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壓力容器裝備細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中圣科技    2023-10-06

1、化工行業(yè)壓力容器裝備

化學(xué)工業(yè)，又稱化學(xué)加工制造業(yè)，是通過(guò)化學(xué)方法改變物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)或合成新物質(zhì)的產(chǎn)業(yè)，所得產(chǎn)品被稱為化學(xué)品或化工產(chǎn)品?；ば袠I(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)之一。

化工行業(yè)包括石油化工、精細(xì)化工、煤化工等多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，其產(chǎn)品在生產(chǎn)生活各方面有著十分廣泛的應(yīng)用。

自新中國(guó)成立以來(lái)，中國(guó)化工行業(yè)從零開始，取得了巨大的發(fā)展成就。近十年來(lái)，在我國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展以及積極的產(chǎn)業(yè)政策的影響下，化工行業(yè)迎來(lái)新一輪增長(zhǎng)機(jī)遇。

石油化工產(chǎn)業(yè)是以石油等為原料，生產(chǎn)汽油、煤油、柴油等石油產(chǎn)品和基本有機(jī)化工原料、三大合成材料（合成樹脂、合成纖維、合成橡膠）等石油化工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)的石油產(chǎn)品可直接為交通運(yùn)輸業(yè)、工農(nóng)業(yè)提供主要的燃動(dòng)能源，三大合成材料產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各方面。作為化工行業(yè)的重要組成部分，過(guò)去十年來(lái)石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展穩(wěn)中有增，石油化工產(chǎn)品在全部化工產(chǎn)品銷售額中的占比處于 40%以上。2012 年，中國(guó)煉油能力為 7.2 億噸，并于 2014 年突破 8 億噸。

2015 年，由于國(guó)家大力推動(dòng)落后產(chǎn)能淘汰，我國(guó)煉油能力首次出現(xiàn)下降。2015 年之后，我國(guó)煉油能力重回增長(zhǎng)軌道；尤其是 2017 年以后，新建、改建煉化一體化項(xiàng)目加速推進(jìn)，我國(guó)煉油能力持續(xù)較快增長(zhǎng)。―十三五‖期間，我國(guó)年均新增凈煉油能力 2,350 萬(wàn)噸，2022 年進(jìn)一步增長(zhǎng) 2,000 萬(wàn)噸，總能力升至 9.2 億噸，超越美國(guó)位居世界第一位。

由于化工產(chǎn)業(yè)龐大且復(fù)雜，不同化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要用到不同的壓力容器裝備；即使同一類化工產(chǎn)品，基于生產(chǎn)工藝的不同，所需的壓力容器裝備也可能存在較大差別。

PTA 即精對(duì)苯二甲酸，是生產(chǎn)聚酯，尤其是 PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）的原料，是一種十分普遍的化工材料產(chǎn)品，我國(guó) PTA 產(chǎn)能近幾年迅速擴(kuò)張，據(jù)隆眾資訊監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，2022 年我國(guó) PTA 產(chǎn)能同比增長(zhǎng) 5.97%至 7,025 萬(wàn)噸。

醋酸是重要的有機(jī)化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于染料、印染、電影膠卷、噴漆溶劑、醫(yī)藥以及農(nóng)藥等多個(gè)化工領(lǐng)域。我國(guó)醋酸下游需求最大的是 PTA 領(lǐng)域，占比達(dá)到 29%。預(yù)計(jì)隨 PTA 行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張，將對(duì)醋酸的需求形成有力的支撐。

乙烯是重要的化工原料，產(chǎn)品規(guī)模占全球石化產(chǎn)品總量的 75%以上，其產(chǎn)量被認(rèn)為是衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。當(dāng)前我國(guó)乙烯進(jìn)口依賴度較高，仍然存在較大的產(chǎn)能缺口。依據(jù)《中國(guó)石化市場(chǎng)預(yù)警報(bào)告 2021》的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)乙烯的產(chǎn)能將由 2020 年底的 3,474 萬(wàn)噸上升至 2025 年底的 6,200 萬(wàn)噸，―十四五‖期間預(yù)計(jì)將新建產(chǎn)能 2,726 萬(wàn)噸。

