發(fā)布日期：2023-2-8 9:02:36
引言
隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展及新技術(shù)的引進(jìn)，管道的腐蝕問(wèn)題是影響現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個(gè)極為嚴(yán)重的破壞因素，工礦化工等企業(yè)的管道腐蝕所引起跑、冒、滴、漏除影響著正常生產(chǎn)外，還降低了產(chǎn)品質(zhì)量、污染環(huán)境、浪費(fèi)能源及提高了安全隱患出現(xiàn)的幾率，上述問(wèn)題的長(zhǎng)期存在嚴(yán)重阻礙了我國(guó)工業(yè)化發(fā)展進(jìn)度。所以一種具備耐腐蝕、高強(qiáng)度、耐磨損、低成本、低污染及便于維護(hù)等特點(diǎn)的管道的出現(xiàn)勢(shì)在必行。
鈦及鈦合金直縫焊管（以下簡(jiǎn)稱“鈦焊管”）由于具有強(qiáng)度高、重量輕，良好的熱傳遞性和耐腐蝕性能，作為鋼及不銹鋼管道的替代產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，而大口徑鈦焊管在工業(yè)輸送管道中的使用也得到市場(chǎng)的認(rèn)可。雖然鈦焊管與常用流體輸送管道相比投資成本較高，但是其成本要低于鈦無(wú)縫管約15%～25%，且從鈦焊管的使用壽命和維護(hù)周期來(lái)分析，鈦焊管的投資成本可以在使用中得到補(bǔ)償，管道系統(tǒng)中使用鈦焊管可通過(guò)減少定期維護(hù)次數(shù)，減少停產(chǎn)時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高管道壽命來(lái)降低生產(chǎn)成本。
時(shí)至今日，鈦材已被廣泛使用在化工、石油、石化、真空制鹽、制藥、海水淡化、電力等工業(yè)中。尤其是鈦能較好地抵抗氯離子的侵蝕，所以，鈦材使用在與氯相關(guān)的介質(zhì)中較多，如離子膜法燒堿生產(chǎn)中已大量使用鈦材制造設(shè)備、管道和管配件等。還有甲酸、醋酸、環(huán)氧丙烷等化工項(xiàng)目中均采用鈦管道輸送介質(zhì)，以解決管道腐蝕問(wèn)題，延長(zhǎng)管道使用壽命[1]。而在鈦管道中，鈦焊管和鈦無(wú)縫管的化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能基本一致[2]，然而鈦焊管在實(shí)際應(yīng)用中卻有著鈦無(wú)縫管所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)：鈦焊管可實(shí)現(xiàn)大口徑及超大口徑流量的輸送，另外鈦焊管的經(jīng)濟(jì)性和適用性更易得到推廣和使用。
鈦焊管作為一種相對(duì)獨(dú)特的鈦管產(chǎn)品形式，是把鈦板或鈦卷帶進(jìn)行軋制成管形后采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊將縫隙焊合而成的一種產(chǎn)品。由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能和較大的比強(qiáng)度，自開發(fā)出來(lái)后就引起了工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和使用。現(xiàn)在小口徑鈦焊管（公稱尺寸DN100及以下）已用在各類冷凝器和熱交換器中逐漸替代鈦無(wú)縫管作為換熱管的首選材料，而大口徑鈦焊管（公稱尺寸DN100以上）也被廣泛用作化工、石油、石化、制鹽、制藥和海洋工程等行業(yè)的工業(yè)管道。
一、我國(guó)鈦焊管的發(fā)展歷程
我國(guó)建國(guó)初期開始鈦金屬只用于軍品工業(yè)，屬于國(guó)家戰(zhàn)略管控物資，直至70年代才在民用工業(yè)的化工領(lǐng)域中使用鈦材，迄今已有四十多年的歷史，鈦?zhàn)鳛橐环N優(yōu)良的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)確立了它無(wú)可替代的地位，而作為化工輸送腐蝕介質(zhì)管道中的理想材料，鈦焊管也愈來(lái)愈引起設(shè)備和管道設(shè)計(jì)人員的重視和使用。
1、鈦焊管的工作情況
眾所周知，鈦焊管因其優(yōu)異特性多用在具有腐蝕性的環(huán)境中，當(dāng)帶腐蝕性介質(zhì)的液體流經(jīng)鈦焊管時(shí)，腐蝕介質(zhì)會(huì)對(duì)焊管內(nèi)壁進(jìn)行微弱的沖刷腐蝕。隨著介質(zhì)及其濃度的不同，鈦焊管受腐蝕程度也不同。一般情況下，相同介質(zhì)下高濃度介質(zhì)的腐蝕速率大于低濃度，沸騰時(shí)介質(zhì)的腐蝕速率大于室溫時(shí)，含鹵素介質(zhì)的腐蝕速率大于其它鹽溶液，相同壁厚、相同介質(zhì)下內(nèi)壁承載壓力高的鈦材腐蝕速率大于內(nèi)壁承載壓力低的鈦材。
