前言 从广义上讲，石化行业包括石油和天然气开采业、石油加工及炼焦业、化学原料 及制品制造业、化学纤维制造业、橡胶制造业、塑料制造业等。石化行业是我国经济 的支柱产业。在国家经济发展和提高人民生活水平上有着举足轻重的地位，石油被称 为“工业的血液” ，化工产品称为“工业的粮食” 。我国已经成为石化产品的生产和消 费大国。2008 年，我国原油加工量为 3.42 亿吨，成品油产量 2.08 亿吨和乙烯产量为 1026 万吨。在“十一五”规划中，到 2010 年，原油加工能力达到 3.7 亿吨，轻油 收率达到 74%，2020 年达到 5 亿吨，轻油收率 76%，实现成品油满足国内需求；乙烯 生产能力达到 1700~1800 万吨/年，产量 1450 万吨，乙烯自给率达到 58%，2020 年达 到 2600 万吨，自给率提高到 60%。 石油、天然气、煤等化工原料，通常要经过钻探、开采、输送、储存、加工、转 化、产品储存等多个环节， 每个环节又通过不同工艺和特定的装备来完成。 因此， 石化产品种类繁多，石化加工设备种类同样众多。石化的生产靠工艺，工艺靠装备完 成，装备主要又由满足运行工况的金属材料制造而成。依产品的不同，所用装置按照 其生产工艺、中间或最终产品的特点，所用的金属材料的又明显不同。所用材料不仅 要满足设备的服役条件，还要满足装备的制造工艺需求。本文以大型原油储罐、临氢 设备用钢、大型乙烯低温球罐用钢等石化关键设备所用的金属材料进行归纳和总结， 说明其开发和应用进展，以期为这些设备进一步大型化和其他关键设备用金属材料的 国产化提供有益的借鉴。 1 2.石化装备种类 石化装备通常分为专用设备、通用设备和仪器仪表。石化专用设备包括工业炉、 反应设备、换热设备、塔器、储运设备、以及专用机械，如过滤机械、分离机械、干 燥机械、造粒机械和包装机械等。石化通用设备包括气体压缩机组、泵、阀门等。仪 器仪表包括控制仪表、测量仪表、在线分析仪器等 。 按生产工艺流程中工艺装置来分，包括单元设备、主工艺管道系统、蒸汽、压缩 空气和水等管道系统，电控系统、自动化仪表控制系统、以及其他辅助系统等。 也可按关键工序的装置功能来分， 如炼油工序的常减压蒸馏装置、 催化裂化装置、 催化重整装置、加氢裂化装置、焦化装置等。百万吨级大型乙烯成套装置 80 万～100 万吨/年乙烯裂解装置、 万～60 万吨/年聚乙烯装置、 万～60 万吨/年聚丙烯装置， 40 40 以及辅助配套设施如空分装置、热电站、空气压缩站、水循环系统、污水处理系统等。 石化设备和仪器的特点是成套性和配套性强，品种多、规格杂、通常需要单件小 批量生产。 目前，我国将锅炉、压力容器和承压管道统称为承压类特种设备。石化专用和通 用设备，多数属于承压设备，其设计、选材、制造、安装、检验、使用、管理等需要 严格按照有关法律、规程和标准执行。对于大型石化装备，还必须考虑运输和吊装、 现场组焊和检验等。 3.石化设备所用的金属材料 石油、石化设备和装置，主要在高温、高压、低温、易燃、易腐蚀的条件下服役， 这些特点就决定了石化不同装置要采用不同的材质的材料来制造。既有金属材料，也 有非金属材料。金属材料既包括黑色金属，如铸铁、碳钢、低合金钢、不锈钢，又包 括有色金属，如镍和镍合金、铜和铜合金、铝及铝合金，还包括活性金属，如钛及钛 合金、锆及锆合金、钽及其合金等。对石化设备所采用金属材料，涉及到不同的形状 板材、棒材、锻材、丝材等。