專利名稱：用于容納、運輸?shù)蜏亓黧w的工藝部件、容器及管路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于容納、運輸?shù)蜏亓黧w的工藝部件、容器及管路，更具體地講涉及由超高強度、低合金鋼制成的工藝部件、容器及管路，該合金鋼的鎳含量小于9％(重量)，拉伸強度高于830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
在工業(yè)中，常常需要具有足夠韌性的工藝部件、容器和管路來無故障地處理、容納和運輸?shù)蜏叵碌牧黧w，即低于約-40℃(-40°F)溫度。在烴類和化學處理工業(yè)中尤其如此，例如低溫處理已用于實現(xiàn)烴類液體和氣體的組分分離，也用于氧和二氧化碳液體的分離和儲存。
在工業(yè)中還有其它一些低溫工藝，包括如低溫發(fā)電循環(huán)、制冷循環(huán)和液化循環(huán)。在低溫發(fā)電過程中，一般采用逆向蘭金循環(huán)及其派生方法通過從超低溫源回收可用的低溫能量來產(chǎn)生電力。在最簡單的循環(huán)方式中，使用與發(fā)電機相連的可產(chǎn)生功的渦輪將合適的液體，如乙烯，在低溫下冷凝，用泵加壓，然后汽化并膨脹。
泵廣泛地用于移動處理和制冷系統(tǒng)中的低溫流體，其中溫度可低于約-73℃(-100°F)。另外，在處理過程中當易燃流體釋放入火炬系統(tǒng)時，流體壓力會降低，例如通過一個壓力安全閥，流體壓力的降低會引起與之相伴的流體溫度降低，如果壓力降低很大，所引起的流體溫度會很低，使得在火炬系統(tǒng)中慣常使用的碳鋼的韌性不足，一般碳鋼在低溫下會發(fā)生斷裂。
在許多工業(yè)應用領(lǐng)域，流體在高壓下儲存和運輸，即同壓縮氣體一樣。通常，壓縮氣體的儲存和運輸容器由標準市售碳鋼或鋁制成，以達到頻繁裝卸的流體運輸容器所需的韌性，并且容器的器壁必須較厚以提供容納高加壓壓縮氣體所需的強度。具體講，加壓氣體鋼瓶已廣泛地用于儲存和運輸氣體，舉例來說，如氧氣、氮氣、乙炔、氬氣、氦氣和二氧化碳。另一種方式是將流體的溫度降低，制成飽和液體(如果必要的話甚至使之過冷)，這樣流體便可以作為液體儲存和運輸。流體可在與其始沸點條件相對應的壓力和溫度下液化。如果存在儲存和運輸加壓低溫流體的低成本方法的話，在加壓低溫條件下儲存和運輸流體在經(jīng)濟上具有其優(yōu)越性，這決定于流體的特性?？捎脦追N方法來運輸加壓低溫流體，如油罐車、油罐火車和船舶運輸。當加壓低溫流體在加壓低溫狀態(tài)由當?shù)嘏浣o站使用時，除上述儲存和運輸容器外，另一種可供選擇的方法是輸送管線配給系統(tǒng)，即可生產(chǎn)和/或儲存大量低溫流體的中心儲存區(qū)域與當?shù)嘏浣o站或用戶之間的管路。所有以上的運輸方法均需要使用由這樣的材料制成的儲存容器和/或管路，該材料應具有足夠的低溫韌性以防止斷裂并具有足夠的強度以保持高流體壓力。
韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)劃分了結(jié)構(gòu)鋼的兩個斷裂范圍，低于DBTT溫度，鋼中的斷裂易于以低能量解理斷裂(脆斷)方式，而高于DBTT溫度，鋼中的斷裂易于以高能量韌性斷裂方式，對于制造上述在低溫條件下使用和其它在低溫服役條件下承載的工藝部件及儲存容器所用的焊接鋼材，其基體鋼和焊接熱影響區(qū)的DBTT均必須遠低于服役溫度，以防止由低能量解理斷裂所導致的失效。
通常用于低溫結(jié)構(gòu)件的含鎳鋼，例如鎳含量大于約3wt％的鋼，具有低的DBTT，但其抗拉強度也較低。一般來說，市售的含鎳量分別為3.5wt％，5.5wt％和9wt％的鋼，其DBTT分別約為-100℃(-150°F),-155℃(-250°F)和-175℃(-280°F)，拉伸強度最高分別為約485MPa(70Ksi),620MPa(90Ksi和830MPa(120Ksi)。為了實現(xiàn)所述強度與韌性的組合，這些鋼一般需進行價格昂貴的處理，如雙退火處理。在低溫應用場合，工業(yè)界目前使用的是這些商品化的含鎳鋼，原因在于它們的低溫韌性好，但必須針對它們較低的拉伸強度進行設(shè)計，一般來說，為滿足承載、低溫場合的要求，設(shè)計時需要鋼的厚度過大。因此，由于這些鋼的成本高并且所需要的厚度大，所以這些含鎳鋼在承載、低溫場合下使用時一般價格昂貴。
