压力容器装备细分应用领域分析
思瀚产业研究院 中圣科技    2023-10-06

1、化工行业压力容器装备

化学工业，又称化学加工制造业，是通过化学方法改变物质组成、结构或合成新物质的产业，所得产品被称为化学品或化工产品。化工行业在国民经济中占有重要地位，是国家的基础产业和支柱产业之一。

化工行业包括石油化工、精细化工、煤化工等多个细分领域，其产品在生产生活各方面有着十分广泛的应用。

自新中国成立以来，中国化工行业从零开始，取得了巨大的发展成就。近十年来，在我国制造业快速发展以及积极的产业政策的影响下，化工行业迎来新一轮增长机遇。

石油化工产业是以石油等为原料，生产汽油、煤油、柴油等石油产品和基本有机化工原料、三大合成材料（合成树脂、合成纤维、合成橡胶）等石油化工产品的产业，其生产的石油产品可直接为交通运输业、工农业提供主要的燃动能源，三大合成材料产品广泛应用于国民经济和人民生活的各方面。作为化工行业的重要组成部分，过去十年来石油化工产业发展稳中有增，石油化工产品在全部化工产品销售额中的占比处于 40%以上。2012 年，中国炼油能力为 7.2 亿吨，并于 2014 年突破 8 亿吨。

2015 年，由于国家大力推动落后产能淘汰，我国炼油能力首次出现下降。2015 年之后，我国炼油能力重回增长轨道；尤其是 2017 年以后，新建、改建炼化一体化项目加速推进，我国炼油能力持续较快增长。―十三五‖期间，我国年均新增净炼油能力 2,350 万吨，2022 年进一步增长 2,000 万吨，总能力升至 9.2 亿吨，超越美国位居世界第一位。

由于化工产业庞大且复杂，不同化工产品的生产，需要用到不同的压力容器装备；即使同一类化工产品，基于生产工艺的不同，所需的压力容器装备也可能存在较大差别。

PTA 即精对苯二甲酸，是生产聚酯，尤其是 PET（聚对苯二甲酸乙二酯）的原料，是一种十分普遍的化工材料产品，我国 PTA 产能近几年迅速扩张，据隆众资讯监测统计，2022 年我国 PTA 产能同比增长 5.97%至 7,025 万吨。

醋酸是重要的有机化学品，广泛应用于染料、印染、电影胶卷、喷漆溶剂、医药以及农药等多个化工领域。我国醋酸下游需求最大的是 PTA 领域，占比达到 29%。预计随 PTA 行业产能扩张，将对醋酸的需求形成有力的支撑。

乙烯是重要的化工原料，产品规模占全球石化产品总量的 75%以上，其产量被认为是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。当前我国乙烯进口依赖度较高，仍然存在较大的产能缺口。依据《中国石化市场预警报告 2021》的数据，国内乙烯的产能将由 2020 年底的 3,474 万吨上升至 2025 年底的 6,200 万吨，―十四五‖期间预计将新建产能 2,726 万吨。

丙烯是仅次于乙烯的重要化工原料，近年来，受下游聚丙烯需求快速增长的驱动，国内丙烯消费量快速增长。依据《中国石化市场预警报告 2021》的数据，预计国内丙烯产能将由 2020 年底的 3,704 万吨上升至 2025 年的 5,530 万吨，―十四五‖期间新增丙烯产能 1,826 万吨。

异氰酸酯是生产聚氨酯的关键原料，主要包括甲苯二异氰酸酯（TDI）和二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）等产品。下游应用领域主要包括发泡材料、合成革、鞋底料、涂料等。异氰酸酯行业进入门槛较高，以 MDI 为例，近年来，受益于下游需求的增长以及国内厂商的技术突破，国内 MDI 产能保持较快增长趋势，根据天天化工网的数据，国内 MDI 的产能由 2017 年底的 309 万吨上升至 2022 年的 397 万吨。

精细化工是当今化学工业最具活力的新兴领域之一，是全球各国优化产业结构和扩大经济效益的战略重点。我国精细化工行业经过多年发展，已实现重大进展，中国化工学会《2017-2025 年精细化工行业发展的设想与对策》中指出：美国、欧盟及日本精细化工率接近或超过 60%，我国计划到 2025 年将精细化工率提高到 55%。

与其他应用领域的压力容器相比，化工压力容器经常在高温、高压下工作，里面的介质有可能是易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蚀性的液体或气体。随着我国化工行业向化工材料领域的快速发展，以及对于化工装置大型化、节能化、环保化的要求逐步提升，为保证设备的长期安全运转，化工压力容器必须具备足够的强度、密封性、耐蚀性及稳定性。

