新趋势|高强度可持续的双相不锈钢储罐 ​

双相不锈钢储罐使用寿命长、所需维护少,因此其应用持续增长。它们还能帮助储罐所有者降低初始成本。双相不锈钢的强度较高,因此允许储罐的壁厚减薄,钢材的使用较少。因为不需要昂贵的保护涂层,也不需要阴极保护,双相不锈钢储罐的安装成本与碳钢储罐不相上下。

储罐有各种尺寸规格,从家用热水器到储存上百万升石化产品的工业储罐。储罐可以是固定式或移动式的,可储存固体(粉状物、粮食)、液体(水、牛奶、食品、石化产品、无机化学品和液化气体)或气体(沼气、惰性气体和活性气体),有些还可以运输活鱼。储罐的材质有碳钢、混凝土、塑料或耐蚀合金。储罐的应用遍布全球。

化工和石化行业的储存以碳钢储罐为主,因为储存的产品一般腐蚀性不是特别强,即便如此,潮湿和环境腐蚀仍然不可忽视,因此,必须采用涂层、外加电流或阴极保护等保护措施。304或316奥氏体不锈钢制成的储罐耐腐蚀,也是可选用的材料。但由于它们的强度不是很高,所以要求储罐的壁厚较厚,导致重量较重,材料成本增加,价格较昂贵。

双相不锈钢储罐由于强度高,制造成本低于奥氏体不锈钢或碳钢储罐。如果考虑全生命周期成本,则其成本优势更加明显。储罐设计人员最常选用的是钼含量为0.3-0.5%的经济型双相不锈钢,如果是腐蚀性较强的环境,则采用钼含量更高的牌号。

表1 储罐所用不锈钢牌号的化学成分(重量%)

强度优势
双相不锈钢已经被纳入结构设计标准规范之中,如EN14015(欧洲)和API650(美国)。设计师可以根据规范设计薄壁储罐。下图比较了几个不锈钢和碳钢牌号的屈服强度和耐点蚀性能。与奥氏体不锈钢和碳钢相比,双相不锈钢有很大的强度优势。随着设计师和用户对这些优势的了解,双相不锈钢储罐的设计、建造和使用不断增加。

