不锈钢焊管在不同行业中的应用与分析

不锈钢焊管在不同行业中的应用与分析
一、前言
不锈钢焊管是不锈钢板/带深加工的一个重要领域，又是石油、化工、医药、食品、铺设耐腐蚀性管的主要材料，是发电设备、舰船工业、制冷设备、海水淡化设备的主要元件，因此，不锈钢焊管越来越受到广大用户的关注和有关部门的重视。

不锈钢焊管生产的主要特点是：生产设备轻巧，投资少，建设速度快，焊接方法简便，产品规格范围宽，尺寸精度高、壁厚偏差小、表面平滑、成材率高。

在大批量生产的情况下，焊管比无缝管成本低20%以上。

近年来国内采用的“焊接一冷轧”“焊接一冷拔”生产不锈钢管工艺，用冷轧卷板按规格要求纵剪、成型后，经多枪氩弧焊机焊接成管，再经冷轧(拔)，使焊缝的各项性能指标可以与母材基本一致，产品质量明显提高。

由此看来，用不锈钢焊管代替不锈钢无缝管的优势越来越明显。

二、我国不锈钢焊管行业的总体情况
随着我国经济建设的快速发展，不锈钢的消费量不断增加，其中不锈钢管的需求量同样日趋扩大，市场前景看好。

不锈钢无缝管的市场需求表现在基础工业方面，如石油、化工、发电等，其需求量占不锈钢无缝管消耗总量的三分之二，还有如汽车，造船，建筑和环保业等也有较大需求。

不锈钢焊管目前主要用于城市景观、建筑装饰行业上，年消耗量在70万t左右。

工业用不锈钢焊管要求比较高，而且生产工艺不成熟，目前我国年用工业用不锈钢焊管量大约15万t左右，大部分需要进口。

从国产不锈钢管产品上看，钢种从单一的奥氏体钢发展到马氏体和铁素体钢、双相钢、高合金钢；产品品种有：无缝钢管包括冷拉管、冷轧管、热挤压管、离心铸造管、旋压管；
焊接管包括：等离子焊、氩弧焊、埋弧焊、光速焊接和高频焊接等焊管，所能生产的不锈钢管基本上覆盖了世界各国标准的品种规格，不锈钢异型管的规格、品种也达百种以上，产品用途涉及工业、民用的众多领域。

但是总体来说，目前国产不锈钢管在品种、规格、数量、质量等方面，与市场需求有一定的差距：
在不锈钢管的产品和数量方面：一般用途的普通不锈钢管的产量已与市场总体需求平衡。

无缝管的生产能力大于市场需求，生产过剩；中、低档次标准的不锈钢装饰焊管市场供大于求；较高标准的工业用焊管生产能力不足，尤其是高要求的工业用管，如电站用高压不锈钢锅炉管等基本是空白。

在不锈钢管产品的规格方面：一般用途的中小口径不锈钢管的生产能力大干市场需求；大口径、高要求的不锈钢管，市场供不应求，缺口较大，如Φ21mm以上的特大口径不锈钢管还需要靠进口弥补不足。

再如超长度的(大于15m)的超长管，国内也很少生产，基本依靠进口。

在不锈钢管的品种方面：目前国外广泛使用304L、316L等超低碳不锈钢。

国产的尿素级、高精度不锈钢，其质量还较难保证；一些技术难度大、质量要求高的专用不锈钢管，如电站锅炉的热交换器管、化肥装置用尿素管、石油井管等，还主要依靠进口；一些具有良好耐腐蚀性能的双相不锈钢管，国内也很少生产，不能满足市场需求。

从不锈钢管的生产上看：近十年来，随着应用领域的迅速扩展，加上不锈钢管高附加值的吸引，生产不锈钢管材的企业从80年代时的十几家发展到目前的400多家，综合生产加工能力超过100万t，现有不锈钢无缝钢管生产企业近300家，2007年生产量50万，以上，不锈钢焊管生产线近600条，年生产能力80万t以上，大于需求。