丙烯是僅次于乙烯的重要化工原料，近年來(lái)，受下游聚丙烯需求快速增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)，國(guó)內(nèi)丙烯消費(fèi)量快速增長(zhǎng)。依據(jù)《中國(guó)石化市場(chǎng)預(yù)警報(bào)告 2021》的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)丙烯產(chǎn)能將由 2020 年底的 3,704 萬(wàn)噸上升至 2025 年的 5,530 萬(wàn)噸，―十四五‖期間新增丙烯產(chǎn)能 1,826 萬(wàn)噸。

異氰酸酯是生產(chǎn)聚氨酯的關(guān)鍵原料，主要包括甲苯二異氰酸酯（TDI）和二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）等產(chǎn)品。下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括發(fā)泡材料、合成革、鞋底料、涂料等。異氰酸酯行業(yè)進(jìn)入門檻較高，以 MDI 為例，近年來(lái)，受益于下游需求的增長(zhǎng)以及國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)突破，國(guó)內(nèi) MDI 產(chǎn)能保持較快增長(zhǎng)趨勢(shì)，根據(jù)天天化工網(wǎng)的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi) MDI 的產(chǎn)能由 2017 年底的 309 萬(wàn)噸上升至 2022 年的 397 萬(wàn)噸。

精細(xì)化工是當(dāng)今化學(xué)工業(yè)最具活力的新興領(lǐng)域之一，是全球各國(guó)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益的戰(zhàn)略重點(diǎn)。我國(guó)精細(xì)化工行業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)展，中國(guó)化工學(xué)會(huì)《2017-2025 年精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展的設(shè)想與對(duì)策》中指出：美國(guó)、歐盟及日本精細(xì)化工率接近或超過(guò) 60%，我國(guó)計(jì)劃到 2025 年將精細(xì)化工率提高到 55%。

與其他應(yīng)用領(lǐng)域的壓力容器相比，化工壓力容器經(jīng)常在高溫、高壓下工作，里面的介質(zhì)有可能是易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蝕性的液體或氣體。隨著我國(guó)化工行業(yè)向化工材料領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及對(duì)于化工裝置大型化、節(jié)能化、環(huán)?；囊笾鸩教嵘?，為保證設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，化工壓力容器必須具備足夠的強(qiáng)度、密封性、耐蝕性及穩(wěn)定性。

在很多工藝流程中，為滿足特定的要求，化工壓力容器往往以特材制造。以 PTA（精對(duì)苯二甲酸）為例，在 PTA 生產(chǎn)過(guò)程中，氧化反應(yīng)器、換熱器等核心設(shè)備長(zhǎng)期處于酸性的工作環(huán)境并接觸腐蝕性介質(zhì)，因此采用含有鈦的金屬材料能夠較好應(yīng)對(duì)腐蝕問(wèn)題。

化工行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位，為壓力容器裝備創(chuàng)造了巨大的需求空間。而在目前化工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大背景下，對(duì)化工壓力容器裝備的技術(shù)要求也顯著增加。根據(jù)弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)，2019 年到 2022 年，中國(guó)化工壓力容器裝備市場(chǎng)規(guī)模從930.5 億元增長(zhǎng)到 1,162.1 億元。

未來(lái)，在化工行業(yè)持續(xù)推動(dòng)新增項(xiàng)目建設(shè)的同時(shí)，也將進(jìn)一步加大老舊項(xiàng)目改造，根據(jù)弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2023 年到 2027 年，中國(guó)化工壓力容器裝備市場(chǎng)規(guī)模將從 1,319.1 億元增加到 2,016.3 億元。

