关于高压主蒸汽管道(P91材质)国产化的可行性分析

关于高压主蒸汽管道（P91材质）国产化的可行性分析
作者：李晓东
来源：《价值工程》2014年第24期
摘要：随着国内钢管生产厂家的轧制及皮尔格轧机的工艺成熟、国内大型炼钢企业对钢材化学成分精控能力的提高，为了节约项目整体投资，突破国产P91管材的瓶颈，国内大型化工项目开始探讨P91国产化的可行性，本文通过对国内外大型钢管生产厂家的调查以及对比，对P91材质国产化进行了可行性的讨论。

关键词： P91；国产化；高压过热蒸汽管网
中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）24-0052-03
0 引言
国际上P91管材市场大致分为两部分，第一部分，是外径小于等于508（NPS小于等于20”）的部分，这部分口径的钢管由于生产厂商众多，几乎欧洲，美国，日本等工业发达国家的无缝管制造商根据各自的轧机组据情况均可以提供改组规格的P91钢管，所以该组规格的钢管国际市场竞争也非常激烈，价格相对较低，根据神华宁煤集团甲醇制烯烃一期招标的情况，其平均吨单价价位大致在8万RMB左右。

且经过几年的经济危机，现市场价位应该比这个价格还低。

第二部分为外径大于等于24”的部分，这部分钢管由于国际市场上仅有V&M，威曼高登，日本住友等才具有生产该组规格钢管的能力，由于生产资源相对较少，竞争不是太激烈，故其价格相对较高，单价约为17万RMB左右。

本文从5个方面对P91钢管进行介绍及国产化可行性分析。

1 ASME SA-335M P91简介
T91/P91为改良9Cr-1Mo钢，是由美国橡树岭国家实验室在T9钢的基础上研制、开发的新型铁素体型耐热合金钢。

改良9Cr-1Mo钢是通过限制碳含量上下限、更加严格地控制P和S 等残余元素含量的同时，添加了一定量的N以及微量的强碳化吴形成元素V和Nb，以达到细化晶粒，提高钢管的持久强度要求。

该钢具有较好的综合力学性能，高温时效后组织稳定，且焊接性能和工艺性能良好，适合于高温受压部件的材料。

P91钢管与9Cr-1Mo钢管相比，其再600℃的持久强度是后者的3倍，且保持了原9Cr-1Mo钢的优良的抗高温腐蚀性能。

P91钢管由于其优良特性于1984年纳入ASME SA-335。

P91管在电站锅炉中主要用于制造设计壁温不超过600℃高温过热器集箱、高温再热器集箱以及高温再热器管道、主蒸汽管道，我国与1995年也将该钢种纳入GB5310标准中，牌号定为10Cr9Mo1VNb。

近些年来，国内煤化工、石油、石化项目高速发展，对P91材质的钢管主要用于主蒸汽管道，其以焊接性能好、壁厚相对12Cr1MoVb较薄，受到了设计院和用户的大量应用，但由于国内冶炼、生产装备及生产工艺等各种因素的影响，国内对P91的来源主要依靠国外进口，为了降低项目造价，缩短项目建设工期以及促进国内先进耐高温高压管件材料的研发和生产，故本项目对目前国内的主要钢管生产厂家做了部分调研以及可行性研究，本文从技术、装备、设计参数等几个方面进行分析。

2 技术可行性
第一部分：小口径钢管（NPS小于等于20”）国内生产商情况目前国内知名的大型钢管生产厂商，主要以北方重工、武汉重工铸锻、河北宏润等企业为首的一批企业P91钢管生产工艺基本成熟、设备满足要求、产品可靠度经过几年用户运行，已满足装置运行要求，逐渐填补了三年前国内P91空白市场，但对于12”及以下的口径的钢管以上厂家的组距范围还不能满足要求。

第二部分：大口径厚壁钢管（NPS小于等于24”）国内生产商情况部分生产厂商不具备炼钢能力，对应P91材质化学成分的精确控制能力有欠缺，且厂商成立时间较短，其P91产品是否成熟还得经过用户10万小时的质量跟踪，才可定论；部分生产厂商具备炼钢能力，对P91材质的化学成分的精控能力较好，且技术实力比较有保障，且生产工艺也相对成熟，P91产品定型时间也较长，生产业绩较多，如北方重工集团有限公司、武汉铸锻471厂等。

第三部分：P91无缝钢管的性能鉴定 P91材料性能试验工作一般分为两个阶段，第一阶段主要参照ASME SA-335M及GB5310完成ASME SA-335M P91大口径厚壁钢管常规性能与组织分析试验工作，主要包括化学成分分析、非金属夹杂物、低温组织、显微组合及晶粒度、室温拉伸性能、弯曲性能、高温拉升性能；
第二阶段主要是开展ASME SA-335M P91大口径厚壁钢管的高温持久试验工作，根据持久强度外推方程：
持久强度值在600℃下10万小时的持久强度必须高于2010 ASME BPVC-II-Part D推荐的平均值92.4MPa，以及GB5310-2008标准对10CrMo1VNb钢管的持久强度推荐值93MPa。