因此，鈦焊管的壽命長(zhǎng)短主要取決于與之接觸的腐蝕性介質(zhì)、使用環(huán)境及承載壓力。
2、鈦焊管的發(fā)展過(guò)程
由于受到原材料和加工技術(shù)等多方面的制約，鈦焊管的生產(chǎn)技術(shù)多年來(lái)一直掌握在日本、美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等少數(shù)一些國(guó)家的專業(yè)廠家手中[3]。所以中國(guó)的鈦焊管相對(duì)于其它的鈦加工產(chǎn)品起步較晚，且前期發(fā)展比較緩慢，直接影響了鈦焊管產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化形成，所以目前為止，鈦焊管的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。
我國(guó)從80年代起開始研制鈦焊接管1985年原寶雞有色金屬加工廠（現(xiàn)在的寶鈦集團(tuán)有限公司）從美國(guó)引進(jìn)中國(guó)第一條完整的小口徑鈦焊管自動(dòng)生產(chǎn)線，結(jié)束了我國(guó)不能生產(chǎn)鈦焊管的歷史。但由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)不能夠生產(chǎn)鈦焊管的原料產(chǎn)品——鈦帶卷，因技術(shù)引進(jìn)消化和原料采購(gòu)困難的多重影響，一直到上世紀(jì)九十年代末，該生產(chǎn)線才真正具備生產(chǎn)能力，年產(chǎn)能僅有200噸左右[4]。90年代中期，我國(guó)常州與法國(guó)Valtimet（法鈦美）公司合資組建了法力諾長(zhǎng)城焊管有限公司，引進(jìn)了3條小口徑焊管生產(chǎn)線，生產(chǎn)鈦焊管。但還是受國(guó)內(nèi)鈦卷帶生產(chǎn)技術(shù)不過(guò)關(guān)因素的影響，前期原料大多為日本、美國(guó)進(jìn)口。受質(zhì)量和產(chǎn)量的限制，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的鈦焊管市場(chǎng)仍未真正形成。
直至2005年，寶鈦集團(tuán)控股的寶雞鈦業(yè)股份有限公司發(fā)起和常州法力諾長(zhǎng)城焊管有限公司、法國(guó)Valtimet（法鈦美）公司、美國(guó)Timet公司共同出資組建西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司，由法國(guó)提供技術(shù)支持，建成兩條具有國(guó)際先進(jìn)水平，年產(chǎn)能初步設(shè)計(jì)為600噸的全自動(dòng)小口徑鈦焊管生產(chǎn)線，并由美國(guó)提供原料供應(yīng)[5]。
自2007年正式投產(chǎn)后，作為中國(guó)最大的鈦焊管專業(yè)生產(chǎn)廠家，借助股東的資源優(yōu)勢(shì)和技術(shù)支持，公司成長(zhǎng)迅速，產(chǎn)品受到了市場(chǎng)的認(rèn)可和用戶的好評(píng)，使得中國(guó)的鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)水品有了很大的上升。
2011年，隨著國(guó)內(nèi)鈦帶生產(chǎn)技術(shù)的突破，西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司采用寶鈦集團(tuán)生產(chǎn)的冷軋板帶，成功實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，其開發(fā)的厚壁鈦焊管焊接技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)焊管生產(chǎn)技術(shù)空白。同時(shí)，寶鈦集團(tuán)鈦帶卷的使用也填補(bǔ)了我國(guó)國(guó)產(chǎn)鈦帶生產(chǎn)鈦焊管的空白。
本世紀(jì)初期，隨著工業(yè)輸送管道因腐蝕所引起跑、冒、滴、漏等問(wèn)題的出現(xiàn)，工業(yè)管道系統(tǒng)中對(duì)耐腐蝕的大口徑鈦焊管的需求日益增大。一些鈦設(shè)備制造廠家采用滾軋法生產(chǎn)制造短型大口徑鈦焊管（單支長(zhǎng)度不超過(guò)3米），但因生產(chǎn)技術(shù)的不成熟，存在著生產(chǎn)量小、生產(chǎn)率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定及不利于安裝等問(wèn)題。
