LNG储罐焊接技术及发展.ppt

1、1、刘宏建，2010年9月，液化天然气储罐焊接技术与发展，2、1、前言，世界各国都在积极推广低温液化气体的储存。随着中国经济的快速发展，中国能源产业结构也正在发生巨大变化。国家大力支持液化天然气项目的发展，将实施液化天然气进口多元化发展战略作为国家能源战略的重要组成部分。始于2006年的广东、福建和上海液化天然气项目相继投产，大连和江苏项目目前正处于建设阶段。液化天然气接收设施主要由接收和储存液化天然气的低温储罐b、3、液化天然气码头和栈桥区、灌溉区泡沫站、气化区、加压/冷凝区、火炬区、公共工程、计量和输出区以及罐车装载区组成，其中液化天然气低温储罐的安装是施工的核心和关键。液化天然气低温储罐

2、通常为双壁结构的立式拱顶储罐，外壁为预应力混凝土结构，内侧为双壁钢结构。外层普通碳钢板与混凝土紧密贴合(通过预埋件与外罐壁混凝土层内侧贴合并密封焊接)，最内层为9%镍钢(如美国材料试验学会A553型等)。)，厚度从底部到顶部逐渐减小(在165，000立方罐中，底部环形壁板为26.2毫米，顶部环形壁板为12毫米)。内外层间距一般在850毫米至1000毫米以上，罐顶也为双层结构，顶板由普通碳钢板制成，挂在外顶层内壁的吊顶由铝板制成(如美国材料试验学会B209M5083)，通过吊杆(SS)与外罐拱顶骨架连接。内外屋面之间的夹层填充有特殊的保温材料，顶板外侧为混凝土层。b、5、罐底由三层钢板和保温层组

3、成，最低的底板为碳钢板，底板和次外底板为9%镍钢，每两块底板之间铺设泡沫玻璃砖保温层。罐壁上没有喷嘴，所有管道通过罐顶开口与罐内相连。其结构如下：B，6，B，7，液化天然气储罐工艺设计数据，B，8。主要以上海液化天然气储罐的焊接施工为例进行介绍。二。储罐材料介绍2.1储罐中包含的主要材料外储罐：A36、A516Gr380、A516Gr450铝天花板：B209M 5083-O内储罐：A553型(9%镍钢)螺柱：A108 Gr1015、A276 304型喷嘴和套管：TP304L、API 5L GR.B、A516Gr450、B、9、2.2 9%镍钢介绍9%镍钢是由开发和发明的它于1956年初被纳入美

4、国材料试验标准。1960年以前，9%的镍钢只能用铁素体焊条焊接，焊接后需要热处理以消除应力，这是制造大型储罐的一个难题。1960年10月，因科镍合金焊条成功用于焊接9%镍钢，并通过了液氮温度下的爆炸加压试验。后来发展起来的9%镍钢双正火回火(NNT)热处理工艺和淬火回火(QT)热处理工艺，使9%镍钢的焊接不再需要进行焊后应力消除热处理。在1962年，美国材料试验学会的规范认识到，消除焊接残余应力的热处理不能对厚度为0、B和B、10且不超过38毫米的储罐进行。在1963年，热处理扩展到50毫米，这使得9%的镍钢可以用于制造大型液化天然气储罐。1952年，第一个9%镍钢储罐在美国投入使用。1965

5、年，法国建造了第一艘液化天然气油轮“儒勒凡尔纳”，其含镍量为9%，容量为25840立方米。1969年，日本横滨港建造了35000立方米和45000立方米液化天然气储罐，开始大规模使用9%镍钢。1977年，Ni9钢被列入JIS标准，JIS G3127要求对9%的镍钢进行如下热处理：双正火回火(NNT)和淬火回火(QT)。1980年，日本建造了75，000立方米液化天然气储罐。b，11，1991 JIS G3127明确指出，中间热处理可以按要求进行。Af目前，有三种推荐和常用的热处理方法：(1) NNT处理是第一次规范化，并加热到900空气冷却。第二次正火后，加热至790空冷，然后在550-580