产量达5000t水平的企业很少，多数是年产2000t以下的小厂。

我国工业用不锈钢焊管的产能与国内市场需求不相
适应，现有的不锈钢焊管机组大部分工艺装备不配套，如缺少热处理和在线检测设备等，使机组的生产能力得不到充分发挥，普遍只能生产一般的装饰用管，而高要求的化工机械用管、热交换器用管等只有少数厂家可以生产。

三、超级铁素体不锈钢焊管
在半咸水和污染海水作为冷却介质的条件下，铜和铜合金管作为冷凝管的耐蚀性已不能满足使用要求。

随着冶金技术的进步和发展，高性能不锈钢焊管和钛焊管是替代铜合金冷凝器管的有效途经。

目前国内电站用凝汽器管材的选用均参照DL／T712-2000“火力发电厂凝汽器管选材导则”的要求而进行，在海水作为冷却介质的条件下，可选用HAl77-2、
BFe30-1-1、TA1焊管。

而在国际上各种不同牌号的高性能不锈钢管已广泛应用在滨海电站的凝汽器换热管材上，根据美国“在含氯离子水中使用不锈钢的导则”中介绍，适用于海水冷却的管材除钛材外，还有高性能奥氏体不锈钢(如AL-6XN、254SMO)和高性能铁素体不锈钢(如AL29-4C、SEA-CURE)。

这些材料从耐腐蚀角度看均能在海水中运行。

在美国，高性能奥氏体不锈钢焊管从1973年开始在电站凝汽器最早得到应用，在1979年前基本上全部使用高性能奥氏体不锈钢焊管。

高性能铁素体不锈钢焊管从1979年开始在电站凝汽器得到应用，虽然在以后几年里占的份额还不大，但增长的速度比较快。

2000年以后高性能奥氏体不锈钢焊管基本上不再使用，而使用高性能铁素体不锈钢焊管，从2003年开始在实际使用累计总量方面，高性能铁素体不锈钢焊管也超过高性能奥氏体不锈钢焊管。

铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢性能对比如下：
弹性模量：高性能铁素体不锈钢比高性能奥氏体不锈钢略大，所以高性能铁素体不锈钢的抗震性能要比高性能奥氏体不锈钢略强，可以用更薄的管壁而不产生振动，薄壁也更有利于传热。

热导率：高性能铁素体不锈钢比高性能奥氏体不锈钢大一些，所以高性能铁素体不锈钢的传热性能要比高性能奥氏体不锈钢要好。

线膨胀系数：高性能铁素体不锈钢比高性能奥氏体不锈钢更接近于碳钢的线膨胀系数，所以高性能铁素体不锈钢由热膨胀产生变形内应力较小，表面氧化膜因热膨胀系数差别而引起的剥落或开裂倾向小，更适用于高温循环氧化的环境。

密度：高性能铁素体不锈钢比高性能奥氏体不锈钢小，在相同体积的条件下，高性能铁素体不锈钢比高性能奥氏体不锈钢重量要轻。

这两类高性能不锈钢焊管对各种类型的腐蚀，如氯点蚀、蒸汽冲蚀、应力腐蚀、海生物腐蚀等，均具有优异的耐腐蚀性能。

所以两类高性能不锈钢焊管均可在滨海电站凝汽器上应用(包括污染海水)。

通过具体的耐蚀试验表明，高性能铁素体不锈钢(SEA-CUER.)与高性能奥氏体不锈钢(AL-6XN)相比，具有更加优异的耐氯化物腐蚀、耐泥沙冲蚀的性能。

超级铁素体不锈钢具有优异的综合性能，而且已在美国等国家得到大量的使用，在国内具有较好的前景。

四、不锈钢焊管在不同行业换热器上的应用分析
超级铁素体不锈钢管在我国尚未投入使用，从使用情况上看，目前在美国主要为电厂凝汽器方面的应用，另外在化工厂换热装置上也有较多应用。

作为一个国内新型替代产品，我们着重介绍在含氯离子水中冷凝管如钛管、铜合金管和其他类型不锈钢管等类型换热管材的使用情况：
1.电厂凝汽器
作为基础能源行业，我国的电力工业在未来几年仍会继续处于增长期。

