CN102936709A

CN102936709A - 液化天然气贮藏舱或贮藏罐用铝合金厚板的低温处理方法

Info

Publication number: CN102936709A
Application number: CN2012105236331A
Authority: CN
Inventors: 蒋显全; 蒋诗琪; 张秀锦
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: CN102936709B

Abstract

一种液化天然气远洋运输船贮藏舱或液化天然气陆地贮藏罐用铝合金厚板的低温深冷处理方法。本发明采用液氮做介质对LNG铝厚板进行低温深冷处理，以确保LNG铝厚板在室温～-196℃范围的力学性能和冲击韧性不随使用温度的降低而下降，从而确保LNG铝厚板在液化天然气液化点的低温下使用具有安全保障。

Description

液化天然气贮藏舱或贮藏罐用铝合金厚板的低温处理方法

技术领域

本发明涉及有色金属新材料加工领域和船舶领域，具体是针对用于制造液化天然气（液化天然气的英文名称：Liquid nature gas－简称“LNG”）远洋运输船贮藏舱或液化天然气陆地贮藏罐铝合金厚板（下面统一简称“LNG铝厚板”）的低温处理方法及相应的低温处理工艺。

背景技术

液化天然气的液化温度为-162℃，因此要求装运液化天然气的贮藏舱或贮藏罐用材料能在-162℃以下使用，这里界定的使用温度范围是室温～-196℃。对材料的基本要求：

1、在工作温度范围内, 舱用材料的膨胀系数要小, 而且随温度变化, 膨胀系数变化小。也就是贮藏舱或运输船在使用温度范围内, 尺寸变化要小,从而得到小的温差应力。合金具有小的导热系数, 以改善舱体的绝热性能。

2、一定的低温冲击韧性值（Cv）, 或低温塑脆转折点温度。在实际使用时, 对Cv值的要求越来越高。

3、对冲击载荷和周变载荷, 要有较好的适应能力, 能经受冲击和疲劳等。

4、在低温时, 应有较高的强度, 和良好的延伸塑性。

金属材料具有低温脆性的特点，因此在使用前进行低温处理，使铝合金厚板室温力学性能和低温（-196℃）力学性能具有稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对LNG铝厚板低温力学性能稳定化处理而提出的低温处理（或称深冷处理）工艺方法，从而确保LNG铝厚板优良的低温使用性能。

本发明所述LNG铝厚板合金牌号包括5083、5183和LF4铝合金，合金成份满足中华人民共和国GB/T3190或GB3190标准。

所述LNG铝厚板规格：厚度范围25～300mm。

所述LNG铝厚板低温处理前的产品状态：热轧态（自由加工状态）-F状态、或高温退火状态-O状态。

所述LNG铝厚板低温处理是应在专门的低温处理炉中，采用液氮浸泡的方法来进行低温深冷处理。

采用的低温处理炉的基本结构如下：炉膛形状为矩形，炉口朝上，炉门在顶部，在炉膛顶部或侧面配置有一个或数个液体注入口，液体口高于炉膛内部最高有效使用点，且注入口配有隔热保温盖用于封闭注入口；所述炉膛底部和四周采用隔热和防渗漏复合材料包围，使其具有密闭而不渗漏液体并具有非常好的隔热保温性能。在炉膛的底部设排液口，炉膛外部设有与炉膛内部连通用于观察炉膛液位高度的透明显示竖管。顶部炉门尽量密闭，不需要防渗漏，但要求也具有非常好的隔热保温性能。

所述LNG铝厚板的低温处理过程如下：打开低温处理炉的顶部炉门，在炉膛底部配置数根的垫方（100～200×100～200×长度mm），垫方材质为铝合金或木材或钢铁或其它材料，其目的是保证能承受堆放其上的铝合金厚板。将铝合金厚板放置在垫方上，从炉膛底部开始向上堆积，根据炉膛结构，确定其堆放方式，目的是确保尽量多摆放铝合金厚板，铝合金厚板摆放高度要确保不影响炉门密闭盖上。盖上炉门后，再往炉中注入液氮，液氮注入量要确保所有被处理铝厚板被液氮覆盖。记录液氮开始覆盖铝合金厚板顶部的时间，并以此时间作为保温开始时间。低温深冷处理过程中，当液氮高度不足以覆盖铝合金厚板时，要从炉子外面补充液氮进入炉子使其始终覆盖铝合金厚板。当预定保温时间到达后，将全部剩余液氮从炉子中抽回到专门液氮贮藏罐，然后打开炉门，待铝合金厚板温度升到-30℃以上后方可出炉，铝合金温度升到室温并保持2小时以上方可取样测试力学性能。通常每炉铝合金厚板装炉量不超过30吨。

