1.4　压力容器制造的现状和发展趋势

1.4.1　现状

我国压力容器制造行业，从无到有，从小到大，经历了风风雨雨的艰苦发展历程，真正形成压力容器大规模制造能力是从20世纪60年代开始的，到了20世纪70年代中期，从国外大量引进大型成套的化肥、石油化工装置的同时，也引进了先进的科研、设计和制造技术，使我国压力容器制造明显地上了一个台阶。特别是20世纪80年代初，原劳动部率先在兰州石油化工机器厂进行了压力容器质量控制体系的检查验收并颁发了第一张制造许可证以后，各地的压力容器取证工作如雨后春笋般地发展起来，加上《锅炉压力容器安全监察暂行条例》和《压力容器安全监察规程》的颁布，使压力容器制造业逐步地走上规范化轨道，产品制造质量得到了很大的提高。与此同时，许多制造厂引进了大量国外先进的工艺装备、检测仪器，使制造能力和水平有了一个飞跃的发展。随着一大批制造厂陆续取得美国ASME U和U2制造许可证，使我国的压力容器制造不但从技术水平和能力上与国外先进国家的水平缩小了差距，在某些方面甚至已经达到或超过国外同类产品的水平，而且在制造质量控制方面也与国际接轨。当然由于我国的市场经济体制还不完善，工厂的管理水平和用人机制以及技术开发投入与国外仍存在较大差距，这一切严重影响了我国压力容器制造能力的充分发挥和总体质量水平的进一步提高，所以当前我国压力容器制造业形势还是十分严峻，既面临机遇，又面临挑战。

下面就从几个方面以我国为主分析一下压力容器制造行业的现状。

1.4.1.1　产品类型方面

（1）化肥工业

自20世纪70年代引进、消化国外先进技术以来，我国能够自行设计和制造的设备越来越多，重大化工装备国产化水平也越来越高，其中，大型化肥工业尿素合成装置中的压力容器90％以上可以立足国内生产，大型合成氨装置中的压力容器国产化率也达到70％以上。目前已能制造的52×104t/a尿素合成塔最大规格为ф2800mm×122mm×36118mm，单台总重达322t，30×104t/a氨合成塔规格为ф2400mm×112mm×24140mm，总质量达186t。

（2）炼油、石油化工工业

这是使用压力容器产品数量最多的行业之一。随着国民经济的日益发展，我国炼油厂年处理能力已从250×104t/a原油提高到2000×104t/a原油处理能力，特别是20世纪80年代以后，发展异常迅猛，目前炼油厂、石化总厂已遍布全国各地。

炼油、石化行业所用的压力容器大多具有高温、高压、临氢和硫腐蚀的特点，这对压力容器制造业提出了更高的要求，为了获取高品质的石油产品和适应高硫原油、劣质原油的深度加工，各炼油厂纷纷建造了加氢工艺装置。目前我国富拉尔基第一重型机械集团公司已生产的锻焊结构加氢反应器其最大规格为ф4800mm×334mm×34500mm，单台总质量为2044t，兰州兰石重型装备有限公司已生产的板焊结构加氢反应器最大单台质量为835t，最大壁厚为（186.5+6.5）mm，最大直径为ф4800mm。

（3）液化石油气、化工原料气储运容器

近年来，大型、特大型的各种储运容器发展异常迅速，采用高强度钢、低温钢制造容器也越来越普遍。在卧式储罐制造方面，南化公司化工机械厂已生产了规格为ф7400mm×38mm×74000mm（内径×厚度×长度），单台总质量达600t的特大型储罐。在球形储罐生产方面，我国已经能自行设计、制造容积为8000～10000m3的大型球罐。在球罐用材上，已由原来单一的16MnR钢发展到抗拉强度为610MPa高强度调质钢。

（4）核电设备中的压力容器

众所周知，核电设备中的压力容器制造难度大，要求极高，不能出现丝毫的质量问题。所以可以这样讲，能否制造核电用的压力容器是衡量一个国家压力容器制造业水平高低的标志之一。我国已成功地建设了秦山和大亚湾等多座核电站，其中一些关键的压力容器核心设备就是我国自行设计和制造的。比如，上海锅炉厂生产的规格为ф6398mm×（139+6）mm，总质量达813t型号为AP1000的350MW核电蒸发器和ф3852mm×（200+6）×13130mm，总质量为323t的600MW核电反应堆压力容器，东方锅炉厂生产的直径为ф4280mm×112mm×21122mm，总质量为345t的1000MW核电蒸气发生器。这一切标志着我国在核电压力容器制造方面已经有了相当成熟的经验和技术，已经步入世界压力容器制造业的大国行列。