2、光伏行業(yè)壓力容器裝備

太陽(yáng)能具有兩種利用方式，一種是光-熱-電轉(zhuǎn)換方式，一種是光-電直接轉(zhuǎn)換方式。光伏發(fā)電是基于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，也是一種光-電直接轉(zhuǎn)換的發(fā)電方式。

光伏發(fā)電行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料生產(chǎn)、中游電池和光伏組件生產(chǎn)以及下游光伏電站建設(shè)及運(yùn)營(yíng)。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是對(duì)高純度硅材料的利用，以生產(chǎn)單晶硅片和多晶硅片。產(chǎn)業(yè)鏈中游包括光伏電池、光伏組件等環(huán)節(jié)，制造完成的光伏組件與逆變器、支架等設(shè)備一起，成為光伏系統(tǒng)的基本組成部分。產(chǎn)業(yè)鏈下游主要包括光伏電站的開發(fā)與建設(shè)，以及后期的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)等。

在光伏領(lǐng)域，壓力容器主要應(yīng)用在光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游多晶硅的生產(chǎn)過(guò)程中。多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，有灰色金屬光澤，是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的非金屬材料。按照產(chǎn)品純度的不同，多晶硅可分為工業(yè)硅、冶金級(jí)多晶硅、太陽(yáng)能級(jí)多晶硅及電子級(jí)多晶硅。太陽(yáng)能級(jí)多晶硅是指以純度 99%左右的工業(yè)硅為原料，經(jīng)過(guò)各種物理或化學(xué)方法提純后，使得硅純度達(dá)到 99.9999%以上的高純硅材料。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2021 年太陽(yáng)能級(jí)多晶硅在多晶硅的消費(fèi)占比中已經(jīng)超過(guò) 90%。

自 2012 年以來(lái)，在下游光伏行業(yè)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，中國(guó)多晶硅產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，中國(guó)多晶硅產(chǎn)量由 2012 年的 8.5 萬(wàn)噸上升到 2022 年的82.7 萬(wàn)噸。2022 年 6 月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、財(cái)政部等九部門聯(lián)合印發(fā)《―十四五‖可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，提出要錨定碳達(dá)峰和碳中和以及 2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)，按照 2025 年非化石能源消費(fèi)占比 20%左右任務(wù)要求，大力推動(dòng)可再生能源發(fā)電開發(fā)利用，積極擴(kuò)大可再生能源非電利用規(guī)模。受相關(guān)政策推動(dòng)，中國(guó)太陽(yáng)能光伏新增并網(wǎng)裝機(jī)容量有望繼續(xù)擴(kuò)大，將有力促進(jìn)多晶硅產(chǎn)量提升。

多晶硅的提純技術(shù)一直是相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注的焦點(diǎn)，由此開發(fā)出多種不同的多晶硅制備工藝技術(shù)。這些工藝技術(shù)主要包括兩類，即以化學(xué)提純?yōu)榛A(chǔ)的西門子法、流化床法，以及以冶金提純?yōu)榛A(chǔ)的物理法。當(dāng)前，化學(xué)法是多晶硅生產(chǎn)中的主流工藝技術(shù)。

在化學(xué)法生產(chǎn)工藝中，根據(jù)沉積工藝的不同可以分為西門子法和流化床法，根據(jù)發(fā)生反應(yīng)原料的不同又分為三氯氫硅法、硅烷法、四氯化硅法、二氯二氫硅法等。將沉積工藝和發(fā)生反應(yīng)原料組合，可以形成三氯氫硅西門子法（改良西門子法）、硅烷西門子法、三氯氫硅流化床法、硅烷流化床法等。

其中，改良西門子法是目前多晶硅生產(chǎn)的主流工藝。太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，對(duì)壓力容器的強(qiáng)度、耐高溫性能等均提出較高要求，因此大多以特殊材料制作。在多晶硅生產(chǎn)工藝流程中，應(yīng)用的壓力容器設(shè)備主要包括冷氫化反應(yīng)器、冷凝器、換熱器、還原爐、精餾塔等。其中，冷氫化反應(yīng)器工作溫度為 400-800℃，壓力為 2-4MPa，技術(shù)難度及造價(jià)較高，是多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中的核心設(shè)備。