从2003—2006年的国内装机总容量来看，火电一直占到75%左右，见表1。

按照国家“十一五”电力发展规划和至2010年的远期规划，燃煤火电仍是发电装机容量的主要组成部分，2010年燃煤火电装机将达4.773亿—5.033亿kW，占68.2%—68.9%，“十一五”期间国内将新增1.4亿，1.6亿kW；到2020年燃煤火电的装机将达7.1亿—7.85亿kW，从此看到2020年前每年预计新增的火电机组大约为3000万kW。

按照国家对供电火电机组建设的要求，新建的燃煤电厂的单机装机容量必须达到300MW，专门用于供电的机组达到600MW，因此可以近似认为今后每年将新建50台600MW火力发电机组，等于新建25个600MWx2个火电项目。

同时按照沿海省份(指广西、广东、福建、浙江、江苏、
山东、辽宁等省)的“十一五”电力规划和远期规划，每年大约有10个600MWx2的滨海火电厂项目进行建设，占每年投入建设的火电项目的40%。

核电作为清洁能源，近几年来在中国呈现出强劲发展的态势，《核电中长期发展规划(2005—2020年)》见表2。

从表2看，从“十一五”到“十三五”期间，我国总共将开工建设核电机组5044万kW，每年将新开工建设336万kW核电机组，近似于每年新增6台600MW核电机组，3个600MWx2核电项目投入建设。

长期以来，电站凝汽器的换热管以铜和铜合金管为首选材料，实践表明在淡水和清洁海水中，铜合金呈现出优异的服役性能。

但20世纪50年代末，由于石油、化工、造纸等行业的迅速发展，工业废水、城市污水及有机物的大量排放，使江河水、河口处及城市周围海湾的海水被严重污染，导致选用白铜(BFe30-1-1)管的滨海电站凝汽器的冷却管相继发生严重的腐蚀泄漏，不能满足电站运行的要求。

近年来，随着不锈钢管产量增加和管道焊接技术的成熟，不锈钢管凭借壁薄、换热面积大、强度高等特点，而成为铜管用做火力发电厂凝汽器材料的主要竞争对手。

目前火力发电30万Kw以上的新机组凝汽器已基本改用不锈钢冷凝器管，在一些水质状况较为恶劣的地区，如采用海水进行冷却的滨海地区，新建电厂基本上是选择了造价高、一次性投资大的钛管替代铜合金管。

因核电站基本都建设在海边，采用海水作为冷却介质，目前基本都采用钛管作为冷凝器管。

2.石化行业
石化行业大量使用热交换装置，如炼油工业中常减压装置、加氢裂化装置中使用的热交换管，海上石油平台的热交换器，水处理和供水系统、消防系统、喷水系统、稳水系统等，石化工业的聚氯乙烯热交换器、氯乙烯装置中的盘管式氧氯化反应器、甲醇合成反应器、物料／流出物热交换器、中压闪蒸罐顶冷凝器、醋酸等有机酸(甲醛、甲酸)的生产装置及管道等等，这些热交换装置和管道普遍使用不锈钢管。

石化行业生产上由于操作温度范围宽，低温条件时可达零下196℃，高温时可达500℃以上；操作压力有外压、真空、常压、中压、高压、超高压(大干100MPa)；操作环境中介质复杂，如存在腐蚀性、磨损性、易燃、易爆、有毒等固态、气态、液态以及各种混合介质氯化物、硫化物和其他盐类等这些特殊情况，因此，石化行业在使用不锈钢时，要求不锈钢具有很强的耐腐蚀性能(包括抗氯化物、硫化物和其他盐类腐蚀)和耐高温与耐低温性能。

目前石化行业使用的多为奥氏体类不锈钢，其中304牌号的不锈钢板、管、锻件用量最大，316、304L、316L板、管、锻件用量较大，ASTM标准中的TP304H、TP347H、Super310S的锅炉管、换热器用量也在逐渐增大。

