TW436597B - Process components, containers, and pipes suitable for containign and transporting cryogenic temperature fluids - Google Patents

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TW436597B
TW436597B TW087109688A TW87109688A TW436597B TW 436597 B TW436597 B TW 436597B TW 087109688 A TW087109688 A TW 087109688A TW 87109688 A TW87109688 A TW 87109688A TW 436597 B TW436597 B TW 436597B
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low
steel
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nickel
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TW087109688A
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Lonny R Kelley
Bruce T Kelley
E Lawrence Kimble
James R Rigby
Moses Minta
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Exxon Production Research Co
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Description

妗妒部中4:,-^準局只工消贽合竹打印^ 4365 97 A7 ___B7 五、發明説明(1 ) 發明範圍 本發明係關於適用於包含及輸送低溫流體之程序組件、 容器及管線。更特別的,本發明係關於程序組件、容器及 管線其係建構具有超高強度、低合金鋼其含有低於9 wt%的鎳並具有抗張強度大於830Mpa (120 k s i )以及 DBTT 低於大約一73°C (_1 00°F) 發明背景 . 不同項目係定義以下面的規範。爲方便起見,在此提供 一份術語辭典緊接於申請專利範圍之前。 在工業上,經常需要具有適當韌性的程序組件、容器及 管線以用於加工、包含及輸送低溫流體,亦即,溫度低於 大約_4 0°C( — 40°F),而沒有問題。這在碳氫化合 物及化學加工業中要求尤其嚴密。例如,用於分離液體碳 氫化合物與氣-體成份之低溫程序。低溫程序也可用於分離 並儲存流體例如氧及二氧化碳》 其他用於工業中的低溫程序,例如,包括低溫能量產生 循環、冷凍循環,以及液化循環》在低溫能量產生中,可 逆的Rankine循環及其衍生通常用於產生能量,其可從超 低溫源產生低溫能。在該循環的最簡化形式,一種適當流 體,例如乙烯,其透過與孳生器連結的功產生渦輪濃縮於 低溫,加壓、蒸發並膨脹。 有廣泛應用中幫浦係用於程序及冷凍系統中移動低溫液 I -I- - 1 I --1 I --! ^^1 (-^^- - - ....... ^^1 (对先閱请背面之注意事項再球寫本頁) 本紙张尺度读用中國國家標(CNS ) Λ4規格(210X297公f ) -4- 43 659 7、 at ____B7_ 五、發明説明(2 ) 體,其中溫度可低於大約一 73°C(_100°F)。另外 ,當易燃的流體在加工期間被釋放至脹口系統中,流體壓 力將被降低,亦即,通過安全壓力閥。該壓力降導致流體 溫度伴隨著下降。如果壓力降夠大,最終流體溫可能太低 以致傳統用於脹口系統的碳鋼韌性不適合使用。一般碳鋼 可能在低溫下破裂。 在許多工業應用中,流體係包含並輸送於高壓下,亦即 ,像壓縮氣體一般。一般,用於儲存並輸送壓縮氣體的容 器係以標準商用碳鋼或鋁構成,以提供流體輸送經常使用 容器所需的韌性,而器壁必需做得較厚以提供包含高壓壓 縮氣體所需的強度。特別地,加壓氣體容器係廣泛用於儲 存及輸送一些氣體例如氧、氮、乙炔、氬、氦,及二氧化 碳。相對地,流體溫度可以降至產生飽和液體,如果需要 甚至可產生過冷液體,因此該流體可以液體形式包含並輸 送。流體可在其沸點條件相關的壓力與溫度的結合下液化 之。最決於流-體的性質,如果包含及輸送加壓的低溫流體 合於成本效益的話,就可方便經濟地包含並輸送流體以加 壓的低溫條件。幾種可用於輸送加壓的低溫流體的方式, 例如·油灌車、鐵路槽車,或海運。當加壓的低溫流體被 區域分配者使用以加壓的低溫條件下,除了前述的儲存及
I 輸送容器之外,另一種輸送的方法是流動線分配系統,換 句話說,管線介於中心儲存區域與區域分配者或使用者之 間,其中製造及/或儲備之該低溫流體係大量供應。所有 輸送的這些方法需要利用儲存容器及/或管線其係以具有 ----I- I j . -!- - —^1 1 - t ^^1 ^^1 111 ^^1— (^先閱請背而之注意ί項再填巧本頁) 本紙依尺度璉用中國®家標净.(CNS &gt; Λ4規格(2丨0X297公t &gt; -5- 436597 A7 B7 五、發明説明(3 ) 適合之低溫韌性的材料構成以防止損壞,以及適合之強度 以保持高流體壓力。 延展變脆性轉變溫度(DBTT)描繪結構鋼內的兩種 破裂體制。溫度低於D B TT時,低能量解理(脆性的) 破裂易造成破壞,而溫度高於D B TT時,高能量延展破 裂易造成破壞。用於程序組件的建構及用於上述低溫應用 之容器以及用以承受其他負載、低溫的焊接鋼必須具有 D B TT遠低於基礎鋼及HA Z的使用溫度以避免低能解 理破裂。 含鎳鋼習慣上用於低溫結構應用,例如,鋼中鎳含量超 過大約3w t%,具有低的DBTT,但也有較低的抗張 強度。一般,商用 3 . 5wt%Ni 、5 _ 5wt%Ni ,及9wt%Ni鋼各具有DBTT大約一 100°C ( -150°F) 、一155°C( — 250°F),以及 -175 eC ¢-280 °F),而各抗張強度達到大約 485MPa-(70ks i) 620MPa (90 k s i ),及 830MPa (12〇ksi)。爲了達成 強度及韌性之結合,這些鋼通常進行較昂貴的加工,例如 ,雙.重退火處理。在低溫應用的例子中,現在工業上使用 這些商用含鎳鋼,因爲其低溫時的優良韌性,但必須在其 較低抗張度四周加以設計。設計通常需要相當的鋼厚以承 受負載、低溫應用。因此,因爲必要的鋼與配合鋼厚的高 成本,含鎳鋼之使用於承受負載、低溫應用可能較貴。雖 然某些商用碳鋼具有DBTT低到大約一46 °C (-50 ί I i - n I — I ^^1 —I i - - 1--. * * A (#先閱讀背面之注意事項再域寫本頁) 本紙张尺度適用中圃囷家標埤((_1^)八4現格(21〇'犬297公釐) -6- 4365 97 A7 B7 五、發明説明(4 ) T),碳鋼一般用於商用程序組件及用碳氫化合物及化學 程序之容器之建構,其沒有用於低溫情況的足夠韌性。材 料具有比碳鋼更好的低溫韌,例如,上述的商用含鎳鋼( 31/2wt%Ni 至 9wt%Ni)、鋁(A1- .· 5083或A1— 5085),或不銹鋼其係傳統用於建 構商用程序組件及暴露於低溫情況之容器。另外,有時候 特定材料例如鈦合金及特定的環氧含浸編織玻璃纖維複合 材料然而,以這些材料建構的程序組件、容器,及/或 管線經常必需增加壁厚以提供需要的強度。增加重量對於 必需支撐及/或運送的組件及容器,經常顯著地增加計劃 的成本。另外,這些材料傾向比標準碳鋼更貴。厚壁組件 及容器之支撐及運輸所需的額外成本與建構所需材料成本 之增加使得計劃的經濟誘因降低。 適用於商業上包含及輸送低溫流體之程序組件及容器實 有其需求。適用於商業包含及輸送低溫流體之管線也有其 需求之處。因此,本發明之主要目的在於提供適用於商業 上包含及輸送低溫流體的程序組件及容器。本發明的另一 個目的在於提供這種由具有適當強度及破裂韌性以包含加 壓低溫流體之材料建構的程序組件、容器及管線。 發明總結 與本發明之上述目的一致地,程序組件、容器及管線係 提供用於包含及輸送低溫流體》本發明之該程序組件、容 器及管線係由含有超高強度、低合金鋼其含有少於9 本紙张尺度诮用中囡因家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) (对先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) 装
.1T ^ 4365 97 A7 B7 五、發明説明(5 ) w t %鎳的材料建構而成,以含有少於大約7w t %鎳爲 宜,含有少於大約5w t %鎳更佳,含有少於大約3 w t %鎳又更佳。該含有超高強度的鋼,例如,抗張強度 (如定義於此的)大於830MPa (120ksi), 以及DBTT (如定義於此的)低於大約—7 3°C ( -1 0 0 T )- 這些新程序組件及容器可有益地利用,例如,在低溫發 泡機工廠用於天然氣之液化,在液化天然氣(&quot;LNG”)之 處理及液化程序中,在Exxon Production Research Company開拓的控制冷凍區(UC F Z”)程序中,在低溫 冷凍系統中,在低溫能量產生系統中,以及在關於製造乙 烯及丙烯的低溫程序中。這些新程序組件、容器及管線之 利用有利地降低冷脆破裂的風險,其通常與用於低溫之傳 統碳鋼聯想在一起。另外,這些程序組件及容器可增加計 劃的經濟誘因。 圖形之簡要說明 &quot;&quot;—奸中&quot;-^Λ,-^β工消合 Α 社印; 發明的優點最好藉著以下的詳細說明及附圖了解之: 圖1是一個典型的流程圖其圖解本發明某些程序組件 如何用於去甲烷劑氣體工廠: 圖2圖解一支根據本發明之固定管床、單一通道熱交 換器: 圖3圖解根據本發明之罐式再沸器熱交換器; 圖4圖解根據本發明之發泡機分隔板; * 8 · (邡先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國园家標準{ CNS ) Λ4規格(210X297公釐) 436597 A7 B7 1 - . 五、發明説明(6 ) 圖5圖解根據本發明之脹口系統; 圖6圖解根據本發明之流動線分配網系統; 圖7圖解根據本發明用於可逆的Ra n k i n e循環 中之濃縮系統: 圖8圖解根據本發明用於階式冷凍循環之濃縮器; 圖9圖解根據本發明用於階式冷凍循環之汽化器: 圖1 0圖解根據本發明之幫浦系統; 圖1 1圖解根據本發明之程序管柱系統; 圖12圖解根據本發明之另一個程序管柱系統: 圖1 3A圖解臨界裂縫深度之構想,特定的裂縫長度 ’是CTOD破裂軔性及殘餘應力的函數:而且 圖13B圖解裂縫的幾何學(長度及深度)。 $要元件對照表 (誚先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}
10 去甲烷劑氣體設備 11 ' 去甲烷管柱 12 回流冷凝器系統 13 發泡機 15 回流加速器(分離器) 20 固定管床'單一通道的熱交換器系統 20a 熱交換器主體 21a 導管蓋 21b 導管蓋 22 管床 本紙张尺度逆州中囡固家標率 ((’NS ) { 210x297公嫠) _ g _ 436597 , A7 B7 五、發明説明(7 ) 23 通風口 24 隔板 !2 5 排水口 26 管入口 27 管出口 28 外殻入口 29 外殼出口 30 罐式再沸器熱交換器系統 31 罐式再沸器主體 32 堰板 33 熱交換管 34 管側入口 35 管側出口 36 罐子入口 37 罐子出口 38 - 排水口 40 分離器系統 41 圓桶 42 入口 43 液體出口 44 氣體出口 45 支撐外緣 46 液位控制器 47 隔離板 (&quot;先閱讀背面之注意事項再填{ifJ本頁)
,1T 本紙張尺度適州中國园家標率(rNS ) Λ4規格(210X297公釐} -10· * .¾¾:部中次標準T,消贽合竹杜印纪 436597 A7 B7 五、發明説明(8 ) 48 49 丨50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 - 64 65 16 70 72 74 76 80 霧氣抽出器 釋壓閥 脹口系統 脹口管線 收集頭管線 側面管線 脹口洗滌器 脹口管或桿 放氣閥 液體排出管線 排水幫浦 排水閥 流動線分配網系統 主要分配管線 第二分配管線 第三分配管線 主要儲存容器 最終用途容器 最終用途容器 冷凝器系統 渦輪機 幫浦 汽化器 階式冷凍循環 {ti先閱讀背面之注意事項再楨寫本頁) 訂 本紙张尺度適用中國S家標準(rNS ) Λ4規格(210X297公嫠) -11 - 436597 A7 B7 五、發明説明(9 81 82 (83 84 85 86 87 88 90 92 93 94 95 96 97 100 -101 102 103 104 105 106 107 108 丙烷壓縮器 丙烷冷凝器 乙烯壓縮器 乙烯冷凝器 甲烷壓縮器 甲烷冷凝器 甲烷蒸發器 膨脹閥 階式冷凍循環 丙烷壓縮器 丙烷冷凝器 乙烯壓縮器 乙烯冷凝器 乙烯汽化器 膨脹閥 幫浦系統 圓柱流體入口 入口凸緣 圓柱形套筒 吸入口 多階幫浦 驅動轉軸 幫浦與承載外殼 流體出口 ---------衣-- 參 * (is先閱讀背而之注意事項再珀寫本頁} 本紙张尺度迖/fl中國囷家標準{「NS ) Λ4規格(210X297公笫) -12- 436597 A7 五、發明説明(10) 109 210 in 212 213 214 215 110 111 112 113 114 115 119 120 121 - 125 126 127 128 300 310 315 320 B7 流體出口凸緣 驅動架設凸緣 驅動電偶 圓柱電偶外殻 幫浦罩 外蓋凸緣 幫浦底板 去甲烷劑程序管柱系統 管柱 分離鐘 第一入口 第二入口 蒸氣出口 再沸器 塡充物 液體出口 程系管柱系統 管柱 熔融托盤 接觸托盤 臨界裂縫大小圖面 裂縫深度 裂縫長度 臨界裂縫深度 ---------衣-- 髻 * (讳先閲讀背面之注意事項再填巧本頁) *ΐτ 本紙张尺度適川中國阁家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) -13- 436597 A7 ______B7 五、發明説明(11 ) 當本發明之敘述與其較佳體系相結合時,可了解本發 明並未限定於此。相對的,本發明試著去涵蓋所有替代方 法、改良,以及同等物其可包含於本發明之精神及範圍內 者,如附加申請專利範圍中定義的。 