在很多工艺流程中，为满足特定的要求，化工压力容器往往以特材制造。以 PTA（精对苯二甲酸）为例，在 PTA 生产过程中，氧化反应器、换热器等核心设备长期处于酸性的工作环境并接触腐蚀性介质，因此采用含有钛的金属材料能够较好应对腐蚀问题。

化工行业在国民经济中具有重要地位，为压力容器装备创造了巨大的需求空间。而在目前化工行业转型升级的大背景下，对化工压力容器装备的技术要求也显著增加。根据弗若斯特沙利文数据，2019 年到 2022 年，中国化工压力容器装备市场规模从930.5 亿元增长到 1,162.1 亿元。

未来，在化工行业持续推动新增项目建设的同时，也将进一步加大老旧项目改造，根据弗若斯特沙利文数据，预计 2023 年到 2027 年，中国化工压力容器装备市场规模将从 1,319.1 亿元增加到 2,016.3 亿元。

2、光伏行业压力容器装备

太阳能具有两种利用方式，一种是光-热-电转换方式，一种是光-电直接转换方式。光伏发电是基于半导体的光电效应，将太阳能转化为电能的技术，也是一种光-电直接转换的发电方式。

光伏发电行业产业链包括上游原材料生产、中游电池和光伏组件生产以及下游光伏电站建设及运营。产业链上游主要是对高纯度硅材料的利用，以生产单晶硅片和多晶硅片。产业链中游包括光伏电池、光伏组件等环节，制造完成的光伏组件与逆变器、支架等设备一起，成为光伏系统的基本组成部分。产业链下游主要包括光伏电站的开发与建设，以及后期的运营与维护等。

在光伏领域，压力容器主要应用在光伏产业链上游多晶硅的生产过程中。多晶硅是单质硅的一种形态，有灰色金属光泽，是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的非金属材料。按照产品纯度的不同，多晶硅可分为工业硅、冶金级多晶硅、太阳能级多晶硅及电子级多晶硅。太阳能级多晶硅是指以纯度 99%左右的工业硅为原料，经过各种物理或化学方法提纯后，使得硅纯度达到 99.9999%以上的高纯硅材料。根据中国光伏行业协会的统计，2021 年太阳能级多晶硅在多晶硅的消费占比中已经超过 90%。

自 2012 年以来，在下游光伏行业快速发展的带动下，中国多晶硅产量持续增长。根据中国光伏行业协会数据，中国多晶硅产量由 2012 年的 8.5 万吨上升到 2022 年的82.7 万吨。2022 年 6 月，国家发展改革委、国家能源局、财政部等九部门联合印发《―十四五‖可再生能源发展规划》，提出要锚定碳达峰和碳中和以及 2035 年远景目标，按照 2025 年非化石能源消费占比 20%左右任务要求，大力推动可再生能源发电开发利用，积极扩大可再生能源非电利用规模。受相关政策推动，中国太阳能光伏新增并网装机容量有望继续扩大，将有力促进多晶硅产量提升。

多晶硅的提纯技术一直是相关生产企业和研究机构关注的焦点，由此开发出多种不同的多晶硅制备工艺技术。这些工艺技术主要包括两类，即以化学提纯为基础的西门子法、流化床法，以及以冶金提纯为基础的物理法。当前，化学法是多晶硅生产中的主流工艺技术。

在化学法生产工艺中，根据沉积工艺的不同可以分为西门子法和流化床法，根据发生反应原料的不同又分为三氯氢硅法、硅烷法、四氯化硅法、二氯二氢硅法等。将沉积工艺和发生反应原料组合，可以形成三氯氢硅西门子法（改良西门子法）、硅烷西门子法、三氯氢硅流化床法、硅烷流化床法等。

其中，改良西门子法是目前多晶硅生产的主流工艺。太阳能级多晶硅生产工艺比较复杂，对压力容器的强度、耐高温性能等均提出较高要求，因此大多以特殊材料制作。在多晶硅生产工艺流程中，应用的压力容器设备主要包括冷氢化反应器、冷凝器、换热器、还原炉、精馏塔等。其中，冷氢化反应器工作温度为 400-800℃，压力为 2-4MPa，技术难度及造价较高，是多晶硅生产过程中的核心设备。

当前，太阳能在中国电力消费结构中的重要性不断提升，国家政策将发展太阳能光伏发电摆在优先位置。2020 年以来，受―双碳‖战略以及行业技术提升等因素影响，光伏产业发展迅速。由于上游多晶硅环节产能建设周期较长，导致 2021 年多晶硅料成为行业发展瓶颈，出现阶段性供需失衡，硅料价格持续上涨，在此背景下，多晶硅企业纷纷宣布大规模扩产计划。受下游多晶硅产能扩产周期影响，光伏压力容器装备需求也快速增加。

