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我国石油储备体系建设计划分三期完成。目前,一期工程已经落实,计划在四个沿海地区建设总库容1600X104m3的石油储备基地,共新建154台10万立方米外浮顶式油罐,项目已于2004年3月正式启动,2008年一期工程将全部完成。此后,中国还将陆续投入二期、三期工程,建设一批石油储备基地。
在国家石油战略储备建设的同时,我国的商业储备建设也在进行。中石化、中石油、中海油、中化等也将陆续进行石油储备库建设,因此,今后几年,我国将出现大型储油罐建设的高潮。
2大型石油储罐建设用钢情况
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J1SB8501标准,所用高强度钢板为日本SPV50,后调整为JISG3115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AP1650标准。
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)。
、规格及单罐用钢量
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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ASTMA537class2、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GB18189{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)X2450mm(宽)X12500mm(长)左右;罐底边缘板厚度为21mm。
、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)X2430mm(宽)X12192mm(长),牌号为SM400C、Q235B等。
浮顶板所用钢板规格为:〜6mm(厚)X2430mm(宽)X12192mm(长),牌号为SS400B、Q235A等。
、预测
2004〜2007年,国家石油储备基地建设一期工程中四大原油储备基地,共需要建设154台10万立方米浮顶油罐。按每台储油罐需要1948吨钢材计算,一期工程共需要30万吨钢材,其中高强度钢板(如:SPV490Q)。
到2010年,我国因战略储备的需要,将把地面原油储量增加两倍以上,在此期间将建设10万立方米以上浮顶式原油储罐300余台。预计2006〜2010年,国家石油储备基地建设二期工程将建设10万立方米储油罐150台左右,共需钢材29万吨,其中高强度钢板12万吨。
由于目前我国国家石油战略储备尚处于空白状态,同时,生产企业库存总体水平也较低,与国际惯例90天的国家战略石油储备量的水平相差甚远。因此,今后几年,我国石油储备建设将会有很大的发展空间。
此外,国家重点工程西气东输沿线各省市也要建立不同规模的罐区,用来储备和调节天然气,对高强度钢板的需求量预计在5万吨左右。
因此,到2010年我国大型油罐用高强度钢板的需求量大约在30万吨左右。
3大型油储罐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。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JISG3115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。
4国内外开发情况
低合金高强度容器用钢板的研制和生产,日本处于世界领先水平。早在20世纪70年代初,日本新日铁、Nm(等公司就成功地研制出SPV490Q等高强度压力容器钢板,这些钢板具有较好的强度和韧性及屈强比,焊接时输入的焊接线能量一般控制在50KJ/cm2以下。80年代初,随着微合金元素对焊接性能影响的深入研究,日本新日铁、JFE、住友等几家公司各自研制成功了大线能量焊接用压力容器钢,并取得了广泛的工程应用。