發明之詳細敘述 本發明係關於適用於處理、包含及輸送低溫流體之新的 程序組件、容器及管線,而且,另外,關於用超高強度、 低合金鋼其含有少於9w t %鎳及抗張強度大於8 3 0 MPa (120ks i )及 DBTT 低於大約-73°C ( - 1 0 0°F)材料之建構程序組件、容器及管線較佳地 ,超高強度、低合金鋼在焊接的基礎板及熱影謇區域具有 優異的低溫韌性。 準備適用於處理及包含低溫流體之程序組件、容器及管 線,其中程序組件、容器及管線係以超高強度、低合金鋼 其含有少於9-wt %鎳及抗張強度大於8 3 OMP a ( 120ks i)及 DBTT 低於大約一73°C (― 100 °F)的材料建構。超高強度、低合金鋼以含有少於7 w t %鎳爲宜,含有少於5 w t %鎳更佳》超高強度、低 合金鋼以抗張強度大於大約860MPa (125ksi )爲宜,而大於大約900MPa (130ksi)更佳 。又更佳地,本發明的程序組件、容器及管線係建構以含 有超高強度、低合金鋼其含有少於大約3 w t %鎳及抗張 強度超過大約lOOOMPa (145ks i)及 -14- (¾先閱讀背*之注意事項再續巧本頁) 本紙張尺度诮用中®國家標嗥(rNS ) Λ4規格(210Χ297公釐} 436597 A7 B7 -- - —— — . _ … 五、發明説明(12) DBTT低於大約一73°C (― 100T)之材料。 五個聯合未決的美國臨時專利申請案(“PLN G專利申 請案”)1',每一個都加上”用於儲藏及輸送液化天然氣的改良 系統”的標題,敘述用於加壓液化天然氣(P L NG )之儲 藏及船舶運輸容器及油罐船,在一寬廣的壓力範圍大約 1035kPa (150psia)至大約7590 kPa (llOOps ia)以及寬廣的溫度範圍大約 —123°C (- 190°F)至大約—62eC ( — 80下) 之下。最近該P L NG專利申請案擁有優先權曰期 1 9 9 8年5月1 4日而且被申請案內容摘要編號 97006P4及美國專利及註冊商標局(“USPTO”) 之申請案編號6 0/0 8 5 4 6 7所承認。該PLNG專 利申請案中第一件獲得優先權曰期爲1 9 9 7年6月2 0 曰而且被USPT0承認申請案編號6 0/0 5 0 2 8 0 。該P LNG專利申請案中第二件獲得優先權日期爲 1 9 9 7年7-月28日而且被USPTO承認申請案編號 60/053966 ^該PLNG專利申請案中第三件獲 得優先權日期爲1 9 9 7年1 2月1 9日而且被 USPTO承認申請案編號60/068226。該 PLNG專利申請案中第四件獲得優先權曰期爲1 9 9 7 年3月3 0日而且被U S P T 0承認申請案編號6 0 / ◦ 7 9 9 0 4。另外,該P L NG專利申請案敘述用於處 理、儲藏及輸送P L NG之系統及容器。較佳地,該 PLNG燃料係儲藏於壓力大約1725kPa (250 -15- 一銪先閱讀背雨之泣意ί項再硪艿本育&gt; 本紙张尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4规格(210X297公釐) 436597 A7 «沪部中戎抒準iisJ.消於合竹ΐί印f B7 五、發明説明(13) psia)至大約7590kPa (llOOpsia) 以及溫度大約_112°C (― 170°F)至大約一 62ΐ (―8〇°F)之下。更佳地,該PLNG燃料係儲藏於壓 力範圍大約2415kPa (350ps i a)至大約 483〇kPa (700psia)以及溫度範圍大約 一 101°C (_150°F)至大約一79°C (-110°F )之下。又更佳地,該PLNG之壓力及溫度範圍的下限 及溫度範圍爲大約2760kPa (400ps i a)及 大約—9 6°C(_140°F)。本發明之程序組件、容器 及管線以用於處理P L NG,但並非以此限制本發明。 用於建構程序組件、容器及管線的鋼 任何超高強度、低合金鋼含有少於9 w t %鎳及用於包 含低溫流體之足夠韌性,例如P LNG,在操作條件下, 依據在此敘述的已知破裂力學原理,可用於建構本發明之 程序組件、容器及管線。一個用於本發明之實例鋼,不得 以此限制本發明,爲可焊接的、超高強度、低合金鋼其含 有少於9wt%鎳及抗張強度大於830MPa (120 k s i )以及足以防止引起破裂的韌性,亦即,在低溫操 作條件下之破裂現象。這些實例鋼以具有D B TT低於大 約一 73°C (— 100T)爲宜。 最近鋼製造技術之推展使用製造具有優良低溫韌性的新 的、超高強度、低合金鋼變得可能。例如,三個屬於 Koo等人的美國專利,5,531,842、 (¾先閲讀背面之注意事項再續巧本頁) 訂 本紙汰尺度iij川中gg家標卑.(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) -16- 436597 Α7 Β7 五、發明説明(14 ) 5,545,269 及 5,545,270,敘述用於處 理這些鋼以製成具有抗張強度大約830MPa (120 ksi) 、965MPa(140ksi)及更高強度的 鋼板之新的鋼及方法。這些鋼及方法敘述其中已經過改良 並改質以製成混合的鋼化學性質以及用於製造超高強度、 低合金鋼之處理,其焊接時在基礎鋼及熱影響區域( HA Z )內具有低溫韌性。這些超高強度、低合金鋼也擁 有改良超越標準商用超高強度、低合金鋼之韌性。該改良 鋼係敘述於聯合未決的美國臨時專利申請案中題名爲”具有 優異低溫韌性的超高強度鋼&quot;,其優先權日期爲1 9 9 7年 1 2月1 9日而且被美國專利及註冊商標局(“USPTO&quot; )申請案編號6 0/0 6 8 1 9 4所承認;於聯合未決的 美國臨時專利申請案中題名爲”具有優異低溫韌性的超高強 度AUSAGED鋼”,其優先權曰期爲1 9 9 7年1 2月 19日而且被USPT ◦申請案編號60/068816 所承認(合起-來說,”鋼專利申請案”)。 這種新的鋼敘述於鋼專利申請案中,而且進一步敘述於 以下的實施例中,尤其適用於本發明中建構程序組件、容 器及管線其中這些鋼具有隨後的特徵,以鋼板厚度大約 2. 5cm (1英吋)及更厚爲宜:(i)在基礎鋼及焊 接的HAZ中,DBTT低於大約一73eC (— 100°F ),以低於大約一1 0 7 °C ( _ 1 6 0 °F )爲宜;(i i )抗張強度大於830MPa(120ksi),以高於 大約860MPa (125ksi)爲宜,而以大於大約 (誚先閱讀背面之注意事項再填β本頁) 訂 本紙張尺度这用中®囤家榡卒(C’NS ) Λ4規格(2丨0X297公釐) 17 436597 A7 B7 &amp;&quot;郜中决桴卑二消资合竹社印&quot; 五、發明説明(15) 900MPa (130ks i)更佳:(i i i)優良的 可焊性;(i v )大體上均勻的完全厚度微結構及性質; 以及(士)改良超越標準的、商用的、超高強度、低合金 鋼的韌性。又更佳地,這些鋼具有抗張強度大於大約 930MPa (135ksi),或大於大約965 MPa(14〇ksi),或大於大約 lOOOMPa ( 1 4 5 k s i )。 第一種鋼實施例: 如上所討論的,一個聯合未決的美國臨時專利申請案, 其優先權日期爲1997年12月19日,標題爲”具有優 良低溫韌性的超高強度鋼”,而且被U S P TO申請案編號 6 0/0 6 8 1 9 4所承認,其敘述一種適於於本發明的 鋼。一種用於製備超高強度鋼板的方法,其具有一微結構 主要由淬鍊過細粒化的板條狀馬丁體構成,淬鍊過細粒化 的前期變韌鐵-,或彼之混合物,其中該方法包括步驟(a )加熱厚片鋼至再加熱溫度其係高到足以(i)大體上使 厚片鋼均質化,(i i )大體上溶解厚片鋼中所有鈮及釩 之碳化物及青化物,以及(i i i )在厚片鋼中安置極細 的沃斯田鐵微粒;(b)在第一段溫度範圍中以一道或多 \ 道熱滾轉通道使厚片鋼打薄成鋼板,在該範圍內沃斯田鐵 將產生再結晶:(c)進一步在第二段溫度範圍以一道或 多道熱滾轉通道打薄鋼板,該範圍低於大約T n r溫度並 高於大約Ar3轉變溫度;(d)以每秒大約1〇 °c至每秒 ---------於-- **Ψ {句先閱讀背而之注意事項再读3本頁) 本紙張尺度適用中HS家栳?f ( CNS ) Λ4規格(210Χ297公釐) -18- 436597 A7 B7 —. — ~ __ 五、發明説明(16) 大約4 0 °C之冷卻速率(1 8 °F /秒_ 7 2 °F /秒)急速 冷卻鋼板至淬冷停止溫度其低於大約M s轉變溫度再加 2 0 0 t ( 3 6 0 °F ) : ( e )停止急速冷卻;以及(f )淬鍊鋼板於淬鍊溫度從大約4 0 Ot ( 7 5 2 °F)以上 至大約A c 1轉變溫度,較佳達到但不包含,A c 1轉變溫 度,持續一段時間以引起硬化顆粒之沉澱,亦即,ε —銅、 Μ 〇 2 C、或鈮及釩的碳化物及青化物中之一種或多種。這 段足以引起硬化顆粒沉澱的時間主要端視鋼板的厚度、鋼 板的化學性質以及淬鍊的溫度而定,其可由熟於此藝之士 來測定。(見辭典中主要地、硬化顆粒、Tn r溫度、 A ra、Ms及Aci轉變溫度以及M〇2C的定義。) 爲確保室溫及低溫之韌性,根據第一種鋼實施例之鋼以 具有微結構其由主要地淬錬過的細粒化的前期變韌鐵、粹 鍊過的細粒化的厚片馬丁體,或彼之混合物構成者爲宜》 最好實質上將會變脆成份例如後期變韌鐵、雙晶馬丁體及 Μ A之生成減-到最少。用於第一種鋼實施例時,及申請專 利範圍中,&quot;主要地&quot;表示至少5 0個體積百分比。更佳地, 微結構由至少6 0個體積百分至大約8 0個體積百分比淬 鍊過細粒化的前期變韌鐵、淬鍊過細粒化的板條狀馬丁體 或彼之混合物構成。又更佳地,該微結構由至少9 0個體 積百分比淬鍊過細粒化的前期變韌鐵、淬鍊過細粒化的板 條狀馬丁體或彼之混合物構成。最佳地,微結構由實質上 1 0 0%淬鍊過細粒化的板條狀馬丁體構成。 根據第一種鋼實施例加工之厚片鋼係以習慣的方法製造 (&quot;先閱讀背而之注項再填穷本頁)
氺紙张尺度鸿州中國囷家標噑(rNS ) Λ4規格(21〇Χ2ί&gt;7公釐) -19- 436597 A7 B7 五、發明説明(17 ’在-體系中’由鐵及以下的錄合元素構成,以底下表j 中之重量分布爲宜: 鎔合元素 碳(c) 猛(Μ π) 鎳(Ni) 銅(Cu) 鉬(Mo) 鈮(Nb) 鈦(Ti) 鋁(A1) 氣(N) 分布(wt%) 0,〇4-〇.12,以〇.〇4-〇.〇7爲宜 0·5·2,5,以 1.〇_1.8爲宜 hG-3,〇,以 Ι.5-2.5爲宜 Ο·1·!」,以 〇.5-1.0爲宜 0·1-〇·8,以 0.2-0.5爲宜 0·〇2-〇.ΐ,以 0.03-0.05 爲宜 0*008-0.03,以 0.01-0.02爲 宜 〇·〇〇1 -0.03,以 0.01-0.02爲 宜 0.002-0.005,以 0.002-0.003 爲宜 (#先閱讀背面之注意事項再功寫本頁) •r r 有時候釩(V )係加入鋼中,以達到大約〇 . 1 〇 wt%爲宜,而大約〇.〇2wt%至大約〇.〇5 w t %更佳。 有時候鉻(C r )係加入鋼中,以達到大約1 · 0 wt%爲宜,而大約〇·2wt%至大約〇.6wt%更 本紙张尺度彳+產抝中因囤家標準(C’NS } Λ4規格(210X297公釐) •20- 436597 A7 B7五、發明説明(18 ) 佳。 有時候矽(S i )係加入鋼中,以達到大約〇 . 5 wt%爲宜,而大約〇 _ 〇lwt%至大約〇 . 5wt% 更佳,大約0 . 005wt%至大約〇 . lwt%又更佳 有時候硼(Β )係加入鋼中’以達到大約〇 . 〇 0 2 0 wt%爲宜,而大約〇·〇〇〇6wt%至大約 0·OOlOwt%更佳。 鋼以含有至少大約1 w t %鎳爲宜。如果想要增強焊接 後的特性,鋼中鎳含量可以增加到大約3w t %以上。鎳 每lwt%的添加係冀望能使鋼的DBTT降低10°C ( 1 8 T )。爲了使鋼的成本降至最低,鎳含量以降至最低 爲宜。如果鎳含量增加到大約3 w t %以上,錳含量可降 至大約0 * 5wt%以下至0 . 〇wt%之間。因此,在 廣義上,以達到大約2.5wt%錳爲宜《 另外,在鋼中之殘留物大體上以降至最低爲宜《磷(ρ )含量以少於大約0 . Olwt%爲宜。硫(S)含量以 少於大約0 . 004wt%爲宜。氧(0)含量以少於大 約0 · 002wt%爲宜。 再更詳細一點,根據第一種鋼實施例的鋼之製備係藉著 生成敘述於此之想要組成份之板條:加熱該板條至溫度從 大約 955 °C 至大約 1065°C (1750°F-1950 °F ):熱滾轉該板條以形成鋼板,其經過一道或多道通道 使第一段溫度範圍降低大約3 0個百分比至大約7 0個百 I -- i! I I ·_ - In - J I n -...... - I 、ΐτ ϊ _ - (&quot;先聞讀背面之注意事項其&quot;穷本頁) 本紙張尺度遠坩中國囤容標埤{ ('NS ) Μ規格(2!〇Χ 297公釐&gt; -21 - 436597 A7 ______B7五、發明説明(19 ) 分比,在該溫度範圍內沃斯田鐵將產生再結晶,亦即,在 大約T n r溫度之上,進一步熟滾轉鋼板,經過一道或多 道通道使第二段溫度範圍降低大約4 0個百分比至大約 80個百分比,其低於大約Tn r溫度並高於大約Αγ3轉 變溫度。然後該熱滾轉鋼以大約每秒1 〇°C至大約每秒 40°C ( 1 8°F/秒一 7 2°F/秒)的冷卻速率淬冷至適 當的QST (如辭典中所定義的)其低於大約Ms轉變溫 度加上200°C(360°F),到那時淬冷才終止。在該 第一種鋼實施例的一個體系中,該鋼板係再以空氣冷卻至 室溫。該處理用於製造一種微結構其主要由細粒化的板條 狀馬丁體、細粒化的前期變韌鐵或彼之混合物構成爲宜, 或者,大體上由1 0 0%細粒化的板條狀馬丁體構成更佳 〇 根據該第一種鋼實施例的鋼中這種直接淬冷的馬丁體具 有超高強度而其韌性可以淬鍊於適當溫度從大約4 0 0 °C (7 5 2 °F)-以上至大約A c !轉變溫度改良之。鋼淬鍊於 該溫度範圍內也導致淬冷應力之降低其相對導致軔性之提 高。如果淬鍊可提高鋼的韌性,一般將導致強度大大地損 失。在本發明中,一般由淬鍊造成之強度損失係藉由摻入 沉澱物分散硬化彌補之》極細銅沉澱物及碳化物及/或青 化物之分散硬化係用於淬鍊馬丁體結構過程中以充分運用 強度及韌性。該第一種鋼實施例中的鋼之獨特的化學性質 使其得以淬鍊於大約4 0 0 °C至大約6 5 0 °C ( 7 5 0 °F 一 1 2 0 0 °F)的寬廣範圍之內而沒有任何明顯的由淬冷 (誚先Μ讀背而之注^κ項再續寫本页) 本紙張尺度適州中囷Κ家標嗥(ΓΝΜ Λ4現格(210X297公嫠) -22- 436597 A7 B7 1 * -_ &quot; 1 ~ 五、發明説明(20) 造成之強度損失。