综述大型储油罐用钢研究现状_国内外研究现状综述

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大型储油罐用钢研究现状综述

摘要：随着科技的日益发展，对大型储油罐用钢的要求也越来越高，根据储油罐的工作环境的不同，可选用的材料也有所不同，通过阅读文献整理资料，本文从储油罐用钢的服役条件、钢种及性能、发展历史和最新研究进展等方面介绍了大型储油罐用钢的使用及研究现状。

关键词：大型储油罐用钢 微合金化低碳高强度钢 高强度结构用调制钢 玻璃钢

一、大型储油罐用钢情况

我国建设大型储油罐始于1985年，由于国内首台 10万立方米大型浮顶式油罐是从日本引进的，设计规范依据日本J1S B8501标准，所用高强度钢板为日本SPV50，后调整为JIS G3115标准，SPV490Q热轧调质钢板。以后20年来我国陆续建造的80多台10万立方米以上的大型储油罐绝大多数仍使用日本高强度钢板。上世纪90年代中后期，大型浮顶油罐的设计开始部分采用美国 APl650标准。

1外浮顶式油罐结构及用钢组成外浮顶式储油罐所用钢材分为底板、罐壁板、浮顶板三部分，其中，底板分中幅板和边缘板；罐壁板从罐体底部至顶部分为9层，其中8～9层采用普通强度压力容器钢板，1～7层和底板中的边缘板采用高强度压力容器板；底板中幅板和浮顶板采用一般强度容器板。目前我国建设的大型储油罐1～7层罐壁板和底板中的边缘板几乎全部采用日本进口的高强度钢板(SPV490Q)。2大型油罐用钢品种、规格及单罐用钢量

一台10万立方米储油罐用钢材总量为1948.5吨，其中高强度钢板789.4吨，普通强度钢板1159.1吨，高强度钢板占单罐用钢总量的40.5%左右。2.1罐壁板

目前，大型储罐罐壁板普遍使用屈服强度级别较高的调质钢，如美国的ASTM A537cla2、日本的SPV490Q等。我国开发的储罐用高强度钢板12mnNiVR等新牌号钢种也已纳入GBl8189《压力容器用调质高强度钢板》国家标准。

大型储油罐罐壁板从底层至顶层(1～9层)钢板厚度依次递减。按照不同设计规范，罐壁钢板规格一般为12～ 34mm(厚)×2450mm(宽)×12500mm(长)左右；

罐底边缘板厚度为21mm。2.2底板、浮顶板

大型储油罐底板(中幅板)和浮顶板采用一般强度级别钢板，目前全部可由国内提供。中幅板所用钢板规格为：12mm(厚)×2430mm(宽)×12192mm(长)，牌号为SM400C、Q235B等。浮顶板所用钢板规格为：4.5～6mm(厚)×2430mm(宽)×12192mm(长)，牌号为SS400B、Q235A等。[1]

二、大型油罐的发展历史及面临的问题

近半个世纪以来，随着石油化工企业的生产规模不断扩大和石油战略储备的增加，石油储备规模迅速发展。长期以来，各个国家都在大量建设大规模的储备油库，把增加石油库存作为稳定生产和保证国家安全的重要措施。为了适应大量储存的需要，采用大型油罐已成为必然的趋势。因为大容量油罐可以节省钢材、减少占地面积、方便操作管理、减少油罐附件及管线长度，从而节省投资和操作费用。早在20世纪60年代，在西欧、中东、日本等地普遍采用10×104m3的大型浮顶油罐。到目前，国外单罐容量已经发展到15×104m3以上。

近20多年来，国内油罐的大型化发展迅速。1974年，国内首台由中国石化北京设计院设计的5×104m3浮顶油罐在上海石油化工总厂陈山原油站建成，此后，在许多炼油厂、石化厂及油田相继建造了数十台5×104m3浮顶油罐。20世纪80年代中后期，国内先后在秦皇岛、大庆等地从日本引进了4座10×104m3浮顶油罐。从这以后，国内的技术人员通过对引进技术的消化吸收，又在舟山、仪征、铁岭、黄岛、大连、北京、上海、兰州等地区建造了数十台10x 104m3浮顶油罐。上述10×104m3油罐是按日本标准或APl650规范进行设计的。迄今为止，国内建造的最大容量的油罐仍为10×104m3。参照国外的工程经验，其罐壁钢板采用抗拉强度大于610MPa、屈服强度大于490MPa的高强度材料。随着油罐的大型化，罐壁所用的钢板越来越厚，而油罐罐壁钢板厚度的增加受到各方面的限制，钢板的厚度成了油罐大型化发展的主要制约因素。这是因为，油罐是在露天条件下施工，罐体结构庞大，无法进行焊后消除应力热处理。所以允许的钢板厚度有一定的限制。美国石油学会油罐规范APl650中规定罐壁板的最大厚度为45mm，并同时规定，超过40mm的钢板必须采用正火钢板。[2]我国SH3046—1992《石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》中规定16MnR的最大允许厚度为

34mm。油罐罐壁的厚度与罐壁所受液柱侧压力及油罐直径成正比，1台10×104m3油罐，罐壁材料如采用16MnR(屈服强度345MPa)，其底圈罐壁厚度达40mm，该厚度的16MnR钢板已超过无须进行焊后热处理的厚度。也就是说，用16MnR钢板仅能建造5×104m4浮顶油罐。所以建造10×104m3油罐必须采用强度更高且焊接性能良好的材料。

