大型预应力LNG全容罐用低温材料与力学性能的研究进展.pdf

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1、第39卷第4期化工机械419大型预应力LNG全容罐用低温材料与力学性能的研究进展邓鑫+(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要介绍了大型LNG储罐的主要形式和全容罐的结构特点，以及建造全容罐所使用的低温材料，包括直接与低温LNG接触的内、外罐材料和保温材料，同时介绍了我国学者针对LNG储罐在静载荷下和在动栽下力学性能的研究进展，指出了我国对LNG储罐的研究状况和研究中没有解决的关键问题。关键词LNG储罐低温材料力学性能中图分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254_6094(2012)04_0419．04由于石油价格的持续上升和全球对能源清洁性

2、要求的提高，天然气成为备受人们青睐的能源，然而天然气的产地和消费市场之间的距离通常很远，而且天然气的体积大、不便于存储的特点也是其产业发展的制约因素，液化天然气(LiquifiedNaturalGas，简称LNG)的出现，由于其体积远小于其气态形式、便于气化的优点，为解决天然气的长距离运输和存储的问题提供了有效的方法¨“。。LNG储罐是存储LNG的主要容器，在整个LNG的产业中，LNG储罐的设计和建造是关键环节，其特点是技术要求高、涉及技术范围广、建设周期长与投资费用高。天然气通常采用低温常压的方式存储于LNG储罐内”。，LNG储罐有以下几点特殊要

3、求：耐低温、安全要求高、材料特殊、保温措施严格、抗震性能好和施工要求严格∞1。1LNG储罐的主要结构形式与全容罐特点LNG储罐根据所在的位置不同可分为地上式、地下式、半地下式和坑内式储罐¨1。地上式LNG储罐又分为单容罐、双容罐、全容罐和薄膜罐。目前地上式全容罐被认为是安全性最高、最有发展前途的LNG储罐呻1，也是最经常使用的建造形式，其结构分为内罐(主容器)、外罐(次容器)两层，内罐是敞口不封闭的自立式钢制罐，其上部悬挂有固定于外罐上的吊顶，外罐是预应力混凝土结构，内罐用锚固钢带穿过保温层固定于基础上，外罐用地脚螺栓固定于基础上，储罐连同基础板固

4、定于钢管桩上，当内罐失效或者泄漏的情况下，允许液体进入内罐与外罐之间的空间而与外罐直接接触，外罐能够容纳LNG和蒸发气，如图1所示。钢筋混凝土罐顶绷卜材料或无填充lHL一内罐(取决于所储存IIl的产品)1日l吊顶(隔热)预应力混凝土外罐墙外罐墙内部的隔热层罐底隔热层罐底加热器图1全容罐结构示意图2全容罐用低温材料2．1内罐低温材料根据英国标准一oBs7777第二部分把建造低温储罐所用的钢材分为6类，根据储罐所存储液体的温度不同选择不同种类的钢材，对于存储低温一165℃LNG储罐所使用的钢材按照要求应该使用Bs1501：1988第二部分的510类改良

5、型9％镍钢或者符合Bs1501：1990第三部分的奥氏体不锈钢。目前国外应用于LNG储罐最多的是以法国阿赛洛¨刮(ARCELOR)为代表的含镍9％的+邓鑫，男，1986年5月生，硕士研究生。黑龙江省大庆市，163318。420化工机械2012年中合金低碳低温钢，这种钢能够满足低温钢以下特性：脆性转变温度低于使用温度；满足设计要求的强韧性；在使用温度下组织结构稳定；良好的焊接性和加工成型性¨。”1。9Ni钢的焊接性影响到LNG储罐施工的质量和安全性¨4’”1，尹长华¨副在国内首次对LNG储罐所用的9Ni钢进行焊接性以及焊接工艺研究，通过热模拟实验、焊

6、材熔敷金属扩散氢测定试验、斜Y坡口对接裂纹试验和焊接热影响区性能测试全面评价了9Ni钢焊接性，提出了合理的焊接工艺及相应的焊接工艺参数。我国对9％镍钢的使用一直依赖于进口，这也是制约我国的LNG产业发展的关键因素。2005—2007年太原钢铁厂对9％镍钢进行了综合性能的研究，并研制出了国产9％镍钢06Ni9，其性能达到甚至超过进口钢，2007年该钢通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的专家评审，同意用于低温储罐和低温压力容器，这也迈出了我国LNG储罐产业发展的重要的一步。2．2外罐材料外罐使用的材料预应力混凝土为钢筋混凝土的一种类型Ⅲ。，是一

7、种非均质的材料，每个钢筋部件之间相互独立，某个部件失效会使其载荷在相邻钢筋部件上重新分配，并不会导致其他部件失效。预应力混凝土结构内的钢筋施加了拉力，使得预应力混凝土保持着压缩的状态，在工作载荷条件下，预应力混凝土内需具有剩余压力。作为预应力混凝土所使用的混凝土应具有不渗透、抗破裂、耐火、耐低温、抗硫酸盐及硫化物腐蚀等性能，以满足LNG储罐在一165℃使用的要求¨n21

8、。对于预应力混凝土使用的钢筋除了需要满足一般混凝土钢筋所具有的性能外，还应在设计上适当降低最大允许拉伸应力，这个最大允许拉伸应力远低于常温下的允许应力。对于预应力钢筋所使用的钢材可

9、以是锰钢、9％镍钢或奥氏体不锈钢。2．3保温材料用于低温LNG储罐的保温绝热材料应满足导热系数小、密度低、吸湿率与吸水率小