图1 多个不锈钢牌号的屈服强度和耐蚀性能,碳钢作为对比。

(来源:Outokumpu)
其它优点
建造成本
碳钢储罐需要防腐措施,这大大增加了其建造成本。设计碳钢储罐时必须留出“腐蚀余量”,即壁厚应超出结构强度所需要的厚度,考虑到腐蚀造成的金属损失。为了防止腐蚀,碳钢储罐的内外还需要进行喷涂处理,常常还需要额外的阴极或阳极保护。这些防腐措施使涂层碳钢储罐的建造成本比双相不锈钢储罐高,尤其是存放腐蚀性物质的储罐。图2是一个30年寿命周期成本分析的总结,结果表明双相不锈钢储罐的建造成本比其它材料的储罐都低。
图2 直径20米、高20米的储罐,存贮20℃的液体,设计标准API650。比较双相不锈钢EDX2304、碳钢和304L不锈钢储罐30年寿命周期成本(LCC)。双相不锈钢储罐的建造成本最低,寿命周期成本比碳钢储罐低很多。来源:奥托昆普。
运行成本和生命周期成本
图2还说明了双相不锈钢的长期成本优势。碳钢储罐每隔5-10年必须重新喷涂以保护其不被腐蚀。阴极保护和阳极保护也会增加运行成本,如电费、设备维护和电极更换的费用。双相不锈钢除清洗外,几乎不需要其它维护,提高了储罐利用率和生产率。双相不锈钢储罐如果选用正确,可以无限期使用下去。即使储罐由于某些原因(并非损坏)退役,仍有较高的废钢价值,可以进一步降低寿命周期成本。
环保方面的优势 
双相不锈钢的生产采用高比例的回收废钢,从而减少对高能耗炉料的需求。既保护了资源,又降低了总能耗。不锈钢储罐还能避免喷涂工艺中的挥发性有机化合物。它们良好的耐腐蚀性大大降低了储罐失效及可能的泄漏和对生命及环境造成破坏的风险。双相不锈钢储罐报废后,可以回收再利用。
多用途
与碳钢不同,不锈钢可耐多种腐蚀性化学品。不锈钢可用于食品饮料行业,易清洗和消毒。不锈钢储罐的多用途特点对于罐式集装箱船和化学品船的业主和运营公司而言尤其重要,因为他们运输的货品经常变化。采用含钼2%的316L奥氏体不锈钢或含钼3%的双相不锈钢制造的储罐,尽管成本较高,但其上佳的耐腐蚀性能几乎无一例外地证明,这是正确的选择。多用途对于地面储罐也很重要。一个储罐的成本肯定比二个便宜,而且它们可以储存多种产品,这对第三方仓储码头的业主和运营者而言是个明显的优势。
双相不锈钢有多个牌号,它们的耐蚀性和价格不同,为用户提供了多种选择。上述氯化物环境中临界点蚀温度(CPT)与强度的图表进一步说明这一点。对于多种不同的腐蚀性介质,有类似的数据供参考,储罐所有者可以根据环境条件选择最佳材料。
应用实例
尽管双相不锈钢用于储罐建造是比较新的应用,但有些双相不锈钢储罐已经用了许多年。早在1989年,瑞典就建造2205双相不锈钢磷酸储罐。该储罐一直正常使用,直到几年前因其他原因(不是储罐的问题)而停用。
2015年西班牙最大的一家酿酒厂更换严重腐蚀的碳钢储罐时,也选用了2205双相不锈钢储罐。双相不锈钢屈服强度460Mpa,重量比碳钢轻25%。双相钢耐均匀腐蚀和应力腐蚀开裂的性能很强,耐点蚀当量(PREN)高达35。其宽幅中厚板和薄板产品最大限度地减少了焊接时间和填充金属的消耗,有效降低了建造成本。有了第一次使用双相不锈钢的经验,该公司计划今后全部使用这种材料。

西班牙酿酒厂的2205双相不锈钢储罐©Outokumpu

德国一家储罐生产企业选用含钼1.6%的LDX2404双相不锈钢制造沼气储罐,因为它强度高,耐蚀性好。选用该牌号,材料重量减轻达25%,还节约了相关费用。螺栓固定的储罐可以拆卸移动,所以,罐体重量轻也意味着可节省搬运费。

德国LDX2404双相不锈钢制成的沼气储罐©Börger GmbH

EDX2304是传统的2304双相不锈钢的衍生牌号,与后者相比,其铬、钼(0.5% vs 0.3%)和氮含量较高。这是钢厂为海洋油气行业开发的钢种,目前也用于储罐。此改进型牌号无论是强度还是耐蚀性都优于2304,PREN值确保在28以上,高于2304(PREN值26)。第一个采用该牌号储罐的用户是一家瑞典公司,第二个此牌号储罐项目在荷兰。
西班牙毕尔巴鄂油罐码头的2304双相不锈钢储罐©Outokumpu/Acedika

荷兰的棕榈油储罐,采用LDX2101®双相不锈钢建造©Loders Croklaan

未来的储罐
双相不锈钢为储罐所有者和使用者提供了多种优势。其建造成本普遍低于碳钢储罐,由于几乎零维护,运行成本的优势更加明显。双相不锈钢由于耐腐蚀性能优异,使用寿命几乎是无限的,可减少事故造成的环境污染风险。它们容易清洗,可储存各类物质,比碳钢储罐用途更加广泛。如果真到了使用寿命结束那一天,它们的回收价值高于传统储罐。而且在使用过程中,不存在性能劣化和材料损耗,其较高的材料价值,可回收再利用,节能降耗,具有显著的可持续优势。这些都离不开钼的贡献。双相不锈钢储罐颇具竞争力,未来需求必将会不断增长。

相关阅读:

双相不锈钢特点、分类和发展

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