盡管一些市售的碳鋼具有低至約-46℃(-50°F)的DBTTS，但常用來建造市售的用于烴類和化學處理的工藝部件和容器的碳鋼，其韌性不足以在低溫條件下使用。按照慣例，目前常使用低溫韌性好于碳鋼的材料，例如上述商品化的含鎳鋼(3.5wt％～9wt％Ni)、鋁(Al-5083或Al-5085)、或不銹鋼來制造在低溫條件下使用的商業(yè)化的工藝部件和容器，并且，有時使用一些特殊的材料，如鈦合金和環(huán)氧樹脂浸漬的編織玻璃纖維復合材料。然而，用上述材料制成的工藝部件、容器和/或管路，為得到所需的強度，常需要增加壁厚，這就加大了必須支撐和/或運輸?shù)乃霾考腿萜鞯闹亓?，常大大地加大項目的成本。另外，這些材料比標準碳鋼貴得多，部件和容器的壁厚加大后，其支撐和運輸費用提高，加上制造上述部件和容器的材料成本提高，這會降低整個項目在經(jīng)濟上的吸引力。
所以，需要合適的工藝部件和容器以經(jīng)濟地容納和運輸?shù)蜏亓黧w，也需要合適的管路以經(jīng)濟地容納和運輸?shù)蜏亓黧w。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供適于經(jīng)濟地容納和運輸?shù)蜏亓黧w的工藝部件和容器，并提供適于經(jīng)濟地容納和運輸?shù)蜏亓黧w的管路。本發(fā)明的另一目的是提供由這樣的材料制成的工藝部件、容器和管路，該材料同時具有足夠的強度和斷裂韌性以容納加壓低溫流體。
上述新型工藝部件和容器可有利地用于，如回收天然氣液體的低溫膨脹設(shè)備，液化天然氣(“LNG”)處理和液化工藝，Exxon ProductionResearch Company率先采用的控制凝固區(qū)域(“CFZ”)工藝，低溫制冷系統(tǒng)，低溫發(fā)電系統(tǒng)，與乙烯和丙烯生產(chǎn)相關(guān)的低溫處理過程。使用這些新型的工藝部件、容器和管路，可有利地降低常規(guī)碳鋼在低溫服役時經(jīng)常發(fā)生的低溫脆性斷裂危險。另外，這些工藝部件和容器也可提高項目的經(jīng)濟吸引力。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的固定管板、單通道式熱交換器示意圖。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的釜形再沸器熱交換器示意圖。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的膨脹式進料分離器示意圖。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的火炬系統(tǒng)示意圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖。
圖7是用在逆向蘭金循環(huán)中的本發(fā)明冷凝系統(tǒng)示意圖。
圖8是用在串聯(lián)式制冷循環(huán)中的本發(fā)明冷凝器示意圖。
圖9是用在串聯(lián)式制冷循環(huán)中的本發(fā)明汽化器示意圖。


圖10是依據(jù)本發(fā)明的泵系統(tǒng)示意圖。
圖11是依據(jù)本發(fā)明的處理塔系統(tǒng)的示意圖。
圖12是依據(jù)本發(fā)明的另一種處理塔系統(tǒng)的示意圖。
圖13A是對于給定的裂紋長度，臨界裂紋深度和CTOD斷裂韌性及殘余應力之間的關(guān)系圖。
圖13B是裂紋的幾何尺寸(長度和深度)示意圖。
雖然本發(fā)明結(jié)合其優(yōu)選的實施方案進行了描述，但應當理解的是本發(fā)明并沒有因此而受到限制。相反地，本發(fā)明旨在覆蓋所有的替代方案、修改方案和等效方案，它們都包含在附后的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及適于處理、容納和運輸?shù)蜏亓黧w的新型工藝部件、容器及管路。此外，涉及由包括超高強度、低合金鋼材料制成的工藝部件、容器及管路，該合金鋼的鎳含量小于9wt％，拉伸強度高于約830MPa(120ksi)且DBTT低于約-73℃(-100°F)。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的基體板和焊接時的熱影響區(qū)(HAZ)均具有優(yōu)異的低溫韌性。