該鋼板之淬鍊以淬鍊溫度從大約4 0 ◦ °C ( 7 5 2 °F)以上至A C1轉變溫度以下爲宜,其應保持 一段時間以引發硬化顆粒(如定義於此者)之沉澱。該處 理促使鋼板的微結構轉變成主要地淬鍊過細粒化的板條狀 馬丁體、淬鍊過細粒化的前期變韌鐵或彼之混合物。另外 ,足以引發硬化顆粒沉澱的時間長度主要端視鋼板厚度、 鋼板的化學性質以及淬鍊溫度而定,其可由熟於此藝之士 測定之 第二種鋼實施例: 如上之所述,一聯合未決的美國臨時專申請案,優先權 曰期爲1 9 9 7年1 2月1 9日,題名爲”具有優異低溫訪 性的超高強度AU SAG ED鋼&quot;,而且被U S P T ◦申請 案編號6 0/0 6 8 2 5 2所承認,其提供一個其他適用 於本發明之鋼的說明。一種用於製備具有微叠層結構超高 強度鋼板的方-法,其係由大約2v〇l%至大約1〇 vo 1%之沃斯田鐵薄層以及大約90vo 1%至大約 9 8 v ο 1 %之主要細粒化的馬丁體及細粒化的前期變韌 鐵板條構成,該方法由這些步驟構成:(a)加熱厚片鋼 至再加熱溫度其係高到足以(i)大體上均質化厚片鋼, (i i )大體上溶解厚片鋼中所有鈮及釩之碳化物及青化 物*以及(i i i )在厚片鋼中安置極細的沃斯田鐵微粒 ;(b)在第一段溫度範圔中以一道或多道熱滾轉通道使 厚片鋼打薄成鋼板,在該範圍內沃斯田鐵將產生再結晶: 本紙張尺度通州中國囚家標磾(c,NS ) Λ4規格(210/ 297公衆—| &quot; (銷先閱請背面之注意事項再填«?本頁) &quot; ,-° 436597 &quot;:^^屮^^^^兵-11&quot;&quot;合 ϊρίι印 A7 __;_B7五、發明説明(21 ) (C )進一步在第二段溫度範圍以一道或多道熱滾轉通道 打薄鋼板,該範圍低於大約T n r溫度並高於大約a r 3 轉變溫度:(d )以每秒大約1 〇°c至每秒大約4 0°C之 冷卻速率(1 8°F/秒—7 2°F/秒)急速冷卻鋼板至萍 冷停止溫度(Q S T )其低於大約M s轉變溫度再加 1 00 °C (180 °F)而且高於大約Ms轉變溫度;(e )停止急速冷卻。在一體系中,第二種鋼實施例的方法包 含使鋼從Q S T以空氣冷卻至室溫的步驟。在另一個體系 中,該第二種鋼實施例的方法進一步包含此步驟在使鋼板 以空氣冷卻至室溫之前,保持鋼板大致恒溫於Q S T下達 大約5分鐘。還有另一個體系,該第二種鋼實施例的方法 進一步包含此步驟在使鋼板以空氣冷卻至室溫之前,從 QST以低於每秒1 . 〇°C ( 1 . 8°F/秒)之速率緩慢 冷卻鋼板達大約5分鐘。還有另一個體系,本發明的方法 進一步包含此步驟在使鋼板以空氣冷卻至室溫之前,從 QST以低於-每秒1 . 〇°C (1 . 8°F /秒)之速率緩慢 冷卻鋼板達大約5分鐘。這處理使得鋼板微結構之轉變成 大約2 v ο 1 %至大約1 〇 v ο 1 %的沃斯田鐵薄層以及 大約90vo1%至大約98vo1%之主要細粒化的馬 丁體及細粒化的前期變韌鐵板條。(見辭典中對Tnr溫 度及A r 3及Ms轉變溫度的定義。) 爲確保室溫及低溫之韌性,在微麁層微結構中的板條主 要由前期變韌鐵或馬丁體構成爲宜。最好實質上將會變脆 成份例如後期變韌鐵、雙晶馬丁體及MA之生成減到最少 I - I I —^1 - I - I I ^ - ·ι I - I I- ----,1T i* (讳先閱讀背而之注項再填&quot;本頁) 本紙張尺度適用中K®家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) -24- 436597 A7 _B7 __ 五、發明说明(22) 。用於第二種鋼實施例時,及申請專利範圍中,&quot;主要地”表 示至少5 0個體積百分比'微結構之殘留物可能包含其他 細粒化的前期變韌鐵、其他細粒化板條馬丁體或鐵酸鹽。 更佳地,微結構由至少6 0個體積百分至大約8 0個體稹 百分比的前期變韌鐵或板條馬丁體構成。又更佳地’該微 結構由至少9 0個體積百分比細粒化的前期變韌鐵或板條 馬丁體構成。 根據第二種鋼實施例加工之厚片鋼係以習慣的方法製造 ,在一體系中,由鐵及以下的鎔合元素構成,以底下表 I I中之重量分布爲宜: 表I I 鎔合元素 分布(w t % ) 碳(C) 0.04-0.12,以 0.04-0.07爲宜 -鏡(Μη) 0.5-2.5,以1.0-1.8爲宜 鎳(Ni) 1,0-3.0,以 1.5-2.5 爲宜 銅(Cu) 0.卜1.0,以 0.2-0.5爲宜 鉬(Mo) 0.1-0.8,以 0.2-0.4爲宜 鈮(Nb) 0.02-0.1,以 0.02-0.05爲宜 鈦(Ti) 0.00 8-0.03,以0.01-0.02爲 宜 鋁(A1) 0.001-0_05,以0_05-0.03爲 宜 本紙張K度適則1關象料((,NS ) Λ4· (21GX297公爱) (¾先閱讀背面之注意事項再&quot;寫本頁)
436597 A7 B7 五、發明说明(23) 氮(Ν) 0.002·0·005ΛΧ(Κ〇〇2-0·003 爲宜
I (諳先閱讀背而之注意事項再填巧本頁} 有時候鉻(C r )係加入鋼中,以達到大約1 . 〇 wt%爲宜,而大約0 . 2wt%至大約〇 . 6wt%更 佳。 有時候矽(s i )係加入鋼中,以達到大約〇 . 5 wt%爲宜,而大約0 . Olwt%至大約〇 . 5wt% 更佳,大約0 · 005wt%至大約0 · lwt%又更佳 〇 有時候硼(B )係加入鋼中,以達到大約〇 . 〇 0 2 0 wt%爲宜,而大約0.0006wt%至大約 0·OOlOwt%更佳。 鋼以含有至少大約lw t %鎳爲宜。如果想要增強焊接 後的特性,鋼中鎳含量可以增加到大約3 w t %以上。鎮 每1 w t %的-添加係冀望能使鋼的D B T T降低1 〇 t;( 1 8 °F )。爲了使鋼的成本降至最低,鎳含量以降至最低 爲宜。如果鎳含量增加到大約3w t %以上,錳含量可降 至大約0.5wt%以下至〇.〇wt%之間。因此,在 廣義上,以達到大約2·5wt%猛爲宜。 另外,在鋼中之殘留物大體上以降至最低爲宜。磷(P )含量以少於大約0 . Olwt%爲宜》硫(S)含量以 少於大約0 · 004wt%爲宜。氧(0)含量以少於大 約0.002wt%爲宜。 本紙張尺廋適用中@围家標坪-(CNS ) Λ4規格{ 210x297公t ) -26- 436597 Α7 Β7 五、發明説明(24) 再更詳細一點,根據第二種鋼實施例的鋼之製備係藉著 生成敘述於此之想要組成份之板條;加熱該板條至溫度從 大約 955 °C 至大約 1065 °C (1750 T—1950 °F );熱滾轉該板條以形成鋼板,其經過一道或多道通道 使第一段溫度範圍降低大約3 0個百分比至大約7 0個百 分比,在該溫度範圍內沃斯田鐵將產生再結晶,亦即,在 大約Tn r溫度之上,進一步熱滾轉鋼板,經過一道或多 道通道使第二段溫度範圍降低大約4 0個百分比至大約 8 0個百分比,其低於大約Tn r溫度並高於大約A r 3轉 變溫度。然後該熱滾轉鋼以大約每秒1 0 °C至大約每秒 40°C (18°F/秒- 72T/秒)的冷卻速率淬冷至適 當的QST (如辭典中所定義的)其低於大約Ms轉變溫 度加上1 0 0 °C ( 1 8 0 °F ),到那時淬冷才終止。在該 第二種鋼實施例的一個體系中,該鋼板係再以空氣從 Q S T冷卻至室溫。在該第二種鋼實施例的另一個體系中 ,在淬冷終止-之後鋼板大致保持恒溫於Q S T下達大約5 分鐘,然後再以空氣冷卻至室溫。還有另一個體系1鋼板 以慢於空氣冷卻的速率冷卻,亦即,以低於每秒1 . 0 t (1 . 8 °F/秒)之速率,以達大約5分鐘爲宜。還有另 一個體系,鋼板從Q S T以慢於空氣冷卻的速率冷卻,亦 即,以低於每秒1 · 0 °C ( 1 . 8 °F /秒)之速率’以達 大約5分鐘爲宜。在至少一個該第二種鋼實施例的體系中 ’Ms轉變溫度係大約350 ΐ (662 °F)而且’因此 ,該Ms轉變溫度加上100 °C (180 °F)大約爲 (誚1鬩讀背面之注意事項再碛寫本頁) 幕- -** 本紙张尺度通州中®囚家標冷((,NS ) Λ4現格(2】〇Χ 297公釐) .27 &quot;43659 7 A7 B7五、發明説明(25) 4 5 0 °C ( 8 4 2 °F )。 該鋼板可以任何適當方法大體上保持於Q s τ ’如熟於 此藝之士所知道的,例如藉著在鋼板上覆蓋一條熱的毛毯 。該鋼板可以任何適當方法在淬冷之後緩慢冷郤之’如熟 於此藝之士所知道的’例如藉著在鋼板上覆蓋一條絕緣毛 毯. 第三種鋼實施例: 如上之所述,一聯合未決的美國臨時専申請案,優先權 日期爲1 9 9 7年1 2月1 9曰’題名爲”具有優異低溫韌 性的超高強度雙相鋼”,而且被U S P TO申請案編號 6 0/0 6 8 8 1 6所承認,其提供一個其他適用於本發 明之鋼的說明。一種用於製備具有超高強度 '雙相鋼板的 方法,其微結構由大約10v〇 1%至大約40vo 1% 之第一個相大體上1 0 0 v ο 1 % (亦即,大體上純的或&quot; 本質上”)鐵酸鹽以及大約6 0 v ο 1 %至大約9 0 v ο 1 %之第二個相包含主要細粒化的板條馬丁體、細粒 化的前期變韌鐵或彼之混合物構成,該方法由這些步驟構 成:(a)加熱厚片鋼至再加熱溫度其係高到足以(i) 大體上均質化厚片鋼,(i i )大體上溶解厚片鋼中所有 鈮及釩之碳化物及青化物,以及(i i i )在厚片鋼中安 置極細的沃斯田鐵微粒:(b)在第一段溫度範圍中以一 道或多道熱滾轉通道使厚片鋼打薄成鋼板|在該範圔內沃 斯田鐵將產生再結晶;(c )進一步在第二段溫度範圍以 {对先閱讀背而之注意事項再填艿本頁) 本紙張尺度滴用中Κ國家標準(rNS &gt; Μ規祐(2丨0Χ297公釐) -28- 436597 A7 B7 五、發明説明(26) 一道或多道熱滾轉通道打薄鋼板,該範圍低於大約τ n r 溫度並髙於大約A r 3轉變溫度;(d )進一步在第三段溫 度範圍以一道或多道熱滾轉通道打薄鋼板,使溫度大約在 A r 3轉變溫度之下並大約在A r 1轉變溫度之上(亦即, 臨界間溫度範圍):(e)以每秒大約1〇 °c至每秒大約 4 0°C之冷卻速率(1 8°F /秒一 7 2T/秒)急速冷卻 鋼板至淬冷停止溫度(QST)其低於大約Ms轉變溫度 加上200 °C(360 °F) ; (f)停止急速冷卻。在該 第三種鋼實施例的另一體系中’ Q S T以低於大約M s轉 變溫度加上100°C (180Τ)爲宜,而低於大約 3 5 0 t ( 6 6 2 °F)更佳。在該第三種鋼實施例的一體 系中,使鋼從步驟(ί )之後,以空氣冷卻至室溫。該處 理使得鋼板微結構之轉變成大約1 0 V ο 1 %至大約4 0 ν 〇丨%的第一個相鐵酸鹽以及大約6 〇 ν ο 1 %至大約 9 ◦ ν ο 1 %之第二個相包含主要細粒化的板條馬丁體' 細粒化的前期-變韌鐵或彼之混合物》(見辭典中對τη r 溫度及A r 3及人r !轉變溫度的定義。) 爲確保室溫及低溫之韌性,第三種鋼實施例的鋼中第二 個相之微結構主要由細粒化的板條馬丁體、細粒化的前期 變韌鐵或彼之混合物構成。最好實質上將會變脆成份例如 後期變韌鐵、雙晶馬丁體及第二個相中的MA之生成減到 最少。用於第三種鋼實施例時,及申請專利範圍中,”主要 地”表示至少5 0個體積百分比。第二個相微結構之殘留物 可能由其他細粒化的前期變韌鐵、其他細粒化板條馬丁體 (对先閱讀背面之注^^項再磧寫本萸)
本紙張尺度这用中囷國家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) -29- 436597 Α7 Β7 五、發明説明(27 ) 或鐵酸鹽構成。更佳地,第二個相微結構由至少6 0個體 積百分至大約8 0個體積百分比的細粒化的板條馬丁體、 細粒化的前期變韌鐵或彼之混合物構成。又更佳地,該微 結構由至少9 0個體積百分比細粒化的板條馬丁體、細粒 化的前期變韌鐵或彼之混合物構成》 根據第三種鋼實施例加工之厚片鋼係以習慣的方法製造 ’在一體系中,由鐵及以下的鎔合元素構成,以底下表 I I I中之重量分布爲宜: 表I I I 鎔合元素 分布(wt%) 碳(C) 0.04-0.12,以 0.04-0.07爲宜 錳(Μη) 0.5-2.5,以 1.0-1.8爲宜 -鎳(Ni) 1.0-3.0,以 Ι·5-2.5爲宜 鈮(Nb) 0.02-0.1,以〇.〇2-0_05爲宜 鈦(Ti) 0.008-0.03,以 0.01-0.02爲 宜 鋁(A丨)0.001 -0.05,以 0.05-0.03爲 宜 氮(Ν) 〇_〇02-0·005,以 0.002-0.003 爲宜 本紙張尺度这用中國國家標準(CMS ) Λ4規格(2丨0X297公梦) -30- (邻先閱讀背而之注意事項再功1·,?本頁 訂 4 3 65 97 A7 B7 五、發明説明(28 ) 有時候絡(C r )係加入鋼中,以達到大約1 · 〇 wt%爲宜,而大約〇 . 2wt%至大約〇 . 6wt%更 佳。 ; 有時候鉬(Μ 〇 )係加入鋼中,以達到大約〇 . 8 wt%爲宜,而大約〇 . lwt%至大約〇 . 3wt%更 佳。 有時候矽(S ί )係加入鋼中,以達到大約〇 . 5 wt%爲宜,而大約〇·至大約〇·5wt% 更佳’大約Ό _ 05wt%至大約〇 . Iwt%又更佳。 有時候硼(B )係加入鋼中,以達到大約〇 . 〇 〇 2 0 wt%爲宜,而大約〇·〇〇〇6wt%至大約 0.OOlOwt%更佳。 鋼以含有至少大約1 w t %鎳爲宜。如果想要增強焊接 後的特性,鋼中鎳含量可以增加到大約3w t %以上。鎳 每lwt%的添加係冀望能使鋼的DBTT降低l〇°C ( 1 8 °F )。鎳含量以低於9w t %爲宜,低於6w t%更 佳。爲了使鋼的成本降至最低,鎳含量以降至最低爲宜。 如果鎳含量增加到大約3w t %以上,錳含量可降至大約 0 · 5wt%以下至〇 · 〇wt%之間。因此,在廣義上 ’以達到大約2.5wt%錳爲宜。 另外,在鋼中之殘留物大體上以降至最低爲宜。磷(P )含量以少於大約〇 . oiwt%爲宜。硫(S)含量以 少於大約0 . 004wt%爲宜》氧(0)含量以少於大 約0 . 002wt%爲宜。 本紙張尺度/fl中國拽家標卒{ CN’S ) Λ4規格(2)0X297公漦) | . (&quot;先閲讀背面之注意事項再續寫本I ) 訂 436597 A7 B7五、發明説明(29) 再更詳細一點’根據第二種鋼實施例的鋼之製備係藉著 生成敘述於此之想要組成份之板條:加熱該板條至溫度從 大約 955 °C 至大約 1065 °C (1750 T -1950 °F):熱滾轉該板條以形成鋼板,其經過一道或多道通道 使第一段溫度範圍降低大約3 0個百分比至大約7 0個百 分比,在該溫度範圍內沃斯田鐵將產生再結晶,亦即,在 大約T n r溫度之上,進一步熱滾轉鋼板,經過一道或多 道通道使第二段溫度範圍降低大約4 0個百分比至大約 8 0個百分比,其低於大約T n r溫度並高於大約A r 3轉 變溫度,經過一道或多道通道完成熱滾轉鋼板,使臨界間 溫度範圍降低大約1 5個百分比至大約4 0個百分比,其 低於大約A r 3轉變溫度並高於大約A r 1轉變溫度。