这些材料由钢铁企业和设备制造厂生产，涉及到冶金行 业的各种主要生产工艺，如铸造、锻材、轧材、烧结。根据材料的特性，有的材料需 要整体热处理、表面处理改性处理，或将不同金属材料复合在一起。 从温度来讲，不同石化工艺的介质温度从-196℃超低温到 1100℃高温。对于 -196～-20 ℃低温，主要选用不锈钢、Ni 合金低温钢、低合金低温钢等；对于-20℃～ 99℃常温区间，通常选用低合金钢、碳钢（热轧、正火、调质钢板）等；对于 100℃～ 2 400℃中温区间，通常选用 Cr-Mo 耐热钢、不锈钢；对于 400℃～800℃高温区间，通 常选用高合金 Cr-Mo 钢、Cr-Ni 钢不锈钢等；800 ℃以上超高温，通常选用镍基高温 合金。 石油化工和化工装置要在高温、高压、低温、易腐蚀条件下长时间运行。大型炼 油、石化装置的连续生产状态要求达到 3～5 年才能大修。这对所用的金属材料也提 出更高要求。 石化装备设计时，选择材料要结合设备的服役环境和运行条件，考虑介质、服役 温度、压力、流体速度、材料的加工工艺性（重点使材料焊接性和消除焊接应力热处 理特性） 、成本（材料采购成本、加工工艺成本等） 。当出现多种材料同时可以满足设 备的服役要求的情况，综合考虑材料的成本、加工难易、设备寿命等。 目前，国内钢铁企业经过几十年的发展，从石化装备所用金属材料种类以及加工 工艺来讲，已经完全可以生产。现在主要问题是金属材料的系列化上不能完全满足石 化装备的需求，尤其是随着石化设备大型化，所用金属材料的单重、厚度、强度、腐 蚀性能等不能满足需求设备的制造要求。冶金企业解决材料的单重、厚度等问题，也 需要通过设备和工艺改造才能实现。 焊接材料作为设备制造时必不可少的工艺材料，起着举足轻重的作用。有些关键 设备的国产化进程中， 最后的难点往往就是焊接材料。 在大型设备难以整体热处理时， 焊缝金属作为铸态组织直接服役，其均匀性和性能决定着接头的服役寿命。 对于石化通用设备，设备制造商与冶金企业联合设计选材，提高设备的可靠性和 运行周期，对于重大关键设备，设计、制造企业，向冶金企业交底，生产出满足设计 要求的优质金属材料，保证关键设备的可靠性。对于关键重大装备，科研、设计、制 造和业主单位，与冶金企业联手攻关，加速国产化。期间，也要考虑解决好石化单件 设备用材量小，不适合冶金企业批量大生产问题。 4.石化重大装备的国产化促进着金属材料开发和应用 自二十世纪八十年代早期，为了促进石化工业的发展，在国务院、政府部门、装 备制造企业、石化企业、设计、科研院所、高校等通力合作下，在石化成套装置引进 的基础上，不断地消化和创新， 致力于石化设备的国产化，取得了令人注目的成绩。 经过近六十年的积累和发展 ]5[]4[]3[]2[]1[ ，我国已经初步建立了较完善的石油化工和化工 3 设备设计、制造、运行和改造经验，尤其是近二十年来，大型石化关键设备的国产化 不断取得标志性成就。 我国大型炼油装备的国产化率已经达到 90%左右， 化工设备国产化率已经达到 70% 左右。我国石化装备总体上与国外的先进水平相比仍存在一定的差距。主要是石化装 备的可靠性和稳定性还有待提高，石化装备的集成能力还较差，专业化和系列化程度 较低；装备制造业的发展跟不上石化技术发展及装备大型化的要求，对引进技术和装 备的消化、吸收、再创新能力不足等 。 石化行业多项关键设备，如乙烯成套装置等，一直处于引进——国产化——再引 进——再国产化的循环中。