LNG储罐结构及9Ni钢介绍
刘奉家
一、前言
我国LNG储罐用钢（内壁用钢板+外壁用钢筋）一直从国外进口。LNG外罐罐壁的低温钢筋产品。太钢通过863计划（2005—2007）首次开发出外壁用中厚板。马钢技术中心于2011年开始研制lng汽车内壁用混凝土钢筋，项目组利用马钢特钢生产工艺，于2013年自主开发出全规格系列低温钢筋淬火自回火控制技术，开发了“钒微合金化低温钢筋用钢及轧制工艺”，并申报了发明专利，并已获得安徽省质量技术监督局计量认证资质。
二、LNG特性
液化天然气—Liquefied Natural Gas（缩写LNG）是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷（CH4）组成，约占80～99%，其次还含有乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、以及二氧化碳、一氧化碳、硫化氢和水分等。标准状态下,沸点－161.52℃；气态密度一般为640～750kg/m3； 液态密度为0.420～0.46t/m3；着火点为650℃；气态热值38MJ/m3；液态
热值50MJ/kg；爆炸范围：上限为15%，下限为5%。
在常压下气态的天然气冷却至-162℃，使之凝结成液体。
三、LNG使用前景
LNG是一种清洁、高效的能源。由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化、保障能源安全，而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源、增加外汇收入、促进国民经济发展，因而LNG贸易正成为全球能源市场的新热点。很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。
中国的能源结构以煤炭为主，石油、天然气只占到很小的比例，远远低于世界平均水平。天然气燃烧后产生的温室气体只有煤炭的1/2，石油的2/3，对环境造成的污染远远小于石
油和煤炭。随着国家对能源需求的不断增长，引进LNG将对优化中国的能源结构，有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重问题，实现经济和社会的可持续发展发挥重要作用。
据《2013-2017年 中国LNG行业发展前景与投资预测分析报告》数据统计，2010 年中国LNG 年产量达900 万吨，而2020年为2400亿立方米。而在进口天然气方面，发改委预计到2020年，中国要进口350亿立方米，相当于2500万吨/年，是广东省接收站的总量的7倍。2011 年随着中石油江苏如东和大连两个LNG 进口接收站陆续投产，以及国内LNG 工厂及下游配套设施投产，LNG 的产量进一步大幅增加，2011 年中国LNG 年产量超过1500 万吨。截至2011 年底，中国已建成投产的LNG 接收站项目有5 个，已获国家核准并在建设中的项目有6 个，即中海油浙江宁波LNG、中海油珠海金湾LNG、中海油粤东揭阳LNG;中石油河北LNG;中石化山东青岛LNG 和东莞九丰LNG 项目，随着这些项目的建成投产，我国LNG 储量将不断增加。
随着中国对LNG产业的发展越来越重视，正在规划和实施LNG项目的沿海地区有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁、宁夏、河北唐山等，这些项目将最终构成一个沿海LNG接收站与输送管网。
截至目前，我国在建液化天然气工厂40多座，接入运行的工厂20多座，
四、LNG的运输与储存
1. LNG接收站接收轮船运输的LNG，储存在LNG储罐内，目前新建的单罐容积达16万m3。
2. LNG卫星站相当于小型的LNG接收气化站，采用火车和汽车槽车等方式运输。适用于输气管线不易到达的中小城镇和需要使用清洁能源的特殊制造厂家等。LNG卫星站相同也是由LNG运输供应、卸货、LNG储存与气相处理、LNG输送与再气化、天然气输送与分配等环节组成。卫星站LNG储罐单台容积100m3，卧式和立式两类，外型尺寸直径3.5M,长度17M,双层结构，内罐璧厚14mm，材质为0Cr18Ni9，外罐璧厚12mm,材质为16MnR，层间100mm，填加珍珠岩粉沫，抽真空绝热保冷。设计规定储罐中的日蒸发率≯3‰，设计压力1MPa，操作压力0.8 MPa，依靠LNG蒸发吸热保持罐内温度在-145℃左右，依靠LNG蒸发气保持内压。 这种低压低温储罐都在国内低温压力容器厂内预制，由大型拖车运输到气化站。
LNG接收站
五、LNG接收站储罐结构
1. 以福建莆田2011年建成的16m3LNG储罐为例，内壁/罐为9Ni钢板，直径80m，高36m；外壁/罐为预应力混凝土结构，直径82m，高38m；储罐总高50m。
2. 外壁/罐材料的混凝土、钢筋、钢绞线均要进口。
外壁/罐使用的材料预应力混凝土为钢筋混凝土的一个类型，是一种非均质的材料，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部件上重新分配，不会导致其它部件失效。预应力混凝土钢筋除了满足一般混凝土钢筋所具有的性能外，还应具有耐火、耐
低温 、抗硫酸盐及硫化物腐蚀等性能，并满足LNG储罐在-165℃使用的要求。钢筋材质可以是锰钢、9Ni镍钢或奥氏体不锈钢。
3.内壁/罐材料的钢板已基本国产化
9Ni钢最早由太钢于2007年开发生产，按照国标GB24510-2009《低温压力容器用9%Ni钢板 》命名为06Ni9。目前鞍钢、武钢、南钢、湘钢均有生产能力，由于储罐需要6mm厚的中厚板，南钢的市场份额较大。
LNG储罐的设计温度为-165℃,由于设计时必须考虑到用氮气冷凝时可能出现的温度,故设计温度范围在-165～-196℃。目前超低温度用材料主要有以下几种：奥氏体不锈钢、镍基合金、铝合金和9Ni钢。相对与奥氏体不锈钢和奥氏体铁-镍合金，9Ni钢成本更低，相对于铝合金，9Ni钢具有更好的力学性能，因此LNG储存和运输设备的结构材料国际上普遍使用9Ni钢。其中, 9Ni钢是惟一可以在- 196 ℃使用的铁素体低温用钢,其-196 ℃的夏比冲击功达到200～230J ,是深冷环境下使用的韧度最好的材料。
六、LNG储罐内壁/罐用06Ni9钢板的性能指标
1. 06Ni9钢板有3中热处理工艺：NNT—正火+正火+回火、QT—淬火+回火、IQT—两相区淬火+回火。由于第一种性能不稳定，第三种成本太高，国内普遍采用调制处理。
2.性能要求
Re H，MPa
Rm，MPa
延伸，%
纤维断面率，%
测向膨胀值，mm
冲击，J
3个平均值
最小值
温度-196℃
试样断面20×20
≥585
680～820
≥18
≥75
≥0.64
≥100
≥75
3.太钢06Ni9钢板成分控制
4. 国外标准成分要求
9Ni钢的化学成分
元素
C
Si
Mn
P
S
Ni
ASTM A553
≤0.13
0.15～0.30
≤0.90
≤0.035
≤0.04
8.50～9.50
ASTM A353
≤0.13
0.15～0.45
≤0.98
≤0.040
≤0.035
8.40～9.60
BS1501-509
≤0.10
0.10～0.30
0.30～0.80
≤0.030
≤0.025
8.75～9.75
VDEh680
≤0.10
0.10～0.35
0.30～0.80
≤0.035
≤0.035
8.50～9.50
JIS G 3127
≤0.12
≤0.30
≤0.0.90
≤0.025
≤0.025
8.50～9.50