然後 該熱滾轉鋼以大約每秒1 0 °C至大約每秒4 0 t ( 1 8 /秒- 7 2 T/秒)的冷卻速率淬冷至適當的淬冷停止溫 度(QST)其低於大約Ms轉變溫度加上20〇°C ( 3 6 0 T )爲宜,到那時淬冷才終止。在本發明的另一個 體系中,QST以低於大約Ms轉變溫度加上l〇〇t( 180T)爲宜,而低於350 °C (662T)更佳。在 該第三種鋼實施例的一體系中,鋼板在淬冷終止之後才能 以空氣冷卻至室溫。 在上述的三種實施例鋼中,因爲N i是一種昂貴的鎔合 元素,鋼中的鎳含量以大約少於3.Owt%爲宜,大約 少於2 . 5wt%更佳,大約少於2 . 〇wt%更佳,而 大約少於1.8wt%又更佳,藉此以將鋼的成本降至最 (計先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙浓尺度珀州中國围家標準((^5)六4規格(210乂297公釐} -32- 43659*7 A7 B7 五、發明説明(3〇) 低》 其他適用與本發明結合的鋼係敘述於其他公告中,其敘 述含有大約少於lw t %鎳,具有抗張強度大於8 3 0 M p a C 1 2 0 k s i ),並具有優良低溫韌性的超高強 度、低合金鋼。例如,歐洲專利申請案公報1 9 9 7年2 月5曰中所述的鋼,其擁有國際申請案編號p c T/J P 96/00157,以及國際公報編號W096/ 23909 (1996. 08. 08 刊載的 1996/ 36)(這種鋼以含有銅含量〇 . lwt%至1 , 2 wt%爲宜),以及在一未決的美國臨時專利申請案優先 權曰期1997年7月28日,題名爲&quot;具有優異的超低溫 韋刃性的超高強度、可焊接鋼&quot;,被U S P TO申請案編號 60/053915所承認。 對於任何上述供參照用的鋼,如熟於此藝之士所了解的 ,如在此所用的”厚度減降百分比π指未減降前之參照厚片鋼 或板厚度的減降百分比β在此目的只是爲了解釋I而非藉 由限制本發明,一片大約25.4公分(10英吋)厚的 厚片鋼,在第一段溫度範圍內,可減降大約50%(50 個減降百分比)至大約12.7公分(5英吋)的厚度, 然後,在第二段溫度範圔內,減降大約8 0% ( 8 0個減 降百分比)至大約2.5公分(1英吋)。再者,在此目 的只是爲了解釋,而非藉由限制本發明,一片大約 2 5 . 4公分(1 〇英吋)厚的厚片鋼,在第一段溫度範 圍內,可減降大約3 0% ( 3 0個減降百分比)至大約 ---------策-- (誚先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) -訂 &quot;巧部中央^準局只工-消资合竹牡印4-^ 本紙張尺度这用中阗囚家標埤{ CNS ) Λ4規格(210X25»7公釐) -33- 436597 A7 B7 五、發明説明(31) 17 . 8公分(7英吋)的厚度,然後在第二段溫度範圍 內,減降大約80% (80個減降百分比)至大約3 . 6 公分(1 . 4英吋),然後在第三段溫度範圍內,減降大 約30% (30個減降百分比)至大約2 . 5公分(1英 吋)。在此所用的”厚片”表示鋼片擁有任何尺寸。 對於任何上述供參照用的鋼,如熟於此藝之士所了解的 ,厚片鋼宜用適當方法再加熱以提高整塊厚片的整體溫度 ,整塊厚片宜加熱至需要的再加熱溫度,例如,將厚片置 於爐中一段畤間。應用於任何上述供參照用的鋼組成物之 指定再加熱溫度可以由熟於此藝之士測定之,無論以實驗 或適當模型計算之°另外,爐溫及提高整塊厚片整體溫度 所需之再加熱時間,宜將整塊厚片加熱至需要的再加熱溫 度*可由熟於此藝之士參照標準工業出版物測定之。 對於任何上述供參照用的鋼,如熟於此藝之士所了解的 ,定義再結晶範圔及非再結晶範圍之間的邊界溫度, Tn r溫度,-端視鋼的化學性質,另外尤其是,滾轉前的 再加熱溫度、碳濃度、鈮濃度以及滾轉通道造成的減降程 度而定。熟於此藝之士可藉由實驗或模型計算測定每一種 鋼組成物之該溫度。同樣地,在此供參照用的A c i、 A r i、A r 3及Ms轉變溫度可以由熟於此藝之士利用實 驗或模型計算測定之。 對於任何上述供參照用的鋼|如熟於此藝之士所了解的 ,除了再加熱溫度,用於整塊厚板,隨後參痕本發明加工 方法中敘述的溫度係由鋼表面量到的溫度。鋼表面的溫度
(兑先閱讀背而之注項再填巧本頁J 11Τ IT 11 — 本紙張尺度诮州+阀國家標中.(CNS ) Λ4規格(210X297公釐&gt; -34- 436597 A7 —______B7__五、發明説明(32 ) 可利用光學高溫計測量之,例如,或利用任何適於測量鋼 表面溫度的其他裝置。冷卻速率在此指板厚中心處或大約 在中心處;而淬冷停止溫度(Q S T )是當淬冷停止後, 板表面所達最高或接近最高的溫度*這是由於熱從板中間 厚度轉出之故。例如,根據在此提供之該實施例,在鋼組 成物以實驗熱加工期間,熱電偶係置於鋼板厚度中心或接 近中心以量測中心溫度,而表面溫度係利用光學高溫計測 量之》中心溫度與表面溫度之間之關係的發展係用於隨後 之相同或幾乎相同鋼組成物之加工,因此中心溫度可藉著 表面溫度直接測定之。另外,爲達到想要的加速冷卻速率 ,淬冷流體所需的溫度及流動速率可以由熟於此藝之士參 照標準工業出版物測定之。 熟於此藝之士具有需要的知識及技術可利用在此所得到 的資料製成具有適當高強度及韌度之超高強度、低合金鋼 板,其用於建構本發明之程序組件、容器及管線。其他適 用的鋼可能存-在或在之後開發出來。所有這類的鋼都在本 發明的範圍之內。 熟於此藝之士具有需要的知識及技術可利用在此所得到 的資料製成具有改質厚度之超高強度、低合金鋼板,其係 與根據在此提供之實施例製成之鋼板厚度比較,同時還製 成具有適用高強度及適用低溫靭性之鋼板,其用於本發明 中。例如,熟於藝之士利用在此所得到的資料製成厚度大 約2 . 5 4公分(1英吋)及適當高強度及適當低溫韌性 之鋼板,其用於建構本發明之程序組件、容器及管線。其 (釺先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) 本纸張尺度適用中國B3家標枣{ CNS ) Λ4規格(210X297公釐} 35 - 436597 A7 B7 五、發明説明(33 ) 他適用的鋼可能存在或在之後開發出來。所有這類的鋼都 在本發明的範圍之內。 當雙相鋼係用於根據本發明之程序組件、容器及管線之 建構時,雙相鋼宜以此方式加工其中鋼保持於臨界間溫度 範圍以達建立雙相結構的目的所耗費的時間發生於加速冷 卻或淬冷步驟之前。加工宜使雙相結構在介於A r 3轉變溫 度到大約A r i轉變溫度間之鋼的冷卻期間形成。用於根據 本發明之程序組件、容器及管線之建構的鋼的另一個性質 在於該鋼在加速冷卻或淬冷步驟完成後具有抗張強度大於 830MPa (120ksi)及DBTT低於大約 -7 3 °C ( - 1 Ο Ο T ),亦即,無需任何額外加工要求 再加熱鋼例如鍛鍊。該鋼在完成淬冷或冷卻步驟後具有抗 張強度大於大約860MPa (125ksi),而大於 大約900MPa (130ksi)更佳。在某些應用中 ,鋼在完成淬冷或冷卻步驟後具有抗張強度以大於大約 1000MP-a (145ksi)爲宜。 用於程序組件、容器及管線之接合方法 爲了建構本發明之程序組件、容器及管線,需要一個適 當的接合方法。任何結合方法將提供適於本發明之強度及 韌性之接縫處或接合處,對於如上所討論係適用者。較佳 地,一種適用於提供適當強度及破裂韌性以包含被包含或 被輸送流體之焊接方法係用於建構本發明之程序組件、容 器及管線。這種焊接方法宜包含適當的消耗性鐵線、適當 {ti先閱讀背ίί之注意事項再楨寫本頁&gt; 农· 訂 本紙張又廋读用中家標率(CNS ) Λ4規格(210X297公龙) -36- 436597 A7 B7 • *' *&quot; -. ' 1 _ — —· ·. I ___ 五、發明説明(34 ) (誚先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 的消耗性氣體,適當的焊接程序以及適當的焊接步驟。例 如,氣體金屬電弧焊接(GMAW)及鎢鈍氣(Τ I G) 焊接二者’在鋼製造工業中都是眾所皆知的,可用於接合 鋼板,其中適當的消耗性鐵線-氣體係合倂使用。 在第一種範例焊接方法中,氣體金屬電弧焊接( GMAW)程序係用以製造焊接金屬化學物其包含鐵及大 約0.07wt%碳、大約2·05wt%錳、大約 〇.32wt%矽、大約2.2〇wt%鎳、大約 〇.45wt%鉻、大約〇.56wt%鋁、少於大約 1 1 0 p pm三價磷及少於大約5 0 P pm硫。該焊接係 施於鋼之上,例如上述任何鋼,利用一種氬爲主含有少於 大約lw t %氧的遮蔽氣體。焊接熱之輸入介於大約 〇 . 3kJ/mm 至大約 1 . 5kJ/mm 之間(7 . 6 kJ/inch至38kJ/inch之間)。用該方法 焊接使焊件(見辭典)具有抗張強度大於大約9 0 0 MPa (13-〇ksi),以大於大約 93〇MPa ( 135ksi)爲宜,大於大約965MPa (140 ksi)更佳,而大約 lOOOMPa (145ksi) 以上又更佳。再者,用該方法焊接使焊接金屬具有 DBTT低於大約_l〇6°C(— 160T),而低於大 約一 1 1 5 °C ( — 1 7 5 °F )更佳。 ' 在另一個範例焊接方法中,GMAW程序係用以製成焊 接金屬化學物其包含鐵及大約0 · 1 〇w t%碳(直少於 大約0 . l〇wt%碳,從大約0 . 07至大約〇 . 08 本紙张尺度这用中家標準(rNS ) Λ4規格(2丨0X297公釐&gt; -37 * 4 3 6597 A7 A7 B7 五、發明説明(35) wt%碳更佳)、大約1 . 60wt%錳、大約〇 · 25 wt%矽、大約 1 · 87wt%鎳、大約 〇 , 87wt% 鉻、大約0 . 5 1wt%鉬、少於大約75ppm三價碟 及少於大約1 0 0 P pin硫。焊接熱之輸入介於大約 〇 . 3kJ/mm至大約 1 · 5kJ/mm 之間(7 . 6 kJ/inch至38kJ/inch之間),而預熱大 約100 °C (212 T)。該焊接係施於鋼之上,例如上 述任何鋼,利用一種氬爲主含有少於大約1 w t %氧的遮 蔽氣體D用該方法焊接使焊件具有抗張強度大於大約 900MPa(130ksi),以大於大約930 MPa (135ksi)爲宜,大於大約 965MPa ( 140ks i)更佳,而大約 lOOOMPa (145 k s i )以上又更佳。再者,用該方法焊接使焊接金屬具 有DBTT低於大約—73°C (— 100°F),而低於大 約一 96°C (—140°F)更佳,低於大約—l〇6°C ( _ 1 6 0 °F )-更佳,低於大約-1 1 5 °C ( — 1 7 5 °F ) 又更佳。 在另一個範例焊接方法中,鎢鈍氣焊接(TG)程序係 用以製成焊接金屬化學物其包含鐵及大約0.07wt% 碳(直少於大約0 . 07wt%碳)、大約1 . 80 I wt%錳、大約 〇 · 2 0wt%矽、大約 4 . OOwt% 鎳、大約0.5wt%鉻'大約〇.40wt%鉬、大約 0 _ 02wt%銅、大約〇 . 〇2wt%鋁、大約 0.OlOwt%鈦、大約〇.〇15wt%锆(Zr) (对1閱讀背而之注意事項再楨巧本萸} 訂 本紙張尺度適用中囷國家標埤(c:NS丨Λ4規格(210&gt;&lt;297公釐) -38 436597 A? ___B7 五 '發明説明(36) ~~ 、少於大約5 0 p pm三價磷及少於大約3 〇 p pm硫。 焊接熱之輸入介於大約0 . 3 k J/mm至大約1 . 5 kj/ώπι 之間(7 . 6kJ/inch 至 38kJ/ inch之間),而預熱大約l〇〇°C(212°F*)。該 焊接係施於鋼之上,例如上述任何鋼,利用一種氬爲主含 有少於大約1 w ί %氧的遮蔽氣體β用該方法焊接使焊件 具有抗張強度大於大約900MPa (130ksi), 以大於大約93〇MPa (135ksi)爲宜,大於大 約 965MPa (140ks i)更佳,而大約1〇〇〇 MPa (145ks i)以上又更佳。再者,用該方法焊 接使焊接金屬具有DBTT低於大約一 73 °C (— 1〇〇 °F ),而低於大約一 96 °C( — 140 °F)更佳,低於大 約一106°C (-160T)更佳,低於大約一i15°C (-1 7 5 °F )又更佳。 對上面實施例中所述之相似的焊接金屬化學物可以利用 GMAW或T-I G焊接程序製造。然而,有人認爲τ I G 焊接比GMAW焊接具有更低的不純物含量及高度精確的 微結構,因此能改善低溫韌性》 熟於此藝之士具備必需的知識及技術可使用此處提供資 料焊接超高強、低合金鋼板以製成具有適當高強度及破裂 韌性之接合處或接縫處,其用於建構本發明之程序組件、 容器及管線。其他適用之接合或焊接方法可能存在或在往 後開發出來。所有這種接合或焊接方法都在本發明的範圍 之內。 本紙張尺度i|用中1國家標準(CNS )八4規&lt;格(210X297公釐) II — {¾先閱讀背面之注意事項再iAftT本頁) 丁
1 11 - - - —^1 » n nl·— I Λ3Β597^ α7 Α7 Β7 五、發明説明(37 ) 程序組件、容器及管線之建構 程序組件、容器及管線係由包含超高強度、低合金鋼其 含有低於9w t %的鎳並具有抗張強度大於8 3 OMp a (120ks i)以及DBTT低於大約_73°C ( 一 1 0 OT)之材料建構而成。該超髙強度、低合金鋼宜 含有低於7w t %的鎳,而含有低於5w t %鎳更佳。該 超高強度、低合金鋼宜含有抗張強度大於大約8 6 0 MPa (12 5ksi),而大於大約 900MPa ( 1 30k s i )更佳。又更佳地,本發明的程序組件、容 器及管線係建構以含有超高強度、低合金鋼其含有少於大 約3wt%鎳及抗張強度超過大約lOOOMPa ( 145ks i)及 DBTT 低於大約- 73°C (― 1〇〇 °F )之材料。 本發明的程序組件、容器及管線宜分別建構以具有優異 低溫韌性之超-高強度、低合金鋼。該組件、容器及管線之 接縫處或接合處宜具有與超高強度、低合金鋼板大約相同 之強度及韌性。在某些例子中,較低應力部分具有大約5 %至大約1 0%之較弱結合強度是合理的。具有較佳性質 之接縫處或接合處可以任何適合之接合技術完成之《在此 敘述一種示範接合技術,小標題爲”用於程序組件、容器及 管線之建構的接合方法&quot;。 如熟於此藝之士所熟悉的,Charpy V -缺口衝擊測試可 用於處理及輸送加壓之低溫流體之程序組件、容器及管線 本紙張尺度这用中^國家標埤((^5)以規格(210&gt;&lt; 297公楚) .40 - — (誚先閱讀背而之注意事項44巧本頁)
