国内钛焊管的发展及其在石化行业的应用*

谢 祎，罗求能，吴芝华，李建飞

（湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益阳413000）

国内钛焊管的发展及其在石化行业的应用*

谢 祎，罗求能，吴芝华，李建飞

（湖南湘投金天新材料有限公司，湖南 益阳413000）

简要介绍了常用钛合金的牌号、钛合金直缝焊管（简称“钛焊管”）的生产工艺流程以及近年来国内钛焊管行业的发展情况。通过钛焊管与钛无缝管在力学性能、质量、经济性以及环保性等方面的对比，表明钛焊管的综合性能更好。目前，在日本、美国和欧洲等国家和地区，钛焊管在很多领域正在逐步取代钛无缝管和其他管材。由于钛焊管具有优异的耐腐蚀性，将其用在石油精炼的热交换器、蒸馏塔、反应器等，会大幅度降低设备的维修维护成本，提高设备的使用寿命，因此钛焊管在石油化工行业的应用将成为必然的发展趋势。

钛焊管；石油化工；防腐蚀；技术与经济性

钛及钛合金直缝焊管（简称“钛焊管”）是将钛及钛合金卷带材或宽幅板材经卷曲轧制成管形后焊接而成。美国的钛合金牌号主要有Gr.1、Gr.2和Gr.12等，国内的钛合金牌号主要有TA1、TA2和TA10等。钛焊管的生产工艺流程如下：钛带开卷→剪切对焊→活套储料→钛带清洗→管形成型→焊接→焊缝涡流探伤→预定径→在线退火→精定径/矫直→涡流探伤→激光测径→在线喷码→定尺切割→超声波探伤→精定尺/平头→气密性试验→成品检验→包装入库。

1 近年来国内钛焊管行业的发展

由于受原材料和加工技术等多方面的制约，钛焊管的生产技术多年来一直掌握在日本、美国、法国、俄罗斯等国家的专业厂家手中。我国钛焊管的发展相对于其他钛加工产品起步较晚，且前期发展比较缓慢。虽然钛无缝管在国内起步较早，但由于钛无缝管加工工序多、生产周期长、效率低、成本高，使得其应用受到限制，而钛焊管生产效率和成材率高，且钛焊管胀管、弯曲等性能与无缝管相近，因此国内外钛焊管的用量在逐年增加，并在电站冷凝器中的应用日益增多[1]。

在钛焊管发展早期，虽然我国从国外引进了完整的小直径钛焊管自动生产线，结束了我国不能生产钛焊管的历史，但由于当时国内生产钛焊管的原材料钛带卷完全依赖进口，且无法提供薄壁钛焊接管用的带坯，同时国外钛带卷的销售价格较高，因此抑制了国内钛焊管的生产[2]；另外，因技术引进消化和原料采购困难的多重影响，国产钛焊管一直未真正具备批量生产能力，当时国内的钛焊管市场也未真正形成。

近十年来，我国钛焊管行业快速发展，主要是由于国内在钛焊管原材料——钛带卷的生产技术上取得了重大突破，国产冷热轧钛带卷的技术性能指标、质量稳定性等能够满足钛焊管的要求。湖南湘投金天科技集团旗下的湘投金天钛金属有限公司于2007年通过 “钛钢联合模式”研制出中国第一卷宽幅热轧钛带卷；2008年又研制出冷轧钛带卷，打破了日本和美国在这个领域的垄断，为我国钛焊管产业提供了原材料支撑，随后国产钛焊管也应运而生。

宝钛集团有限公司与国内外多家企业合资的西安宝钛美特法力诺焊管有限公司于2007年正式投产，该生产线的投产推动了国内钛焊管生产技术的进步。随着2011年宝钛集团有限公司在钛冷轧板带技术方面的突破，西安宝钛美特法力诺焊管有限公司也实现了国产钛冷轧板带的批量生产。

近年来，随着钛行业整体的进步，海绵钛产能的膨胀，钛带卷等钛加工产能的扩张，下游钛焊管行业也取得了长足的发展，自2008年起国内陆续建成了多条钛焊管生产线。钛焊管产能的扩张以及钛行业发展速度的放缓加剧了钛焊管企业间的竞争。目前，除了湘投金天科技集团等具备完整钛产业链的企业外，其他钛焊管企业，以及众多以不锈钢管、稀有金属管材为主业的企业也在推动着钛焊管产业的进步。钛焊管企业越来越重视新技术的开发和差异化的发展。

钛焊管的应用领域在不断拓展。钛焊管已经成为很多行业替代不锈钢管、铜镍合金管、钛无缝管的首选管材[3]。国产钛焊管经过几年的发展，突破了一系列关键工艺及技术瓶颈，已广泛应用于电力、空调、海水淡化、水处理设备等领域。另外，国产钛焊管也实现了批量出口。可见，国产钛焊管的生产工艺及质量水平均有较大幅度的提升。

