56mm高压锅炉管的开发毕业设计(编辑修改稿)

56mm高压锅炉管的开发毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

....................................... 77 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 7 页 共 79 页 1 引言 随着社会的发展和不断进步，钢管的应用越来越广泛，在某些高科技术上对钢管的性能要求也越来越高，如高压锅炉等方面，对钢管的要求极为苛刻。 而我国钢管产量虽然已经上去，但是在高技术 钢管生产中与一些国家有一定差距。 因此对高技术含量钢管的研究已经迫在眉睫。 本设计是在宝钢 Ф140mm连轧机组的装备条件下设计一个高压锅炉管产品，产品的规格是 Ф54179。 ，材料是 T91。 设计主要内容包括产品生产的基础条件论证，产品的设计要点，轧制表编制及设备的强度和电机能力校核。 安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 8 页 共 79 页 2 总论 我国无缝钢管生产现状及与国外的差距 无缝钢管被广泛应用于石油、电站、地质、化工、机械、建筑、煤炭、船舶、核能、宇航等各个方面。 目前 我国 已投产及 2020 年前投产的 无缝钢管 机组，共57 套，到 2020 年 机组的年总生产能力约 万 t。 其中连轧管机组占生产能力的 50%左右，三辊轧管机组占 %，新狄塞尔轧管机组站 13%左右，为我国三大主力机组，连轧管机组遥遥领先。 从轧机的结构看比较先进的有：天津大无缝的 Ф250mm 限动芯棒连轧机组 、 Ф168mmPQF 及 Ф460mmPQF； 宝钢 Ф140mm全 浮动芯棒连轧机组 ； 衡阳钢管厂的 Ф89mmMINIMPM 机组 及 Ф340mm 限动芯棒机组； 包钢 Ф180mmMINIMPM 机组、 鞍钢 Ф140mmMINIMPM 机组以及无锡锡钢的 Ф114mm机组、齐 钢的 Ф114mm机组、成都无缝的 Ф340mm 限动芯棒 机组等。 但我国生产的无缝钢管无论是品种还是规格，结构性缺陷明显，长线产品供大于求，短线产品还得进口。 进口管主要是油井管和高压锅炉管以及特大特厚管。 2020 年 1~6 月，进口油井管占进口无缝管量的 53%，高压锅炉管占 35%。 随着我国石油工业的重点转移，在我国西部的油井开采的难度增加，主要表现在井深增加，井压加大，对油井管提出了更高的要求，高抗挤压性、高抗腐蚀性和高的连接强度等。 特殊扣油套管、抗腐蚀油套管、新型油套管是薄弱环节。 最近，国家决定在 4 个方面对钢铁行 业进行重点投资，其中之一就包括了石油用管和高压锅炉管。 衡 钢目前还不能成系列生产油井管，如钢级在 P110 以上的、特殊扣的、非 API 标准的油井管。 另外，我国的电站使用的高压锅炉管大都是T9 T9 TP304H 等钢种目前国内还不能大量生产，其中 Φ159mm 以上 95%要靠进口。 机械加工与能源开发专用管规格在 Φ219~Φ350mmD/S≤ 16 的中口径的中厚壁钢管是缺档产品，大部分也需要进口。 钢管的实物质量如表面缺陷、尺寸精度、钢质纯净度、组织性能均匀性、稳定性等与国外先进水平相比也存在差距。 我国已加入 WTO，全 球范围内的钢管市场竞争压力越来越大，无缝钢管市场竞争日趋激烈。 钢管用户对热轧钢管的质量要求也越来越高，钢管的表面质量及精度、钢级实际上已成为影响竞争力的重要指标。 高附加值的钢材品种，包括油井安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 9 页 共 79 页 管、大口径高压锅炉管，将受到较大的冲击。 因此，钢管的高精度轧制已成为各钢管公司提高钢管质量，拓展产品规格，满足用户需求和立足市场的必要条件。 我国无缝钢管生产存在的问题主要是全行业发展不平衡。 一直以来外供钢坯企业，在钢管产量猛增的形势下，国内坯料来源大有缓解，但价格仍在高位运行，造成成本增加，给企业效益增长带来了难度。 小 规格无缝管因其投资少、见效快，一大批民营企业像雨后春笋般建设起来，他们靠成本低廉、政策灵活之优势与老国企争夺国内无缝管市场，竞争十分激烈。 主要技术经济指标尚需进一步改善，以提高在国内外市场的竞争力。 目前，我国热轧无缝钢管（坯 材）成材率 85%，视其技术装备水平不同波动较大，技术先进轧机一般为 90%92%，技术落后轧机仅为 80%左右；热轧无缝管吨管电耗先进轧机为 100150KWh/t，落后轧机为300KWh/t以上；轧机作业率先进轧机为 75%以上，落后轧机为 70%以下。 