（5）煤化行业中的压力容器

近年来，根据我国经济结构多煤少油的状况和液体燃料要求不断增加的现状，利用煤作原料，通过直接或间接液化使之转化为液体燃料项目已被国家科技部列入了重大科技攻关项目，并已开始付诸实现，预计到2030年左右，以煤为原料转化为液体燃料的建设规模将达到（3000～5000）×104t/a。为此，煤化工行业必将形成一个新型的燃料产业。而煤化工行业中，产品规格为ф9600mm×130mm×61380mm，总质量达2200t（不包括内件）的煤基合成油项目中的费托反应器和各种结构的气化炉等都是制造难度极大、有别于其他行业的压力容器产品。

1.4.1.2　压力容器用材方面

20世纪60年代初，我国压力容器制造业虽然已经形成规模生产，但从用材上看，品种单一，只有普通碳素钢一种。到了20世纪60年代末，开始积极推广以16Mn为主的普通低合金钢来制作压力容器，当时一些特殊用钢，如18MnMoNb、14MnMoV、20Cr3NiMoA等高强度钢应用极少，直到20世纪70年代末，随着国外先进技术的引进，我国在压力容器用钢上才开始步入一个新的阶段，从低合金结构钢、耐热钢、耐腐蚀钢、不锈钢、发展到低温钢、高强度钢和特殊合金，压力容器用材品种越来越多，所要求的钢材品质也越来越严。以临氢设备中的压力容器用钢——抗氢钢为例，最早用来制作加氢反应器用的“王牌”抗氢钢2.25Cr1Mo钢，各项指标都比较低，衡量其回火脆化倾向的J系数，只要求小于250以下，随着冶炼技术的不断提高，对钢的纯洁性、匀质性、抗氢性和综合力学性能要求也在不断提高。目前，从设计要求上，对J系数已要求小于等于100以下。另外，随着加氢工艺技术，特别是渣油加氢改质和煤加氢液化工艺的不断发展，普通的2.25Cr1Mo钢从抗氢性能、抗蠕变性能，最高使用温度限制及抗拉强度上已不能满足需要。因此，国外近年来又相继开发了新型Cr-Mo-V抗氢钢。我国在20世纪90年代也已采用该类钢制造出了加氢反应器，近年来已经大量用该类钢制造加氢反应器。可以这样讲，在压力容器用材的品种使用上，我国与世界先进国家的差距不大，基本相当。

1.4.1.3　制造工艺技术和装备方面

压力容器的制造涉及机械加工、压力加工、焊接、热处理和无损检测等各方面，但其中对压力容器制造工艺技术进步影响最大的是焊接。近年来，压力容器制造业在装备投资中，焊接设备的比例占了40％以上。正由于这些先进高效焊接设备和工艺的采用，使压力容器制造技术有了很大的提高和发展。就具体的压力容器焊接而言，焊条电弧焊的比例已逐步缩小，埋弧自动焊、氩弧焊、CO2气体保护焊、混合气体保护焊、等离子焊、真空电子束焊等先进的工艺技术已大量或逐步得到采用，带极堆焊、窄间隙埋弧焊、药芯焊丝气保焊等高效率的焊接工艺及设备已成为一些大型压力容器厂必备的工艺措施，小管径内壁堆焊、弯管内壁堆焊、管子-管板自动旋转氩弧焊、马鞍形接管自动焊等一系列新型焊机也在不少厂中得到了应用。这对于稳定地提高压力容器焊接质量，提高压力容器制造工艺水平，无疑将起到很大推动作用。

在厚板成形方面，一些大型制造厂都添置了大型卷板机和压弯机，使厚壁板焊结构的压力容器生产得到了实现。对于特大厚度的压力容器采用锻制筒节进行组焊的技术日趋成熟。封头成形已具有整体冲压成形、分瓣成形和旋压成形各种工艺能力，特别是一大批封头专业制造厂的出现，为压力容器制造的社会分工和专业化生产奠定了良好的基础。

在无损检测方面，除去常规的X光射线检测设备外，不少厂为生产厚壁压力容器购置了直线加速器。国内能力最大的直线加速器设备为12MeV，其检测的最大厚度达400mm以上。连续成像的X光射线检测设备已应用于生产，智能化和可记录的超声检测仪已研制出并得到应用。衍射时差法超声检测（TOFD）技术已日趋成型，已被列入《固容规》之中。

热处理设备已越来越大型化，目前国内最大的台式退火热处理炉尺寸为12m×13m×30m，这种热处理炉对于容器整体热处理效果虽好，但随着容器向大型化发展，有些直径再大，或超长容器的热处理仍不能满足。为此，局部热处理越来越广泛地被采用。局部热处理大多采用履带式远红外电加热片+自动温控仪进行，也有用局部组装式燃油或燃气的热处理炉即卡式炉进行。