2 钛焊管的综合优势

在我国，低强度、低合金化钛无缝管的生产技术比较成熟，在一些需耐高压以及结构受力用管方面，一般采用厚壁钛无缝管。但是，由于钛无缝管成品率低、交货周期长等因素的影响，使得大力发展钛焊管已经成为钛管行业的趋势。与钛无缝管相比，钛焊管的综合优势越来越明显，在日本、美国、欧洲等国家和地区，钛焊管正逐步取代钛轧制管[4]。

2.1 钛焊管与钛无缝管力学性能基本一致

以换热器及冷凝器用钛及钛合金管为例，国家标准为GB/T 3625—2007，美国标准为ASTM B338，钛焊管与钛无缝管在化学成分、力学性能和工艺性能等指标方面差异不大，甚至相同。随着钛焊管焊接及热处理技术的进步，国内薄壁钛焊管普遍采用单枪或多枪TIG/PAW自熔焊接，焊接后采用在线热处理工艺，通过优化焊接、退火工艺，使母材、焊缝、热影响区的显微组织基本上接近，同时消除了焊接应力，使焊缝组织均匀化。通过对比发现，钛焊管焊缝成分与母材基本一致，焊缝力学性能、防腐蚀性能与母材无异[5]。

2.2 钛焊管的外观及质量优于钛无缝管

钛焊管采用冷轧带卷焊接而成，壁厚均匀，同心度好，光洁度好，管内不易结垢。尤其是薄壁钛管，用无缝轧制工艺生产根本无法达到其技术要求。钛无缝管经过轧制或拉拔工艺，很难做到壁厚1mm以下；而钛焊管可以做到壁厚0.5mm及以下，节约了大量的材料及成本。同时由于钛焊管壁厚较薄，可获得更高的传热系数，取得更好的传热效果。

2.3 钛焊管的成本和环保优势突出

钛无缝管生产工艺过程复杂，常规采用三辊或多辊轧机、拉拔机将一定规格的管坯经多道次轧制或拉拔，最后经过减径减壁后生产出无缝管。该工艺过程生产效率和成材率较低。钛无缝管从海绵钛到管材，通过轧制或拉拔，材料浪费较大，成材率只有50%左右，并且无法实现大规模批量生产，生产周期也相对较长[6]。而钛焊管是通过自动化连续生产线，采用壁厚均匀的钛带卷经过冷弯成型、焊接、在线热处理、定径矫直、无损检测和气密性测试等工序生产而成。从海绵钛到焊接管材，材料利用率通常在80%左右，如果以钛带卷为原材料，其材料利用率在95%以上。随着国内钛工业的迅速发展以及焊接技术日趋成熟，钛焊管的生产效率也将大幅度提升，质量稳定性、一致性以及生产效率将会更高，可以按照客户要求定尺切成所需长度，交货期短，材料利用率高，单位成本较无缝管将会更低。

钛无缝管通常采用轧制或拉拔等工艺生产。生产过程中将会使用大量的轧制油、拉拔油等，生产现场污染严重。钛管轧制、拉拔加工后，需要对管材内外表面的油脂、污物等进行脱脂、酸洗，酸洗过程对环境污染较大。为了保证操作人员的健康，保护环境，就必须增加防护设备及保护措施，因而也就增加了资金投入，产品生产成本也相应提高。而钛焊管是通过自动化生产线连续大批量生产，质量稳定，生产效率高，生产过程中除一定的水电气等能源消耗外，对环境几乎没有污染。

3 钛焊管在石油化工行业的应用

钛是优良的抗腐蚀性材料。除氢氟酸、硫酸、盐酸、磷酸4种无机酸，腐蚀性很强的氯化铝以及甲酸、草酸、三氯乙酸3种热浓的有机酸外，钛及其合金对大部分化学介质具有突出的耐腐蚀性能[7]。尤其是钛能较好地抵抗氯离子的侵蚀，因此钛使用在与氯相关的介质中较多。

钛焊管由于具有强度高、质量轻的优点，同时具有良好的热传递性和耐腐蚀性能，已被广泛使用在电力、海水淡化、水处理设备、空调设备、真空制盐、制药等行业。

石油化工行业是以石油、天然气为原料生产合成薄膜、纤维、橡胶及其衍生品的现代工业，在国民经济中占有重要地位，我国也是世界石化工业大国。在加工过程中，加工设备要与各种高温、高压、腐蚀性介质接触，易发生腐蚀泄露事故。

在石油炼制中，原油中的盐分和硫对铜合金和不锈钢设备腐蚀非常严重。由于钛材具有优异的耐腐蚀性，可用来制作石油精炼的热交换器、蒸馏塔、反应器等[8]。钛焊管可取代铜镍合金管、不锈钢管用于制作换热器，纯钛焊管（如Gr.2）用作常压原油蒸馏塔冷凝器管组时，使用温度不宜超过121℃。炼油设备中汽提塔可除去H2S和NH3，但汽提塔冷凝物内会有30%～40%的NH4HS等，钛是少数几种可有效抗高浓度NH4HS腐蚀的结构材料之一，钛焊管可用作汽提塔冷凝管件管路。另外，炼油厂的海水冷却系统腐蚀严重，而钛材在海水中具有优良的耐蚀性，钛焊管在海水冷却系统管道中可大批量的使用[9]。