當(dāng)前，太陽(yáng)能在中國(guó)電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的重要性不斷提升，國(guó)家政策將發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電擺在優(yōu)先位置。2020 年以來(lái)，受―雙碳‖戰(zhàn)略以及行業(yè)技術(shù)提升等因素影響，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。由于上游多晶硅環(huán)節(jié)產(chǎn)能建設(shè)周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致 2021 年多晶硅料成為行業(yè)發(fā)展瓶頸，出現(xiàn)階段性供需失衡，硅料價(jià)格持續(xù)上漲，在此背景下，多晶硅企業(yè)紛紛宣布大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。受下游多晶硅產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)周期影響，光伏壓力容器裝備需求也快速增加。

根據(jù)弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)，中國(guó)光伏壓力容器裝備市場(chǎng)規(guī)模于 2022 年已達(dá)到 137.9 億元。并預(yù)計(jì)于 2023 年達(dá)到近 300 億元，未來(lái)隨著多晶硅本輪擴(kuò)產(chǎn)周期的結(jié)束，中國(guó)光伏壓力容器裝備規(guī)模將逐步回落。

3、LNG 行業(yè)壓力容器裝備

液化天然氣（LNG）的主要成分是甲烷，天然氣通常被冷卻到-163℃時(shí)，即轉(zhuǎn)化為液態(tài)形式。在常壓下，LNG 約為氣態(tài)天然氣體積的 1/600，能夠極大降低長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)碾y度和成本。LNG 被運(yùn)輸?shù)侥康牡睾?，將?jīng)歷再氣化的過(guò)程，然后進(jìn)行進(jìn)一步分配輸送。LNG 供應(yīng)能力巨大，可供工業(yè)、商業(yè)和住宅用戶使用，與其他化石燃料相比，其安全性更高，對(duì)環(huán)境也更為友好，是十分重要的能源來(lái)源。

完整的 LNG 產(chǎn)業(yè)體系包括 FLNG（浮式液化天然氣生產(chǎn)平臺(tái)）、天然氣液化、LNG 運(yùn)輸、LNG 接收站、LNG 儲(chǔ)存、LNG 發(fā)電、LNG 城鎮(zhèn)燃?xì)狻NG 加注與輸配等環(huán)節(jié)。

根據(jù)海關(guān)總署的數(shù)據(jù)，中國(guó) LNG 進(jìn)口量自 2011 年的 1,221 萬(wàn)噸增長(zhǎng)至 2021 年度的 7,893 萬(wàn)噸，2022 年受國(guó)際形勢(shì)及 LNG 價(jià)格上升影響回落至 6,344 萬(wàn)噸。根據(jù)國(guó)際研究機(jī)構(gòu) ICIS 的預(yù)測(cè)，2023 年中國(guó) LNG 進(jìn)口需求有望達(dá) 7,200 萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi) LNG 接收站的接收能力隨對(duì) LNG 需求的增長(zhǎng)穩(wěn)步提升。根據(jù)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)金聯(lián)創(chuàng)的數(shù)據(jù)，截至2022 年底，中國(guó)已建成 24 座 LNG 接收站，接收能力 10,957 萬(wàn)噸/年，另有多座接收站擬建或待建。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，與 LNG 接收站相關(guān)的氣化器的壓力容器裝備，仍將具備較大市場(chǎng)需求。

在 LNG 產(chǎn)業(yè)體系中，壓力容器裝備主要應(yīng)用在天然氣液化、LNG 運(yùn)輸、LNG 接收站等方面。在天然氣液化中，需要應(yīng)用到纏繞管式換熱器等高效換熱器，對(duì)材料耐低溫性能有著較高要求。氣化器是 LNG 接收站中的主要設(shè)備，也是整個(gè) LNG 產(chǎn)業(yè)鏈中最為重要的壓力容器裝備之一，設(shè)計(jì)工藝與制造技術(shù)比較復(fù)雜。

