1液態(tài)CO2儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀和前景
時(shí)至今日，液態(tài)CO2儲(chǔ)罐主要用于食品行業(yè)，設(shè)計(jì)壓力約為2MPa，也被稱作“中壓”儲(chǔ)罐。即使是最大的儲(chǔ)罐，船用儲(chǔ)罐的容積為1800m3，陸上儲(chǔ)罐的容積為900m3。為了持續(xù)推廣二氧化碳捕集與封存（CCS）技術(shù)，必須降低與CCS技術(shù)相關(guān)的成本。為此，需要構(gòu)建大規(guī)模的CCS價(jià)值鏈，以高效的方式運(yùn)輸和儲(chǔ)存大量的二氧化碳。為了構(gòu)建具有經(jīng)濟(jì)合理性的CCS價(jià)值鏈，除二氧化碳運(yùn)輸船以外，今后也需要擴(kuò)大陸上二氧化碳供應(yīng)和接收設(shè)施的規(guī)模。由此可見(jiàn)，未來(lái)迫切需要更大尺寸的船用儲(chǔ)罐和陸上儲(chǔ)罐。
當(dāng)前全世界都在考慮包括船舶運(yùn)輸方式在內(nèi)的CCS，歐洲北極光項(xiàng)目的運(yùn)輸船計(jì)劃采用中壓設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)也被確定為一種新型運(yùn)輸技術(shù)。在中壓設(shè)計(jì)中，將安裝的儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力設(shè)為1.9MPa，面向大型罐體進(jìn)行中壓設(shè)計(jì)。另一方面，中壓罐也在考慮采用所謂的“低壓”罐，即在三相點(diǎn)上方將壓力降至0.7-1.0MPa。從擴(kuò)大尺寸的角度來(lái)看，較低的設(shè)計(jì)壓力更具優(yōu)勢(shì)，因此，這項(xiàng)技術(shù)或?qū)⑹箖?chǔ)罐尺寸進(jìn)一步擴(kuò)大。鑒于低壓運(yùn)輸系統(tǒng)目前還尚未成熟，還需要開(kāi)發(fā)一些附加技術(shù)，如防止二氧化碳意外凝固的穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)。
綜上所述，對(duì)于目前的商業(yè)CCS項(xiàng)目而言，除技術(shù)較為成熟的中壓運(yùn)輸系統(tǒng)以外，在低壓運(yùn)輸系統(tǒng)中也需要更大尺寸的儲(chǔ)罐。
2鋼板性能研究
首先，假設(shè)壓力為中等，如設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa。設(shè)計(jì)溫度約為-30~-35℃。在北極光項(xiàng)目中，使用了板厚50mm、抗拉強(qiáng)度770MPa級(jí)的EN10028P690QL2鋼，生產(chǎn)容積為3750m3（設(shè)計(jì)壓力1.9MPa、設(shè)計(jì)溫度-35℃）的液態(tài)CO2儲(chǔ)罐。其次，假設(shè)壓力較低，如設(shè)計(jì)壓力為0.7MPa。設(shè)計(jì)溫度可低至-50~-55℃。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼板的韌性保證溫度可能更低。
從鋼板的強(qiáng)度和韌性保證溫度的觀點(diǎn)出發(fā)，總結(jié)了大型液態(tài)CO2儲(chǔ)罐用鋼所需的性能?？估瓘?qiáng)度范圍為500-900MPa，韌性保證溫度的范圍為-30~-100℃。最理想的鋼板需要強(qiáng)度、板厚、低溫韌性和成本之間的高度平衡。
3液態(tài)CO2儲(chǔ)罐用鋼板
3.1中壓大型儲(chǔ)罐用WEL-TEN?780
WEL-TEN?系列高強(qiáng)度鋼具有良好的焊接性，已被廣泛應(yīng)用于壓力容器、壓力管道、橋梁、鋼架和建筑機(jī)械等諸多領(lǐng)域。表1列出了WEL-TEN?780的力學(xué)性能（鋼板厚度為50mm）。母材抗拉強(qiáng)度為780MPa級(jí)，母材韌性滿足-25℃。另外，WEL-TEN?780在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，也可按照EN10028P690QL2、KE690、ASTMA517等標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。表2列出了WEL-TEN?780的化學(xué)成分(板厚50mm)。為了兼顧780MPa級(jí)抗拉強(qiáng)度和良好的夏比沖擊韌性，對(duì)添加合金元素進(jìn)行了優(yōu)化，改善了淬透性。由于抗拉強(qiáng)度780MPa級(jí)鋼在焊后熱處理（PWHT）后可能出現(xiàn)脆化，在罐體需要PWHT時(shí)，為了抑制脆化，降低了鋼中P、S等雜質(zhì)含量。表3顯示了50mm厚鋼板進(jìn)行PWHT后母材的拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果。表4列出了PWHT后氣體金屬弧焊接接頭（K型坡口）的夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果。由此可知，鋼板在-40℃時(shí)具有良好的強(qiáng)度和韌性，適用于中壓大型儲(chǔ)罐。
3.2大型低壓罐用低溫鋼N-TUF?490
N-TUF?系列鋼板在低溫和超低溫環(huán)境下具有優(yōu)異的韌性，主要用于液態(tài)石油氣儲(chǔ)運(yùn)容器、化工設(shè)備和壓力容器。表5列出了N-TUF?490的力學(xué)性能（鋼板厚度50mm）。母材抗拉強(qiáng)度為610MPa，母材韌性符合WES3003標(biāo)準(zhǔn)。N-TUF?490在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，也可按照ASTMA738、ASTMA841和JISSPV490等典型官方標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。表6列出了N-TUF?490的化學(xué)成分。表7展示了對(duì)厚度50mm鋼板進(jìn)行PWHT后的母材拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果。表8是PWHT后手工電弧焊接接頭（X型坡口）的夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果，-60℃時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果良好。由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，N-TUF?490鋼板在-60℃時(shí)具有良好的強(qiáng)度和韌性，適用于大型低壓儲(chǔ)罐。