目前国内厂家基本都已完成了第一阶段ASME SA-335M P91大口径厚壁钢管常规性能与组织分析试验工作，且均符合要求，但对于第二阶段高温持久性能试验这一块，由于此试验时间较长一般在2-3年内完成报告，故大部分厂家没有完成，目前经调查已完成此报告的厂家有北方重工、武汉重工铸锻、浙江格洛斯、四川三洲、河北宏润等均已完成，但小部分厂家批量生产基本在2010年后，故产品的成熟度有待考证。

3 生产工艺的可行性
根据现阶段国内厂商生产工艺、生产装备P91钢管目前按生产方法主要为垂直挤压、冲孔-拔伸以及皮尔格轧机三种工艺。

3.1 工艺简述
①垂直挤压生产工艺流程：原材料入厂检验→加热→清除氧化皮→自由镦粗剥落圆周面氧化皮→在制坯机的镦粗筒中闭式镦粗、冲孔→穿孔、落料→脱模→挤压坯加热-→清除氧化皮→喷涂润滑剂→在挤压坯上放置玻璃垫→在挤压机上挤压钢管→切除压余→热处理→精整清理钢管表面→理化试验→磨削内孔、外圆→无损检测→外观检验→入库。

②冲孔拔伸工艺流程：钢锭入厂检验→台车炉加热→钢锭除磷→立式水压机冲孔→卧式水压机拔伸→台车炉补热→热钢锭补热→卧式水压机拔伸→缓冷→毛坯管切头尾→淬火→回火→力学性能和金相等检验→机加工（内镗外车）→无损检测→外观检查→标识→入库。

③周期轧制工艺流程：钢锭入场检验→环形炉加热→曼式穿孔机（水压冲孔机）穿孔→周期轧管机扎管→热锯切皮尔格头→定径→矫直→冷床冷却→热处理→理化检验→无损检测→外观检查→标识→入库。

3.2 工艺优缺点比较（表1）
4 项目设计及后果风险
神华宁煤甲醇制烯烃项目P91钢管使用于透平动力高高压蒸汽介质，其设计温度540摄氏度，设计压力10.6MPa，管道的壁厚计算采用ASME B31.3计算原则，其计算过程如下：
24”钢管：
Tp（管道承受压力所需最小壁厚厚度）=31.2283MM；
Ta（选用钢管壁厚再考虑壁厚负偏差及腐蚀余量因素后可提供的钢管壁厚）=32.4MM；
实际设计壁厚余量只有1.2MM。

20”钢管：
Tp（管道承受压力所需最小壁厚厚度）=26.02358MM；
Ta（选用钢管壁厚再考虑壁厚负偏差及腐蚀余量因素后可提供的钢管壁厚）=26.8MM；
实际设计壁厚余量只有0.8MM。

从以上计算数据看，本项目使用的P91钢管实际设计余量是非常有限的，这就要求钢管的质量不允许有任何的差错，任何小的质量缺陷都有可能引起管道的失效，而高高压蒸汽的性质也决定了其钢管一旦失效会引起安全灾难。

因此对于本项目的此次国产化P91，我们在厂商的选择上慎之又慎。

5 项目执行经济性分析
根据本项目的情况，20”（24”）钢管为最大使用用量的口径，但其数量也不是很多（大概139吨）左右，其他规格数量很少，估计全部重量不会超过150吨钢管用量，根据这个预估量，从项目执行经济性的角度，进行如下的分析：
20”国产化钢管经济性：
①钢管进口按照6万（暂定）/吨单价的情况下：
钢管366米×单重（0.381吨/米）+弯头24个×1.002吨/个×3 （弯头价格修正系数）=211吨；
预计总价：211×6（暂定）万/吨=1266万。

②钢管国内按照3万（暂定）/吨单价的情况下：
钢管366米×单重（0.381吨/米）+弯头24个×1.002吨/个×3 （弯头价格修正系数）=211吨；
预计总价：211吨×3（暂定）万/吨=633万。

从以上对比看，国产化P91钢管，可节约费用633W。

6 结语
综上所述，基于以下因素，对于20”及以下口径的P91钢管，本项目采用国内生产的P91钢管。

6.1 目前国内市场的生产工艺及装备水平已达到国际水平，与著名的生产厂商日本住友、威曼高登、意大利达尔明等相似，完全满足本项目要求。

6.2 同比国际市场价格，本项目可投资节约费用最少1000W以上。

6.3 国内生产的P91钢管，经过近几年电厂、化工的使用，产品的成熟度已达到煤化工的要求。

但由于本项目的前期设计中未考虑国产化P91钢管，对于设计余量考虑较小，建议在下个项目中着重考虑管线的壁厚，提供设计余量，保证管道壁厚。

参考文献：
[1]电力规划设计总院管道专业技术小组.关于我国火电厂主蒸汽管道P91钢的建议[J].中国电力，1996，29（7）：3-9.
[2]殷戈，葛斌，王培红.蒸汽管网热力系统的建模与软件开发[J].热力发电，2008（05）.
[3]宁保群，严泽生，付继成，别利剑，刘永长.T91铁素体耐热钢强化新途径[J].材料导报，2009（07）.
[4]刘尧星.P91钢焊接材料的优化选择[J].湖南电力，2007（04）.。