6、回火，然后淬火。处理后的显微组织为回火马氏体和贝氏体。(2)经过Qt处理，800水淬或油淬，550-580回火，处理后的组织为低碳马氏体。(3) 双相淬火和回火(IHT)一般是800水淬，670水淬，然后550 580回火。处理后的显微组织为低碳马氏体。硼、13和镍是9%镍钢的主要合金元素，它们在该钢中的作用是降低钢的韧脆转变温度和提高其冲击韧性。锰可以细化钢中的晶粒，提高钨(锰)/钨(碳)的比值，从而提高钢的韧性，降低转变温度。这种钢中的碳能提高钢的强度。应严格控制硫和磷的含量，否则韧脆转变温度会升高，热裂纹倾向会增加。因此，为了保证9%镍钢良好的低温韧性，应严格控制钢中其它元素如碳、硅和杂

7、质如硫、磷的含量。14，9%镍钢的化学成分和力学性能。上海液化天然气深冷钢板的化学成分和力学性能如下表所示：A553TYPE1钢的化学成分、A553TYPE1钢的力学性能、b的可焊性、16、2.3 9%镍钢、9%镍钢及其优异的低温性能和可焊性。焊接9%镍钢的主要问题是保证焊接接头的低温韧性、防止焊接裂纹、防止电弧磁吹等，这些问题与焊接材料的类型、焊接热输入和焊接工艺有关。(1)焊接后低温韧性下降。焊接接头的低温韧性出现在焊接区、熔合区和粗晶区。焊接金属的低温韧性与所用焊接材料的类型有关。当使用与9%镍钢成分相同的焊接材料时，焊缝金属的低温性能很差，这主要是由于焊缝金属的高含氧量造成的。熔合区的

8、低温韧性与脆性结构有关。当9%镍与Ni13%-Cr16%奥氏体不锈钢焊接材料焊接时，熔合区的化学成分既不是奥氏体钢，也不是9%镍钢，而是一个富含铬、锰、钨和碳的区域，熔合区的硬度明显高于焊缝金属和热影响区，熔合区的硬度随位置的不同而不同。熔合区有一层脆性硬层，由板条马氏体和孪晶马氏体组成。焊接中的热裂纹当使用镍基、铁镍基或Ni13%-Cr16%奥氏体不锈钢焊接材料焊接Ni9钢时，可能会出现热裂纹。例如，当将Ni9钢与25Cr16Ni13Mn8W3焊条焊接时，可能会出现弧坑裂纹、高温塑性损失裂纹、液化裂纹，并且在熔合区也可能出现微孔隙。打底焊或定位焊容易产生焊接热裂纹。如果有大量夹渣，夹渣也会产

9、生裂纹，在点焊过程中，裂纹也可能出现在电弧起点。褶皱中的微孔隙或微裂纹主要发生在熔合区，这种缺陷一般很小。所谓的折叠是由焊接过程中的电弧搅动引起的，电弧搅动将部分母材带入焊缝。虽然带入焊缝的分母材料是熔化的，但它没有与焊条金属混合，而且它的成分基本上是原9%镍钢的成分，因为焊缝金属的合金元素比母材金属高得多，而且它的熔点比9%镍钢的熔点低。折叠焊缝金属的固化比周围折叠金属的固化晚，所以当它固化时，裂纹实际上是微松的。消除上述裂纹的方法是减少有害元素，采用正确的焊接工艺和适当的磨削。与其他同等强度的低合金钢相比，9%镍钢具有更好的抗冷裂纹性能，在低氢条件下不会产生冷裂纹。然而，当使用低镍高锰的奥

10、氏体电极时，由于对氢脆化敏感的基体金属的稀释，在熔合区附近将出现高硬度的马氏体带用电弧磁偏吹焊接9%镍钢时，容易产生磁偏吹。预防措施是将母材的剩磁控制在50高斯以下，但焊接过程中的剩磁超过20高斯。因此，应尽可能采用交流焊接，以避免大电流碳弧气刨或磁体退磁。在液化天然气焊接施工中，通过对9%镍钢焊接性的分析，内罐是储罐焊接施工的核心，其主要焊接难点如下：钢材硬度高，坡口加工困难；钢容易磁化；焊缝中容易出现冷裂纹和热裂纹。焊接电弧的磁偏吹。主要应用规格。目前，我国对低温储罐的建设没有具体的验收规范。施工主要参考国外相关规范。焊接工艺评定和焊接结构的主要应用规范如下：bs 7777-1993立式圆