2009年12月由寶鈦集團(tuán)參股的南京寶色股份有限公司成功制造出符合工業(yè)壓力管道要求的大口徑鈦焊管，并成功取得國(guó)家質(zhì)檢總局頒發(fā)的特種設(shè)備（有色金屬管道）制造許可證，代表著鈦焊管在工業(yè)壓力管道領(lǐng)域中的正式使用。
2013年10月寶雞市守善管件有限公司采用模壓法成功制造出單支6米長(zhǎng)大口徑鈦焊管，產(chǎn)品符合ASTMB862標(biāo)準(zhǔn)要求，其生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利，并在2014年1月取得國(guó)家質(zhì)檢總局頒發(fā)的特種設(shè)備（有色金屬管道和有色金屬管件）制造許可證。該技術(shù)是一種6米直縫管的生產(chǎn)技術(shù)，改變了傳統(tǒng)工藝中的環(huán)焊縫拼接焊接的方法，使用等離子弧自動(dòng)焊直縫焊接技術(shù)（PAW），達(dá)到節(jié)省人力物力，且生產(chǎn)的鈦焊管具有直線度小，焊縫表面美觀，焊縫承壓能力增強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
3、小口徑鈦直縫焊管生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)介
小口徑鈦焊管的加工是以鈦帶卷作為原材料，經(jīng)解卷后在專用輥式連續(xù)成型機(jī)上擠壓成型，在整體生產(chǎn)線上完成最終成品，見(jiàn)圖1。該方法為連續(xù)式生產(chǎn)，具有生產(chǎn)量大，生產(chǎn)率高，成型質(zhì)量好及節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)。其中輥式連續(xù)成型機(jī)成型方法方法較多，鈦焊管多采用W彎曲成型法方法[6]。
圖1 小口徑鈦直縫焊管的生產(chǎn)主要工藝流程
4、大口徑鈦直縫焊管生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)介
國(guó)內(nèi)大口徑鈦焊管的生產(chǎn)受技術(shù)水平和市場(chǎng)需求量小的限制，生產(chǎn)方法多采用斷續(xù)式生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)原料采用鈦卷帶或鈦寬幅板，經(jīng)專用設(shè)備壓制成型，見(jiàn)圖2。
圖2 大口徑鈦焊管的生產(chǎn)主要工藝流程
大口徑鈦焊管成型設(shè)備的成型方法也有好幾種，對(duì)于鈦焊管，常用的為單半徑彎曲變形法和多半徑彎曲變形法。多半徑彎曲變形法較單半徑彎曲變形法成型直徑不受限制，單半徑彎曲成型法只適用于標(biāo)準(zhǔn)管子的外徑尺寸，不適用于非標(biāo)管的生產(chǎn)。現(xiàn)在我國(guó)對(duì)大口徑鈦焊管的需求量還比較低，這與其生產(chǎn)成本、生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品未標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)。
5、鈦焊管的應(yīng)用
鈦焊管因其極高的比強(qiáng)度最早應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，減少飛行器重量的同時(shí)，還可以延長(zhǎng)使用壽命，減少維護(hù)時(shí)間。
本世紀(jì)初期鈦材料及產(chǎn)品的民用市場(chǎng)形成，鈦焊管以其優(yōu)良的耐腐蝕性和熱傳導(dǎo)性被廣泛地應(yīng)用于石油化工、制鹽、制藥等行業(yè)。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使得自然環(huán)境和水資源受到極大的污染，讓原本在純凈的水和清潔的海水中表現(xiàn)優(yōu)異的銅及銅合金管、不銹鋼管極易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕泄漏，因此鈦焊管作為其他金屬材料的替代品也被應(yīng)用于海水淡化設(shè)備中。
鈦焊管雖然價(jià)格稍高，但使整個(gè)鈦管道壽命大大提高，減少了停產(chǎn)維修費(fèi)用，對(duì)環(huán)境污染小，符合當(dāng)前國(guó)家建設(shè)節(jié)約型環(huán)保型社會(huì)的總體要求。
