善于应对各种苛刻工况

文/ Gerd Trommer

善于应对各种苛刻工况

文/ Gerd Trommer

在化工装备的生产中，应用特种材料不仅能够提高设备的质量，同时也能降低生产成本——流程工业企业对设备制造商的要求是多种多样的。为保证设备部件和反应器能够在腐蚀性的介质中可靠地工作，就需要利用高性能的特种材料。此时，需要与拥有多种材料和生产制造经验的专业企业合作。从钢材到钛合金，对于各种不同的应用都有最合适的金属材料。

在化工设备的制造中，安全是非常重要的。安全问题关乎到方方面面，从设备本身的安全到设备的使用寿命、工厂的运行成本以及各部件能够可靠地抵抗各种破坏。在运行中承受化学腐蚀和高负载作用的零部件，通常只能有限地满足这些要求。有针对性研发的新材料则能够解决这些难题。当这些新材料的加工和处理与其未来承受的负载相匹配时，使用这些新材料就能够获得最大的效益。在这个复杂的生产制造领域中，奥地利Kremsmüller公司与钢铁生产企业Voestapine和Tiwag Tiroler公司共同在流程行业工厂建设领域完成了开创性的事业。

酸和碱常常在温度的影响下与机械负载结合造成着很强的破坏作用，甚至能够在“不锈钢”的表面形成面状、孔状、缝隙和应力腐蚀。而氯化物、卤素、溴化和碘化物则对腐蚀性介质的危害起着推波助澜的作用。最新研发成功的特种钢和特种材料能够战胜这些腐蚀。

Kremsmüller公司的材料专家们在难以加工的金属材料方面经验丰富，该公司拥有特种材料加工的技术中心，专门研发在化学工艺技术领域和其他领域中适合于在腐蚀性介质和炙热介质中使用的特种材料。在技术中心研发过程中掌握的知识和技术也被他们应用到设备的制造中，例如应用到双相钢、镍基合金和钛合金等金属材料的反应釜、分离柱或者热交换器的生产制造。其中也包括了由于要抵抗高压和腐蚀性介质的作用有着特殊材料内壁的容器，其生产的最终成品的重量可达400 t。这些生产任务都非常专业并可完全按照用户的要求定制。

例如，一家化工企业需要一种压力或者变换反应器，以便能够从碳氢化合物中提取氢。Kremsmüller公司利用金属材料完成了三大设备的制造：125 t的压力反应器，57 t重的管道连接和38 t重的蒸汽汽包生产任务。

这一生产任务所遇到的最大挑战就是半球形反应器底部80 mm厚的埋弧焊。为了保证在半球形焊接时始终有着最有利的焊接位置，Kremsmüller公司专门设计了由埋弧焊机吊具和绕半球中心回转的旋转装置组成的全新的焊接机器人。

聚焦金属材料：创新性的细晶粒钢

您应掌握的设备制造用钢材的知识

对这种钢材提出的主要要求是焊缝的抗拉强度要比基材更高，这意味着在强度的比较对抗中焊缝要赢。最初是将S700M号钢作为基材。

为了在典型的700系列焊材中保证焊接焊缝的胜出，Voestalpine公司选择了强度较低的基础材料并开发出了改性的细晶粒钢S580/820M。

这种改性钢材以及变型工艺（热机械控制工艺，简称TMCP工艺）的优点是：钢材的含碳量小于0.05%。在典型的商品钢材中，达到这一强度的S690Q号（调质）钢的含碳量为0.16%。在新研发钢材中，有保证的强度值有着一个很窄的强度值范围，以保证在零部件整个长度范围内有着均匀的机械性能。

超大型设备的挑战

另一个挑战就是向40 km外河港的运输问题。所运输设备的总重量高达350 t，长65 m，高4.88 m。为了保证运输的安全可靠性，运输途中所有的公路隧道都用3D激光扫描仪进行了扫描。运输物资与最低隧道的高度差仅5 cm。这家化工集团公司准时得到了他们订购的变换反应器，按时投入了生产运行。

Kremsmüller公司从另一家化工企业得到了一份生产两座蒸馏塔的合同。这两座蒸馏塔与常规蒸馏塔有着两个非常特殊的不同点：大小和材料。一座蒸馏塔的高度为40 m，另一座为70 m；两种蒸馏塔的直径都为4.2 m。它们所用的材料要求有很好的防锈性能和耐酸性能，有着比传统的镉镍钢更高的强度，需要采用双相钢来制造。这对焊接工人提出了很高的能力和经验方面的要求。

Kremsmüller公司将40 m的蒸馏塔作为一个整体部件完成生产制造，70 m的蒸馏塔则是作为两个部件生产制造的。在蒸馏塔的两部分运达用户现场后再由焊工将它们焊接成一体，这就要在焊接时考虑它们的错位和单侧的阳光照射。140 km的运输也是一个极大的挑战：特种运输车把蒸馏塔的前后两段固定在拖车上，加上牵引车的总长为73 m，高和宽近5 m。

变化反应器的运输也是一个巨大的挑战：巨大反应器与公路隧道之间的最小高度差只有5 cm

可以使用多种材料

特种材料以很高的铬、镍、钛或者铜等合金元素含量以及均匀的金属晶格要求为标志。其典型的应用领域包括硫酸、氯、盐、化肥、煤化工或者是精细化工等生产领域以及一些非常特殊的专业领域。

例如，Voestalpine公司就为世纪水电项目专门研发了一种钢材。项目的重点是一个1 440 m长，直径超过4 m，几乎垂直的高压管路。从2016年春天起，这一管道就要在Kaunertal热电厂中经受至少800万次交变载荷的动态承载能力试验。这相当于试验寿命100年，远远长于迄今为止的70年。这根管道是由壁厚120 mm的厚板轧制，并由纵缝焊接而成的。环形焊缝将两段管子焊接成12 m长的一段。每段焊缝以及整个管道1 000多道焊缝各有35层，展开后的总长度超过了240 km。由于有着很高的焊接自动化程度和精确的热处理，因此达到了迄今为止无法想象的制造公差。

Tiwag公司负责Kaunertal项目的工程师Rainer Maldet先生在评价这一工程项目时说道：“Kremsmüller公司的工作水准超过了我们的想象。这不仅体现在他们对加工设备和埋弧焊设备的投资中，而且也体现在高素质员工的培训中。”

在铣和磨加工中，自动化技术保证了可以重复再现的高效的生产工艺，也减轻了操作者的工作量。“只有这样我们才能保证最高的产品质量，才能在国际市场中具有竞争力。通过在现代化加工技术领域中的投资和提高我们的专业技术知识与能力，我们希望在各个行业的生产制造加工中都保持自身的技术优势。”Kremsmüller公司负责人Gregor Kremsmüller先生强调说道。

纯钛金属的热交换器要求焊工有着非常高的技术水平，它是处理高腐蚀性介质盐的生产装置

新的可能性

通过与工艺和加工制造领域团队的密切合作，热电厂、钢材生产厂、加工制造企业、检验和质量专家以及焊接材料生产企业开发出了创新性的技术解决方案。这就使得Kremsmüller公司拥有了最完善的加工制造设备，掌握了利用难以加工的特种钢材生产制造大型流程设备部件的专业知识与技能。所能够达到的加工制造精度和极短的供货期成为他们的独有的特色之一。这为各行各业的投资者和设备运营商们在得到精良的设备、提高生产的经济性、安全可靠性、设备的可用性和使用寿命等方面提供了新的可能。 ●

本文作者系Gerd Trommer编辑部的负责人。