提供適于處理、容納低溫流體的工藝部件、容器及管路，該工藝部件、容器及管路由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該合金鋼的鎳含量小于約9wt％，拉伸強度高于約830MPa(120ksi)且DBTT低于約-73℃(-100°F)。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的鎳含量低于約7wt％，更優(yōu)選低于約5wt％。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的拉伸強度高于約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選高于約900MPa(130ksi)。甚至更優(yōu)選地，本發(fā)明的工藝部件、容器和管路由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，其拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，DBTT低于約-73℃(-100°F)。
五個共同未決的美國臨時專利申請(“PLNG專利申請”)，各自題為“用于處理、儲存和輸送液化天然氣的改進的系統(tǒng)”，描述了用于儲存和海上運輸加壓液化天然氣(PLNG)的容器及油輪，該加壓液化天然氣處于約1035kPa(150psia)～約7590kPa(1100psia)的寬壓力范圍內(nèi)和約-123℃(-190°F)～約-62℃(-80°F)的寬溫度范圍內(nèi)。上述PLNG專利申請中的最近的優(yōu)先權(quán)日為1998年5月14日，申請人的案卷號是No.97006P4，美國專利商標局(“USPTO”)給予的申請?zhí)枮?0/085467。所述第一個PLNG專利申請的優(yōu)先權(quán)日為1997年6月20日，USPTO給予的申請?zhí)柺?0/050280。所述第二個PLNG專利申請的優(yōu)先權(quán)日是1997年7月28日，USPTO給予的申請?zhí)柺?0/053966。所述第三個PLNG專利申請的優(yōu)先權(quán)日是1997年12月19日，USPTO給予的申請?zhí)柺?0/068226。所述第四個PLNG專利申請的優(yōu)先權(quán)日是1998年3月30日，USPTO給予的申請?zhí)柺?0/079904。此外，所述PLNG專利申請描述了用于處理、儲存和運輸PLNG的系統(tǒng)和容器。優(yōu)選地，加壓液化天然氣燃料在約1725kPa(250psia)～約7590kPa(1100psia)的壓力和約-112℃(-170°F)～約-62℃(-80°F)的溫度下儲存，更優(yōu)選地，加壓液化天然氣燃料在約2415kPa(350psia)～約4830kPa(700psia)的壓力和約-101℃(-150°F)～約-79℃(-110°F)的溫度下儲存，甚至更優(yōu)選地，加壓液化天然氣燃料的壓力和溫度范圍的低限為約2760kPa(400psia)和約-96℃(-140°F)。本發(fā)明的工藝部件、容器和管路可優(yōu)選地用于處理PLNG，但本發(fā)明并不限于此。用于制造工藝部件、容器和管路的鋼根據(jù)本文所述的公知斷裂力學原理，對于任何超高強度、低合金鋼，其鎳含量低于9wt％而且具有足夠的韌性來盛裝低溫液體，例如PLNG時，都可用于制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路。用于本發(fā)明的一個實例鋼(并不因此限制本發(fā)明)是一種可焊接、超高強度、低合金鋼，其鎳含量低于9wt％，拉伸強度高于830MPa(120ksi)，并且該鋼具有足夠的韌性以防止在低溫操作條件下發(fā)生斷裂(即一種失效現(xiàn)象)。用于本發(fā)明的另一個實例鋼(并不因此限制本發(fā)明)是一種可焊接、超高強度、低合金鋼，其鎳含量低于3wt％，拉伸強度至少約1000MPa(145ksi)，并具有足夠的韌性以防止在低溫操作條件下發(fā)生斷裂(即一種失效現(xiàn)象)。優(yōu)選地，這些實例鋼的DBTT溫度低于約-73℃(-100°F)。
鋼制造技術(shù)的最近進展使得制造具有優(yōu)異低溫韌性的新型超高強度、低合金鋼成為可能。例如，授予Koo等人的三個美國專利5531842、5545269和5545270描述了一些新型的鋼和用于加工這些鋼的方法，以用來生產(chǎn)拉伸強度約為830MPa(120ksi)、965Mpa(140ksi)或更高的鋼板。為使超高強度、低合金鋼不僅在基體鋼中而且在焊接時熱影響區(qū)(HAZ)中都具有優(yōu)異低溫韌性，其中所描述的鋼和處理方法已經(jīng)被改進和變動，以提供鋼的化學成分和生產(chǎn)方法來生產(chǎn)超高強度、低合金鋼。這些超高強度、低合金鋼也具有改善的韌性，其韌性超過標準市售的超高強度低合金鋼。