11、筒型低温储罐 En 287-1:1992钢熔化焊焊工考试 En 287-2:1992铝熔化焊焊工考试 En 288-3-1992金属材料焊接工艺评定-钢材 En 288-4-1992金属材料焊接工艺评定-铝及铝合金，b En 571-1997 无损检测着色检测 En 895-2001 01010 氩弧焊的焊接效率太低，在工程上选择这种焊接方法不经济。 但是，可以获得具有窄槽的高质量焊接接头，特别是当用b，28低镍焊接材料焊接9%镍钢时，钨极氩弧焊是非常好的焊接方法。因此，钨极氩弧焊只用于特定的场合。手工熔化惰性气体保护焊的熔敷率高，但焊工的焊接技术高。这种焊接方法的主要缺点是容易产生不良熔合和

12、气孔。焊条电弧焊是一种灵活可行的9%镍钢现场焊接方法，适用于各种焊接位置。该焊接方法可获得高合金转变系数，甚至高达170%。埋弧焊是一种熔敷率最高的焊接方法，尤其在环缝焊接中，由于采用了环缝焊接机械系统，埋弧焊的优势更加突出，但它只适用于水平焊缝和水平焊缝。对于立式储罐的纵向焊缝，虽然气-电垂直焊接设备已经发展成熟，自动化程度较高，但由于气-电垂直焊接的线能量过大，难以控制，不适合焊接9%镍钢。垂直焊缝仍然通过电极电弧焊焊接。生产实践证明，焊条电弧焊和埋弧焊是9%镍钢储罐最有效的焊接方法。由于液化天然气储罐焊接工作量大，9%镍钢的主要焊接方法是手工电弧焊和埋弧焊自动焊，在我国液化天然气储罐中也

13、广泛使用。其中，手工电弧焊主要应用于墙板的竖向接缝、底板、大踏步接缝和热护角板，埋弧焊主要应用于墙板的横向接缝。以下是我公司上海液化天然气储罐：B、31、B、32的焊接方法图，内罐壁板角缝焊接和内罐壁板环缝焊接。b、33、9%镍钢的焊接材料可归纳为四种类型，即含镍60%左右的铬镍铁合金型；铁镍基型，含镍约40%；含Ni13%-Cr16%的奥氏体不锈钢型和含Ni11%的铁素体型。铁素体焊接材料具有成本低的优点，但其成分与9%镍钢相同。如果焊接后不进行热处理，获得的焊缝的低温韧性非常差。研究表明，这主要是由于焊缝金属中氧含量高，有时达到600ppm。虽然焊后热处理，6。焊接材料b、34能提高焊缝的

14、低温韧性，在施工现场环境中很难实现热处理，特别是对大型储罐的焊接。因此，用于9%镍钢电弧焊的焊接材料主要是前三种。Ni13-Cr16奥氏体不锈钢焊接材料的强度稍高，但低温韧性差，线膨胀系数与9%的镍钢相差很大，容易产生较高的热应力集中，增加了热疲劳和焊缝失效的风险，在熔合区容易出现硬脆组织，大大增加了冷裂纹的倾向。b、35、镍基和铁镍基焊接材料具有与9%镍钢相似的线膨胀系数，并且获得的焊接金属是具有优异低温韧性的奥氏体。但是，这两种焊接材料也有不足之处，主要表现在以下几个方面：(1)由于奥氏体焊缝的结晶特性，焊接过程中热裂纹非常敏感，更容易出现弧坑裂纹；镍基合金焊接金属的熔点一般比母材低100

15、-150，焊接时熔深浅，流动性差，经常导致未焊透缺陷，但这些问题可以通过调整焊接工艺来解决。此外，这两种材料的成本太高，焊接强度略低于母材。b、36、四种类型焊接材料的类型和特点如下：9%镍钢焊接材料及其特点，b、37、目前，在世界各地建造的液化天然气储罐中，有EnCrMo-6、E NiCrMo-3、EnCrFe-9等。用作焊接电极，ER NiCrMo-3、ER NiCrMo-4和ER NiCrMo用作焊丝。在上海液化天然气中，镍基合金9用作焊条，镍基合金8用作焊丝。b、38、埋弧焊丝、b、39、SMAW焊条、b、40、9%镍钢是一种具有很大磁化倾向的材料。钢的磁性会引起电弧的磁吹，严重影响焊接质量，产生未焊透、未熔合、夹渣、气孔等缺陷。在严重的情况下，甚至不能进行焊接。目前，交流焊接电源主要用于手工电弧焊，以避免电弧的磁吹现象，也使用DC焊接电源；对于埋弧焊自动焊接，根据使用焊丝的特点和经验，目前采用交流或DC焊接电源。7.焊接设备，b，41，林肯功率波交流/DC 1000焊机，米勒王朝350交流/DC焊机，b，42。焊接工