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食品级储存和运输压力容器应用

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  储存和运输容器:不锈钢的应用不断增长

  当产品生产完成并准备进入市场时,需要把他们放在哪儿?当订单拿到后,产品如何运输?此文调查了在不同工厂使用的各种类型的储存罐和运输罐。无论是腐蚀性、重量考虑、卫生、环境或售后维修,当涉及到储存和运输产品时,不锈钢正越来越多地取代碳钢。在各种各样的不锈钢 中,双相钢由于具有更好的强度-重量比和抗腐蚀性能,已经逐步取代了奥氏体不锈钢。

  1引言

  随着经济越来越全球化,储存和运输也变得越来越重要。在一些特定环境中需要强度高、经久耐用的材料。这就是为什么不锈钢正取代碳钢且牌号不断提高的原因。容器广义上可以分为压力容器(高温高压环境)和储存运输容器(常压或接近常压的环境),。

  2运输

  容器是为储存和运输服务的。在运输环节,重量轻非常重要,因为较轻的重量可以节省燃料,提高有效载重。奥氏体不锈钢如304L和316是标准材料,其制作的容器主要用来运输食物、日用品和矿泉水。304已经被用来运输柏油路的沥青。但是3个意大利制造厂已开始使用LDX2101®,由于它有着更薄的容器规格且可减少重量,因此这种替代很具有吸引力。对于腐蚀性更强的物质,需要比304或316更强的材料,经济型双相钢也许能解决这个问题。奥托昆普的经济型双相不锈钢LDX 2101®被用来运输硫酸。

  3 制作储存容器

  储存容器有多种形状和尺寸。大部分是圆柱形的,一些较大的是垂直的,其他是水平的。储存容器的顶部和底端是平的或是圆锥形的。底部为圆锥形的容器包括食物储存罐(配有通过旋转来混合物质的搅拌器)和用于酿造和酿酒的发酵罐。

  储存容器的材料和设计要考虑很多因素,包括储存的物质、体积、储存容器的尺寸和三维、结构和排水系统等。当然,标准也起着很重要的作用,根据国家、使用的目的(家庭用或是工业用)和潜在的风险(例如,储存容器是否靠近排水道,是用于地下的、掩埋的还是地上的)的不同,标准也不同。在某些领域应用是需要对材料进行选择的。例如化粪池使用碳钢、不锈钢、聚酯或纤维。储存LNG,则可以从镍合金或不锈钢中选择几种钢种。

  使用不锈钢的优点主要有抗腐蚀性、卫生、好的强度-重量比、几乎无后续维修,不需要涂敷,无废品且可循环使用。这是具有优异抗腐蚀性和高强度的经济型双相不锈钢常取代碳钢的原因之一。鉴于经济型双相钢无论是初期投资成本还是生命周期成本都更加经济,因此其被选用在几个工程项目中。

  容器的制作是一门高度专业的艺术,制作厂和客户可以选择在商店或者现场制作,也可以选择焊接或者铆接的方式组装。由于现场空间的局限性,对大容器来说,通常选择在现场制作。制造厂在发送容器组件时会同时派遣职工来指导现场制作过程。容器可由薄卷板卷成圈来制作。开平机用来制作由卷板制成的容器,按照从上到下的方式制作以避免脚手架的危险。相比铆接,焊接(通常采用药芯焊丝保护焊的方法)更常用。焊接后,容器经机械清理、酸洗来修复表面。在储存药物或食物时,需要高度的硬度和光滑度,以此来提高清洁度并且确保储存物质的纯净度。

  在储存腐蚀性强的物质时,焊接更加安全。但是铆接也有其一定优势:现场施工时间短,容器可拆卸并可快速移动。有时可移动性是很重要的,例如,一个农民想把沼气罐从一个地方转移到另一个地方时。

  4制造工业

  对卫生和抗腐蚀性的要求越高,使用不锈钢的可能性就越大。储油罐很少使用不锈钢,然而在储存和输运某些特定类型的食物饮料、饮用水、废水或者化学物品时,经常使用不锈钢。在原来使用奥氏体不锈钢的地方,双相不锈钢逐渐取代其位置,这一趋势变得常态化。尤其是在较大、较重的容器上,双相不锈钢可以减轻重量并且有着更好的强度。当需要更高的抗应力腐蚀性能时,双相不锈钢比304或者316更具有吸引力。新近开发的牌号如LDX 2101®,LDX 2404®和NSSC 2120可以取代奥氏体不锈钢应用在许多工业上:饮食行业、日用品、化学、纸浆造纸、饮用水、废水和热水储存容器。