在題為“具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度的鋼”的共同未決的臨時專利申請中，描述了這種改良鋼，其優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日，該申請被美國專利商標局(USPTO)確定的申請?zhí)枮?0/068194；在題為“具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度奧氏體時效鋼”的共同未決的臨時專利申請中，也描述了這種改良鋼，其優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日，該申請被美國美國專利商標局(USPTO)確定的申請?zhí)枮?0/068252；在題為“具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度雙相鋼”的共同未決的臨時專利申請中，同樣描述了這種改良鋼，其優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日，該申請被美國美國專利商標局(USPTO)確定的申請?zhí)枮?0/068816。(總體來說“鋼專利申請”)。
在所述鋼專利申請中描述的和下面的實例中進一步描述的新型鋼尤其適合于建造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路，優(yōu)選厚度約為2.5厘米(1英寸)和更大尺寸的鋼板，所述鋼具有下列特性(ⅰ)在基體鋼和焊接熱影響區(qū)，DBTT均低于約-73℃(-100°F)，優(yōu)選低于約-107℃(-160°F)；(ⅱ)拉伸強度大于830MPa(120ksi)，優(yōu)選大于約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選大于約900MPa(130ksi)；(ⅲ)優(yōu)良的可焊性；(ⅳ)沿厚度方向的顯微組織和性能基本一致；和(ⅴ)改善的韌性，超過標準市售的超高強度低合金鋼。甚至更優(yōu)選的是，這些鋼的拉伸強度大于約930MPa(135ksi)，或大于約965MPa(140ksi)或大于約1000MPa(145ksi)。
第一個鋼實例正如上面所討論的，優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日、題為“具有極好低溫韌性的超高強度的鋼”、USPTO給予的申請?zhí)枮?0/068194的共同未決的美國臨時專利申請描述了一種適合用于本發(fā)明的鋼。它提供了制備超高強度鋼板的一種方法，該超高強度鋼板的顯微組織主要包括回火細晶板條馬氏體、回火細晶下貝氏體或其混合物，其中該方法包括以下步驟(a)將鋼坯加熱到足夠高的再加熱溫度，使(ⅰ)鋼坯充分均勻化，(ⅱ)鋼坯中所有鈮和釩的碳化物、碳氫化物充分溶解，(ⅲ)在鋼坯中形成細小的初始奧氏體晶粒；(b)在奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼坯軋成鋼板；(c)在高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度且低于Tnr溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼板進一步減薄；(d)以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率將鋼板淬火至淬火停止溫度，該淬火停止溫度低于約MS轉(zhuǎn)變溫度加上200℃(360°F)；(e)停止淬火；(f)將鋼板進行回火處理，回火溫度約為400℃(752°F)～Ac1轉(zhuǎn)變溫度，優(yōu)選至多(但不包括)Ac1轉(zhuǎn)變溫度，保溫足夠的回火時間以析出硬化顆粒，即一種或多種ε-銅，Mo2C，或鈮和釩的碳化物和碳氮化物。足以析出硬化顆粒所需的時間主要取決于鋼板的厚度、鋼板化學成分和回火溫度，而且可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員進行確定。(參見術(shù)語表中有關(guān)主要地、硬化顆粒、Tnr溫度、Ar3轉(zhuǎn)變溫度、Ms轉(zhuǎn)變溫度、Ac1轉(zhuǎn)變溫度和Mo2C的定義)。
為了確保在室溫和低溫下的韌性，該第一實例鋼優(yōu)選具有這樣顯微組織主要包括回火細晶下貝氏體、回火細晶板條馬氏體或其混合物。優(yōu)選將諸如上貝氏體、孿晶馬氏體以及MA之類的脆性組分降至最低。在該第一鋼實例中以及在權(quán)利要求書中，“主要”指的是至少為約50％(體積)。更優(yōu)選的顯微組織至少包括約60％～80％(體積)的回火細晶板條馬氏體、回火細晶下貝氏體或其混合物。甚至更優(yōu)選的顯微組織至少包括約90％(體積)的回火細晶板條馬氏體、回火細晶下貝氏體或其混合物。最優(yōu)選地，顯微組織基本上包括100％的回火細晶板條馬氏體。
