文/ Gerd Trommer

善于應(yīng)對各種苛刻工況

文/ Gerd Trommer

在化工裝備的生產(chǎn)中，應(yīng)用特種材料不僅能夠提高設(shè)備的質(zhì)量，同時也能降低生產(chǎn)成本——流程工業(yè)企業(yè)對設(shè)備制造商的要求是多種多樣的。為保證設(shè)備部件和反應(yīng)器能夠在腐蝕性的介質(zhì)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(yīng)用都有最合適的金屬材料。

在化工設(shè)備的制造中，安全是非常重要的。安全問題關(guān)乎到方方面面，從設(shè)備本身的安全到設(shè)備的使用壽命、工廠的運(yùn)行成本以及各部件能夠可靠地抵抗各種破壞。在運(yùn)行中承受化學(xué)腐蝕和高負(fù)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(dāng)這些新材料的加工和處理與其未來承受的負(fù)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(fù)雜的生產(chǎn)制造領(lǐng)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(shè)領(lǐng)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(jī)械負(fù)載結(jié)合造成著很強(qiáng)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(yīng)力腐蝕。而氯化物、鹵素、溴化和碘化物則對腐蝕性介質(zhì)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(shù)中心，專門研發(fā)在化學(xué)工藝技術(shù)領(lǐng)域和其他領(lǐng)域中適合于在腐蝕性介質(zhì)和炙熱介質(zhì)中使用的特種材料。在技術(shù)中心研發(fā)過程中掌握的知識和技術(shù)也被他們應(yīng)用到設(shè)備的制造中，例如應(yīng)用到雙相鋼、鎳基合金和鈦合金等金屬材料的反應(yīng)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(zhì)的作用有著特殊材料內(nèi)壁的容器，其生產(chǎn)的最終成品的重量可達(dá)400 t。這些生產(chǎn)任務(wù)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(yīng)器，以便能夠從碳?xì)浠衔镏刑崛?。Kremsmüller公司利用金屬材料完成了三大設(shè)備的制造：125 t的壓力反應(yīng)器，57 t重的管道連接和38 t重的蒸汽汽包生產(chǎn)任務(wù)。

這一生產(chǎn)任務(wù)所遇到的最大挑戰(zhàn)就是半球形反應(yīng)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(shè)計了由埋弧焊機(jī)吊具和繞半球中心回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置組成的全新的焊接機(jī)器人。

聚焦金屬材料：創(chuàng)新性的細(xì)晶粒鋼

您應(yīng)掌握的設(shè)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(qiáng)度要比基材更高，這意味著在強(qiáng)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(qiáng)度較低的基礎(chǔ)材料并開發(fā)出了改性的細(xì)晶粒鋼S580/820M。

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

超大型設(shè)備的挑戰(zhàn)

另一個挑戰(zhàn)就是向40 km外河港的運(yùn)輸問題。所運(yùn)輸設(shè)備的總重量高達(dá)350 t，長65 m，高4.88 m。為了保證運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃?，運(yùn)輸途中所有的公路隧道都用3D激光掃描儀進(jìn)行了掃描。運(yùn)輸物資與最低隧道的高度差僅5 cm。這家化工集團(tuán)公司準(zhǔn)時得到了他們訂購的變換反應(yīng)器，按時投入了生產(chǎn)運(yùn)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(diǎn)：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(qiáng)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(yùn)達(dá)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(cè)的陽光照射。140 km的運(yùn)輸也是一個極大的挑戰(zhàn)：特種運(yùn)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(yīng)器的運(yùn)輸也是一個巨大的挑戰(zhàn)：巨大反應(yīng)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(biāo)志。其典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括硫酸、氯、鹽、化肥、煤化工或者是精細(xì)化工等生產(chǎn)領(lǐng)域以及一些非常特殊的專業(yè)領(lǐng)域。

例如，Voestalpine公司就為世紀(jì)水電項目專門研發(fā)了一種鋼材。項目的重點(diǎn)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(dāng)于試驗壽命100年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)到了迄今為止無法想象的制造公差。

Tiwag公司負(fù)責(zé)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(zhǔn)超過了我們的想象。這不僅體現(xiàn)在他們對加工設(shè)備和埋弧焊設(shè)備的投資中，而且也體現(xiàn)在高素質(zhì)員工的培訓(xùn)中?！?/p>

在銑和磨加工中，自動化技術(shù)保證了可以重復(fù)再現(xiàn)的高效的生產(chǎn)工藝，也減輕了操作者的工作量?！爸挥羞@樣我們才能保證最高的產(chǎn)品質(zhì)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(shù)領(lǐng)域中的投資和提高我們的專業(yè)技術(shù)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(shù)優(yōu)勢。”Kremsmüller公司負(fù)責(zé)人Gregor Kremsmüller先生強(qiáng)調(diào)說道。

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

新的可能性

通過與工藝和加工制造領(lǐng)域團(tuán)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(zhì)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(shù)解決方案。這就使得Kremsmüller公司擁有了最完善的加工制造設(shè)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(shè)備部件的專業(yè)知識與技能。所能夠達(dá)到的加工制造精度和極短的供貨期成為他們的獨(dú)有的特色之一。這為各行各業(yè)的投資者和設(shè)備運(yùn)營商們在得到精良的設(shè)備、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、設(shè)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(fù)責(zé)人。