LNG 在氣化器中加熱變成天然氣，再經(jīng)由相關(guān)運(yùn)輸渠道送往下游環(huán)節(jié)。LNG 槽罐車等儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備，價(jià)值相對(duì)較低，但數(shù)量很多，因而也在 LNG 壓力容器裝備市場(chǎng)占有重要地位。

根據(jù)弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)，在進(jìn)口 LNG 規(guī)模不斷擴(kuò)大的推動(dòng)下，中國(guó) LNG 壓力容器裝備市場(chǎng)規(guī)模從 2019 年的 110.3 億元增加到 2022 年的 167.8 億元。相比石油、煤炭等化石能源，LNG 在環(huán)境保護(hù)等方面有著顯著優(yōu)勢(shì)，將成為未來(lái)國(guó)家能源戰(zhàn)略中的發(fā)展重點(diǎn)，LNG 接收站等配套設(shè)施的建設(shè)將進(jìn)一步提速，從而帶動(dòng) LNG 氣化器、儲(chǔ)存罐等壓力容器裝備市場(chǎng)需求的持續(xù)擴(kuò)大。預(yù)計(jì) 2023 年到 2027 年，中國(guó) LNG 壓力容器裝備市場(chǎng)規(guī)模將從 196.7 億元上升到 310.8 億元。

4、其他領(lǐng)域壓力容器裝備

除化工、光伏、LNG 等行業(yè)外，壓力容器在核能、航空航天、醫(yī)藥、海洋等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，且其應(yīng)用范圍仍在持續(xù)擴(kuò)大。

在核能領(lǐng)域應(yīng)用的壓力容器主要有反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、余熱排出系統(tǒng)熱交換器和反應(yīng)堆冷卻劑管道等。反應(yīng)堆壓力容器是安置核反應(yīng)堆并承受其巨大運(yùn)行壓力的密閉容器，也稱反應(yīng)堆壓力殼，是壓水堆核電站中的關(guān)鍵設(shè)備，具有制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、難度大和周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且是不可更換的設(shè)備，必須保證其在核電站 40 年壽命期內(nèi)絕對(duì)安全可靠。

壓力容器在航天系統(tǒng)各部分均有應(yīng)用，尤其是航天器推進(jìn)系統(tǒng)，對(duì)壓力容器的性能要求十分嚴(yán)格。航天系統(tǒng)工作壓力高（通常在 21~31MPa）、自身重量輕，同時(shí)要確保漏率低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性好。航天器推進(jìn)系統(tǒng)以往常采用金屬材料，其中鈦合金使用最多且工藝比較成熟，但仍存在自重較大等不足。當(dāng)工作壓力進(jìn)一步提高時(shí)（如超過(guò) 100MPa），金屬材料將很難滿足要求。因而在航天領(lǐng)域，壓力容器材料研究的重要性日益凸顯。具備更輕重量、更好性能的復(fù)合材料，逐漸成為主流選擇。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，壓力容器的性能與質(zhì)量對(duì)醫(yī)藥生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性有著十分重要的影響。根據(jù)產(chǎn)品類型的不同，醫(yī)藥企業(yè)使用的壓力容器存在較大差異，一般包括動(dòng)力設(shè)備、生物發(fā)酵設(shè)備、合成原料藥常用設(shè)備等。動(dòng)力設(shè)備包括各類蒸汽容器、壓縮容器、冷凝器、分離器等，主要用于醫(yī)藥生產(chǎn)的動(dòng)力供應(yīng)環(huán)節(jié)。

生物發(fā)酵設(shè)備主要用于消毒滅菌過(guò)程，其應(yīng)力水平較低、承載裕度較大。其他常用設(shè)備包括搪玻璃等通用設(shè)備，以及為滿足各種化學(xué)反應(yīng)而設(shè)計(jì)的各種類型的反應(yīng)釜等專業(yè)設(shè)備。