按照第一鋼實例，鋼坯的生產(chǎn)過程以通常的方式進行，而且在一個實施方案中，該鋼坯包含鐵和下述合金元素，合金元素的加入量優(yōu)選下表Ⅰ中所列出的重量范圍表Ⅰ合金元素范圍(wt％)碳(C) 0.04-0.12，更優(yōu)選0.04-0.07錳(Mn) 0.5-2.5，更優(yōu)選1.0-1.8鎳(Ni) 1.0-3.0，更優(yōu)選1.5-2.5銅(Cu) 0.1-1.5，更優(yōu)選0.5-1.0鉬(Mo) 0.1-0.8，更優(yōu)選0.2-0.5
鈮(Nb) 0.02-0.1，更優(yōu)選0.03-0.05鈦(Ti) 0.008-0.03，更優(yōu)選0.01-0.02鋁(Al) 0.001-0.05，更優(yōu)選0.005-0.03氮(N) 0.002-0.005，更優(yōu)選0.002-0.003有時在鋼中添加釩(V)，優(yōu)選的釩含量至多約0.10wt％，更優(yōu)選的釩含量約為0.02wt％～0.05wt％。
有時在鋼中添加鉻(Cr)，優(yōu)選的鉻含量至多約1.0％(重量)，更優(yōu)選的鉻含量約為0.2wt％～0.6wt％。
有時在鋼中添加硅(Si)，優(yōu)選的硅含量至多約0.5wt％，更優(yōu)選的硅含量約為0.01wt％～0.5wt％，甚至更優(yōu)選的硅含量約為0.05wt％～0.1wt％。
有時在鋼中添加硼(B)，優(yōu)選的硼含量至多約0.0020wt％，更優(yōu)選的硼含量約為0.0006wt％～0.0010wt％。
鋼中的鎳含量優(yōu)選至少約1wt％。如果需要提高焊接后的性能，鋼中的鎳含量可增至約3wt％以上。鎳含量每增加1wt％，鋼的DBTT溫度預計降低10℃(18°F)左右。鎳含量優(yōu)選低于9wt％，更優(yōu)選低于約6wt％。為使鋼的成本降至最低，優(yōu)選將鎳含量降至最低。如果鎳含量增至超過約3wt％，錳含量可減少到約0.5wt％～0.0wt％。因此，從廣義上說，優(yōu)選的錳含量至多約2.5wt％。
另外，優(yōu)選將鋼中的殘渣基本上減至最少。磷(P)含量優(yōu)選低于約0.01wt％。硫(S)含量優(yōu)選低于約0.004wt％。氧(O)含量優(yōu)選低于約0.002wt％。
稍微詳細地講，上述第一實例鋼的制備方法如下形成具有上述所需成分的板坯；將板坯加熱到約955℃～約1065℃(1750°F-1950°F)的溫度；在奧氏體再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，即高于約Tnr溫度，通過一道或多道熱軋將板坯壓縮約30％～70％，形成鋼板；之后在低于Tnr溫度但高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋，將鋼板減薄約40％～80％。然后將熱軋鋼板以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率淬火至適宜的QST(見術(shù)語表中的定義)溫度，該QST溫度大約在MS轉(zhuǎn)變溫度加上200℃(360°F)以下，此時淬火被終止。在該第一鋼實例的一個實施方案中，鋼板隨后被空冷至室溫。該方法可用于形成這樣的顯微組織該顯微組織優(yōu)選主要包括細晶板條馬氏體、細晶下貝氏體、或它們的混合，或者，更優(yōu)選包括基本上100％的細晶板條馬氏體。在該第一鋼實例的鋼中，直接淬火的馬氏體具有超高強度，但它的韌性可通過在約400℃(752°F)～約Ac1轉(zhuǎn)變溫度之間的合適的溫度下進行回火而得以改善。在這個溫度范圍內(nèi)進行回火還可降低淬火應力，進而提高鋼的韌性。盡管回火可提高鋼的韌性，但通常會引起相當大的強度損失。在本發(fā)明中，由回火引起的強度損失通過析出彌散硬化來彌補。在馬氏體組織的回火過程中，由細小的銅析出和碳化物和/或碳氮化物的混合所引起的彌散硬化可用來優(yōu)化其強度和韌性。上述第一實例鋼的獨特的化學成分，可使其在約400℃～約650℃(750°F-1200°F)這一寬溫度范圍內(nèi)進行回火而不引起淬火狀態(tài)強度的任何明顯損失。優(yōu)選地，鋼板的回火溫度為約400℃(752°F)～Ac1轉(zhuǎn)變溫度，保溫時間應足以使硬化顆粒(見本發(fā)明的定義)析出。