此外，双相不锈钢由于具有特殊的耐腐蚀性能，在石化行业中正迅速得到推广与运用，其中双相不锈钢管用量逐渐增大。

目前，不锈钢焊管用量约为15000t。

3.海水淡化
近年来，中国淡水资源的状况也不容乐观，正常年份缺水量近400亿m3左右。

全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中108个为严重缺水城市。

但是，中国有近2万km的海岸线，海水资源丰富。

为此，国家将海水淡化列入“当前优先发展的高技术产业化重点领域指南”，以应对淡水供应日益紧张的局势，这促使海水淡化及其设备生产正日益成为一个热门产业。

2005年国家发展和改革委员会、国家海洋局、财政部联合发布《海水利用专项规划》提出发展目标。

目前世界上常用的海水淡化方法包括蒸馏法、反渗透法、电渗析法，而日处理量在3000t 以上海水淡水技术一般采用蒸馏法，估计日处理量为1万t的淡化设备中需要铜合金管300t 左右作为冷凝器管，规格多为Φ19mm、Φ20mm、Φ25mm、Φ32mm，厚度在0.75—1.0mm。

其中，多效闪蒸法(MED)所用的冷凝管是长度在18m左右的镍白铜合金管；多级闪蒸法(MSF)所用的冷凝管是长度在3—4m和7—8m左右的铝黄铜合金管。

经过40多年的发展，中国已经成为继美国、日本、韩国之后世界上少数几个掌握海水淡化先进技术的国家之一，特别是在蒸馏法、反渗透法两大技术领域拥有较为丰富工程实践和技术经验，目前也有一定基础和规模。

2003年中国利用海水作为电力、石油、化工等行业的冷却水用量达330亿m3左右，已建成运行的海水淡化水产量约为3.1万m3／日(苦咸水淡化水产量为2.8万m3／日)，在建和待建的工程规模为38.1万m3／日；2005年海水淡化的日产水量提高至10—15万t。

要实现《海水利用专项规划》提出的发展目标，按2010年目标估算，即80—100万t／日的海水淡水新增处理能力，今后几年中国需要每年完成新增20万t／日的淡水量，按其中50%采用蒸馏法，那么在海水淡化设备中需要每年约3000t
铜合金冷凝管。

目前，在发达国家，已经采用超级铁素体不锈钢管替代铜合金管作为冷凝器用管。

4.船舶制造
舰船及大型油轮用的冷凝器管材是铜合金管应用的又一重要领域。

舰船用铜合金冷凝管主要有BFe30-1-1、BFel0-1-1白铜管，HSn70-1锡黄铜管和HAl77-2铝黄铜管。

油轮作为原油运输的重要工具，其功能是将原油由产地运送到具有炼油能力的另一地，由于原油黏度较高加之海上温度有时很低，需将原油加热以便于输出，所以热交换用管材就按照计算出的必要的换热面积敷设于油舱的底部及四壁。

由于在海上实现热交换的介质多为海水，所以要求管材具有优异的耐海水腐蚀能力和较高的力学性能、工艺性能。

此类管材大多采用铝黄铜管，规格较大，特别是用于连接部分的管材，如常用加热管规格为
Φ(42—44)InlTlX2mmX6000mm，边接管规格为Φ(24—56) mmX6mmX 6000mm。

中国造船企业的技术管理水平的提高、人力、原材料成本优势和强有力的产业扶持政策使得全球造船业正加速向中国转移。

中国造船业在世界市场的份额也从最初的3%上升至目前的32%，造船产量年均增长率高达40%以上，见表4。

大约有近20种铜及铜合金在舰船上得到应用，且用量有逐渐增加的趋势。

一般军用和商用船上，铜及铜合金的用量可占到舰船自重的2%—3%。

其中，铜合金类冷凝管在目前中国造船工业中的用量最大，每年约为6万t。

近几年来，随着冶金技术的提高，造船工业采用的铜合金管正在被不锈钢管替代。

5.其他行业
(1)汽车工业
我国汽车行业正在蓬勃发展，从事不锈钢开发应用的企业都十分重视汽车用不锈钢，每辆汽车平均用不锈钢在24—30kg／台，其中有5—8kg是使用不锈钢焊管，主要应用在三元净化器和排气管、空调机和水冷箱内。

