多領域正在逐步取代鈦無縫管和其他管材。由于鈦焊管具有優異的耐腐蝕性，將其用在石油精煉的熱交換器、蒸餾塔、反應器等，會大幅度降低設備的維修維護成本，提高設備的使用壽命，因此鈦焊管在石油化工行業的應用將成為必然的發展趨勢。

鈦焊管；石油化工；防腐蝕；技術與經濟性

鈦及鈦合金直縫焊管（簡稱“鈦焊管”）是將鈦及鈦合金卷帶材或寬幅板材經卷曲軋制成管形后焊接而成。美國的鈦合金牌號主要有Gr.1、Gr.2和Gr.12等，國內的鈦合金牌號主要有TA1、TA2和TA10等。鈦焊管的生產工藝流程如下：鈦帶開卷→剪切對焊→活套儲料→鈦帶清洗→管形成型→焊接→焊縫渦流探傷→預定徑→在線退火→精定徑/矯直→渦流探傷→激光測徑→在線噴碼→定尺切割→超聲波探傷→精定尺/平頭→氣密性試驗→成品檢驗→包裝入庫。

1 近年來國內鈦焊管行業的發展

由于受原材料和加工技術等多方面的制約，鈦焊管的生產技術多年來一直掌握在日本、美國、法國、俄羅斯等國家的專業廠家手中。我國鈦焊管的發展相對于其他鈦加工產品起步較晚，且前期發展比較緩慢。雖然鈦無縫管在國內起步較早，但由于鈦無縫管加工工序多、生產周期長、效率低、成本高，使得其應用受到限制，而鈦焊管生產效率和成材率高，且鈦焊管脹管、彎曲等性能與無縫管相近，因此國內外鈦焊管的用量在逐年增加，并在電站冷凝器中的應用日益增多[1]。

在鈦焊管發展早期，雖然我國從國外引進了完整的小直徑鈦焊管自動生產線，結束了我國不能生產鈦焊管的歷史，但由于當時國內生產鈦焊管的原材料鈦帶卷完全依賴進口，且無法提供薄壁鈦焊接管用的帶坯，同時國外鈦帶卷的銷售價格較高，因此抑制了國內鈦焊管的生產[2]；另外，因技術引進消化和原料采購困難的多重影響，國產鈦焊管一直未真正具備批量生產能力，當時國內的鈦焊管市場也未真正形成。

近十年來，我國鈦焊管行業快速發展，主要是由于國內在鈦焊管原材料——鈦帶卷的生產技術上取得了重大突破，國產冷熱軋鈦帶卷的技術性能指標、質量穩定性等能夠滿足鈦焊管的要求。湖南湘投金天科技集團旗下的湘投金天鈦金屬有限公司于2007年通過 “鈦鋼聯合模式”研制出中國第一卷寬幅熱軋鈦帶卷；2008年又研制出冷軋鈦帶卷，打破了日本和美國在這個領域的壟斷，為我國鈦焊管產業提供了原材料支撐，隨后國產鈦焊管也應運而生。

寶鈦集團有限公司與國內外多家企業合資的西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司于2007年正式投產，該生產線的投產推動了國內鈦焊管生產技術的進步。隨著2011年寶鈦集團有限公司在鈦冷軋板帶技術方面的突破，西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司也實現了國產鈦冷軋板帶的批量生產。

近年來，隨著鈦行業整體的進步，海綿鈦產能的膨脹，鈦帶卷等鈦加工產能的擴張，下游鈦焊管行業也取得了長足的發展，自2008年起國內陸續建成了多條鈦焊管生產線。鈦焊管產能的擴張以及鈦行業發展速度的放緩加劇了鈦焊管企業間的競爭。目前，除了湘投金天科技集團等具備完整鈦產業鏈的企業外，其他鈦焊管企業，以及眾多以不銹鋼管、稀有金屬管材為主業的企業也在推動著鈦焊管產業的進步。鈦焊管企業越來越重視新技術的開發和差異化的發展。