A7 436597 ___B7 五、發明説明(38 ) 之破裂韌性評估及破裂控制的目的,尤其是透過延展變脆 性轉變溫度(DBTT)之使用。DBTT描述了結構鋼 中之二破裂體系。當溫度低於DBTT時,在Charpy V — 缺口衝擊測試中破壞易由低能解理(脆性)破裂造成,而 溫度高於D B TT時,破壞易由高能延展破裂造成。由焊 接鋼構成用於受重的耐低溫容器必需具有遠低於結構使用 溫度之D B T T以防止脆性破裂,其係由Charpy V -缺口 衝擊測試決定之。視設計而定,使用條件,及/或適用分 類之需求,要求DBTT溫度漂移可從低於使用溫度5 °C 至 3 0 °C ( 9 °F 至 5 4 °F ) 〇 如熟於此藝之士所熟悉的,在設計用於輸送壓縮低溫流 體之焊接鋼儲存容器時,列入考慮之操作條件包含於不同 事物中,操作壓力及溫度,以及施於鋼及焊件(見辭典) 上之額外應力。標準破裂力學測量,例如(i )臨界應力 強度因子(K】c) •板應變破裂韌性之測量,以及(ii )龜裂端張開-位移(CTOD),可用於測量彈性-塑性 的破裂韌性,兩者都是熟於此藝之士所熟知的,可用於測 定鋼及焊件之破裂韌性。工業準則通常適用於鋼結構設計 ,例如,如B S I公告”評估熔融焊接結構中可接受缺陷之 方法指南”中所示,經常指” P D 6 4 9 3 : 1 9 9 1 &quot;,可 用於決定容器最大容許缺陷大小,其係以鋼及焊件(包括 H A Z )之破裂韌性爲基礎,以及施於容器上應力。熟於 此藝之士可開發出一破裂控制計畫以緩和破裂之起始,透 過(i )適當容器設計以減少施加應力,(i i )適當製 n - ----- I - - — I- - -- 1 II - ί ---n T (&quot;先閱讀背面之注意事項再域寫本頁) 本紙張尺度遶用中國阀家標準(CNS &gt; Λ4規格(210X297公釐) -41 - 438597 A7 B7 五、發明説明(39) 造品質控制以減少缺陷,(i i i )適當控制施予容器之 生活周期負載及壓力,以及(i v )適當檢査計畫以確實 檢査容器中的裂縫及缺陷。對本發明該系統之較佳的設計 原理爲”破壞前洩漏”,就像熟於此藝之士所熟知的。在此這 些考慮通常指”破裂力學之已知原理&quot;》 底下是一步驟中破裂力學之已知原理的非限制應用實例 ,其用於計算一設定裂縫長度之臨界裂縫深度,其係用於 破裂控制計畫中以防止破裂起始於壓力容器中,裂如根據 本發明之程序容器》 圖1 3 B列示一裂縫其具有裂縫長度3 1 5及裂縫深度 3 1 0。PD649 3係用於計算圖1 3A中臨界裂縫大 小圖面3 0 0之値,其以底下用於壓力容器,例如根據本 發明之容器的設計條件爲基礎。 容器直徑: 4.57米(15呎) 容器壁厚: 25.4毫米(1.00吋) 設計壓力二 3445kPa (500psi) 容許的圓周應力: 333MPa(48,3ksi) 爲了本實施例的目的,假設表面裂縫長度1 0 0mm ( 4吋),例如,軸縫裂位於接合焊接處。現在引用圖 1 3A,圖面3 0 0表示臨界裂縫深度的値爲CTOD破 裂韌性及殘留應力之一函數,各別爲殘留應力水準爲降伏 應力之百分之1 5、50及1 00。殘留應力可能產生, 歸因於製造及焊接:而P D 6 4 9 3建議使用在焊接(包 含焊接HAZ)中百分之1 0 ◦降伏應力之殘留應力値, (#先閱讀背而之注意事項再硪$本页&gt; 本紙張尺度邊用中囷拽家樣唪(〇^}六4規/格(2丨0\297公釐) -42- 4 3 6597 at B7 五、發明説明(40) 除非焊接係利用技巧例如焊接後熱處理(PWHT)或機 械應力釋放得到應力釋施放。 以最低使用溫度時鋼之CTOD破裂韌性爲基礎,容器 製造可以調整以減少殘留應力而檢查計畫可以實施(起始 檢查及使用中檢查)以偵測並測量裂縫與臨界裂縫大小之 比較。在本實施例中,如果鋼在最低使用溫度時(如利用 實習試片測量)具有一CTOD韌性0.025mm而殘 留應力降至鋼降伏強度的百分之1 5時,則臨界裂縫深度 値接近4mm (看圖1 3A上點3 2 0 )»底下相似的計 算步驟,如熟於此藝之士所熟知的,不同裂縫長度及不同 裂縫幾何形狀之臨界裂縫深度可以測定。利用該資訊,一 質量控制計畫及檢査計畫(技巧、可偵測裂縫尺寸、頻率 )可以開發以確認裂縫係偵測並在其達到臨界裂縫深度之 前或設計負載應用之前補救之。以CVN、K I C及 CTOD破裂韌性公開經驗關聯性爲基礎,〇 . 〇 2 5 m m C Τ Ο D-韌性通當關於CVN値大約37J 。本實施 例並非爲了以任何方式限制本發明。 對於必需彎曲鋼之程序組件、容器及管線,例如,容器 變成一圓柱形或管線變成一管形,鋼宜在室溫下彎成想要 的外形以避免不利地影響到鋼之優異低溫韌性。如果鋼必 需加熱以達到想要的彎曲外形,鋼宜加熱至溫度高於大約 6 0 0 °C ( 1 1 1 2 °F )以保持如上所述對鋼結構之有利 影響。 本紙張尺度埤用中囷因家標準((、NS)六4規格(2丨0.x297公釐) -43- I n - - a- m »^1 1 I \r~In n • · -f J (邻先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 436597 A7 _____B7 五、發明説明(41 ) 低溫程序組件 由包含超高強度、低合金鋼其含有低於9 W t %的鎳並 具有抗張強度大於830Mpa (120ksi)以及 DBTT低於大約—7 3°C ( - 1 0 〇°F)之材料建構之 程序組件係製成-該超高強度、低合金鋼宜含有低於7 w t %的鎳,而含有低於5w t %鎳更佳。該超高強度、 低合金鋼宜含有抗張強度大於大約860MPa (125 k s i ),而大於大約 900MPa (130ksi)更 佳。又更佳地,本發明的程序組件、容器及管線係建構以 含有超高強度、低合金鋼其含有少於大約3w t %鎳及抗 張強度超過大約lOOOMPa (145ksi)及 DBTT低於大約—73 °C (― 100 °F)之材料。這種 程序組件宜建構以敘述於此具有優異低溫韌性之超高強度 、低合金鋼&quot; 在低溫能源孳生循環中,主要程序組件包括,例如,幫 浦系統、汽化器及蒸發器。在冷凍系統、液化系統及空氣 分離設備中,主要的程序組件包括,例如,熱交換器 '程 序管柱、分離器及擴張閥或渦輪機。脹口系統經常施以低 溫,例如,用於低溫分離程序中之乙烯或天然氣減壓系統 。圖1列示這些組件如何用於去甲烷劑設備中並且進一步 討論於下•根據本發明建構之特殊組件係更詳細地敘述於 下’但並非藉此限制本發明。 •熱交換熱 -44 - (#先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) 本紙张尺度试ffl中國國家標埤(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) 436597 A7 ___ B7 五、發明説明(42) 根據本發明建構之熱交換熱或熱交換器系統係製成。這 種熱交換器系統的組件宜建構以敘述於此具有優異低溫韌 之超高強度,低合金鋼。以下的實施例說明根據本發明之 不同型式的熱交換器系統,但並非藉此限制本發明。 例如,圖2說明一支根據本發明之固定管床、單一通道 的熱交換器系統20。在一體系中,固定管床、單一通道 的熱交換器系統2 0包括熱交換器主體2 0 a、導管蓋 21a及21b,管床22 (管床22頭部係表示於圖2 中)、通風口23、隔板24、排水口25、管入口26 、管出口 27、外殼入口 28及外殼出口 29。以下的實 施例應用說明根據本發明之固定管床、單一通道的熱交換 器系統2 0的優點,但並非藉此限制本發明。 固定管床實施例編號1 恕茇部中戎榡ΪΪ-局tacJI消於合竹社印黧 ^^^1 I 1^1 1^1 ^^1 I IJy. m ,¾-5 « * (誚1閱讀背而之注意事項再¾¾本頁) 在第一個實施例應用中,固定管床、單一通道熱交換器 系統2 0在低溫氣體設備中用作進氣穿越交換器,其有去 甲烷劑在外殼側上以及注入氣體在管側。注入氣體透過管 入口 26進入固定管床、單一通道熱交換系統20,透過 管出口 2 7排出,而在流體上頭的去甲烷劑則完全經由外 殼入口 2 8進入而經由外外殼出口 2 9排出。 固定管床實施例編號2 在第二個實施例應用中,以固定管床、單一通道熱交換 器系統2 0作爲低溫去甲烷劑側部再沸器,在管側有預冷 本纸张尺度遺別中囷囡家標率((.^5&gt;/\4规格(210父297公釐) :45 - * 436597. A7 B7 五、發明説明(43) {誚先閱讀背而之注意事項再填艿本頁) 卻塡充物’而低溫管柱側流液體在外殼側煮沸以便從底部 產物中除去甲烷β預冷塡充物透過管的入口 2 6進入固定 管床、卓一通道熱交換器系統2 0,經由管的出口 2 7排 出’而低溫管柱側流液體則經由外外殻入口 2 8進入而經 由外外殼出口 2 9排出。 固定管床實施例編號3 在另一個實施例應用中,以固定管床、單一通道熱交換 器系統2 0作爲Ryan Holmes產物再生管柱的側部再沸器 以便從底部產物中除去甲烷及C 〇2。預冷塡充物透過管的 入口 2 6進入固定管床、單一通道熱交換器系統2 0,經 由管的出口 2 7排出,而低溫管柱側流液體則經由外外殻 入口 2 8進入而經由外外殼出口 2 9排出。 固定管床實施例編號4 在另一個實施例應用中,以固定管床、單一通道熱交換 器系統2 0作爲C FZ (:〇2移除管柱的側部再沸器,在外 殼側有低溫管柱側流液體以及在管側有預冷卻塡充氣體以 便從富含C〇2的底部產物中除去甲烷及其他碳氫化合物。 預冷塡充物透過管的入口 2 6進入固定管床、單一通道熱 交換器系統2 0,經由管的出口 2 7排出,而低溫管柱側 流液體則經由外外殻入口 2 8進入而經由外外殼出口 2 9 排出。 在固定管床實施例編號1 _ 4中,熱交換器主體2 0 a 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐} -46- 436597 A7 B7 五、發明説明(44) 、導管蓋21a及21b·管床22 (管床22頭部係表 示於圖2中通風口 2 3.、隔板24宜建構以含有少於 大約3 士 t %鎳並具有適合強度及破裂韌性以包含處理中 的低溫流體的鋼,而建構以含有少於大約3w t %鎳並具 有抗張強度超過大約lOOOMPa (145ksi)及 DBTT低於大約一 73°C (― 100°F)的鋼更佳。再 者,熱交換器主體20a、導管蓋21a及21b,管床 22 (管床22頭部係表示於圖2中)、通風口 23、隔 板2 4宜建構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高強度 、低合金鋼。固定管床、單一通道熱交換器系統2 0之其 他組件也可建構以在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、 低合金鋼,或者以其他適用的材料》 圖3說明根據本發明之罐式再沸器熱交換器系統3 0 。在一體系中,罐式再沸器.熱交換器系統3 0包括一個罐 式再沸器熱器主體31、堰板32 '熱交換管33、管側 入口 3 4、管-側出口 35 '罐子入口 36、罐子出口 37 及排水管3 8。以下的實施例應用說明根據本發明之罐式 再沸器熱交換器系統3 0的優點,但並非藉此限制本發明 罐式再煮沸熱器實施例編號1 在第一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0係用 於低溫氣體液體再生設備中,其中丙烷在罐子側蒸發於大 約一 4 0 °C (- 4 0 T )而碳氫化合物氣體則在管側。該 本紙烺尺度谪川中国國家標準((:NS ) Μ規格(2丨ΟΧ297公釐} -47- &lt;請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r~'
'IT 4365 97 A7 B7 五、發明説明(4S) 碳氫化合物氣體經由管側入口 3 4進入罐式再沸器熱交換 器系統3 0而經由管側出口 3 5排出,然而丙烷則經由罐 子入口 3 6進入而由罐子出口 3 7排出。 罐式再煮沸熱器實施例編號2 在第二個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0係用 於冷凍貧油設備中,其中丙烷在罐子側蒸發於大約- 4 0 °C ( - 4 0 °F )而貧油則在管側》該貧油經由管側入口 3 4進入罐式再沸器熱交換器'系統3 0而經由管側出口 3 5排出,然而丙烷則經由罐子入口 3 6進入而由罐子出 口 3 7排出。 罐式再煮沸熱器實施例編號3 在另一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0係用 於Ry a nHo lme s產物再生管柱中,其中丙烷在罐 子側蒸發於大-約-40 °C (- 40 T)而產物再生管柱上 頭的氣體則在管側凝結回流至塔。該產物再生管柱上頭的 氣體經由管側入口 3 4進入罐式再沸器熱交換器系統3 0 而經由管側出口 3 5排出,然而丙烷則經由罐子入口 3 6 進入而由罐子出口 3 7排出。 罐式再煮沸熱器富施例編號4 在另一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0係用 於Exxon CF21 :程序中,其中冷凍劑在罐子側蒸發而 本紙張尺度適;fl中闺囷家標準{ CNS ) Λ4規格(2丨〇&gt;&lt;297公漦) -48- (誚先聞讀背面之注意事項再填艿本頁)
