低温乙烯储罐的类型及材质简介

低温乙烯储罐的类型及材质简介　低温乙　烯储罐的类型及材质简介　丛伟　（天津大沽化工股份有限公司，３００４５５）　摘要：简要介绍了乙烯的储存方式，低温储存法储罐的类型及优缺点，简要分析了低温乙烯储罐选型，介绍了目前　国内大型低温乙烯储罐罐体低温钢材的选择，分析了乙烯储存装置的发展趋势。　关键词：乙烯、低温储罐、低温铜　乙烯（Ｃ２Ｈ　）是最简单的烯烃，是合成纤维、　合成橡胶、合成塑料、合成乙醇的基本化工原料，　容积可由数万立方米至数十万立方米，乙烯的贮　压力约为１０ｂ１２ＭＰａ。由于岩洞法其建设地点的特　殊性，实际应用较少，目前国内还没有应用实例。　用球罐储存乙烯是乙烯储存的通常做法，储　也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、　乙醛和炸药等，是世界上产量最大的化学产品之　一，世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油　存压力约为２ＭＰａ，储存温度约为一３０￣Ｃ。球罐可以　耐受高压，在相同的压力和直径下，球罐内应力　最小，所需钢板厚度较薄，钢材的消耗少。但是　球罐的制造、焊接和组装要求很严，检验工作量　大，制造费用较高。乙烯球罐罐容一般不超过　６０００ｍ　，国内乙烯球罐大多在２０００ｍ　以下。　化工发展水平的重要标志之一。随着国民经济的　快速发展，我国乙烯工业发展迅速，成为仅次于　美国的世界第二大乙烯生产国，乙烯储存规模和　需求也不断增大，大型乙烯储运装置中常压低温　储存装置得到了大量的运用。　低温法储存，是在接近常压和略低于沸点　一、乙烯的储存方式　目前，乙烯的存放常见的方式有三种，一种　（约一１０４￣Ｃ）的条件下储存乙烯，外界输送来的　低温液态乙烯通过接卸装置进入低温乙烯储罐。　正常运行时，罐内乙烯的日蒸发率约为０．０６％－－　０．０８％ｗｔ，乙烯蒸发气ＢＯＧ经过压缩机和冷冻机组　液化后送回储罐以维持储罐的冷量，液态乙烯经　低温泵加压后进入乙烯蒸发器由液态变为气态输　送给乙烯用户。低温乙烯储罐容量较大，单台储　罐容量可达数千立方米至数万立方米，储运安全　可靠，大大的降低了储运成本，是未来乙烯储存　是带压储存，如乙烯球罐储存；一种是低温储存，　如常压低温储罐储存；还有一种常温高压下的储　存方法，如岩洞储存法。　岩洞法储存乙烯充分的利用了自然资源，岩　洞深度一般在９００～１５００ｍ之间，单个贮井的储存　作者简介：丛伟，男，２９。助理工程师、过程装　的发展方向。上世纪９Ｏ年代，国内开始引进低温　法储存乙烯技术，目前国内已建成超过１００００ｍ。　的大型低温乙烯储罐超过２Ｏ台　。　备与控制工程专业，现就职于天津大沽化工股份有限　公司　橡塑资源利用　二、低温乙烯储罐的类型　作，外罐使用普通碳素钢材，它不能用来承受内　１、低温乙烯储罐的类犁　罐泄漏时的低温乙烯液体，主要起到支撑和保护　低温储罐分为地上储罐和地　Ｆ储罐两种类　隔热层的作用。操作工况下产生的乙烯蒸发气ＢＯＧ　型，地上储罐根据其结构形式不同又分为单容罐、　将储存于储罐顶部拱顶空间。　双容罐、全容罐ｉ种罐体形式，　地下储罐主要　单容罐的施工：Ｊ：期短，造价相对较低，但易　有薄膜罐。　