随着微合金化技术和控制轧制等技术的发展,高强度大线能量焊接用钢板的生产工艺已从最初传统的离线调质工艺(Q—T),逐步开发出直接淬火+回火(DO—T)、在线调质处理(DQ—HOP)和采用TMCP等先进工艺技术,使大型储油罐用高强度钢板的生产效率得到了极大的提高。目前,日本新日铁采用的是DQ—T工艺、日本住友和德国Dellinger采用TMCP工艺、JFE采用DQ-HOPT艺,这些工艺均可生产抗张强度61OmPa级大型储油罐用高强度钢板。
武钢是国内最早开发大型储油罐用钢强度钢板的企业,也是国内惟一具有工程应用业绩的企业。20世纪末,武钢联合合肥通用机械研究所等单位组建课题组,进行了10万立方米原油储罐用抗拉强度610MPa级大线能量焊接用高强度钢开发研制工作。通过实验室阶段化学成分设计、调质热处理工艺试验以及相应的大线能量焊接评价试验等,确定了新钢种合理的工业性试制工艺路线,并随之进入工业性试制和工程应用研究阶段。研制钢种的企业牌号命名为WH610D2。该钢于1998年通过原全国压力容器标准化技术委员会的技术评审,于1999年通过原国家冶金局主持的技术鉴定,2003年以钢号12MnNiVR纳入新制定的《压力容器用调质高强度钢板》强制性国家标准(GB19189-2003),并于2004年1月1日起实施。
迄今,武钢已生产WH610D2钢板3000余吨,并成功应用于燕山石化4台10万立方米原油储罐工程,钢板各项实物性能除了满足大型油罐设计技术要求外,还满足了储罐施工中所采用的气电立焊等大线能量焊接工艺条件要求,可替代日本进口的SPV490Q钢板,由此结束了我国建造10万立方米原油储罐用钢长期依赖进口的历史局面。
近年来,舞阳钢铁公司也开展了大型原油储罐用高强度钢板的研究开发工作,成功开发了高强度并满足大线能量焊接的12MnNiVR(WY610)调制钢板,并于2002年通过了全国压力容器标准化技术委员会的评审,2003年取得了压力容器用钢生产许可。但目前还没有形成批量生产,没有工业化实践。
由于国内删氏合金高强度石油储罐用钢板的研究起步较晚,目前已开发出大型原油储罐用钢的企业只有武钢和舞阳钢厂,鞍钢目前开发出焊接能量为45KJ/cm的高强度球罐用钢板,在此基础上将开发大型储油罐(大线能量焊接)用钢。
随着微合金化技术和控制轧制技术的发展,高强度低合金压力容器板的生产工艺已从最初传统的调质处理工艺,发展到目前采用多种工艺进行生产。不同生产厂家开发出各自不同的处理方法。如:日本JFE钢厂采用轧后快速冷却和高频加热装置实现在线调质处理(DQ—HOP);新日铁钢厂采用在线直接淬火、离线加热回火的热处理工艺(DQ—T);日本住友和德国Dellinger采用TMCP工艺。新的热处理工艺的采用,在保证产品质量的前提下,大幅度提咼了调质钢板的生产效率。
我国目前各企业开发的低合金高强度压力容器调质钢板均采用传统的离线热处理工艺(Q-T),生产效率较低。
表1为国内外生产企业开发的抗张强度为610MPa级低合金高强钢板采用的热处理工艺情况。
目前,新日铁、NKK、Dellinger等国外钢材供应商在提供储罐用钢板的同时,均提供相应的焊接材料和焊接工艺。德国Dellinger还对平底罐和球罐钢板加工过程中的预制条件、焊接、焊接后处理的机械特性等进行了深入的研究,并能进行预制件的加工,为用户提供了优质的服务。
我国钢铁企业在品种开发过程中,在为用户提供与材料使用相配套的工艺技术研究方面还不够深入,与用户的需求尚存在一定差距。武钢目前已在进行焊接材料工艺的研究开发工作。
大型原油储备基地建设用钢的特点是统一采购、用钢量相对集中。因此,要求钢材供应商具备较强的供应能力,一般每月至少需要四个罐的用钢量,约需高强度钢板3200吨。目前国内企业开发的大型油罐用高强度钢板均采用的是传统的调质工艺生产,生产周期较长,再加上热处理能力有限,难以完全满足国家大型原油储备基地建设集中用量的需求。如武钢目前的生产能力为2500吨/月;舞阳钢厂、鞍钢、济钢等每月仅具备为大型油罐建设配套1500吨左右用钢量的能力。
目前,日本新日铁、住友和JFE公司均开发并采用了Dff-T、DQ—HOP和TMCP等先进的生产工艺生产高强度钢板;德国Dellinger公司采用TMCPJT—艺生产大型油罐用钢,生产准备时间比DQ—T工艺缩短了75%,生产能力提高了300%。可见,国外在保障油罐建设供应能力方面与国内企业相比具有明显的优势。