11T 43 65 97 A7 B7 五、發明説明(46) C F Z塔上頭的氣體則在管側以凝結塔回流用液態甲烷並 且使C 〇2保持在上頭的甲烷產物流之外。該C F Z塔上頭 的氣體經由管側入口 3 4進入罐式再沸器熱交換器系統 3 0而經由管側出口 3 5排出•然而冷凍劑則經由罐子入 口 3 6進入而由罐子出口 3 7排出》冷凍劑宜由丙烷或乙 烷以及甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及戊烷之中任一或全部成 份構成。 罐式再煮沸熱器音施例編號5 在另一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0在低 溫去甲烷劑上用作底部再沸器中,其塔底產物在罐子側而 熱注入氣體或熱油在管側以便從底部產物中除去甲烷。該 管側的熱注入氣體或熱油經由管側入口 3 4進入罐式再沸 器熱交換器系統3 0而經由管側出口 3 5排出,然而塔底 產物則經由罐子入口 3 6進入而由罐子出口 3 7排出。 罐式再煮沸熟器實施例編號6 在另一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0在 Ryan Holmes產物再生管柱上用作底部再沸器,其中底部 產物在罐子側熱塡充氣餅或熱油則在管側以便從底部產物 中除去甲院及C 〇2。該熱塡充氣或熱油經由管側入口 3 4 進入罐式再沸器熱交換器系統3 0而經由管側出口 3 5排 出,然而底部產物則經由罐子入口 3 6進入而由罐子出口 3 7排出。 本紙悵尺度速圯中闼B3家標率((—'NS ) Λ4規格(210X297公釐) -49- I I- - - ^^1 - - - I 1^1 4 - - m I ^^1 1^11 I 、1· {誚先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) A7 ^36597 B? 五、發明説明(47 ) 罐式苒煮沸熱器實施例編號_7_ 在另一個實施例中,罐式再沸器熱交換器系統3 0係用 於C F 2 C 〇2移除塔中|其中塔底液體在罐子側而熱塡充 氣體或熱油則在管側以便從富含C 〇2的底部產物中除去甲 烷及其他碳氫化合物。該熱塡充氣體或熱油經由管側入口 3 4進入罐式再沸器熱交換器系統3 0而經由管側出口 3 5排出,然而塔底液體則經由罐子入口 3 6進入而由罐 子出口 3 7排出。 在罐式再沸器實施例編號1 - 7中,罐式再沸器主體 3 1、熱交換管3 3,堰板3 2及出入口連結管側入口 34、管側出口 35、罐子入口 36及罐子出口 37宜建 構以含有少於大約3 w t %鎳並具有適合強度及破裂韌性 以包含處理中的低溫流體的鋼,而建構以含有少於大約3 wt%鎳並具有抗張強度超過大約lOOOMPa ( 145ks i)及 DBTT 低於大約- 73°C (― 1〇〇 °F)的鋼更佳-。再者,罐式再沸器主體3 1、熱交換管 3 3,堰板3 2及出入口連結管側入口3 4、管側出口 3 5、罐子入口 3 6及罐子出口 3 7宜建構以具有在此敘 述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼&quot;罐式再沸器熱 交換器系統3 0之其他組件也可建構以在此敘述之優異低 溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其他適用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 β^^Jtflfl . t Λ^. ,·1 &lt;ίί先閱讀f面之注意事項再填寫本頁&gt; 經渗部中央if津局貝.T-;'/ifri'竹社印欠 本紙张尺度邊用中國國家榇率((、NS ) Λ4規格(210X297公楚) -50- 436597 A7 __B7 五、發明説明(48) *冷凝器 根據本發明建構之冷凝器、或冷凝器系統係提供。更特 別的是1具有至少一組件其根據本發明建構之冷凝器系統 係提供。這種冷凝器系統的組件宜建構以敘述於此之具有 優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。以下的實施例說明 根據本發明之不同型式的冷凝器系統,但並非藉此限制本 發明。 冷凝器實施例編號1 引用圖1,一個根據本發明之冷凝器係用於去甲烷劑氣 體設備1 0中,其中塡充氣流係利用去甲烷管柱1 1分成 殘留氣體及產物流。在該特例中,從去甲烷劑管柱1 1之 上頭,在溫度大約_9 0°C ( — 1 30°F)之下係利用回 流冷凝器系統1 2凝結到回流加速器(分離器)1 5中。 回流冷凝器系統12與來自膨脹13之氣狀廢棄流進行熱 交換。回流冷-凝器系統1 2主要是一個熱交換器系統,宜 爲上面所討論之型式。尤其,回流冷凝器系統1 2可以是 固定管床、單一通道的熱交換器(例如固定管床、單一通 道熱交換器2 0,如圖2列示及上面之說明)。又引用圖 2,來自發泡機1 3之廢棄流經由管入口 2 6進入固定管 床、單一通道的熱交換器系統2 0並經由管出口 2 7排出 ,而上頭的去甲烷劑則經由外殻入口 2 8進入並由外殻出 口 2 9排出。 (銷先閱讀背而之注項再蛾寫本頁) 訂 本紙張尺度述州中SS家標今((,NS ) Λ4規格(21〇x297公釐} -51 - 436597 A7 B7 五、發明説明(49 ) 冷凝器實施例編號2 現在引用圖7,根據本發明之冷凝器系統7 0係用於可 逆R a Λ k i n e循環中,利用來自低溫能來源例如壓縮 液化天然氣(PLNG)(見辭典)或一般的LNG (見 辭典)的低溫能產生能量。在該特例中,能源流係用於封 閉動力循環中。該能源流,處於氣態,係膨脹於渦輪機 7 2中,然後以氣體方式塡入冷凝器系統7 0中'該能源 流以單一相液體排出冷凝器系統7 0並以幫浦7 4抽取並 在其回到渦輪機7 2入口前以蒸發器7 6充分地蒸發。冷 凝器系統7 0主要是一個熱交換器系統,其宜爲上面討論 的型式。尤其,冷凝系統7 0可以是一個固定管床、單一 通道熱交換器(例如固定管床、單一通道熱交換器2 0, 如圖2列示及上面所說明。) 又引用圖2,在冷凝器實施例編號1及2中,熱交換器 主體20a、導管蓋21a及21b,管床22、通風口 2 3、隔板2-4宜建構以含有少於大約3w t %鎳並具有 適合強度及破裂韌性以包含處理中的低溫流體的鋼,而建 構以含有少於大約3 w t %鎳並具有抗張強度超過大約 lOOOMPa (145ks i)及 DBTT 低於大約 _73°C (_1〇OT)的鋼更佳。再者,熱交換器主體 20a、導管蓋21a及21b,管床22、通風口 23 ,隔板2 4宜建構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高 強度、低合金鋼。冷凝系統7 0之其他組件也可建構以在 此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其 (却先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 泉- Ϊ1Τ 本紙張尺度试用中SS!家標續.(CNS &gt;Λ4規格(2丨0X297公:i ) -52- 436597 A7 一____B7 _ 五、發明説明(50) 他適用的材料。 冷凝_實施例編號3 引用圖8,一種根據本發明之冷凝器係用於階式冷凍循 環8 0中,其包含數個階式壓縮循環。該階式冷凍循環 8 0中主要設備的項目包括丙烷壓縮器8 1、丙烷冷凝器 82、乙烯壓縮器83、乙烯冷凝器84、甲烷壓縮器 8 5、甲烷冷凝器86、甲烷蒸發器87及膨脹閥88。 每一個階段操作於越來越低溫下,藉由一系列冷凍劑之選 擇,利用其沸點以固定整個冷凍循環所需之溫度範圔。在 該實施例階式循環中,此三種冷凍劑,丙烷、乙烯及甲烷 ,可以傳統溫度用於圖8中所指之LNG程序中β在該實 施例中,甲烷冷凝器8 6及乙烯冷凝器8 4之所有部分宜 建構以含有少於大約3 w t %鎳並具有適合強度及破裂韌 性以包含處理中的低溫流體的鋼,而建構以含有少於大約 3 w t %鎳並馮有抗張強度超過大約1 〇 〇 〇 Μ P a ( 145ks i)及 DBTT 低於大約一73°C (― 100 T)的鋼更佳。再者,甲烷冷凝器8 6及乙烯冷凝器8 4 之所有部分宜建構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高 強度、低合金鋼。階式冷凍循環8 0之其他組件也可建構 以在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者 以其他適用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的•尤其是針對在此公告的內容。 本紙張尺度過州中國國家標準(CNS ) Λ4規格(2丨0x297公;ίΠ (誚先閱請背而之注意事項再填巧本頁)
-53- 436597 A7 B7 五、發明说明(51) •汽化器/蒸發器 根據本發明建構之汽化器/蒸發器’或汽化器系統係被 提供。吏特別的是,具有至少一個組件根據本發明建構之 汽化器系統係被提供。這種汽化器系統的組件宜建構以敘 述於此之具有優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。以下 的實施例說明根據本發明之不同型式的冷凝器系統,但並 非藉此限制本發明。 汽化器官施例編號1 在第一個實施例中,一種根據本發明之汽化器系統係用 於可逆Rankine循環中,利用來自低溫能來源例如壓縮 LNG (如在此定義的)或傳統的LNG (如在此定義的 )的低溫能產生能量。在該特例中,來自運輸用貯存容器 之P L N G的程序流係完全利用汽化器汽化之。熱介質可 以是用於密閉動力循環中的能源流,例如可逆Rankine循 環,來產生能量。相對地,熱介質可包含用於開放循環之 單一流體以完全汽化PLNG|或用於汽化並連續溫暖 P L NG至室溫之數種不同流體其具有越來越高冰點。在 所有例子中,汽化器負責熱交換器的功能|在此詳述的這 些型式以命名小標題”熱交換器&quot;爲宜。汽化器應用的模式及 液流的組成份及性質或處理的液流決定了特定型式熱交換 器之需要。如一例子,又引用圖2,其中固定管床、單一 通道熱交換器系統2 0之使用係合宜的,一程序流,例如 P L N G,經由管入口 2 6進入固定管床、單一通道的熱 -11 ^^1 ^^1 I»—— m l^i m I ^ * - 分 i {誚先閱讀背而之注意事項再填巧本頁) 本紙張尺度这用中國g家標準(CNS } Λ4规格(2IOX297公嫠〉 -54- 436597 A7 _B7 五、發明説明(52 ) 交換器系統2 0並經由管出口 2 7排出,而熱介質則經由 外殻入口 2 8進入並由外殻出口 2 9排出。在該實施例中 ,熱交換器主體20a、導管蓋21a及21b,管床 2 2、通風口 2 3、隔板2 4宜建構以含有少於大約3 w t %鎳並具有適合強度及破裂韌性以包含處理中的低溫 流體的鋼,而建構以含有少於大約3w t %鎳並具有抗張 強度超過大約1 000ΜΡ a ( 1 45k s i )及 DBTT低於大約_73°C (― 100T)的鋼更佳。再 者,熱交換器主體20a、導管蓋21a及21b,管床 22、通風口 23、隔板24宜建構以具有在此敘述之優 異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。固定管床、單一通道 熱交換器系統2 0之其他組件也可建構以在此敘述之優異 低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其他適用的材料 汽化器實施例編號2 在另一個實施例中,一種根據本發明之汽化器係用於階 式冷凍循環中,其包含數個階式壓縮循環,如圖9之所示 &quot;引用圖9 ’階式循環之該二階式壓縮循環中的每一個操 作於越來越低溫下,藉由一系列冷凍劑之選擇,利用其沸 點以固定整個冷凍循環所需之溫度範圍。該階式冷凍循環 9 0中主要設備的項目包括丙烷壓縮器9 2、丙烷冷凝器 93、乙烯壓縮器94、乙烯冷凝器95、乙烯汽化器 9 6及膨脹閥9 7。在該實施例中,此二種冷凍劑丙烷及 55- (&quot;先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度用中园®家樣冷(CNS &gt; Λ4規格(210X297公浼) ”吻7、 Λ7 ______ B7 五、發明説明(53) 乙烯可以指定之普通溫度用於P L NG液化程序中。乙嫌 汽化器9 6宜建構以含有少於大約3 w t %鎳並具有適合 強度及破裂韌性以包含處理中的低溫流體的鋼,而建構以 含有少於大約3w t %鎳並具有抗張強度超過大約 lOOOMPa (145ksi)及 DBT 丁低於大約 _73°C ( — 10CTF)的鋼更佳《再者,乙烯汽化器 9 6宜建構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、 低合金鋼。階式冷凍循環9 0之其他組件也可建構以在此 敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其他 適用的材料》 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 •分離器 分離器或分離器系統,(i)建構以含有少於大約3 w t %鎳之超-高強度、低合金鋼並且(i i )具有適合強 度及低溫破裂韌性以包含處理中的低溫流體。更特別的是 ,分離器系統,其至少一組件(i )建構以含有少於大約 3wt%鎳之超高強度、低合金鋼並且(i i )具有抗張 強度超過大約lOOOMPa (145ksi)及 DBTT低於大約—73°C (- 100°F)的鋼更佳。這 種分離器系統的組件宜建構以敘述於此之具有優異低溫韋刃 性之超高強度、低合金鋼。以下的實施例說明一個根據本 發明之分離器系統,但並非藉此限制本發明。 (請先閱讀背面之注意事項再填巧本I) 裝 47 本纸張尺度適用中國囤客標嗥(CNS &gt; Λ4規棺(210X297公釐) -56- 436597 A7 ___B7 五、發明説明(54 ) 圖4說明根據本發明之分離器系統4 0。在一體系中, 分離器系統40包括圓桶41、入口 42、液體出口 43 、氣體出口 44、支撐外緣45、液位控制器46、隔離 板4 7、霧氣抽出器4 8及釋壓閥4 9。在一實施例應用 中,根據本發明之分離器系統4 0係有用於低溫氣體設備 中移去膨脹上游之濃縮液體時用作發泡機塡充分離器,但 並非藉此限制本發明。在該實施例中,圓桶41、入口 42、液體出口 43、支撐外緣45、霧氣抽出器支撐物 4 8及隔離板4 7宜建構以含有少於大約3w t %鎳之超 高強度、低合金鋼並且具有適合強度及低溫破裂韌性以包 含處理中的低溫流體,而建構以含有少於大約3w t%鎳 之超高強度、低合金鋼並且具有抗張強度超過大約 lOOOMPa (145ksi)及 DBTT低於大約 —73°C (_100°F)的鋼更佳。再者,圓桶41、入 口 42、液體出口 43、支撐外緣45、霧氣抽出器支撐 物4 8及隔離-板4 7宜建構以具有在此敘述之優異低溫初 性之超高強度、低合金鋼。分離器系統4 0之其他組件也 可建構以在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼 ,或者以其他適用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 •程序管柱 根據本發明建構之程序管柱或程序管柱系統係提供。 本紙張尺度ilffl中國國家標年(CNS &gt; Λ4Μ^ ( 2丨0X297公釐) _ 57 -