1.4.1.4　计算机应用方面

目前我国压力容器制造业中的计算机应用与国外相比还有一定差距，也就是近年来才得到广泛应用。如焊接工艺编制采用焊接专家系统、焊接工艺评定和焊工培训考试使用计算机管理。编制零部件制造工艺过程卡，在下料、机加工、气割等一些工序中使用计算机，这些不但节省了大量的人力、物力和时间，同时也有助于制造工艺水平和质量的提高。

1.4.1.5　与国外压力容器制造业的主要差距

应该看到，我国压力容器制造业在一个十分落后的基础上，经过短短几十年的努力，从规模和能力上虽然已成为世界上压力容器制造业的大国，但相比国外先进国家压力容器制造经历上百年的发展，在实力和技术水平上还存在着较大差距，这主要表现在：

①焊接自动化、机械化水平较低；

②质量控制和现场管理水平较差；

③产品外观、油漆、包装质量亟待提高；

④配套供应能力较低；

⑤用户服务意识差，机制不健全；

⑥社会化分工、专业化生产的水平差。

1.4.2　发展趋势

1.4.2.1　产品类型和规模方面

随着工业技术的发展，压力容器大型化和超大型化已是大势所趋。如建造直径ф4500～5800mm，壁厚350mm，单台总质量达2000余吨的大型加氢反应器；（15～20）×104m3的浮顶贮罐，容积为10000m3以上的球形储罐等，这就给制造、运输、安装都带来极大的困难，也提出了一些新的课题，如现场大型容器的组焊、无损检测、热处理技术的开发，特大型容器的运输、起吊安装，在制造厂内还要增加一些必要的大型工艺装备，如大型机加工设备，大厚度焊缝的焊接、无损检测设备，大型变位机，滚轮架等，如果不事先考虑这一系列问题的解决，势必会妨碍大型压力容器的制造和发展。

1.4.2.2　产品用材方面

①随着容器向大型化、高温、高压方面发展，若仍采用传统的用钢来制造容器，势必会使容器壁厚太厚，产品总质量过大，造成综合投资增加。为此就要开发使用新型用钢，在炼油、石油化工产品方面，2.25Cr1MoV钢和3Cr-1Mo-1/4V钢比普通的2.25Cr1Mo钢强度更高，最高使用温度界限也更高，对于制造特大型的加氢反应器是必须要考虑采用的材料。为发展大型球罐，采用调质高强度钢制造球壳是未来一段时间内必然发展的趋势。

②在使用压力容器的各行业中，各种形态的腐蚀是损害容器、减少设备使用寿命，甚至导致破坏、造成事故的尖锐问题之一。为了研究如何抵御腐蚀这一课题，一些新型用钢应运而生，比如为防止H2S应力腐蚀，近年来研制出了Q345R（HIC）钢、15CrMoR（HIC）钢、08Cr2AlMo钢等。为在一些苛刻腐蚀环境中保证容器的安全使用，双相不锈钢、Ni基合金、哈氏合金等材料应用越来越多。对于相应的钢厂、焊材制造厂和容器制造厂来说，如果不紧跟形势，开发这些国外早已成熟的压力容器用材的研究和应用，则势必被市场经济所淘汰。在此，还要提醒一点就是一定要有超前意识，比如我国目前只能生产硫含量达“双零”的钢，而国外早已生产出含硫量达到万分之几的钢。相信随着工业技术的发展，对容器用钢和制造厂的要求会越来越高。

1.4.2.3　运行机制方面

①科研开发创新是一个企业立于不败之地的制胜因素。在工业技术飞速发展的今天，不搞具有自己特点的拳头产品，不进行科研开发，就等于自杀性行为。对于容器制造业而言，尤为重要，别人能做的，我们要做得更好，别人不能做的，我们要能做，以质量、品种取胜才有发展前途。

②走社会化分工和专业化生产的道路是发展压力容器制造业的必然之路，我国的压力容器制造厂受前苏联的影响，往往是大而全、小而全，什么都自己干，这样既费时、费力又无助于产品质量的提高，走社会化分工和专业化生产道路，无论对一个企业而言，还是从我国整个压力容器制造业来讲，才是最有生命力的途径。

③压力容器制造业中也要抓大放小，淘汰和抛弃一些设备陈旧、管理落后、粗制滥造、生产能力很差的企业，只有这样才能确保我国压力容器制造业健康发展，才能减少因制造质量低劣屡屡发生容器破坏事故的频率。

④一个制造厂的实力表现在要有相当规模的工艺装备和一批高素质的技术力量两方面，二者缺一不可，用人机制不改变，不重视人才的培养和引进，没有一批高素质的技术人才（包括工程技术人员和技工）企业就没有活力。一些民营和股份制改造成功的企业，之所以在产品质量上和交货期上能完全满足客户的要求，有明显的经济效益，除去有较好的运行机制外，这方面也是非常重要的因素，值得同行借鉴。