发生泄漏的危险，凶此单容罐与剧边设施的安全　①单容罐　防护距离较大，并需设置　堰，增大了占地面积。　单容罐可分为单壁储罐和双壁储罐，考虑到　单容罐设汁压力较低，卸船过程中产生的乙烯蒸　安全和绝热问题，单壁储罐已经很少使用。双壁　发气ＢＯＧ不能利用储罐与乙烯船问的压差返同乙　储罐的内罐储存低温乙烯液体，采用低温钢材制　烯船上，需要增加回气风机，运行费用较高。　单金属壁单容罐　双金属壁单窖罐　图２－１单容罐　②双容罐　双容罐可以…　定程度的提高泄漏时安全性，　双容罐ｍ一个独立的双壁主罐（内罐）和一　主罐发生泄漏或失效时，液体聚集在次罐容器内，　个次罐（外罐）组成，主罐采用低温钢材制作，　防止液体在周边地区蔓延，减少液体接触面积，　储存低温乙烯液体，次罐为采用低温钢材或混凝　町有效减少蒸发气体的产生。双容罐也需设置　土结构，一日｜主罐泄露或失效，次罐可储存从上　堰，与岗边设施的安全防护距离小于单容罐，但　罐中泄露的液态乙烯，但次罐为不密闭容器，气　双容罐较单容罐造价高，施工周期长。设计压力　体会外泄。在土罐与次罐之间的上部空间町加设　与单容罐相近，也需要设置回气风机。　防雨罩，防止雨、雪或尘土的落入。　钢翩次容器双窖罐　硬应力混凝±次窖器双窖罐　图２－２双容罐　低温乙烯储罐的类型及材质简介　③全容罐　仝容罐由内罐和外罐组成。内罐由低温钢材　制成，而罐项和外罐有钢结构和预应力混凝±结　构两种形式，分别称为双金属仝容罐和预应力混　凝土全容罐。内罐用于储存低温乙烯液体，而外　罐可作为乙烯蒸发气ＢＯＧ的主容器，当内罐泄漏　时，外罐可储存全部的泄露液体，防止液体溢出，　并能有效存储蒸发气体。　全容罐不需要设置阐堰，内罐发生泄漏或者　失效时，液体聚集在外罐中，防　液体溢出，乙　烯蒸发气ＢｏＧ存储在外罐拱顶　问以及内、外罐　之间的宅问。相对于单容罐和双容罐，全容罐能　史好的控制盛液容器的泄漏或溢出时低温液体蒸　发。若外罐选用混凝士形式，还能更好的抵御爆　炸、火灾等外部威胁。相对于单容罐和双容罐，　同等储存能力的全容罐占地面积更小。设计压力　较单容罐和双容罐高，运行费用低【　。　双全屠全容罐　爱应力混凝土全容罐　图２－３全容罐　④薄膜罐　薄膜罐多为地下罐形式，与仝容罐相似，薄　凝土外罐。　薄膜罐的安全性能和抗震性能好，无论在什　么情况下，液体不会溢出到地面上，且设计更为　紧凑，净存储量大，若按常规ｌ６Ｘ　１０４ｍ　的９％Ｎｉ　钢全容罐尺寸建造薄膜罐，总存储容量可增加约　膜罐主要由混凝土外罐、薄膜内罐、内外罐之间　的绝热系统和其他附件组成。外罐为自立式的预　应力混凝土形式，其功能主要是为了内罐的流体　静力负载及罐外冲击提供结构阻力，作用在薄膜　上的全部静压荷载及其他荷载均通过承载绝热层　转移至混凝土外罐上。薄膜内罐采用不锈钢膜式　８％。薄膜罐可在罐底部分设置凹陷的排液槽，将　潜液泵安装到排液槽处，可降低储罐的最低操作　液位，增加有效储存容量。但薄膜罐蒸发率高，　导致蒸发气处理设备的增大，投资费用和运行费　结构（１．２￣２ｍｍ），通过隔热板紧贴罐体，将罐　内荷载仝部传递至混凝土外罐上。绝热系统主要　由隔热板和隔气层构成，主要是限制混凝土外罐　与内罐液体产品之问的热量交换，以确保储罐蒸　发率符合要求，同时将罐内荷载从内罐转移至混　用较大增加。