2008年，我国汽车产量960万辆，消耗不锈钢焊管量在50000t左右。

(2)电子仪表工业等
电子、仪表、冶金等行业每年所需的不锈钢管为5000t左右。

饮料、酒类、食品、纺织、印染等轻工行业及医疗医药行业，用于设备制造和维修等，年消耗不锈钢管30000t以上。

其中不少不锈钢管可以采用不锈钢焊管。

(3)供水行业
近年来，我国的一些城市在水和煤气等流体输送方面也开始采用不锈钢管。

不锈钢管道及输水设备，是当今世界最先进的基础性净水材料，其防腐蚀性能强，铸铁管、碳钢管、塑料管等都无法与其相比。

日本采用不锈钢管作为输水管线以后，漏水从15%降低到7%左右，水质也得到了极大改善。

武汉市投入巨资，广泛采用不锈钢管道和设备，在可能短的时间内，在新建高层住宅和写字楼，采用不锈钢管道供水。

宁波、大庆等地部分居民的供水管道，也已开始采用不锈钢管道。

五、铁素体不锈钢焊管的分析
1.超级铁素体不锈钢管与竞争材料的比较
我们针对超级铁素体不锈钢管与竞争材料如钛管、不锈钢焊管317L、不锈钢焊管316L、海军铜合金管等进行对比，如表5所示。

以600MW机组为例，预计需要采用钛管80t，同等冷却面积下比较如下：
从表5看，超级铁素体不锈钢管作为冷凝管相对于钛管有比较大的价格优势，在同等性能条件下可以得到用户的认可。

目前的钛管凝汽器市场可以作为超级铁素体不锈钢焊管的目标市场进行替代。

虽然超级铁素体不锈钢管较317L不锈钢管价格略高，但耐氯离子等应力腐蚀性能上的优势可以抵消这部分价格因素，可以作为潜在的替代市场。

在海水淡化和船舶制造等清洁海水中使用的冷凝管从惯例上依旧是铜合金管市场，但由于铜价持续上涨，由2000年的1.5万元／t涨至现在的7万元／t，在性价比上与不锈钢管相比已经不具有竞争力，可以预计在不远将来，不锈钢管将在海水淡化和船舶制造领域逐步替代铜管，海水淡化领域和船舶制造领域将是超级铁素体和双相不锈钢管的未来巨大潜在市场。

2.超级铁素体不锈钢焊管应用前景
从市场情况上看，超级铁素体不锈钢管在我国的使用刚刚开始，从美国的使用情况上看，超级铁素体不锈钢焊管使用较多的为电厂凝汽器方面，另外在化工换热装置上也有较多应用。

我国目前在滨海电站和核电站凝汽器的换热管材上多使用钛管，石化行业换热装置在采用海水作为冷却介质或者在含氯离子较高工作环境下，也多使用钛管，这两个领域可以采用超级铁素体不锈钢管进行替代，作为其现在显见的目标市场。

在海水淡化和船舶制造领域，采用海水作为冷凝介质，而且冷凝管数量较大，可作为超级铁素体不锈钢管的潜在市场。

对于汽车制造和电子仪表、冶金、纺织、印染等领域，也可作为潜在市场，对于其他领域，比如化肥工业虽然对不锈钢管需求量很大，但是对高性能不锈钢管要求的规格杂、钢种多；批
量小，可以进行替代的可能性较小。

供水行业采用不锈钢管虽然可能产生很大的用量，但是普通304钢管即可满足要求，受到价格的影响，无须采用高性能的超级铁素体不锈钢管。

(1)海边新建电厂凝汽器用冷凝器管
按照沿海省份的十一五电力规划和远期规划，每年大约有10个600MWx2的海边火电厂项目进行建设。

这些电厂按目前的凝汽器设计和选材要求，基本上都采用钛管作为冷凝器管材，以每台600MW火电机组的凝汽器用钛管80t计算，约需要钛管1600t／a。

若使用超级铁素体不锈钢管，每台600MW火电机组凝汽器需要140t，总计需要2800t／a。

每年将有6台600MW的核电机组进入建设期，所有核电.项目均建设在海边，需要大量海水作为冷凝介质，在凝汽器上基本都使用钛管作为换热管材，以每台600MW机组需用钛管80t计算，每年约需钛管480t。