二、我國(guó)鈦焊管標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范簡(jiǎn)述
我國(guó)鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展緩慢，起步較晚，所以鈦焊管的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范至今為止仍在發(fā)展和完善中。
我國(guó)在1984年由原寶雞有色金屬加工廠編訂，經(jīng)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4367-84《焊接及焊接-軋制鈦管》和GB4368-84《熱交換器及冷凝器用焊接-軋制鈦管》。.此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行了近11年的時(shí)間，在當(dāng)時(shí)指導(dǎo)及規(guī)范了小口徑鈦焊管的生產(chǎn)制造，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)代表我國(guó)小口徑鈦焊管標(biāo)準(zhǔn)化的起步，是我國(guó)鈦焊管生產(chǎn)、經(jīng)銷、設(shè)計(jì)、施工的主要參考文件。
隨著鈦焊管生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展和成熟，為了使標(biāo)準(zhǔn)能更好更有效地指導(dǎo)我國(guó)鈦焊管的生產(chǎn)制造，我國(guó)在1995年10月修訂發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3624-1995《鈦及鈦合金管》（替代GB 4367-84）和GB/T《換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管》（替代GB4368-84）。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)把鈦無(wú)縫管和鈦焊管有效地合并在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，代表著我國(guó)小口徑鈦無(wú)縫管和鈦焊管的生產(chǎn)制造已經(jīng)進(jìn)入正常發(fā)展水平。
2006年12月30日由中國(guó)質(zhì)檢總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)共同發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20801-2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》，其中對(duì)承壓用途的鈦焊管的材料、設(shè)計(jì)和計(jì)算、制作與安裝、檢驗(yàn)與試驗(yàn)及安全防護(hù)等方面進(jìn)行了明確的規(guī)定，正式將用于承壓用途的鈦焊管納入了特種設(shè)備管理體系。
為了更有效地規(guī)范工業(yè)流體用小口徑鈦焊管的生產(chǎn)制造、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)選用、采購(gòu)經(jīng)銷及安裝施工，中國(guó)國(guó)家和發(fā)展改革委員會(huì)于2006年3月發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T 576-2006《工業(yè)流體用鈦及鈦合金管》。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工業(yè)流體用小口徑鈦焊管的理化性能和檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了明確規(guī)定，進(jìn)一步指導(dǎo)和規(guī)范了流體輸送用途的小口徑鈦焊管的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
基于實(shí)際需要，2011年1月中國(guó)國(guó)家質(zhì)檢總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布GB/T26057-2010《鈦及鈦合金焊接管》，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)小口徑（外徑Ø15-Ø38）鈦焊管與國(guó)際同類產(chǎn)品的接軌起著很大的推動(dòng)作用，為我國(guó)小口徑鈦焊管更好地進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)提供了生產(chǎn)依據(jù)和規(guī)范。