5大型储罐用钢国产化条件
自从1985年引进日本10万立方米油罐技术以来,我国大型油罐用钢板及焊接施工技术基本上是沿用日本的技术标准,致使油罐用钢板对日本有较大的依赖性,形成了进口钢材一统天下的局面。尤其是近年来,国际钢材市场价格连续呈上涨趋势,原材料供应十分紧张,已形成了完全的卖方市场。要改变我国石油储备基地建设用高强度钢板的供应紧张、受制于人的局面,首先要大力研究和促进国产钢板在大型油罐中的使用,并进一步加大国产钢板使用比例,确定以国产钢板为主的原则。
国家石油战略储备库建设的启动,为钢铁企业提供了极好的发展机遇。在保证国家重大工程质量的前提下,国内钢铁企业通过参与国家重大工程项目,将带动钢铁产品结构调整和升级换代,促进中国钢铁工业的进一步发展,打破目前某些品种国外垄断的地位,这将具有十分重大的战略意义。
国内钢铁企业应以战略的眼光,抓住发展的先机,充分重视并利用国家重点工程项目扩大企业的影响,带动企业产品的升级换代。
为了缓解我国石油储备基地建设中高强度钢板供应紧张问题,彻底扭转大型油罐用钢长期依赖进口的不利局面,目前已成立了中石化牵头,由储油基地建设单位、设计单位、钢铁企业、研究单位等参加的联合攻关组,开展石油储罐用高强度钢板本地化研制开发工作。
近年来,我国大型钢铁企业通过不断的技术改造和产品结构调整,已完全具备生产某些高技术含量产品的能力。为了满足目前市场对调质钢板的需求,一些钢铁企业也在对热处理生产线进行改造,提高调质钢板的生产能力。目前,国内工艺装备上具备生产大型油罐用调质钢板的企业有武钢、舞阳钢厂、鞍钢等企业,宝钢2005年5500mm宽厚板轧机投产后,也将具有生产此类钢板的明显优势。除此之外,济钢、首钢等中厚板企业,经过轧机和轧后冷却等设备的改造,具备开发TMCP工艺技术的装备条件,也可以生产大型储油罐用钢。
目前国内具备生产大型储油罐用高强度钢板技术和能力且实际应用的钢铁制造企业只有武钢。1999年武钢生产的WH610D2(相当于日本SPV490Q)钢板已在北京燕山石化建造的4台10万立方米储油罐上应用,2002年分别通过了中石化总公司和全国压力容器标准化委员会的技术鉴定,实践证明是完全可行的。舞阳钢铁公司已研制出WY610D(相当于日本SPV490Q)高强度钢板,也通过了全国压力容器标准化委员会的技术评审。宝钢目前已经开展了大型油罐用钢的研发工作,2005年宝钢5500厚板轧机投产后,将具备生产大型油罐用钢的条件。鞍钢目前已开发出焊接能量为45KJ/cm的高强度球罐用钢板,在此基础上开发大型储油罐(大线能量焊接)用钢进展很快,计划2004年底通过容标委评审,2005年实现工业化生产;济钢等企业也相继开展了大型油罐用钢的研发工作。
目前,武钢已经为大型储油罐用高强度钢板国产化奠定了很好的基础。随着舞阳、鞍钢、宝钢、济钢等企业的开发进程,近一两年内,将形成一批具有生产大型油罐用高强度钢板技术和生产能力的企业,完全可以满足国内原油储备基地建设的需求。
目前国家石油储备基地一期工程中的四个基地的气象条件比较理想,其中大连的极端最低温度为-21°C,月平均最低温度在-5°C左右,最低日平均温度估计在-10°C左右,这样最恶劣的最低设计金属温度均在-5C以上。这在一定程度上缓解了脆性断裂的危险。另外,由于储备基地的分期建设,也在一定程度上为进行进一步的试验和论证提供了时间,等等。所有这些都为大型储罐用高强度钢板的国产化提供了可行性。
6大型储油罐用钢国产化开发建议
充分重视并利用国家重点建设工程扩大企业的影响,通过重点工程用钢国产化带动企业产品的升级换代。
加快大型油罐用高强度钢板的开发步伐,跟上国家石油储备基地建设的节奏。
进一步稳定产品的实物质量。
开发传统工艺调质钢板的同时,进行其他生产工艺,如DQ-T、TMCP等工艺的研发工作。
加强钢板使用性能的研究,进行焊接工艺评定和焊后消除应力热处理的研究。
开展大型储油罐用钢配套焊接材料及焊接工艺的研究,提高售后服务水平和产品市场竞争能力。
提高大型油罐用钢板的生产能力,以满足储油基地建设的需要。