若改用超级铁素体不锈钢管；约需要840t／a。

以上火电厂用和核电厂用凝汽器用钛管总量约为每年2080t，若换成使用超级铁素体不锈钢管，将需要3640t／a。

(钛管以025x0.5计，超级铁素体不锈钢管以025X0.6计)。

(2)现有海边电厂凝汽器改造
虽国内已建成海边电厂的凝汽器均采用钛管作为冷凝管，但因90年代国内引进了部分国外机组采用原有设计，采用铜管作为冷凝管，在目前海水受污染情况下，防腐蚀性能已经不能达到要求，频繁出现泄露，影响了机组的正常运行。

因此这部分电厂对于凝汽器改造的要求十分迫切，如营口电厂、绥中电厂等。

另外因国家对地下水、水库水等清洁水源使用的控制，部分内地靠海的电厂也将改用海水作为冷却水源，还有部分内地的电厂改用城市中水
作为冷却水源，这些电厂都将改变凝汽器用管，产生一定的市场需求。

总体估计每年约有300万kW机组进行这方面改造，产生超级铁素体不锈钢管年需求700t。

(3)化工行业换热管
石化行业每年使用的不锈钢焊管约5000t，其中有30%都用在热交换器上，预计有40%采用高性能不锈钢管，另外氯碱行业每年使用钛管1000t，主要在含氯离子的换热装置中使用。

这两部分冷凝管若用超级铁素体不锈钢替代，将需要3700t／a。

从以上看，每年超级铁素体不锈钢管在新建电厂凝汽器和老电／凝汽器改造使用管材上的需求量约为40t／a，化学行业总需求量约为3700t/a，竞争产品主要为钛管。

3.潜在市场
从超级铁素体不锈钢管的性能和不锈钢管的使用情况上看，内陆电厂凝汽器用管材、汽车制造、海水淡化和船舶制造可以作为超级铁素体不锈钢管的潜在市场。

(1)内陆电厂凝汽器用管材
目前火力发电30万kW以上的新机组的凝汽器已基本使用不锈钢冷凝管，不锈钢冷凝管在火力发电行业所占比重已达70%，主要使用在内陆地区，材质有316L、317L等。

每年新增3000万kW火电机组中有60%在内陆地区，新增总量为1800万kW，按采用317L 管作为凝汽器管材的电厂占60%计算，需要使用317L不锈钢管2520t／a。

在超级铁素体不锈钢生产成本下降后，可以作为317L的替代产品。

(2)海水淡化
从市场情况上看，我国因海水淡化将需要铜合金管3000t／a，因铜价和镍价持续上涨，导致铜镍合金管的价格居高不下。

为了对氯离子有较好的防腐蚀效果，铜合金管中镍的含量达到22%，这类铜管市场价格达到将近10万元／t，而且铜合金管普遍采用1mm壁厚，较超级铁素体不锈钢管0.6mm壁厚大出很多，成本估算上也大体接近，若国家标准和设计情况发生改变，超级铁素体不锈钢管将成为铜合金管的替代品种。

(3)空调
空调是关系百姓生活的产业。

2008年我国家用空调产量2430万台，空调用管一直以来采用的是铜管，管径一般在Φ6—10mm，壁厚0.4—0.7mm，当铁素体不锈钢加工性能改善以后，可以生产壁厚0.1、0.15mm，直径Φ6—012mm的空调用不锈钢管，使用寿命延长，换热效率提高，是节能、环保、降低空调成本的重要措施，按空调平均使用2kg／台来计算，每年要用约48600t，因此空调用管的开发生产也是值得焊管生产企业研究开发的重要项目。

(4)制糖、制药、乳制品生产和酿造业对不锈钢管的需求每年在3万t左右，不锈钢管的制造工艺得到提高，实现了焊缝轧制，内在质量和内外表面质量都可以满足卫生级用管的要求。

还有许多工业领域用不锈钢管尚未进行深入研究，无法明确这方面用量，比如：热泵技术的发展带动的新能源产业、太阳能产业、通讯业、仓储业、暖通业等等，可以肯定是个巨大的潜在市场。