三、大型油储罐服役条件及对罐体材料的基本要求

随着储油罐向大型化的发展，它们的安全可靠性越来越引起人们的关注。我国现行国家标准《汽车加油加气站设计与施工规范》规定，汽车加油站的汽油和柴油储罐应采用卧式钢制油罐，并埋地设置[3]。对国外的调查发现，由于地下钢制储罐腐蚀而引起的环境污染问题时有发生。钢制油罐发生腐蚀的原因有多种，如储油罐埋设于电导率及含盐量高的土壤环境中，地下水位较高，土壤中的杂散电流作用导致罐体外部腐蚀；储罐内冷凝水的存在也容易造成内部腐蚀。严重时导致油料泄漏，从而造成土壤与地下水源的污染，甚至引起火灾爆炸、人身伤亡事故。

很多研究显示钢制储油罐泄漏的最大原因仍是罐身腐蚀。目前虽有多种技术可以减轻油罐腐蚀速度，如加双层壳、塑料板加衬等，但均不能完全做到使钢罐不腐蚀，因此提高储罐本身的防腐性能才是最有效的措施。为提高储油罐的防腐性能，工程界一直在努力寻找新材料以解决其腐蚀问题。

一台10万立方米储油罐的造价加上原油的价值高达数亿元，如果出现事故，经濟损失和环境污染后果严重。因此，大型油罐对罐体材料提出了很高的综合性能要求：高强度、高冲击力、低有害杂质硫和磷含量、良好的可焊性和低焊接裂纹敏感性组成(Pcm)。同时，为了保证现场施工的焊接效率，罐体材料在承受大线能量焊接(100kJ／cm)的条件下，焊接热影响区晶粒不过分长大，施焊后仍保持良好的强韧性。

同时，焊接工艺对材料的合金元素含量非常敏感，力学性能相同的钢板，由于微量元素的不同，其焊接工艺会有很大差异。即便是不同厂家生产的同一牌号的钢种，如：SPV490Q，由于在日本JIS G3115标准中并未明确规定合金元素的添加种类和数量，因此，按照该标准生产的SPV490Q钢板其强化元素和强化机理有可能各不相同，相应的轧后热处理工艺、焊接工艺也有所不同。因此，用户在订购罐体材料时，希望生产厂家能够同时提供焊接材料和相应的焊接工艺。目前，日本新日铁、NKK等在提供储罐用钢板的同时，可以提供相应的焊材和焊接工艺参数。石油储罐用高强度钢应满足：

(1)满足力学性能指标要求(高屈服和抗拉强度、高韧性、高均匀性、平稳定性等)，一般采用调质钢。

(2)必须适应大线能量焊接。采用10KJ／mm的大线能量焊接后，其HAZ塑韧性不明显降低，接头的力学性能达到与母材相同要求。因此，石油储罐用钢又称为大线能量焊接钢。

(3)为了适合现场焊接，焊接前不需要预热，焊后不产生焊接冷裂纹。此类钢又称为低裂纹敏感性系数钢。由此可知，石油储罐用钢主要特点就是在满足力学性能要求前提下，具有适应大线能量焊接和低裂纹敏感的特性。石油储罐用钢不同于制造球罐用CF钢。石油储罐用钢必须适应大线能量焊接要求，且储罐通常不需要进行焊后接体热处理(有时仅进行局部焊后热处理)；CF钢虽然具有低裂纹敏感性，但通常不能适合大线能量焊接。用于制造球罐时，需要满足焊后整体热处理的要求，即无SR再热裂纹倾向。[4]

四、大型储油罐用钢钢种介绍

高强度钢板的化学成分(质量分数)列于表1，交货状态、力学性能和工艺性能应满足GB／19189-2003《1压力容器用调质高强度钢板》要求(表2)。

夏比冲击功按3个试样的平均值计算，允许其中一个试样的冲击功比表2规定值低，但不得低于规定值的70％。

目前．我国大规模建造的10～15万m3的储罐，主要选用屈服强度490MPa，作为石油储备用的储罐，每台体积在10至15万立方米，需要钢材总量2000~ 2800吨，其中用于油罐底板及罐身下部六圈的钢材为700~1300吨，全部需要采 用高强度调质钢板制造。以下是对高强度结构用调制钢板的介绍。[6]

1、尺寸规格：本标准使用于厚度不大于150mm，以调质（淬火加回火）状态交货的高强度结构用钢板。其尺寸规格和允许偏差应符合GB/T709的规定。

2、牌号和化学成分

8mm-12mm钢板辅助试样尺寸为10mm*7.5mm*55mm，其试验结果不小于规定值的75%.厚度6mm-8mm钢板辅助试样尺寸为10mm*5mm*55mm，其试验结果不小于规定值的50%.厚度小于6mm的钢板不做冲击试验。[8]

5、牌号对照

3.玻璃钢储油罐

玻璃钢又称为玻璃纤维增强塑料，是一种复合材料。玻璃钢的发展最初源于国防工业发展的需要，通过采用玻璃钢复合材料提高武器装备的性能，后来被逐步应用于国民经济的各个领域。目前玻璃钢储油罐有逐步取代钢制储油罐的趋势，实践证明玻璃钢储油罐在加油站具有广阔的应用前景。

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