鈦焊管的應用領域在不斷拓展。鈦焊管已經成為很多行業替代不銹鋼管、銅鎳合金管、鈦無縫管的首選管材[3]。國產鈦焊管經過幾年的發展，突破了一系列關鍵工藝及技術瓶頸，已廣泛應用于電力、空調、海水淡化、水處理設備等領域。另外，國產鈦焊管也實現了批量出口。可見，國產鈦焊管的生產工藝及質量水平均有較大幅度的提升。

2 鈦焊管的綜合優勢

在我國，低強度、低合金化鈦無縫管的生產技術比較成熟，在一些需耐高壓以及結構受力用管方面，一般采用厚壁鈦無縫管。但是，由于鈦無縫管成品率低、交貨周期長等因素的影響，使得大力發展鈦焊管已經成為鈦管行業的趨勢。與鈦無縫管相比，鈦焊管的綜合優勢越來越明顯，在日本、美國、歐洲等國家和地區，鈦焊管正逐步取代鈦軋制管[4]。

2.1 鈦焊管與鈦無縫管力學性能基本一致

以換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管為例，國家標準為GB/T 3625—2007，美國標準為ASTM B338，鈦焊管與鈦無縫管在化學成分、力學性能和工藝性能等指標方面差異不大，甚至相同。隨著鈦焊管焊接及熱處理技術的進步，國內薄壁鈦焊管普遍采用單槍或多槍TIG/PAW自熔焊接，焊接后采用在線熱處理工藝，通過優化焊接、退火工藝，使母材、焊縫、熱影響區的顯微組織基本上接近，同時消除了焊接應力，使焊縫組織均勻化。通過對比發現，鈦焊管焊縫成分與母材基本一致，焊縫力學性能、防腐蝕性能與母材無異[5]。

2.2 鈦焊管的外觀及質量優于鈦無縫管

鈦焊管采用冷軋帶卷焊接而成，壁厚均勻，同心度好，光潔度好，管內不易結垢。尤其是薄壁鈦管，用無縫軋制工藝生產根本無法達到其技術要求。鈦無縫管經過軋制或拉拔工藝，很難做到壁厚1mm以下；而鈦焊管可以做到壁厚0.5mm及以下，節約了大量的材料及成本。同時由于鈦焊管壁厚較薄，可獲得更高的傳熱系數，取得更好的傳熱效果。

2.3 鈦焊管的成本和環保優勢突出

鈦無縫管生產工藝過程復雜，常規采用三輥或多輥軋機、拉拔機將一定規格的管坯經多道次軋制或拉拔，最后經過減徑減壁后生產出無縫管。該工藝過程生產效率和成材率較低。鈦無縫管從海綿鈦到管材，通過軋制或拉拔，材料浪費較大，成材率只有50%左右，并且無法實現大規模批量生產，生產周期也相對較長[6]。而鈦焊管是通過自動化連續生產線，采用壁厚均勻的鈦帶卷經過冷彎成型、焊接、在線熱處理、定徑矯直、無損檢測和氣密性測試等工序生產而成。從海綿鈦到焊接管材，材料利用率通常在80%左右，如果以鈦帶卷為原材料，其材料利用率在95%以上。隨著國內鈦工業的迅速發展以及焊接技術日趨成熟，鈦焊管的生產效率也將大幅度提升，質量穩定性、一致性以及生產效率將會更高，可以按照客戶要求定尺切成所需長度，交貨期短，材料利用率高，單位成本較無縫管將會更低。

鈦無縫管通常采用軋制或拉拔等工藝生產。生產過程中將會使用大量的軋制油、拉拔油等，生產現場污染嚴重。鈦管軋制、拉拔加工后，需要對管材內外表面的油脂、污物等進行脫脂、酸洗，酸洗過程對環境污染較大。為了保證操作人員的健康，保護環境，就必須增加防護設備及保護措施，因而也就增加了資金投入，產品生產成本也相應提高。而鈦焊管是通過自動化生產線連續大批量生產，質量穩定，生產效率高，生產過程中除一定的水電氣等能源消耗外，對環境幾乎沒有污染。