^^^1 H^I 1^1 m I'-fc^^^1 I , * 令 (計先閱讀背面之ii意Ϋ項再功寫本頁J
.IT A7 436597 __B7 五、發明説明(55 )
{誚先閱讀背面之注意事項再填艿本頁J 這種程序管柱系統之組件宜建構以敘述於此之具有優異低 溫韌性之超高強度、低合金鋼。以下的實施例說明根據本 發明之不同型式的程序管柱系統,但並非藉此限制本發明 稈序管柱實施例編號1 圖1 1說明一個根據本發明之程序管柱系統。在該體系 中,去甲烷劑程序管柱系統1 1 0包括管柱1 1 1、分離 鐘1 1 2、第一入口 1 1 3、第二入口 1 14、液體出口 121、蒸氣出口 1 15、再沸器119及塡充物120 。在一實施例應用中,根據本發明之程序管柱系統1 1 0 在低溫氣體設備中可有效用於用作一種去甲烷劑以便從其 他濃縮碳氫化合物中分離出甲烷,但並非藉此限制本發明 。在該實施例中,普通用於這種程序管柱系統1 1 0之管 柱1 1 1、分離鐘1 1 2、塡充物1 20及其他內容物宜 建構以含有少-於大約3w t %鎳之超高強度、低合金鋼並 且具有適合強度及低溫破裂韌性以包含處理中的低溫流體 ,而建構以含有少於大約3w t %鎳之超高強度、低合金 鋼並且具有抗張強度超過大約lOOOMPa (145 ks i)及 DBTT 低於大約-73°C (- 100°F)的 鋼更佳。再者,普通用於這種程序管柱系統1 1 0之管柱 1 1 1、分離鐘1 1 2、塡充物1 20及其他內容物宜建 構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼 。程序管柱系統110之其他組件也可建構以在此敘述之 -58- 本紙張尺度送用中國因家標率(&lt;:呢&gt;六4規格(210乂297公麓&gt; 4365S7 A7 _B7 五、發明説明(56 ) 優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其他適用的 材料。 {請先閱讀背面之注意事項再械{?5本頁)
I 稈序管柱實施例編號2 圖1 2說明根據本發明之程序管柱系統1 2 5。在該實 施例中,程系管柱系統1 2 5可有效用於C F 2程序中用 作一種CFZ塔以便從甲烷中分離出C〇2。在該實施例中 ,管柱126、熔融托盤127及接觸托盤128宜建構 以含有少於大約3w t %鎳之超高強度、低合金鋼並且具 有適合強度及低溫破裂韌性以包含處理中的低溫流體,而 建構以含有少於大約3w t %鎳之超高強度、低合金鋼並 且具有抗張強度超過大約lOOOMPa (145ksi )及DBTT低於大約一73°C (― 100°F)的鋼更佳 。再者,管柱126、熔融托盤127及接觸托盤128 宜建構以具有在此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合 金鋼。程序管-柱系統1 2 5之其他組件也可建構以在此敘 述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼,或者以其他適 用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 •幫浦組件及系統 根據本發明建構之幫浦或幫浦系統係提供。這種幫浦系 統之組件宜建構以敘述於此之具有優異低溫韌性之超高強 本紙張尺度通Λ1中家财(rNS U4規格(2)0X 297公楚) ZI 一 ~ A7 436597 B7 五、發明説明(57 ) 度、低合金鋼。以下的實施例說明根據本發明之不同型式 的程序管柱系統’但並非藉此限制本發明。 現在^用圖1 0,幫浦系統1 0 0係根據本發明建構而 成。低溫流體從連到入口凸緣的管線進入圓柱流體入口 1 0 1 »該低溫流體流入圓柱形套筒1 0 3內到吸入口 1 04並進入多階幫浦1 〇 5其中壓力能一直增加。多階 幫浦1 0 5及驅動轉軸1 0 6係由一圓柱形皮帶撐及幫浦 支撐室(未表示於圖1 0中)所支撐。該低溫流體透過連 到流體出口凸緣1 0 9之管內流體出口 1 0 8以離開幫浦 系統1 0 0 =驅動意指例如電子馬達(未表示於圖1 0中 )係架設在驅動架設凸緣210上並且透過驅動電偶 2 1 1連到幫浦系統1 00上。驅動架設凸緣2 1 0係支 撐以圓柱電偶外殼2 1 2。在該實施例中,幫浦系統 10 0係架設介於管線凸緣(未表示於圖10中):但其 他架設系統也合適,例如在槽中或桶中之隱藏幫浦系統 1 ◦ 〇,因it低溫流體可直接進入流體入口 1 〇 1而無法 利用連結管線。相對的,幫浦系統1 〇 〇係設置於另一個 外殼或”幫浦罐”中,其中流體入口 1 0 1及流體出口 1 0 8 都連到幫浦罐,而幫浦系統1 〇 〇則處於可移開保養或修 理的狀態下*在該實施例中,幫浦罩2 1 3,入口凸緣 1 0 2、驅動聯結器外殼2 1 2、驅動外蓋凸綠2 1 0外 蓋凸緣2 1 4、幫浦底板2 1 5及幫浦與承載外殼2 1 7 宜都建構以含有少於大約9 w t %鎳及抗張強度超過大約 830MPa (i20ksi)及DBTT低於大約 本紙張尺度過用中國1¾家標啤(rNS )六4規格(21〇χ 297公釐) {钟先閬讀背面之注意事項再蜞寫本頁) ,va K-'vt^^&quot;局妇工消&quot;合竹打印*';木 -60- 43659 7 . A7 B7 五、發明説明(58〉 (誚先閲讀背面之注意事項再域巧本頁) —73°C ( — 100°F)之鋼,而建構以含有少於大約3 wt%鎳及抗張強度超過大約lOOOMPa (145 ks i)及 DBTT 低於大約一 73t: (-100T)之 鋼更佳。再者,幫浦罩213、入口凸緣102、驅動聯 結器外殻2 1 2、驅動外蓋凸緣2 1 0外蓋凸緣2 1 4、 幫浦底板215及幫浦與承載外殻217宜建構以具有在 此敘述之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。幫浦系統 1 0 0之其他組件也可建構以在此敘述之優異低溫軔性之 超高強度、低合金鋼,或者以其他適用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容》 •脹口組件及系統 根據本發明建構之脹口或脹口系統係提供。這種脹口系 統之組件宜建構以敘述於此之具有優異低溫韌性之超高強 度、低合金爵。以下的實施例說明根據本發明之不同型式 的程序管柱系統,但並非藉此限制本發明。 圖5表示根據本發明之脹口系統5 0。在一體系中,脹 口系統5 0包括放氣閥5 6、管線,例如側面管線5 3、 收集頭管線5 2及脹口管線5 1,而且也包括脹口洗滌器 5 4、脹口管或桿5 5、液體排出管線5 7、排水幫浦 5 8 '排水閥5 9及輔助器(未表示於圖5中)例如點火 器及洩氣。脹口系統5 0通常處理程序狀況下低溫或釋放 到賬口系統5 0冷卻到低溫,亦即,經過釋壓閥或放氣閥 本紙張尺度追中國國家標率((:NS ) Μ規格(210&gt;&lt; 297公釐) -61 - 436597 A7 B7 五、發明説明(59) 56造成大的壓降,之可燃性流體。脹口管線51、收集 頭管線52、側面管線53、脹口洗游器5 4及其他任何 聯合管線或系統其曝露於相同於脹口系統5 0之低溫下宜 都建構以含有少於大約9w t %鎳及抗張強度超過大約 830MPa (120ksi)及DBTT低於大約 一 7 3°C (― 1 0 0°F)之鋼,而建構以含有少於大約3 wt%鎳及抗張強度超過大約lOOOMPa (145 ks i)及 DBTT 低於大約一73°C (_100°F)之 鋼更佳。再者,脹口管線51 、收集頭管線52、側面管 線5 3、脹口洗滌器5 4及其他任何聯合管線或系統其曝 露於相同於脹口系統5 0之低溫下宜建構以具有在此敘述 之優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。眼口系統5 0之 其他組件也可建構以在此敘述之優異低溫韌性之超高強度 、低合金鋼•或者以其他適用的材料。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而-言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 除了本發明之其他優點外,如上之所述,根據本發明建 構之脹口系統具有良好的抗震能力其釋放速率高時可能發 生於脹口系統中。 儲存低溫流體之容器 容器其建構以含有少於大約9w t %鎳及抗張強度超過 大約830MFa (12〇ksi)及DBTT低於大約 -73°C ( — 100°F)之鋼者係提供。超高強度、低合 本紙乐尺度適用中®國家標.中.(CNS ) Λ4規格(210 X 297公嫠) .62 - (¾先閱讀背面之注意事項再楨i本頁)
*1T 436597 A7 ________B7_ 五、發明説明(6〇) 金鋼宜含有少於大約7w t %鎳,含有少於大約5w t % 鎳者更佳*超高強度、低合金鋼宜具有抗張強度大於大約 860MPa (125ksi),而大於大約900 MPa (130ksi)者更佳。又更佳者,本發明之容 器係建構以材料含有少於大約3w t %鎳及抗張強度大於 大約 lOOOMPa (145ksi)及 DBTT 低於大 約—7 3°C (― 1 〇 〇°F)之鋼。這種容器宜建構以敘述 於此具有優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。 除了本發明之其他優點之外,如上之所述,亦即,本發 明總重量較輕之儲存容器其具有伴隨殘留物於輸送、裝盛 及下層結構需求,優異低溫韌性者特別適於圓柱體其經常 用於再塡充之裝盛及輸送,例如用於食物及飮料工業中儲 存C 〇2之圓柱體。最近發表的工業計畫中促成了防止壓縮 氣體高壓之低溫C 〇2之大量銷售。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而-言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 管線 流動線分配網系統,其管線宜建構以材料其由少於大約 9wt%鎳及抗張強度超過大約8 3 OMP a ( 1 20 ks i)及 DBTT 低於大約一 73°C( — 100T)之 鋼構成者係提供。超高強度、低合金鋼宜含有少於大約7 w t %鎳,含有少於大約5 w t %鎳者更佳。超高強度、 低合金鋼宜具有抗張強度大於大約8 6 OMP a ( 1 2 5 (誚先閱请背16之注意事項再蛾巧本頁)
-1T L. 本紙張又度通用中國围家標率((’NS ) Λ4規格(2mx297公釐) -63- A7 436597 B7 五、發明説明(61 ) ------;--Γ 裝-- (計先閱讀fve之注意事項再瑣艿本頁) k s i ),而大於大約 900MPa(130ksi)者 更佳•又更佳者,本發明之流動線分配網系統管線係建構 以材料含有少於大約3w t %鎳及抗張強度大於大約 lOOOMPa (145ksi)及DBTT低於大約 —7 3°C (― 1 00 °F)之鋼。這種容器宜建構以敘述於 此具有優異低溫韌性之超高強度、低合金鋼。 圖6表示一個根據本發明之流動線分配網系統6 0。在 一體系中*流動線分配網系統6 0包括管線,例如主要分 配管線6 1、第二分配管線6 2及第三分配管線6 3,並 且包括主要儲存容器6 4及最終用途容器6 5。主要儲存 容器6 4及最終用途容器6 5都是設計用於低溫之用,亦 即,提供適當之設置。任何適當的絕緣型式可以使用,例 如,高真空絕緣、膨脹發泡、氣體塡充粉末與纖維狀材料 、抽空粉末或多層絕緣但並非藉此限制本發明。依特性需 求設計之適當絕緣的選擇,對熟於低溫工程技藝之士而言 係熟悉的。主-要儲存容器6 4、管線,例如主要分配管線 6 1、第二分配管線6 2及第三分配管線6 3及最終用途 容器6 5宜建構以少於大約9w t %鎳及抗張強度超過大 約830MPa (120ksi)及DBT 丁低於大約 —73 °C (- 100 °F)之鋼,而建構以少於大約3 wt%鎳及抗張強度大於大約1000 MPa (145 ks i)及 DBTT 低於大約一73t (_100°F)之 鋼更佳。再者,主要儲存容器64、管線,例如主要分配 管線6 1、第二分配管線6 2及第三分配管線6 3及最終 本紙張尺度適用中圉國家標準{ CNS ) Λ4規格(210X297公釐) ** 64 - 4365 9 A7 B7 五、發明説明(62) 用途容器6 5宜建構以敘述於此或其他材料其具有優異低 溫韌性之超髙強度、低合金鋼。 對於經由流動線分配網系統用在低溫條件下之分配流體 之處理能力,使得可以較小的現場儲存容器包含’假如流 體必需以油罐車或鐵路輸送者,則可避免。主要的優點在 於減少必要的儲存,這是因爲這點事實其需要連續塡充而 非周期傳輸加壓的、低溫流體。 根據本發明之熱交換器系統建構之設計標準及方法對熟 於此藝之士而言係熟悉的,尤其是針對在此公告的內容。 本發明之程序組件、容器及管線係適用於包含及輸送加 壓的、低溫流體或大氣壓力下低溫流體。另外,本發明之 程序組件、容器及管線。更特別的,本發明係適用於包含 及輸送加壓的、非低溫流體。 在前述的發明已經以一項或多項較佳體系敘述的同時, 應該了解的是其他改質可以實現而不脫離本發明之範圍者 ,其係發表於-底下的申請專利範圍中。 {誚先閱讀背面之注意事項再續ST本頁)
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-、1T 經淤部中央椋準局兵.T消合竹社印; -65- 本紙張尺度送用中家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) 43 6597 at B7 五、發明説明(63) 術語辭典 J Ad轉變溫度:1 加熱期間沃斯田鐵開始形成的溫度; Ac麟變溫度: 加熱期間鐵酸a完全轉變爲沃斯田鐵的溫度; An轉變溫度: 冷卻期間沃斯田鐵完全轉變爲教酸_或轉變爲鐵酸鹽加上碳化三嫌的溫度: An轉變溫度: 冷卻期間沃斯田鐵開始轉變爲鐵酸》的溫度; CFZ : 控制冷凍區: 傳統的LNG : 在大約大氣屋力及大約-162Ό (-260T)時的液化天然氣 冷卻速率: 在平板厚度的中心或大體上在中心的冷卻速率: 低溫: 任何低於大約·4(«: (·40°Ρ)的溫度 CTOD : 裂頂端之張開位移: DBTT(延展變脆性的轉變 溫度&gt; : 描繪結構鋼內的兩種破裂體制;溫度低於DBTT時,低能量解理(脆性的)破裂易造成破壤’而 溫度高於DBTT時,高能置延展破裂易造成破壞; 本質上: 大體上100 vol% : GMAW: 氣體金屬電弧焊接; 硬化顆粒: 1 ε-飼、MoC、或鈮及釩的碳化物及育化物中之一種或多種: HAZ : 熱影響區域; 臨界間溫度範圍: 加熱時從大約人^轉變溫度至大約變溫度’以及冷卻時從大約An«l變溫度至大約變溫度 Kic : 臨界應力強度因子; 1 Kj: 千焦耳: 低合金鋼: 鋼中含有鐵其少於大約10 wt%的總合金添加物; MA : 馬丁體-沃斯田鐵: (¾先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 'π 本紙張尺度迠用中國國家標準(C.’NS ) Λ4規格(2】ΟΧ 297公釐) -66- A7 436597