并且薄膜罐设计专利转让费较高，　且没有相应的设计标准，技术可靠性低，因此薄　膜罐的使用较少【５Ｊ。　橡塑资源利用　地下薄膜罐　图２－４薄膜罐　２、低温乙烯储罐的罐型选择　选择何种型式的储罐主要取决卡建造成本、　运行费厢、占　地面积、场地地质、环境、与码头　的距离以及外界条件对储罐安全的影响等多种凶　索。几种常见低温储罐罐　的对比见表２．１。　表２－１常见低温储罐罐型对比　目前，这几种罐　中薄膜罐的使用最少，且　薄膜罐制造商很少。因此除非有特别需要（如抗　没有棚应的设计标准，技术的川　靠性低。地下薄　膜罐一般在地震频发区应用，且对地质条件要求　震），一般项日不推荐使用。　在低温储罐发展初期，大部分储罐为　容　罐，随着技术水　的提高和对安全、环保等方丽　要求的提高，大犁储罐　很少使用尊容罐。但　较高，造价高，施Ｔ蒯期长。而地上薄膜罐设计　专利转让费用高，施ＴＴ岂也较为复杂，世界ｔ　低温乙烯储罐的类型及材质简介　容罐技术成熟、施工工期短，对于规格不大的低　温储罐项目依然具有较强生命力。　双容罐的造价较单容罐高，施工周期长，也　并没有解决设计压力低带来的问题，因此在国内　应用不多。　设置围堰，场区布局紧凑，是近年来全球大型储　罐中广泛应用的储罐形式。　目前国内已经建设的低温乙烯储罐，容积小　于３００００ｍ’，多采用单容罐。大容积低温乙烯储罐　多采用全容罐。国内除台湾外现有的２台５００００ｍ　低温乙烯储罐均采用了预应力混凝土全容罐罐　型，内罐材质分别采用了进口５％Ｎｉ钢材和９％Ｎｉ　钢材。国内一些己建成低温乙烯储罐罐型见表　２—２。　全容罐的建造成本高于单容罐和双容罐，施　工周期长，但全容罐的安全性高，技术成熟，当　外罐采用预应力混凝土结构时，操作压力大幅提　高，降低了运行费用及相关设备费用，且不需要　表２－２国内低温乙烯储罐罐型　三、低温乙烯储罐罐体用低温钢　通常情况下，我们将存储和输送低温介质以　及在寒冷地区服役的设备和管道称为低温容器、低　温管道，而用于制造这些低温容器、低温管道所用　乙烯储罐若使用无镍低温钢建造，需要选择　０６Ａ１ＣｕＮｂＮ或者牌号更高的低温钢。若使用含镍低　温钢建造，需要选择５％Ｎｉ钢或者牌号更高的低温　钢。目前能源行业一７０～一１９６￣Ｃ条件下使用的材料　钢材统称为低温钢。其温度范围为一２７３～一１０℃，　将一１９６～一１０℃温度范围称为“低温”，把一２７３～　多为含镍低温钢，随着Ｎｉ含量的增加，钢的冶炼　及轧制难度增大。国内主要大型钢厂也一直致力　于一ｌ２０℃使用的５％Ｎｉ钢的开发，随着国内冶金工　艺及装备的进步，取得了一定的进展，已有企业　能生产５％Ｎｉ钢，但是产品的性能还不够稳定，并　且目前国内还没有相关标准，所以只能从欧洲、　美国和日本等国家进口５％Ｎｉ钢。　储罐设计执行标准的选择直接影响低温乙　烯储罐罐体低温钢材的选择，ＡＰＩ６２０和ＥＮ１４６２０　中对于选材标准有很大不同。ＡＰＩ６２０中列出了　１９６℃温度范围称为“超低温”。低温钢在低温下　应具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工　艺性能、加工性能和耐腐蚀性能等特性。其中低　温韧性是低温下防止脆性破坏发生和裂纹扩展能　力的重要因素。