然而我國(guó)大口徑鈦焊管的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范受設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備能力、生產(chǎn)規(guī)模和用量需求等因素的限制，相配套的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范一直沒(méi)有制訂和發(fā)布，而國(guó)內(nèi)的鈦焊管生產(chǎn)廠家或參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)自訂企標(biāo)，或參考鋼或不銹鋼焊管國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或參考執(zhí)行國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，致使大口徑鈦焊管產(chǎn)品在檢驗(yàn)和試驗(yàn)項(xiàng)目中沒(méi)有評(píng)價(jià)依據(jù)。目前生產(chǎn)廠家多參考不銹鋼焊管標(biāo)準(zhǔn)GB/T2771-2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》或美標(biāo)ASTM B862《鈦及鈦合金技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行鈦及鈦合金焊管的生產(chǎn)制作及檢驗(yàn)與試驗(yàn)，而隨著大口徑鈦焊管在市場(chǎng)上需求量的增大及在應(yīng)用領(lǐng)域中的擴(kuò)展，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制訂和發(fā)布勢(shì)在必行，否則大口徑鈦焊管產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展勢(shì)必受到影響。
三、鈦焊管的展望
目前我國(guó)鈦材在民用工業(yè)中的應(yīng)用占全部鈦材用量的80%以上。十二五規(guī)劃中，國(guó)家加大了能源、化工、海洋工程等項(xiàng)目的投入與改建，計(jì)劃我國(guó)石油、化工、合成纖維、制鹽、制堿、海洋工程等行業(yè)的裝備正處于發(fā)展、更新、改造的新時(shí)期，以往石油、化工裝備多采用普通鋼材或不銹鋼材，設(shè)備結(jié)構(gòu)陳舊，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。新型現(xiàn)代化裝置所使用的防腐材料大多要求具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，如離子膜燒堿裝置中的納離子和氯離子，用離子膜法或隔膜法將其分離后都具有很強(qiáng)的酸性和堿性，溫度在80℃左右，用普通鋼材和不銹鋼材料制造管道，很難抵御介質(zhì)的腐蝕作用。因此，國(guó)內(nèi)外大量地應(yīng)用鈦材來(lái)代替鋼或不銹鋼材料制作電解槽、隔板、容器、管道、管件和泵閥，獲得了良好的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，年產(chǎn)100萬(wàn)噸燒堿裝置中大約用到300～500噸鈦材，其中用到鈦管道管件60～100噸[7]。而鈦焊管也將逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍，如海上平臺(tái)、海水淡化裝置及發(fā)電廠中的鹽水冷卻裝置等腐蝕介質(zhì)管道輸送中。
因?yàn)殁伈牡某杀据^高，所以對(duì)鈦焊管的廣泛應(yīng)用有著一定的限制，為了降低鈦管道的費(fèi)用，國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)廠家參考SY6623-2005《雙金屬?gòu)?fù)合管》已成功研發(fā)出鈦/鋼復(fù)合管（基管材質(zhì)為鋼材，襯里或內(nèi)覆材質(zhì)為鈦材），在工藝成熟的情況下，鈦/鋼復(fù)合管的造價(jià)比鈦管道減少30～50%，未來(lái)復(fù)合管將是防腐蝕管道的發(fā)展方向。
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作者簡(jiǎn)介：李曉瑜（1984-），男，陜西寶雞人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事鈦制壓力容器和壓力管道的工藝設(shè)計(jì)工作。