該處理方法可促進鋼板的顯微組織轉(zhuǎn)變成以回火細晶板條馬氏體、回火細晶下貝氏體、或它們的混合為主。此外，足以使硬化顆粒析出的保溫時間主要取決于鋼板的厚度、鋼板的化學成分以及回火溫度，而且該時間可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員進行確定。第二個鋼實例正如上面所討論的，優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日、題為“具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度奧氏體時效鋼”、USPTO給予的申請?zhí)枮?0/068252的共同未決的美國臨時專利申請描述了其它適合用于本發(fā)明的鋼。它提供了制備超高強度鋼板的一種方法，該超高強度鋼板具有微層狀的顯微組織，包括約2vol％～10vol％的奧氏體膜層及約90vol％～98vol％的主要為細晶馬氏體和細晶下貝氏體的板條。其中該方法包括以下步驟(a)將鋼坯加熱到足夠高的再加熱溫度，使(ⅰ)鋼坯充分均勻化，(ⅱ)鋼坯中所有鈮和釩的碳化物、碳氮化物充分溶解，(ⅲ)在鋼坯中形成細小的初始奧氏體晶粒；(b)在奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼坯軋成鋼板；(c)在高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度且低于Tnr溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼板進一步減??；(d)以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率將鋼板淬火至淬火停止溫度(QST)，該淬火停止溫度約在MS轉(zhuǎn)變溫度～MS轉(zhuǎn)變溫度加上100℃(180°F)之間；(e)停止淬火。在一個實施方案中，上述第二實例鋼的工藝方法還包括使鋼板從QST溫度空冷至室溫。在另一個實施方案中，上述第二實例鋼的工藝方法還包括以下步驟使鋼板在QST溫度基本等溫地保持不超過約5分鐘，然后將鋼板空冷至室溫。在又一個實施方案中，該第二實例鋼的工藝方法還包括以下步驟將鋼板以低于約1.0℃/秒(1.8°F/秒)的速率從QST溫度緩冷至多約5分鐘，然后空冷至室溫。在又一個實施方案中，本發(fā)明的工藝方法還包括以下步驟將鋼板以低于約1.0℃/秒(1.8°F/秒)的速率從QST溫度緩冷至多約5分鐘，然后空冷至室溫。該方法可促進鋼板的顯微組織轉(zhuǎn)變成約2vol％～10vol％的奧氏體膜層和約90vol％～98vol％的主要為細晶馬氏體和細晶下貝氏體的板條(參見術(shù)語表中對Tnr溫度、Ar3和MS轉(zhuǎn)變溫度的定義)。
為確保室溫和低溫下的韌性，在微層狀顯微組織中的板條優(yōu)選主要包括下貝氏體或馬氏體。優(yōu)選將諸如上貝氏體、孿晶馬氏體及MA之類的脆性組分降至最低。在該第二實例鋼及在權(quán)利要求書中，“主要的”是指至少約50vol％。剩余的顯微組織可包括附加的細晶下貝氏體、附加的細晶板條馬氏體、或鐵素體。更優(yōu)選地，顯微組織包括至少約60vol％～80vol％的下貝氏體或板條狀馬氏體。甚至更優(yōu)選地，顯微組織包括至少約90vol％的下貝氏體或板條馬氏體。
按照第二鋼實例，鋼坯的生產(chǎn)過程以通常的方式進行。而且在一個實施方案中，該鋼坯包含鐵和下述合金元素，合金元素的加入量優(yōu)選下表Ⅱ中所列出的重量范圍表Ⅱ合金元素 范圍(wt％)
碳(C) 0.04-0.12，更優(yōu)選0.04-0.07錳(Mn) 0.5-2.5，更優(yōu)選1.0-1.8鎳(Ni) 1.0-3.0，更優(yōu)選1.5-2.5銅(Cu) 0.1-1.0，更優(yōu)選0.2-0.5鉬(Mo) 0.1-0.8，更優(yōu)選0.2-0.4鈮(Nb) 0.02-0.1，更優(yōu)選0.02-0.05鈦(Ti) 0.008-0.03，更優(yōu)選0.01-0.02鋁(Al) 0.001-0.05，更優(yōu)選0．005-0．03氮(N) 0.002-0.005，更優(yōu)選0.002-0.003有時在鋼中添加鉻(Cr)，優(yōu)選至多約1.0％(重量)，更優(yōu)選為約0.2wt％～0.6wt％。
有時在鋼中添加硅(Si)，優(yōu)選至多約0.5wt％，更優(yōu)選為約0.01wt％～0.5wt％，甚至更優(yōu)選為約0.05wt％～0.1wt％。
有時在鋼中添加硼(B)，優(yōu)選至多約0.0020wt％，更優(yōu)選為約0.0006wt％～0.0010wt％。