根据弗若斯特沙利文数据，中国光伏压力容器装备市场规模于 2022 年已达到 137.9 亿元。并预计于 2023 年达到近 300 亿元，未来随着多晶硅本轮扩产周期的结束，中国光伏压力容器装备规模将逐步回落。

3、LNG 行业压力容器装备

液化天然气（LNG）的主要成分是甲烷，天然气通常被冷却到-163℃时，即转化为液态形式。在常压下，LNG 约为气态天然气体积的 1/600，能够极大降低长途运输的难度和成本。LNG 被运输到目的地后，将经历再气化的过程，然后进行进一步分配输送。LNG 供应能力巨大，可供工业、商业和住宅用户使用，与其他化石燃料相比，其安全性更高，对环境也更为友好，是十分重要的能源来源。

完整的 LNG 产业体系包括 FLNG（浮式液化天然气生产平台）、天然气液化、LNG 运输、LNG 接收站、LNG 储存、LNG 发电、LNG 城镇燃气、LNG 加注与输配等环节。

根据海关总署的数据，中国 LNG 进口量自 2011 年的 1,221 万吨增长至 2021 年度的 7,893 万吨，2022 年受国际形势及 LNG 价格上升影响回落至 6,344 万吨。根据国际研究机构 ICIS 的预测，2023 年中国 LNG 进口需求有望达 7,200 万吨。国内 LNG 接收站的接收能力随对 LNG 需求的增长稳步提升。根据行业研究机构金联创的数据，截至2022 年底，中国已建成 24 座 LNG 接收站，接收能力 10,957 万吨/年，另有多座接收站拟建或待建。未来一段时间内，与 LNG 接收站相关的气化器的压力容器装备，仍将具备较大市场需求。

在 LNG 产业体系中，压力容器装备主要应用在天然气液化、LNG 运输、LNG 接收站等方面。在天然气液化中，需要应用到缠绕管式换热器等高效换热器，对材料耐低温性能有着较高要求。气化器是 LNG 接收站中的主要设备，也是整个 LNG 产业链中最为重要的压力容器装备之一，设计工艺与制造技术比较复杂。

LNG 在气化器中加热变成天然气，再经由相关运输渠道送往下游环节。LNG 槽罐车等储运设备，价值相对较低，但数量很多，因而也在 LNG 压力容器装备市场占有重要地位。

根据弗若斯特沙利文数据，在进口 LNG 规模不断扩大的推动下，中国 LNG 压力容器装备市场规模从 2019 年的 110.3 亿元增加到 2022 年的 167.8 亿元。相比石油、煤炭等化石能源，LNG 在环境保护等方面有着显著优势，将成为未来国家能源战略中的发展重点，LNG 接收站等配套设施的建设将进一步提速，从而带动 LNG 气化器、储存罐等压力容器装备市场需求的持续扩大。预计 2023 年到 2027 年，中国 LNG 压力容器装备市场规模将从 196.7 亿元上升到 310.8 亿元。

4、其他领域压力容器装备

除化工、光伏、LNG 等行业外，压力容器在核能、航空航天、医药、海洋等领域也有着广泛应用，且其应用范围仍在持续扩大。

在核能领域应用的压力容器主要有反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、余热排出系统热交换器和反应堆冷却剂管道等。反应堆压力容器是安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，也称反应堆压力壳，是压水堆核电站中的关键设备，具有制造技术标准高、难度大和周期长等特点，而且是不可更换的设备，必须保证其在核电站 40 年寿命期内绝对安全可靠。

压力容器在航天系统各部分均有应用，尤其是航天器推进系统，对压力容器的性能要求十分严格。航天系统工作压力高（通常在 21~31MPa）、自身重量轻，同时要确保漏率低、结构简单、安全性好。航天器推进系统以往常采用金属材料，其中钛合金使用最多且工艺比较成熟，但仍存在自重较大等不足。当工作压力进一步提高时（如超过 100MPa），金属材料将很难满足要求。因而在航天领域，压力容器材料研究的重要性日益凸显。具备更轻重量、更好性能的复合材料，逐渐成为主流选择。

在医药领域，压力容器的性能与质量对医药生产的安全性与稳定性有着十分重要的影响。根据产品类型的不同，医药企业使用的压力容器存在较大差异，一般包括动力设备、生物发酵设备、合成原料药常用设备等。动力设备包括各类蒸汽容器、压缩容器、冷凝器、分离器等，主要用于医药生产的动力供应环节。

生物发酵设备主要用于消毒灭菌过程，其应力水平较低、承载裕度较大。其他常用设备包括搪玻璃等通用设备，以及为满足各种化学反应而设计的各种类型的反应釜等专业设备。