  在饮食和日用品行业中,小容器一般由304L和316L制成。当饮食行业存在腐蚀性更强的介质时,如盐、腌制食品、酱油、番茄酱或糖浆,则需要用到更高级别的钢种,如904L、254 SMO®或双相不锈钢钢。经济型双相钢被越来越多的应用到储存蜂蜜或食用油的大容器上。LDX 2101®已被应用到棕榈油的储存罐和玉米筒仓中。在炼糖厂,糖浆在80℃会引起316L的应力腐蚀开裂。由双相2205替代316L作容器可解决这个问题。日用品行业是304L和316L主导的另一个行业。然而在一些应用中,它们的耐腐蚀性不够。在用于奶酪盐的盐水中,其氯化钠含量可以达到30%。在冰激凌制作过程中,制冷剂(氯化钙)与蒸汽相混合会导致模具形成点蚀和应力腐蚀裂纹。在上述两个例子中,6Mo式254 SMO®可有效地取代316L。酿造业材料也是由304L和316L主导,也有一些使用301LN。对于酿葡萄酒,材料316L是标准材料。然而,在葡萄酒和啤酒厂,双相钢(LDX 2101®)可以减轻重量(例如在西班牙的酒池公园),其优良的强度可用作储存像普洛赛克气泡酒的带有压力的容器。

  在化学、制药和生物能源行业的储存容器使用的材料范围很广,从奥氏体到6Mo、904L、双相钢、镍基合金、钛和锌。温度和腐蚀性是两个很重要的因素,双相钢的使用只能在-40℃到250℃之间。在其他一些使用中性腐蚀剂的地方,经济型双相不锈钢正在取代奥氏体钢,以减小厚度、节约材料、减轻重量。一个例子是Acideka决定为新型储存容器使用经济型双相钢2304,结果比316L节省了20%的材料。在德国, Borger 用LDX2404®制作沼气储存容器,节省了25%的材料。

  5液化气

  液化气的储存和运输包含很多产品,包括氨气,氩气,二氧化碳,乙烯,液化石油气,液化天然气(LNG),氧气和氮气。在温度较高的冷却条件下使用双相钢。例如,意大利公司OMSPMacola把双相钢2205和LDX 2101®应用在运输液态二氧化碳油罐车的内壳板上。对于更冷的条件如运输储存LNG,要用钢或不锈钢镍合金。LNG是液化后的甲烷气体,为了便于运输其体积减少到1/600。它的沸点大约是-162℃。如此低的温度需要低温脆性较好的材料。液化天然气储存罐类似巨大的热水瓶,由地平面下的内壳和外壳组成。其结构多种多样,但内壳都是由9%镍材料组成的,以承受冷冻条件。在海洋中,液态天然气是通过特殊双壳运输船运送的。运输船有两种类型:球形罐和膜式的运输船。尽管球形系统(Kvaerner-Moss)早期使用9%镍钢,目前使用的是铝合金罐。现在常用的膜式系统,可以分成两个子系统: No.96和Mark Ⅲ。No.96系统包含两层膜,都由因瓦合金(36%Ni)制造。珠光体在两层薄膜之间及外薄膜与内壳之间起绝缘作用。Mark Ⅲ系统由波纹的不锈钢304L制成的初级膜和复合层压材料制成的次级膜。在地上,液化天然气罐车运输天然气的温度为-196℃,其内壳通常使用304L,外壳使用附有涂层的碳钢。

  6核废料存储

  根据辐射程度和持续时间,核废料可分为三种:低级、中级和高级。储存高级别的核废料(HLW,从自身裂变过程中产生)是一个很棘手的问题。长期储存仍然是难以达到的目标,特别是工程结束后,在尤卡山建的储藏地也会被一起放弃。

  对于高级别的废料来说,最常用的储藏方式是玻化,如把放射性液体废料与玻璃混合形成固态化合物。把固态化合物放入具有两层壁的罐中,壁材料为由硼酸处理过的304L不锈钢。添加硼是为了吸收更多的辐射。尽管最近发展的预合金粉末冶金技术已大大降低了生产成本,但这种合金仍很难生产。

  在容器的制造上,不锈钢在很多地方已取代了碳钢。在不锈钢容器领域,双相钢开始取代奥氏体钢,考虑到镍的价格,双相钢原材料更加节约成本。双相钢的另一大优势是可以减轻重量,从而使运输、现场建造和拆除更加容易。在较小的设备上,使用双相钢优势不大,但是在较大的设备中,重量是一个很重要的因素,因此双相钢的优势会更加明显。


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