鋼中的鎳含量優(yōu)選至少約1wt％。如果需要提高焊接后的性能，鋼中的鎳含量可增至約3wt％以上。鎳含量每增加1wt％，鋼的DBTT溫度預計降低10℃(18°F)左右。鎳含量優(yōu)選低于9wt％，更優(yōu)選低于約6wt％。為使鋼的成本降至最低，優(yōu)選將鎳含量降至最低。如果鎳含量增至超過約3wt％，錳含量可減少到約0.5wt％～0.0wt％。因此，從廣義上說，優(yōu)選的錳含量至多約2.5wt％。
另外，優(yōu)選將鋼中的殘渣基本上減至最少。磷(P)含量優(yōu)選低于約0.01wt％。硫(S)含量優(yōu)選低于約0.004wt％。氧(O)含量優(yōu)選低于約0.002wt％。
稍微詳細地講，上述第二實例鋼的制備方法如下形成具有上述所需成分的板坯；將板坯加熱到約955℃～約1065℃(1750°F-1950°F)的溫度；在奧氏體再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，即高于約Tnr溫度，通過一道或多道熱軋將板坯壓縮約30％～70％，形成鋼板；之后在低于Tnr溫度但高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋，將鋼板減薄約40％～80％。然后將熱軋鋼板以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率淬火至適宜的QST(見術(shù)語表中的定義)溫度，該溫度約在Ms轉(zhuǎn)變溫度～Ms轉(zhuǎn)變溫度加上100℃(180°F)之間，此時淬火被終止。在該第二鋼實例的一個實施方案中，淬火終止后，鋼板隨后從QST溫度空冷至室溫。在該第二鋼實例的另一個實施方案中，在淬火終止后，將鋼板在QST溫度基本上等溫地保持一段時間，優(yōu)選至多約5分鐘，然后空冷至室溫。在又一個實施方案中，將鋼板以低于空冷的速率，即以低于約1℃/秒(1.8°F/秒)的速率緩慢冷卻，優(yōu)選冷卻至多約5分鐘。在又一個實施方案中，將鋼板以低于空冷的速率，即以低于約1℃/秒(1.8°F/秒)的速率，從QST溫度緩慢冷卻，優(yōu)選冷卻至多約5分鐘。在該第二鋼實例的至少一個實施方案中，Ms轉(zhuǎn)變溫度為約350℃(662°F)，因此，MS轉(zhuǎn)變溫度加上100℃(180°F)是大約450℃(842 °F)。
如本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員所共知，可采用任何合適的方法使鋼板在QST基本上保持等溫，例如通過在鋼板上放置一個熱毯。如本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員所公知，可采用任何合適的方法使鋼板在淬火終止后緩慢冷卻，例如通過在鋼板上放置一個絕熱層。第三個鋼實例如上面所討論的，優(yōu)先權(quán)日為1997年12月19日、題為“具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度雙相鋼”、USPTO給予的申請?zhí)柺?0/068816的共同未決的美國臨時專利申請描述了其它適合用于本發(fā)明的鋼。它提供了制備超高強度雙相鋼板的一種方法，該鋼板的顯微組織包括約10vol％～40vol％的第一相，該相基本上是100vol％(即基本純粹的或“實質(zhì)上的”)的鐵素體，以及約60vol％～90vol％的第二相，該相主要是細晶板條馬氏體、細晶下貝氏體、或它們的混合物。其中該方法包括以下步驟(a)將鋼坯加熱到足夠高的再加熱溫度，使(ⅰ)鋼坯充分均勻化，(ⅱ)鋼坯中所有鈮和釩的碳化物、碳氮化物充分溶解，(ⅲ)在鋼坯中形成細小的初始奧氏體晶粒；(b)在奧氏體發(fā)生再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼坯軋成鋼板；(c)在高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度且低于Tnr溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼板進一步減?。?d)在低于Ar3轉(zhuǎn)變溫度且高于Ar1轉(zhuǎn)變溫度的第三溫度范圍(即亞臨界溫度范圍)內(nèi)，通過一道或多道熱軋將鋼板進一步減薄；(e)以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率將上述鋼板淬火至淬火停止溫度(QST)，該淬火停止溫度優(yōu)選約在MS轉(zhuǎn)變溫度加上200℃(360°F)以下；以及(f)停止淬火。