常用低温钢的牌号及成分见文章　末尾表３一１．１～２　。　乙烯的沸点温度为一１０３．９￣Ｃ，低温乙烯储罐　的操作温度一般为－１０４￣Ｃ，从表３一ｌ可知，低温　橡塑资源利用　５％Ｎｉ钢，并明确指出５％Ｎｉ钢可以用于操作温度　－的９％Ｎｉ钢相继通过了容标认证。现已纳入ＧＢ　／Ｔ３５３１—２０１４低温压力容器用钢板中，标准牌号　为０６Ｎｉ９ＤＲ　。　１０４￣Ｃ下的乙烯介质，而ＥＮ１４６２０则把５％Ｎｉ钢统　归入了低Ｎｉ钢的类别中（ＩＩＩ类钢），最低使用　一温度为一８０℃，并明确列表指出乙烯和乙烷介质的　单、双、全包容罐均需采用９％Ｎｉ钢　。　青岛海晶化工集团有限公司投资建成的　四、结语　乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品　５００００ｍ。低温乙烯储罐是除中国台湾外国内最大　规模的低温乙烯储罐之一，内罐材质使用了９％Ｎｉ　钢，这种钢在极低温度下具有良好的韧性和高强　度，而且与奥氏体不锈钢和铝合金相比，热膨胀　系数小，经济性好，使用温度可达一ｌ９６℃，是用　于制造大型ＬＮＧ储罐的主要材料之一。国外很多　占石化产品的７５％以上，在国民经济中占有重要的　地位。２０１６年国内乙烯消费量２２９０．９万吨，据权　威机构预测，２０２０年国内乙烯当量需求量将达到　４５５０万吨。新一轮的乙烯装置建设热潮即将兴起，　“十三五”期间拟建设乙烯装置ｌ２套，新增产能　１１００多万吨。乙烯储存装置的需求量随之增大，　乙烯储存装置的大型化将是未来的发展趋势。随　着低温储罐关键设备、材料的国产化程度不断提　高，建设投资和建设周期将会大幅缩减，具有储　存压力低、安全性高，储运量大等特点的低温乙　烯储罐也会被更多的选择，希望通过本文为低温　乙烯储罐的选型和材质选择提供一些参考。　先进钢铁公司都能生产性能稳定的９％Ｎｉ钢产品，　如安赛乐塔尔美国分公司、蒂森克虏伯公司、ＪＦＥ　及新日铁等。国内太钢研制开发的低温压力容器　用９％Ｎｉ钢板在２００７年通过了国家容标委认证，　依托中石油江苏ＬＮＧ项目，首次为ＬＮＧ大型储罐　供货，填补了国内空开，之后鞍钢、南钢等研发　参考文献：　【１］范斌．乙烯低温储存技术及设计应用Ｕ】．甘肃科技纵　横．２００４．３３（５）：６４—６６．　２４－２６．　【６】徐越兰．电焊工简明实用手册［Ｍ】．江苏科学技术出版　社．２０１０：５０２－５０５．　［２】施纪文．ＬＮＧ接收站储罐形式及储罐大型化发展趋势　【Ｉ】．煤气与热力．２０１４．３４（６）：５—８．　［７】刘先禹，杜保军．冷冻液化气体储罐标准ＡＰＩ６２０和　ＥＮ１４６２０的比较分析卟全国石油化工设备、机泵、搅拌年　会．２ＯｌＯ．　［３］毕志国，吴健民．大型ＬＮＧ储罐结构形式及选型Ｕ】．中　国科技期刊数据库．２０１６．３３：９　【４】王芳云，罗晓钟，王荣华，郭旭，马政足．ＡＰＩ标准对　低温储罐系统设计的指导意义［Ｉ１＿辽宁化工．２０１６．４５　（１）：６３－６５．　［８］黄维，高真凤，张志勤．Ｎｉ系低温铜现状及发展方向叶　鞍钢技术．２０１３．３７９（１）：１０—１４　［９】ＧＢ／Ｔ３５３１—２０１４低温压力容器用钢板［ｓ】．　【５１季超，杨琴．我国建造薄膜罐可行性分析卟２０１６．