B 五、發明説明(64) 可允許fi大裂縫大小: 睡界裂縫長深度: MoiC : 碳化鉬的一種形態; i MsW變溫度: 冷卻期間沃斯田嫌開始轉變爲馬丁體的溫度: 加壓的液化天然氣(PLNG) 液化天然氣介於大約1035 kPa (150 psia&gt;至大約7590 kPa (1100 psia)而且溫度介於大約-1231 (-19CTF)至大約·62ΐ (-80T): ppm : 百萬分之一: 主要地: 至少大約50Ϊ1Ι8積百分比; 淬冷: 相對於空氣*藉由用來提高鋼的冷卻速率的流體加速冷卻; 淬冷停止溫度(QST): 因爲熱從板的中間厚度輸出,在淬冷停止之後,板面可逹之最英或大體上最高的溫度: QST: 淬冷停止溫度; 平板: 一片具有任何尺寸的網: 抗張強度: 抗張測試中,最大負載對原截面稹的比: 11骑接: 鎢鈍氣焊; TnrJS 度: 低於此沃斯田鐵不會再結晶的溫度: USPTO: 美國專利及註冊商摞公司:以及 焊件: 一個焊點,其包含:(i)t?接金屬,(ϋ)熱影響Ε域(ΗΑΖ&gt;,以及( iii)在fiAZ·附近•的鹼金屬。有人認爲籲金簡的部份在HAT附近•的範圍內,其差異取決於熟於此蘑 之士所知的因子,例如,不加限制地,焊件的宽度.被焊項目的大小.該項目想製造之焊件數量 •以及焊件之間的距離· • · - - -'- - —i- 1^1 I I '^- - - - —— n I— m XV Λ t i (对先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適用中因g家標_f_ ( f、NS ) Λ4規格(2】〇X297公釐) -67-

Claims (1)

  1. 436597 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 1 一種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的熱交 換器系統,該熱交換器系統係建構以材料其含有少於大約 9wt%鎳及抗張強度超過大約830MPa (120 ks i)及 DBTT 低於大約一 73°C (-100°F)之 鋼。 2 .如申請專利範圍第1項中之熱交換器系統其由熱 交換器主體、第一個導管蓋及第二個導管蓋、管床、通風 α以及數個隔板構成。 3 ·如申請專利範圍第2項中之熱交換器系統,其中 該熱交換器主體、該第一個導管蓋及第二個導管蓋、該管 床、該通風口以及該數個隔板係建構以含有超高強度、低 合金鋼其含有少於大約3 w t %鎳及抗張強度超過大約 lOOOMPa (145ksi)及DBTT低於大約 -73°C (— 100°F)之材料= 4 .如申請專利範圍第1項中之熱交換器系統,其中 該加壓的、也溫流體係加壓的液化天然氣,其所處壓力大 約 1035kPa (150psia)至大約 7590 kPa (ll〇〇psia)及溫度大約一 123°C( —190°F)至大約一62°C(-80°F)。 5 . —種適用於包含及輸送加壓的液化天然氣的熱交 換器系統,其所處壓力壓力大約1725kPa (250 psia)至大約 4830kPa (700psia)及 溫度大約-1 12°C (― 170T)至大約—79°C ( -1 1 0 T ),其中該熱交換器系統(i )係建構以含有 ------;---:¾— (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) i.V. 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 43 65 9 7 ^ it C8 · D8 々、申請專利範圍 少於大約9wt%鎳之超高強度、低合金鋼並且(i i ) 具有適合強度及低溫破裂韌性以包含該加壓的液化天然氣 〇 6 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的冷凝 器系統,該冷凝器系統係建構以材料其含有少於大約9 w t %鎳及抗張強度超過大約830MPa (120 ks i)及 DBTT 低於大約—73°C (_100°F)之 鋼。 7 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的汽化 器系統,該汽化器系統係建構以材料其含有少於大約9 wt%鎳及抗張強度超過大約830MPa (120 ks i)及 DBTT 低於大約一73°C(-l〇〇°F)之 鋼。 8 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的分離 器系統,該分離器系統係建構以材料其含有少於大約9 w t %鎳及抗-張強度超過大約83〇MPa (120 ks i)及 DBTT 低於大約一 73°C (— 100°^)之 鋼。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 9 ·如申請專利範圍第8項中之分離器系統其係由裝 盛容器、入口、液體出口、支撐外緣、數個霧氣抽出器以 及至少一個隔離板構成。 1 0 .如申請專利範圍第9項中之分離器系統,其中 該裝盛容器、該入口、該液體出口、該支撐外緣、該數個 霧氣抽出器以及該至少一個隔離板,係建構以含有超高強 -69- (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4洗格(2丨0Χ297公釐) 436597 A8 BB , C8 D8 六、申請專利範圍 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 度、低合金鋼其含有少於大約3w t %鎳及抗張強度超過 大約 lOOOMPa (145ksi)及 DBTT 低於大 約—73°C (― 100°F)之材料。 1 1 .如申請專利範圍第8項中之分離器系統,其中 該加壓的、低溫流體係加壓的液化天然氣,其所處壓力大 約 1035kPa (150psia)至大約 7590 kPa (llOOpsia)及溫度大約一123t( —190°F)至大約一62°C(-80T)。 1 2 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的程 序管柱系統,該程序管柱系統係建構以材料其含有少於大 約9wt%鎳及抗張強度超過大約830MPa (120 ks i )及 DBTT 低於大約一 73°C (― 100°F)之 鋼。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項中之程序管柱系統其 係由管柱、分離鐘及塡充物構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印袋 1 4 .如-申請專利範圍第1 3項中之程序管柱系統, 其中該管柱、該分離鐘及該塡充物,係建構以含有超高強 度、低合金鋼其含有少於大約3w t %鎳及抗張強度超過 大約 lOOOMPa (145ksi)及 DBTT 低於大 約—73°C ( — 100°F)之材料。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項中之程序管柱系統, 其中該加壓的、低溫流體係加壓的液化天然氣,其所處壓 力大約1035kPa (150ps i a)至大約 7590kPa (llOOpsia)及溫度大約 -70- 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐) 436597 as C8 ' D8 六、申請專利範圍 —123°C (― 190°F)至大約一62t (― 80°F) ο 1 6 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的幫 浦系統,該幫浦系統係建構以材料其含有少於大約9 wt%鎳及抗張強度超過大約83〇MPa (120 ks i )及 DBTT 低於大約一73°C (_100T)之 鋼。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項中之幫浦系統其係由 幫浦罩、入口凸緣、驅動聯結器外殼、驅動外蓋凸緣、外 蓋凸緣、幫浦底板及幫浦與承載外殻構成》 18 .如申請専利範圍第17項中之幫浦系統,其中 該幫浦罩、該入口凸緣、該驅動聯結器外殻、該驅動外蓋 凸緣、該外蓋凸緣、該幫浦底板及該幫浦與承載外殼,係 建構以含有超高強度、低合金鋼其.含有少於大約3w t % 鎳及抗張強度超過大約lOOOMPa (145ksi) 及D B T T低淤大約- 73°C’(-1 00°F)之材料。 經濟部中央榡準局員工消f合作社印製 1 9 .如申請專利範圍第1 6項中之幫浦系統,其中 該加壓的、低溫流體係加壓的液化天然氣,其所處壓力大 約 1035kPa (150psia)至大約 7590 kPa (llOOps i a)及溫度大約一123°C( 一 190°F)至大約一62°C( — 80°F)。 2 0 . —種適用於包含及輸送加壓的液化天然氣的幫 浦系統,其所處壓力壓力大約1725kPa (250 Ps i a)至大約 483〇kPa (700 ps i a)及 -71 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標隼(CNS ) A4規格(210X297公釐) 436597 AB B8 C8 . m 六、申請專利範圍 溫度大約一1 12°C (-170T)至大約一79°c ( 一 110°F),其中該熱交換器系統(i)係建構以含有 少於大約9wt%鎳之超高強度、低合金鋼並且(i i ) 具有適合強度及低溫破裂韌性以包含該加壓的液化天然氣 〇 2 1,一種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的脹 口系統’該脹口系統係建構以材料其含有少於大約9 wt%鎳及抗張強度超過大約830MPa (120 ks i)及 DBTT 低於大約- 73°C (-100T)之 鋼。 2 2 ·如申請專利範圍第2 1項中之脹口系統其係由 脹口管線、收集頭管線、側面管線、脹口洗滌器構成。 23 ·如申請專利範圍第22項中之脹口系統,其中 該脹口管線、該收集頭管線、該側面管線、該脹口洗滌器 ,係建構以含有超高強度、低合金鋼其含有少於大約3 wt%鎳及抗張強度超過大約l〇〇〇MPa (145 ks i)及 DBTT 低於大約 _73°C (- 100°F)之 材料。 2 4 .如申請專利範圍第2 1項中之脹口系統,其中 該加壓的、低溫流體係加壓的液化天然氣,其所處壓力大 約 1035kPa (15〇psia)至大約 7590 kPa (llOOpsia)及溫度大約一123°C( —190°F)至大約一62°C(-80°F)。 2 5 . —種適用於包含及輸送加壓的液化天然氣的脹 li ϊ ·, 裝 訂 I nll (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局男工消費合作社印裂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) B8 C8 D8 436597 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 口系統,其所處壓力壓力大約1725kPa (250 psia)至大約 483〇kPa (700psia)及 溫度大約一 1 12°C (— 170°F)至大約一79°C ( -1 1 0 °F ),其中該熱交換器系統(i)係建構以含有 少於大約9wt%鎳之超高強度、低合金鋼並且(i i ) 具有適合強度及低溫破裂韌性以包含該加壓的液化天然氣 9 2 6 . —種適用於包含及輸送加壓的、低溫流體的流 動線分配網系統,該流動線分配網系統係建構以材料其含 有少於大約9w t %錬及抗張強度超過大約8 3 OMP a (12〇ks i)及 DBTT 低於大約一73°C ( —1 0 0 °F )之鋼。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項中之流動線分配網系 統其係由至少一個主要儲存容器及至少一條主要分配管線 及至少一個最終用途儲存容器構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2 8 .如-申請專利範圍第2 7項中之流動線分配網系 統,其中該至少一個主要儲存容器、至少一條主要分配管 線及至少一個最終用途儲存容器,係建構以含有超高強度 、低合金鋼其含有少於大約3w t %鎳及抗張強度超過大 約 lOOOMPa (145ksi)及 DBTT 低於大約 -73°C (-10CTF)之材料。 29.如申請專利範圍第26項中之流動線分配網系 統|其中該加壓的、低溫流體係加壓的液化天然氣,其所 處壓力大約1035kPa (150psia)至大約 -73- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 436597 AS B8 C8 ' D8 六、申請專利祀圍 759〇kPa (llOOpsia)及溫度大約 % 一 123°C (― 190°F)至大約一6 2°C (― 80T) 〇 3 0 . —種適用於包含及輸送加壓的液化天然氣的流 動線分配網系統,其所處壓力壓力大約1 7 2 5 k P a ( 25〇psia)至大約 4830kPa (700 p s i a )及溫度大約_1 1 2°C (― 1 70T)至大約 —79t(_110T),其中該熱交換器系統(i)係 建構以含有少於大約9 w t %鎳之超高強度、低合金鋼並 且(i i )具有適合強度及低溫破裂韌性以包含該加壓的 液化天然氣。 I n * ‘裝 訂 ^ n 氣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)
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