所述LNG铝厚板的低温深冷处理保温时间：保温时间主要取决于长度方向的横截面积（即厚度×宽度）和装炉量。详见下表：

说明：

在相同截面积下，板宽厚比越小，保温时间取值越靠上限，反之，板锭宽厚比越大，保温时间取值越靠下限。

测试所述LNG铝厚板低温深冷处理后的力学性能，其抗拉强度和伸长率不低于未低温处理的铝合金厚板。

本发明采用特殊结构的炉子，结构简单但实用，采用液氮做介质对LNG铝厚板进行低温深冷处理，并合理控制温度、时间等工艺参数，以确保LNG铝厚板在室温～-196℃范围的力学性能和冲击韧性不随使用温度的降低而下降，从而确保了LNG铝厚板在液化天然气液化点的低温下使用具有安全保障。

附图说明

图1a 和图1b是低温深冷处理炉结构示意图；

图2　低温深冷处理炉内垫方摆放俯视图；

图3 低温深冷处理炉内LNG铝厚板堆放及液氮填充后的示意图；

图4a是LNG铝厚板双排堆放俯视图；

图4b是LNG铝厚板双排堆放液氮填充后的示意图。

具体实施方式

参见图1a 和图1b，低温深冷处理炉的炉膛2形状为矩形，炉口朝上，炉门1在顶部，在炉膛顶部或侧面配置有一个或数个液体注入口，液体口高于炉膛内部最高有效使用点，且注入口配有隔热保温盖用于封闭注入口。炉膛底部和四周采用隔热和防渗漏复合材料，如采用先在炉壁23内设置一层隔热保温材料层22，然后再设置一层复塑铝箔防漏层21，使其具有密闭而不渗漏液体并具有非常好的隔热保温性能。在炉膛的底部设排液口，炉膛外部设有与炉膛内部连通用于观察炉膛液位高度的透明显示竖管4。顶部炉门尽量密闭，不需要防渗漏，但要求也具有非常好的隔热保温性能。整个炉子外还可以用加强筋3做加固。

另外，在炉子旁边还可以配置专门的液氮贮藏罐，该液氮贮藏罐内空体积为10～30立方米。再配一个耐低温水泵，水泵入口在炉子底部最低处，用于抽出炉内液氮至专门液氮贮藏罐。炉膛可以地面或地面以上或地面以下，视具体情况而定。

实施例1：规格为95×1600×7000mm、合金状态为5083-O 的LNG运输船球形贮藏舱用铝合金厚度的低温深冷处理工艺：

前提条件：低温深冷处理用炉子的炉膛内部有效尺寸为800×2800×9000mm，铝合金厚板重量为8.2吨。低温处理炉结构示意图如图1。

其处理方法及工艺参数：打开低温处理炉顶部炉门，在炉膛底部均匀摆放四根100×100×2000mm木垫方5，摆放方式如图2所示，将铝板7堆放在四根垫方上面，摆放方式如图3所示，记录铝合金厚板的实际堆放高度，然后盖上顶端炉门并密闭。再从炉子专门的液体注入口注入液氮，观察液氮6高度使其刚好覆盖铝合金厚板，并记录保温开始时间，当液氮高度不足以覆盖铝合金厚板时，要补充液氮进入炉子使其始终覆盖铝合金厚板，保温9小时后，将剩余液氮从炉子中抽回到专门液氮贮藏罐。然后打开炉门，待铝合金厚板温度升到室温后方可出炉。出炉3小时后取样测试力学性能并进行探伤。