在石油化工产品生产过程中，在一些热交换器、循环管道、进料出料管道等装置中采用钛焊管，可大大提高抗腐蚀性能，延长使用寿命。尤其在冷凝和换热设备中，由于钛的浸润性非常小，不会使液体生成膜状冷凝，只能生成容易滴落的滴状冷凝，这种冷凝比薄膜更有益，使冷凝更趋于完全。同时也由于钛表面有难以沾湿的膜，使锈垢不易附着，因而污垢系数值较小，提高了传热系数，有效回收和节约了能量。使用钛焊管的钛冷凝和换热设备，是钛制设备的一个重要领域[10]。

石油化工行业中很多装置都因为不锈钢管、铜镍合金管耐腐蚀性能的局限转而使用钛焊管。实践也证明，在许多腐蚀性强的装置使用钛焊管后，减少了维护的时间和频率，保证了设备的正常运行，提高了企业的竞争力。

钛焊管能否在石油化工行业大规模推广使用，关键取决于其技术和经济效益。钛的价格相对钢、铝、铜、不锈钢的价格较高，初始投资较大。而钛的最大优势在于耐蚀性好，使用寿命长，维护成本低，需要全方面、科学的评估和计算采用钛焊管的经济效益。

4 结 语

随着对钛焊管了解的加深，钛焊管在石油化工行业中的使用将会得到市场的认可，使用范围会越来越广，市场份额也会越来越大。虽然钛焊管与常用流体输送管道相比投资成本较高，但是其成本要低于钛无缝管，且从钛焊管的使用寿命和维护周期来分析，钛焊管的投资成本可以在使用中得到补偿，管道系统中使用钛焊管可通过减少定期维护次数，减少停产时间、提高产品质量，提高管道寿命来降低生产成本。特别是近年来全球钛行业不是很景气，竞争又非常剧烈，钛焊管价格一直处于较低位的水平，石油化工行业内企业选用钛焊管前期设备投入成本更低。

虽然我国钛焊管行业取得了快速发展，生产工艺及质量水平大幅提升，钛焊管已经被大量应用于电力、海水淡化、水处理设备、空调设备等行业，但在石油化工行业，对钛焊管的使用还在持续推广中。

[1]韩明臣，陈清勤.焊接钛管的生产及其在电站冷凝器上的应用前景[J].焊管，1999，22（2）：1-5.

[2]陈玉良，刘建良，黄子良，等.国内钛带卷生产现状及发展前景[J].钛工业进展，2010，27（5）：6-8.

[3]刘增文，孙俊峰，吴新章.火力发电厂凝汽器钛管的焊接工艺及应用[J].河北电力技术，2006，25（2）：14-15.

[4]王向东.钛发展战略[J].稀有金属快报，2004，23（7）：1-7.

[5]曾庆楠.钛焊管在制盐设备应用前景的分析[J].中国井矿盐，2013，44（3）：35-37.

[6]林永新.钛及钛合金管材生产技术现状[J].稀有金属快报，2005，24（2）：1-2.

[7]邹武装.钛手册[M].北京：化学工业出版社，2012：12-19.

[8]王桂生.钛的应用技术[M].长沙：中南大学出版社，2007：288-292.

[9]黄伯云.中国材料工程大典（第4卷）有色金属材料工程（上）[M].北京：化学工业出版社，2005：503-511.

[10]洪国宝.化工设备设计全书 钛制化工设备[M].北京：化学工业出版社，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 文献标志码：B DOI:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.03.003

湖南省战略性新兴产业科技攻关类项目“海洋工程用高端耐蚀钛管材关键技术研究与产业化示范”（项目号2014GK1009）。

谢 祎（1984—），男，国际焊接工程师，主要从事钛及钛合金焊管的技术研究与新产品开发工作。

2015-12-18

修改稿收稿日期：2016-01-16

谢淑霞

2016年（第十七届）中国焊管（冷弯）行业年会将于五月召开

2016年（第十七届）中国焊管（冷弯）行业年会将于2016年5月19—23日在贵州省铜仁市召开。本届年会是在我国十三五规划开局之年召开的一次十分重要的大型行业年会。

年会得到了中国钢铁工业协会、中国冷弯型钢协会的大力支持，两会主要领导同志专程到会指导并作专题报告。

年会将为到会单位提供十三五期间我国钢铁行业五年去产能调整的顶层设计和规划意见；提供冷弯型钢在重点行业应用、推广的市场需求及发展前景的分析；提供新技术、新工艺、新装备和二手设备调剂的咨询介绍；提供轧辊耐磨技术的推广；并提供考察活动，为参会者提供一个行业内信息沟通、业务洽谈、交友聚会、共谋发展的重要平台。

年会将有国内众多焊管装备制造及配套厂家参加。

●会议时间：2016年5月19日全天报到、铜仁高铁南站接站、铜仁机场接机。5月23日上午疏散。

●会议地点：铜仁市花果山维景国际大酒店（总机：0856-8996666）。

行业年会咨询电话：13805408006 13705409270

2016年中国焊管（冷弯）行业年会

秘书处

2016年3月6日