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304不锈钢管在LNG化学品运输船中的应用及发展
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/5/2 阅读:100

  304不锈钢管作为一种低温下具有优良韧性,强度高的钢铁材料,上世纪50年代就被开发出来并被用于低温液体的储运材料。随着近年来液化天燃气消费的日益增长,又由于液化天然气的分布不均衡,需要在世界范围内以及国内进行液化天然气的转运,船运是最廉价可靠的方式,随之而来的是对LNG船的大量需求。国外的LNG船多用铝合金作为罐体材料,但是铝合金自身的缺陷使得制造过程非常困难,304不锈钢管的替代能为一个值得研究的课题。浙江宏盛特钢有限公司研究主要针对不同成分和热处理状态下的304不锈钢管进行拉伸和冲击试验测试,然后分析各自的组织,找到成分和热处理工艺是如何影响组织,进而决定低温韧性。更重要的是通过改变热处理工艺,可以使镍含量相对少的低温钢的低温韧性得到很大提高,进而可以代替那些高镍的低温不锈钢管,降低了生产成本,为实际生产提供指导意义。

 

  无论是陆基LNG接收站还是LNG船,其核心设备都是储存LNG的储罐,其结构复杂、设计与使用工况苛刻,造价高,建设周期长,而在其中最为关键的则是储罐的材料。由于液化天然气储运温度在-162℃以下,这就要求用于储运液化天然气的材料在超低温下具有良好的冲击韧性,足够的抗脆性开裂和止裂能力。目前在工程领域内用于低温深冷的钢主要有:奥氏体不锈钢、铝合金、镍基合金钢、钛合金、铜与铜合金以及富镍的铁素体型钢等。铝合金是面心立方点阵结构,它的特点是密度小、线胀系数大,导热系数大,没有同素异构转变和韧脆转变,它的低温性能很好,但是强度较低。从焊接性能来说,因为铝表面存在的氧化膜与铝的密度接近,在焊接时会成为焊缝的夹杂物,并且这种氧化膜吸收水分在焊缝中形成气孔,而且因为线膨胀系数大,导热性又好,焊接时容易产生翘曲变形,总之由于焊缝中的气孔、焊接接头与母材的强度低、焊接热裂纹等缺陷,所以铝和铝合金的焊接性能在低温材料里较差。纯铜与铜合金导热性、导电性和耐蚀性都很好,它也是面心结构,在低温下没有韧脆转变,所以低温下具有优良的韧性,但是强度太低。就焊接来说,容易有难熔合及易变形、气孔、热裂纹等缺点,最重要价格也比较昂贵。钛和钛合金在低温下具有比强度高、热导率低、密度小、抗腐蚀性能优异等特点,但在-196℃附近低温韧性不足,最重要钛的化学性质太活泼,要在真空或惰性气体中进行焊接,工艺复杂,价格也非常昂贵。304不锈钢管是使用最广的低温合金钢管,低温下韧性很好,加工和焊接性也好,但相比其它材料强度偏低、合金化程度高,成本高。镍基合金钢低温韧性好,无磁性、韧性和强度都很好,但需要很多合金元素,所以使用范围有限。镍系低温钢合金元素含量低,所以价格低廉、低温性能满足使用要求,逐渐发展成为最具有应用前景的低温结构材料,是制造、储存和运输液化天然气的大型容器理想材料。其中,3.5Ni钢在-104℃下用以存储乙炔、乙烯、干冰、乙烷和丙烷;5Ni钢和5.5Ni钢、8Ni钢在-171℃下用来储运液化天然气;304不锈钢管的低温性能更好,是唯一可以使用在深冷条件下的富镍铁素体型钢,除了能在-162℃储存液化天然气外,还可以是储存液态氧(-183℃),液态氮(-196℃)的结构材料。

 

  304不锈钢管是在1944年美国公司开发的,1948年商业投产,美国首先将其应用于建造天然气提取液氦反应塔和液氧储罐内壳,304不锈钢管的ASTM规范认证在1956年生效。用304不锈钢制造大型低温储罐,在断裂模型试验中发现,即使不经过焊后热处理来消除焊接残余应力,在低温下的安全性也足够高,从此以后,304钢广泛应用在LNG储罐建造上。1962年ASTM规范认定:板厚不超过38mm的304不锈钢制造的储罐,可以不用进行热处理来消除焊接残余应力,1963 年厚度又扩大到50mm,从而用304不锈钢制造大型液化天然气储罐成为可能。日本大规模应用304不锈钢管开始于1969年,建造了横滨根岸港3.5万立方米和4.5万立方米平底球面二重式LNG储罐。

 
 

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