实施例2：规格为30×1200×5000mm、合金状态为5083-F 的企业生产用LNG小型贮藏罐用铝合金厚度的低温深冷处理工艺：

前提条件：低温深冷处理用炉子的炉膛内部有效尺寸为800×2800×9000mm，铝合金厚板重量为17.5吨。低温处理炉结构示意图如图1。

其处理方法及工艺参数：打开低温处理炉顶部炉门，在炉膛底部均匀摆放四根100×100×2600mm铝垫方5，摆放方式如附图2所示，将铝板两排并排堆放在四根垫方上面，摆放方式如附图3所示，记录铝合金厚板的实际堆放高度，然后盖上顶端炉门并密闭。再从炉子专门的液体注入口注入液氮，观察液氮高度使其刚好覆盖铝合金厚板，并记录保温开始时间，当液氮高度不足以覆盖铝合金厚板时，要补充液氮进入炉子使其始终覆盖铝合金厚板，保温5小时后，将剩余液氮从炉子中抽回到专门液氮贮藏罐。然后打开炉门，待铝合金厚板温度升到-10℃以上后方可出炉。出炉5小时后取样测试力学性能并进行探伤。

实施例3：规格为170×2600×8500mm、合金状态为5083-O 的LNG运输船球形贮藏舱用铝合金厚度的低温深冷处理工艺：

前提条件：低温深冷处理用专用炉子的炉膛内部有效尺寸为800×2800×9000mm，铝合金厚板重量为26.7吨。低温处理炉结构示意图如图1。

其处理方法及工艺参数：打开低温处理炉顶部炉门，在炉膛底部均匀摆放四根100×100×2700mm钢铁垫方8，摆放方式如图4a所示，将铝板堆放在四根垫方上面，摆放方式如附图4b所示，记录铝合金厚板的实际堆放高度，然后盖上顶端炉门并密闭。再从炉子专门的液体注入口注入液氮，观察液氮高度使其刚好覆盖铝合金厚板，并记录保温开始时间，当液氮高度不足以覆盖铝合金厚板时，要补充液氮进入炉子使其始终覆盖铝合金厚板，保温24小时后，将剩余液氮从炉子中抽回到专门液氮贮藏罐。然后打开炉门，待铝合金厚板温度升到-20℃以上后方可出炉。出炉10小时后取样测试力学性能并进行探伤。

Claims

1.一种液化天然气贮藏舱或贮藏罐用铝合金厚板的低温处理方法，所述铝合金厚板的合金牌号包括5083、5183和LF4铝合金,铝厚板规格：厚度范围25～300mm；使用温度范围室温～-196℃；所述铝厚板低温处理前的产品状态为热轧态即自由加工状态-F状态、或高温退火状态-O状态；

所述低温处理是采用液氮浸泡的方法来进行低温深冷处理，具体是采用如下结构的低温处理炉：炉膛形状为矩形，炉口朝上，炉门在顶部，在炉膛顶部或侧面配置有一个或数个液体注入口，液体口高于炉膛内部最高有效使用点；所述炉膛底部和四周采用隔热和防渗漏复合材料包围，在炉膛的底部设排液口；

低温深冷处理过程如下：在炉膛底部配置数根垫方，将铝合金厚板放置在垫方上，从炉膛底部向上堆积；盖上炉门后，再往炉中注入液氮，液氮注入量要确保所有被处理铝厚板被液氮覆盖；记录液氮开始覆盖铝合金厚板顶部的时间，并以此时间作为保温开始时间；低温深冷处理过程中，当液氮高度不足以覆盖铝合金厚板时，要补充液氮使其始终覆盖铝合金厚板；当预定保温时间到达后，将全部剩余液氮从底部的排液口中抽出，打开炉门，待铝合金厚板温度升到-30℃以上后出炉；铝合金温度升到室温并保持2小时以上，然后取样测试力学性能。

2.根据权利要求1所述的低温处理方法，其特征在于，所述低温深冷处理保温时间主要取决于铝厚板长度方向的横截面积，即厚度×宽度，和装炉量，详见下表：

说明：在相同截面积下，板宽厚比越小，保温时间取值越靠上限，反之，板锭宽厚比越大，保温时间取值越靠下限。

3.根据权利要求1所述的低温处理方法，其特征在于，所述炉膛外部设有与炉膛内部连通的用于观察炉膛液位高度的透明显示竖管。

4.根据权利要求1所述的低温处理方法，其特征在于，所述低温处理炉的注入口上配有隔热保温盖，用于封闭注入口。