3 鈦焊管在石油化工行業的應用

鈦是優良的抗腐蝕性材料。除氫氟酸、硫酸、鹽酸、磷酸4種無機酸，腐蝕性很強的氯化鋁以及甲酸、草酸、三氯乙酸3種熱濃的有機酸外，鈦及其合金對大部分化學介質具有突出的耐腐蝕性能[7]。尤其是鈦能較好地抵抗氯離子的侵蝕，因此鈦使用在與氯相關的介質中較多。

鈦焊管由于具有強度高、質量輕的優點，同時具有良好的熱傳遞性和耐腐蝕性能，已被廣泛使用在電力、海水淡化、水處理設備、空調設備、真空制鹽、制藥等行業。

石油化工行業是以石油、天然氣為原料生產合成薄膜、纖維、橡膠及其衍生品的現代工業，在國民經濟中占有重要地位，我國也是世界石化工業大國。在加工過程中，加工設備要與各種高溫、高壓、腐蝕性介質接觸，易發生腐蝕泄露事故。

在石油煉制中，原油中的鹽分和硫對銅合金和不銹鋼設備腐蝕非常嚴重。由于鈦材具有優異的耐腐蝕性，可用來制作石油精煉的熱交換器、蒸餾塔、反應器等[8]。鈦焊管可取代銅鎳合金管、不銹鋼管用于制作換熱器，純鈦焊管（如Gr.2）用作常壓原油蒸餾塔冷凝器管組時，使用溫度不宜超過121℃。煉油設備中汽提塔可除去H2S和NH3，但汽提塔冷凝物內會有30%～40%的NH4HS等，鈦是少數幾種可有效抗高濃度NH4HS腐蝕的結構材料之一，鈦焊管可用作汽提塔冷凝管件管路。另外，煉油廠的海水冷卻系統腐蝕嚴重，而鈦材在海水中具有優良的耐蝕性，鈦焊管在海水冷卻系統管道中可大批量的使用[9]。

在石油化工產品生產過程中，在一些熱交換器、循環管道、進料出料管道等裝置中采用鈦焊管，可大大提高抗腐蝕性能，延長使用壽命。尤其在冷凝和換熱設備中，由于鈦的浸潤性非常小，不會使液體生成膜狀冷凝，只能生成容易滴落的滴狀冷凝，這種冷凝比薄膜更有益，使冷凝更趨于完全。同時也由于鈦表面有難以沾濕的膜，使銹垢不易附著，因而污垢系數值較小，提高了傳熱系數，有效回收和節約了能量。使用鈦焊管的鈦冷凝和換熱設備，是鈦制設備的一個重要領域[10]。

石油化工行業中很多裝置都因為不銹鋼管、銅鎳合金管耐腐蝕性能的局限轉而使用鈦焊管。實踐也證明，在許多腐蝕性強的裝置使用鈦焊管后，減少了維護的時間和頻率，保證了設備的正常運行，提高了企業的競爭力。

鈦焊管能否在石油化工行業大規模推廣使用，關鍵取決于其技術和經濟效益。鈦的價格相對鋼、鋁、銅、不銹鋼的價格較高，初始投資較大。而鈦的最大優勢在于耐蝕性好，使用壽命長，維護成本低，需要全方面、科學的評估和計算采用鈦焊管的經濟效益。

4 結 語

隨著對鈦焊管了解的加深，鈦焊管在石油化工行業中的使用將會得到市場的認可，使用范圍會越來越廣，市場份額也會越來越大。雖然鈦焊管與常用流體輸送管道相比投資成本較高，但是其成本要低于鈦無縫管，且從鈦焊管的使用壽命和維護周期來分析，鈦焊管的投資成本可以在使用中得到補償，管道系統中使用鈦焊管可通過減少定期維護次數，減少停產時間、提高產品質量，提高管道壽命來降低生產成本。特別是近年來全球鈦行業不是很景氣，競爭又非常劇烈，鈦焊管價格一直處于較低位的水平，石油化工行業內企業選用鈦焊管前期設備投入成本更低。

雖然我國鈦焊管行業取得了快速發展，生產工藝及質量水平大幅提升，鈦焊管已經被大量應用于電力、海水淡化、水處理設備、空調設備等行業，但在石油化工行業，對鈦焊管的使用還在持續推廣中。

[1]韓明臣，陳清勤.焊接鈦管的生產及其在電站冷凝器上的應用前景[J].焊管，1999，22（2）：1-5.