国民经济中需求的特殊用途、高附加值、 高技术含量钢管，短期内还无法完全满足需求，尚依赖进口。 如特殊扣套管，还有高钢级高压锅炉管、油井钻杆等仍需部分进口。 无缝钢管同焊管在市场上存在着越来越激烈的竞争。 过去人们普遍认为焊接钢管在质量上、安全性上不如无缝钢管，加上其材质一般为普钢 Q235，生产工艺又较简单，因此成本远低于无缝钢管。 因其用途仅限于一般民用建筑和低压流体输送管道，所以尽管其价格远低于无缝钢管，也无法同无缝钢管争夺市场。 但进入21世纪后，先进的焊管金属装备在我国陆续出现，由于焊接工艺技术的提高，焊缝质量发生了质的改善，一些中小规格焊管，因其 质量接近或达到无缝管水平，正向原属无缝钢管应用领域进军，例如低中压锅炉用管、 J55级石油套管以及 X70级以下的油、气管线管等。 在过去几年中，由于各国无缝管生产能力提高，因而钢管市场竞争加剧，并导致全世界的无缝钢管生产企业经历了剧烈的重组和兼并，世界钢管市场的份额被重新划分。 阿根廷得兴集团 (Techint)控制的阿根廷西得尔卡 (Siderca) 于 1993年收购了墨西哥的竞争对手汤姆萨 (Tamsa)， 1996年又收购了意大利竞争对手达尔明 (Dalmine)。 从而， 3家兼并形成了世界上最大的无缝钢管制造集团 — —— DST 集团，该集团 1998 年度的无缝管产量为 211万 t。 1997年德国曼内斯曼集团与其法国竞争对手瓦鲁来克合并了其所属的无缝钢管生产企业，形成年产无缝管能力190万 t的 “ JV” 集团，成为国际无缝钢管生产行业的第 2大厂家。 日本住友金属安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 10 页 共 79 页 工业公司 (Sumitomo Metals)同日本的新日铁、日本钢管和川畸形成联盟，目前该集团在无缝钢管生产行业排名第 3，市场份额 25%。 世界范围内无缝钢管生产企业合作、重组、兼并的趋势，至今仍未降温，统一价格、联合销售成为企业寻求自身发展的一条途径。 对此，应给予高度重视。 “ 十五 ” 期间，中国钢管产量由 万 t／ A 上升到 万 t／ A， 5年间上升 万 t，年均增产钢管 万 t。 由于新增能力还在不断产生，从 “ 十五 ” 初期的生产能力不足已转为生产能力过剩。 5 年来，钢管产量平均以%，表观消费量平均以 %的幅度高速增长。 钢管自给率以 2020 年为转折点， 2020 年以后逐渐呈供大于求的局面，即自给率大于百分之百。 中国钢铁工业协会指出：管材在钢材表观消费总量中的比例 2020 年为 %， 2020 年为%，变化不大。 其中，无缝钢管由 2020 年的净进口 3 万 T 转为 2020 年净出口 万 T；焊接钢管由 2020 年的净进口 3 万 T 转为 2020 年净出口 万 T。 管材在国内市场的国产化率已达 %。 “十五”期间中国钢管的发展情况表明：中国钢管市场已进入供大于求的新阶段。 无缝钢管生产的发展趋势 （ 1） 钢管规格向大直径方向发展 为提高我国石化产品的国际市场竞争能力，生产装置的大型化和现代化是石化工业发展的主要趋势和重要特征之一，与这一趋势相适应的钢管规格也趋于大型化，如近几年所需的钢管规格逐步由 Φ159mm、 Φ168mm过渡到 Φ219mm和Φ273mm，同时各种相应的工艺管线也由 Φ219mm和 Φ273mm向 Φ325mm甚至更大直径发展。 （ 2） 钢管几何尺寸向高精度方向发展 钢管几何尺寸的精确度直接关系到压力管线焊接质量的高低，关系到钢管的使用寿命。 目前国外的热交换设备使用周期长于国产设备，其主要原因就是钢管精度普遍较高。 因此，进一步提高国产钢管的几何尺寸精度也是十分重要的。 （ 3） 钢管性能向耐低温、耐腐蚀方向发展 我国目前已成为原油进口大国，年进口原油达 8000万 t 以上，且原油来源广泛， 其成分复杂，含水、硫化物严重，因此，要求所使用 钢管的抗蚀性能越来越高 ； 由于乙烯深冷分离工艺的不断完善，其低温温度由 101℃ 发展到 170℃ ，安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 11 页 共 79 页 由此对钢管的耐低温性能提出了更加严格的要求。 由于对油品质量要求的提高，需要建设的制氢、重整、加氢精制、加氢改制和加氢裂化等临氢装置增多，所以，解决钢管耐氢腐蚀问题尤为重要。 