２７（３）：　低温钢牌号附表见后文　低温乙烯储罐的类型及材质简介　表３一卜１常用低温钢的牌号及成分　分类　温度等　级／℃　４０　１６ＭｎＲｅ　钢号　组织　状态　Ｃ　Ｍｎ　Ｓｉ　Ｖ　Ｎｂ　Ｃｕ　Ａｌ　Ｃｒ　Ｎｉ　其他　１．２０～　．０．２０～　正火　≤０．２０　１．６０　１．４０～　０．６０　０．２０～　０．０４～　０９Ｍｎ２ＶＲｅ　．正火　１．８０　０．５０　０．１０　Ｔｉ０－３Ｏ～　７０　≤０．１２　１．４０～　０９ＭｎＴｉＣｕＲｅ　正火　１．７０　≤０．４０　１－２Ｏ～　０．１７～　０．０２～　Ｏ．２０～０．４０　Ｏ．８０Ｒｅ０．１５　无　镍　低　温　钢　．．９０　０６ＭｎＮｂ　正火　≤０．０７　１００　０６ＭｎＶＴｉ　正火　≤０．０７　１．６０　１４０～　．０－３７　０．１７～　０－３７　０．０４　０．０４～　０．１０　０．０４～０．０８　０．０４～　２４０　１．８０　０．８０～　．１Ｏ５　Ｏ６ＡＩＣｕＮｂＮ　正火　≤Ｏ．０８　１－２０　２１．０～　≤０．３５　０．０８　０．０６～　Ｏ＿３０～Ｏ．４０　０．０４～０．１５　Ｎ　０．０ｌ～Ｏ．０１５　Ｎ　０．０３～０．０８　．１９６　２６Ｍｎ２３Ａｌ　固溶　０．１～０．２５　２６．０　２４．５～　≤０．５０　０．１２　０．１０～０．２０　０．７０～１．２０　Ｂ　Ｏ．００１～０．００５　．２５３　ｌ　５Ｍｎ２６Ａ１４　固溶　Ｏ．１３～０．１９　２７．０　≤０．８Ｏ　３．８～４．７　—７一　橡塑资源利用　表３－１—２常用低温钢的牌号及成分　分　类　温度等　级／℃　钢号　组织　状态　Ｃ　Ｍｎ　０．７０～　Ｓｉ　Ｖ　Ｎｂ　Ｃｕ　Ａｌ　Ｃｒ　Ｎｉ　其他　Ｏ．５ＮｉＡ　≤０．１４　１．５０　０－３Ｏ～　Ｏ＿３０～０．７０　１．５ＮｉＡ　．正火　或调　≤０．１４　０．７０　０．１０～　０．０２～　０．１５～　Ｏ．１５～　１＿３Ｏ～１．６０　≤０．３５　０．５０～　Ｏ－３０　０．０５　０．５０　０．５０　６０　１．５ＮｉＢ　２．５ＮｉＡ　２．５ＮｉＢ　≤０．２５　１－３０～１．７Ｏ　Ｍｏ≤０．１０　质　≤０．１８　１．５０　≤０．１４　≤０．１８　≤Ｏ．８０　≤０．８０　２．００～２．５０　２．００～２．５Ｏ　含　镍　低　温　钢　．１００　３５ＮｉＢ　．—３５ＮｉＡ　．正火　≤０１４　．０．１０～　０．０２～　０．１５～　Ｏ．１５～　或调　质　≤０．１８　≤０＿８０　０－３０　０．０５　０．５０　≤０＿３５　０．５０　≤０．２５　３．２５～３．７５　１７０～　５Ｎｉ　一淬火＋　≤０．１２　≤０．８Ｏ　０．１０～　０．３０　Ｏ．１Ｏ～　≤０．１０　≤０．８０　０．Ｏ２～　０．０５　０．Ｏ２～　０．０５　０．１５～　≤０Ｉ３５　Ｏ．１５～　≤０．２５　４．７５～５．２５　１２０　ｌ９６　９Ｎｉ　回火　淬火＋　０．５０　０．１５～　≤Ｏ＿３５　０．５０　０．１５～　一、　≤０．２５　８．０～１０　一回火　—０－３０　≤１．Ｏ　０．５０　０．５０　１７．Ｏ～　２５３，一　。Ｃｒｌ８Ｎｉ９　９．０～１１．０　１９．０　Ｔｉ５Ｘｃ％～Ｏ．８　１９６　Ｃｒ１　８Ｎｉ９Ｔｉ　固溶　—≤０．０８　≤２．Ｏ　２４～　２６９　Ｃｒ２５Ｎｉ２０　≤１．５　２６　１９～２２　—８一