[2]陳玉良，劉建良，黃子良，等.國內鈦帶卷生產現狀及發展前景[J].鈦工業進展，2010，27（5）：6-8.

[3]劉增文，孫俊峰，吳新章.火力發電廠凝汽器鈦管的焊接工藝及應用[J].河北電力技術，2006，25（2）：14-15.

[4]王向東.鈦發展戰略[J].稀有金屬快報，2004，23（7）：1-7.

[5]曾慶楠.鈦焊管在制鹽設備應用前景的分析[J].中國井礦鹽，2013，44（3）：35-37.

[6]林永新.鈦及鈦合金管材生產技術現狀[J].稀有金屬快報，2005，24（2）：1-2.

[7]鄒武裝.鈦手冊[M].北京：化學工業出版社，2012：12-19.

[8]王桂生.鈦的應用技術[M].長沙：中南大學出版社，2007：288-292.

[9]黃伯云.中國材料工程大典（第4卷）有色金屬材料工程（上）[M].北京：化學工業出版社，2005：503-511.

[10]洪國寶.化工設備設計全書 鈦制化工設備[M].北京：化學工業出版社，1987：121-132.

Development of Domestic Titanium Welded Tubes and Its Application in Petrochemical Industry

XIE Yi，LUO Qiuneng，WU Zhihua，LI Jianfei
（Hunan Xiangtou Goldsky New Materials Co.,Ltd.,Yiyang 413000,Hunan,China）

In this article,it briefly introduced the mark of titanium alloy in common use,the production process flow of titanium alloy longitudinal welded pipe(Hereinafter referred to as"titanium welded pipe"),and the development situation of titanium welded pipe industry in recent years.Through contrast between titanium welded pipe and titanium seamless pipe in mechanical performance,quality,economy and environmental protection property,it showed that the comprehensive performance of titanium welded pipe is better.At present,in Japan,the United States，Europe，and other countries and regions,the titanium welded pipe gradually replaces titanium seamless tube and other tubular product.Because the titanium welded pipe has excellent corrosion resistance,it’s usage in heat exchanger,distillation column,reactor,etc.can sharply reduce the cost of equipment maintenance and improve the service life of equipment,so the application of titanium welded pipe in petroleum and chemical industry will become the inevitable development trend.

titanium welded tube;petrochemical industry;corrosion resistance;technology and economy

TG166.5 文獻標志碼：B DOI:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.03.003

湖南省戰略性新興產業科技攻關類項目“海洋工程用高端耐蝕鈦管材關鍵技術研究與產業化示范”（項目號2014GK1009）。

謝 祎（1984—），男，國際焊接工程師，主要從事鈦及鈦合金焊管的技術研究與新產品開發工作。

2015-12-18

修改稿收稿日期：2016-01-16

謝淑霞

2016年（第十七屆）中國焊管（冷彎）行業年會將于五月召開

2016年（第十七屆）中國焊管（冷彎）行業年會將于2016年5月19—23日在貴州省銅仁市召開。本屆年會是在我國十三五規劃開局之年召開的一次十分重要的大型行業年會。

年會得到了中國鋼鐵工業協會、中國冷彎型鋼協會的大力支持，兩會主要領導同志專程到會指導并作專題報告。

年會將為到會單位提供十三五期間我國鋼鐵行業五年去產能調整的頂層設計和規劃意見；提供冷彎型鋼在重點行業應用、推廣的市場需求及發展前景的分析；提供新技術、新工藝、新裝備和二手設備調劑的咨詢介紹；提供軋輥耐磨技術的推廣；并提供考察活動，為參會者提供一個行業內信息溝通、業務洽談、交友聚會、共謀發展的重要平臺。

年會將有國內眾多焊管裝備制造及配套廠家參加。

●會議時間：2016年5月19日全天報到、銅仁高鐵南站接站、銅仁機場接機。5月23日上午疏散。

●會議地點：銅仁市花果山維景國際大酒店（總機：0856-8996666）。

行業年會咨詢電話：13805408006 13705409270

2016年中國焊管（冷彎）行業年會

秘書處

2016年3月6日