由于上述的这些特殊性能要求，促使石化工业用管向大直径、高精度和高纯净度钢质方向发展。 尤其要最大限度地减小钢中有害元素及杂质对钢管强度、韧性和耐蚀性的影响。 焊接钢管与无缝钢管协调发展世界上焊接钢管与无缝钢管均以各自的优势占据着各自的市场份额。 两者 在共同的适用范围内相互竞争，同时在品种上又相互补充。 竞争促进了钢管质量的提高和成本的降低。 目前无缝钢管和焊接钢管的新工艺、新技术的发展增强了各自的生命力，在很多领域无缝钢管不能被焊接钢管或其他管材所取代 ； 同样焊接钢管也不能被无缝钢管或其他管材所取代。 在我国两者应该是协调发展，发挥各自的优势。 随着天然气管线和城市管网的大规模敷设，根据国家有关规划部门的统计预测，大中口径的焊接钢管需求量将大幅度增加。 至 2020年各类管线，包括天然气管线 ( 含城市管网 ) 、原油及成品油输送管线、水煤浆及其他部分管线的管材总需求量 约为 3 100万 t， 其中大口径直缝焊管约占 %。 随着石油、天然气工业的发展，对油井管和管线管品质要求越来越高。 焊管技术的飞跃发展已为生产高要求焊接钢管打下基础 ， 目前已可生产出壁厚精度、外形尺寸精度更高的薄壁焊接钢管。 总之， “ 十一五 ” 期间，我们必须充分重视焊接钢管的发展，重点开发与研究大中口径的专用直缝焊接钢管品种，加大淘汰落后工艺装备的力度。 T91 钢的介绍 T91 钢种是美国橡树岭国家实验室（ ORNL）和燃烧工程公司共同研究开发的综合性能优良的动力工程锅炉用 铁素体耐热钢 ，主要应用于主蒸汽管道 再热蒸汽管道热端及其它高温承压设备 它是在 9Cr1Mo的基础上通过添加 V Nb(铌主要用于合金中如不锈钢中 ,少量的铌可防止晶间腐蚀 ) N 等元素进行微合金化，从而在晶界及晶内生成了大量形状复杂的 Nb(C,N) V(C,N), 它在高温塑性变形过程中比简单的球形析出物更能有效地阻碍位错的运动 另外 ,翼状析出物增大了捕获位错的几率 , 因而较大地提高了持久强度和抗蠕变性能 [1]，同时保持了原 9Cr1Mo (铬 ,质硬且脆 ,抗腐蚀 ,只以化合状态存在。 钼， 不锈钢中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性。 在铸铁中加入钼 ，能提高铁的强度和耐磨性能 )钢的优良的抗高温腐蚀性能 [2]与奥氏体钢相比，它具有 比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸 第 12 页 共 79 页 较高的导热系数。 目前国内锅炉制造企业所需 T91 钢管主要由国外供货，但是供货期长，且价格昂贵，严重制约了我国电力行业的发展，影响了我国的经济发展速度 因此，迫切需要 T91钢管的国产化 目前国内只有内蒙古北方重工等少数厂家通过锻造镗孔的方法制造出了符合标准的 T91，但该方法生产效率不高，成才率低，资源浪费较严重，而通过穿孔热轧方法生产中口径 T91钢管在国内还没有厂家能够生产 我公司经过前期的 精心准备，从炼钢到轧管到热处理，一次成功，已评定的各项性能均满足标准要求 表 21 T91 钢的化学成分 (质量分数 ) 成分 C Si Mn S P Cr 含量 ~ ~ ~ ≤ ≤ ~ 成分 Mo V Nb N Ni Al 含量 ~ ~ ~ ~ ≤ ≤ T91 钢在 1983 年列入 ASME 和 ASTM 标准前后几年，各国基本上处在试用阶段。 起初用在老电站过热器维修更换钢管，后来逐步在新建电厂中试用，到80 年代末 90 年代初开始得到广泛采用。 世界上几个主要的钢管商：德国曼内斯曼、日本住友、法国瓦鲁海克、美国万门格登公司生产的 T91 钢管，已在 20 个国家和地区数十座电站的上百台机组的锅炉过热器、再热器上采用。 到目前为止，电厂中最早试用的 T91 钢管已运行 20 多年，可以说是一种较成熟可靠的钢种 [23]。 由于 T91 钢的优异性能，特别在高温下有较高的蠕变和持久强度及许用应力，因而可以减小管子壁厚，降低成本。 我国 200MW 和 300MW 的老机组锅炉大部分使用 的是 T2 12Cr1MoV 和钢 102 等钢材，由于超高温而造成的爆管现象较普遍，一些电厂在锅炉改造中换成 TP347H和 TP304H不锈钢管，不仅成本高 (TP347H的价格是 T91 钢管的 2 倍 )，而且这类未稳定化的奥氏体钢容易产生应力腐蚀而发生爆管。 从性能和经济性方面考虑， T91 钢是较理想的锅炉替代材料。 由于 T91 钢有优良的特性，但是 T91 钢管生产难度较高，一。