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  2016年11月29日上午,北京市燃气集团向法国自主采购的首船液化天然气(LNG)向北京供气。据媒体报道,北京市燃气集团2016年冬从法国采购的9亿m3液化天然气,共计10船。首船于11月29日抵达唐山曹妃甸码头并开始卸货,通过卸料臂管道向接收站贮罐输送LNG,共9000万m3,气化后通过陕京管网输送到北京。

  LNG运输船缓缓靠港抵达接收站专用码头后,通过4台液相卸料臂和卸船管道,供助船上卸料泵将LNG打入接入站贮储内,再送至高压泵升压后,送至气化器,气化成气态天然气,经计量后输气管网,再通过陕京管网输送至北京。唐山液化天然气接收站的主要设施有:4座16万m3的LNG贮罐,1座可靠泊船容量12.5万m3——27万m3 LNG船的专用卸货码头。冬季高峰期最高外供气量可达4200m3/d,占北京高峰日需气量的1/3左右。

  法国来的液化天然气经气化由陕京四线“空坻-香河-西集”线抵达通州区西集镇西集分输站,设计长77.5km,管径1016mm,设计压力10N/mm2,输气量120亿m3/a。北京已于2015年成为全球第三大天然气消费城市,单日用量突破1亿m3。

  法国液化天然气怎样来到中国

  中国向法国订购的LNG是怎样不远万里来到中国的呢?是乘专用的LNG运输船从法国起航,从西向东经过地中海,进入苏伊士运河,出河后驶入红海,再横跨印度洋,驶过马六甲海峡,穿越中国南海,经过台湾海峡一路北上抵达唐山曹妃甸专用码头。

  每条LNG船上有4个巨大的内装LNG,在液化基地由贮藏罐装入船上的球罐,运到目的港后罐入基地的贮罐。

  铝材是制造LNG贮罐的最佳材料,因为它是很好的超低温结构材料,易加工成形,可焊性良好,回收率高达95%以上。基站贮罐分内外两层,中间为保温层,地上式每个铝材用量约1100t,地下式的用量为100t左右,材料利用率可按85%匡算,各部分的铝材用量及规格见表1。

  LNG球罐的制造

  日本是全世界生产LNG最多的国家,其香川县川崎造船股份有限公司坂出工厂于1981年首次在日本建筑摩司型LNG船以来至2016年已造了36艘,所用铝材除本国生产大部分外,宽度大于4100mm的厚板则从美国铝业公司进口。

  球罐由三部分组成,下面的半球称为“南半球”,正中间的那部分称为“赤道环”,上面的半球称为“北半球”。赤道处板厚170mm,此处与船体相连的“围裙”部件中装有支架,各种配管安于架内。

  球罐制造犹如制造地球仪,由偶数瓜片型部件组成球形。首先将7叶瓜片型部件焊于一起,这种大部件称之为“花瓣”。在这个大“花瓣”上再焊上7叶瓜片形部件就成为8叶瓜片形的半球。焊2个这样的半球,一个“南半球”,一个“北半球”。最后将“南半球”“北半球”“赤道环”“围裙”、配管支架组装焊接大罐。

  赤道环是用170mm厚的特厚板制造的。罐外覆盖着复合隔热保温层,能防止外界的热传入,使内部的液化气保持着-163℃。复合保温层的外表为薄铝板,中间为两层塑料泡沫,一层苯酚树脂的,另一层为硬质聚氨基甲酸乙酯泡沫,每个罐用了6000张这样的隔热板,用15000个螺钉紧固于罐体。

  制造完毕的LNG罐由2台各800t的起重机吊起移至船舱的规定位置。此种罐为完整的球形,各部件受力均匀,不存在应力集中源,不会产生裂纹。制造罐的瓜片尺寸各不相同,其大小决定于所处的位置,其代表性尺寸为60mm(厚)×1600mm(宽)×4000mm(长)。

  罐体及配管支架用5083-O合金制造,“围裙”的一部分用强度高的5083-H321合金板材制造,1个大罐的铝材用量约750t,1艘船的用量约3000t。过去零部件的连续采用MIG(金属极惰气保护焊)法焊。为了安全地运输LNG,必须确保大罐的制造品质,特别是焊接品质。为此,对焊接部既要进行全部超声波探伤、染色浸透试验与抽样X射探伤等非破坏性检验二三遍,还要进行破坏性的力学性能检测,总之应加强制造中的管理,确保生产出安全而可靠性高的巨罐,做到万无一失。

  5083合金制造LNG设施上乘材料

  LNG是一种低温(<-160℃)清洁能源,燃烧时仅产生CO2与H2O,它的贮罐与输送管道可用铝合金制造,因为铝材是一类上乘的低温与超低温材料,它的各项力学性能均随着温度的降低而同步上升,没有低温脆性,可是钢则不然,除为数不多钢没有低温脆性外,绝大多数的成千上万种钢都有低温脆性,不适宜制造低温设备与结构,当然也有少数钢是可以的,没有低温脆性,不过钢的密度比铝的大得多,铝的密度仅相当于钢的35%,所以在结构强度相等的情况下,结构件质量比钢的至少轻1/3以上,所以铝材是交通运输低温装备制造的首选材料。在LNG装备制造中当今用得最多的是5系的5083型合金。

  化学成分

  5083型合金共有8个,它们的化学成分见表2。

  简明性能

  5083合金的密度2660kg/m3,比工业纯铝的还小一些,O状态材料20℃时的其他物理性能:熔化温度579℃——641℃,电导率29%IACS,热导率117W/(m·℃),比热容900J/(kg·℃),20℃——100℃的线胀系数23.8×10-6m/(m·℃)。5083℃合金的典型力学性能见表3。

  5083-O合金有很好的低温性能,-200℃的抗拉强度Rm=405N/mm2,比室温时的高40%,伸长率43%,比室温时的22%高95%,是制造LNG(约-155℃)装备的好材料。

  中国是世界上进口LNG最多的国家之一,一是通过陆路管道从俄罗斯、中西亚国家进口,二是通过海运用LNG船从海湾国家与欧洲等地区进口,可是制造LNG船上大球罐用的宽度>4200mm的宽大铝合金厚板我们还不能制造,因为还没有工作辊面宽度达到5600mm的铝板热轧机,笔者盼望有一个铝板带轧制企业建一台这么大的热轧机,千万不要多建,全国有1台就足够了。宽度4100mm以上的铝板只有造船等极少数产业用,航空航天用的铝板带宽度都≤3900mm。目前全世界只有美国铝业公司达文波特轧制厂(Davenport Works)有一台5588mm的热轧机,各国制造LNG船用的宽大铝合金厚板都从美国进口。

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