在該第三鋼實例的另一個實施方案中，QST溫度優(yōu)選在約Ms轉(zhuǎn)變溫度加上100℃(180°F)以下，更優(yōu)選低于約350℃(662°F)。在該第三鋼實例的一個實施方案中，步驟(f)之后鋼板便空冷至室溫。該方法有利于使鋼板的顯微組織轉(zhuǎn)變成約10vol％～40vol％的鐵素體第一相，及約60vol％～90vol％的第二相，該第二相主要是細晶板條馬氏體、細晶下貝氏體、或它們的混合。(參見術(shù)語表對Tnr溫度、Ar3和Ar1轉(zhuǎn)變溫度的定義。)為確保室溫和低溫下的韌性，該第三實例鋼中第二相的顯微組織應主要包括細晶下貝氏體、細晶板條馬氏體、或它們的混合。優(yōu)選將第二相中諸如上貝氏體、孿晶馬氏體及MA之類的脆性組分降至最低。在該第三實例鋼及在權(quán)利要求書中，“主要的”是指至少約50vol％。第二相顯微組織的剩余部分可包括附加的細晶下貝氏體、附加的細晶板條馬氏體、或鐵素體。更優(yōu)選地，第二相的顯微組織包括至少約60vol％～80vol％的細晶下貝氏體、細晶板條馬氏體、或它們的混合。甚至更優(yōu)選地，第二相的顯微組織包括至少約90vol％的細晶下貝氏體、細晶板條馬氏體、或它們的混合。
按照第三鋼實例，鋼坯的生產(chǎn)過程以通常的方式進行。而且在一個實施方案中，該鋼坯包含鐵和下述合金元素，合金元素的加入量優(yōu)選下表Ⅲ中所列出的重量范圍表Ⅲ
合金元素范圍(wt％)碳(C) 0.04-0.12，更優(yōu)選0.04-0.07錳(Mn)0.5-2.5，更優(yōu)選1.0-1.8鎳(Ni)1.0-3.0，更優(yōu)選1.5-2.5鈮(Nb)0.02-0.1，更優(yōu)選0.02-0.05鈦(Ti)0.008-0.03，更優(yōu)選0.01-0.02鋁(Al)0.001-0.05，更優(yōu)選0.005-0.03氮(N) 0.002-0.005，更優(yōu)選0.002-0.003有時在鋼中添加鉻(Cr)，優(yōu)選至多約1.0wt％，更優(yōu)選為約0.2wt％～0.6wt％。
有時在鋼中添加鉬(Mo)，優(yōu)選至多約0.8wt％，更優(yōu)選為約0.1wt％～0.3wt％。
有時在鋼中添加硅(Si)，優(yōu)選至多約0.5wt％，更優(yōu)選為約0.01wt％～0.5wt％，甚至更優(yōu)選為約0.05wt％～0.1wt％。
有時在鋼中添加銅(Cu)，優(yōu)選范圍為約0.1wt％～1.0wt％，更優(yōu)選范圍為約0.2wt％～0.4wt％。
有時在鋼中添加硼(B)，優(yōu)選至多約0.0020wt％，更優(yōu)選為約0.0006wt％～0.0010wt％。
鋼中的鎳含量優(yōu)選至少約1wt％。如果需要提高焊接后的性能，鋼中的鎳含量可增至約3wt％以上。鎳含量每增1wt％，鋼的DBTT溫度預計降低10℃(18°F)左右。鎳含量優(yōu)選低于9wt％，更優(yōu)選低于約6wt％。為使鋼的成本降至最低，優(yōu)選將鎳含量降至最低。如果鎳含量增至超過約3wt％，錳含量可減少到約0.5wt％～0.0wt％。因此，從廣義上說，優(yōu)選的錳含量至多約2.5wt％。
另外，優(yōu)選將鋼中的殘渣基本上減至最少。磷(P)含量優(yōu)選低于約0.01wt％。硫(S)含量優(yōu)選低于約0.004wt％。氧(O)含量優(yōu)選低于約0.002wt％。稍微詳細地講，上述第三實例鋼的制備方法如下形成具有上述所需成分的板坯；將板坯加熱到約955℃～約1065℃(1750°F-1950°F)的溫度；在奧氏體再結(jié)晶的第一溫度范圍內(nèi)，即高于約Tnr溫度，通過一道或多道熱軋將板坯壓縮約30％～70％，形成鋼板；之后在低于Tnr溫度但高于Ar3轉(zhuǎn)變溫度的第二溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋，將鋼板減薄約40％～80％。接著在低于Ar3轉(zhuǎn)變溫度但高于Ar1轉(zhuǎn)變溫度的亞臨界溫度范圍內(nèi)，通過一道或多道熱軋，將其終軋壓縮約15％～50％。然后將熱軋鋼板以約10℃/秒～40℃/秒(18°F/秒～72°F/秒)的冷卻速率淬火至適當?shù)拇慊鹜Ｖ箿囟?QST)，該QST溫度優(yōu)選在約MS轉(zhuǎn)變溫度加上200℃(360°F)以下，此時淬火被終止。在本發(fā)明的另一個實施方案中，QST優(yōu)選在約Ms轉(zhuǎn)變溫度加上100℃(180°F)以下，更優(yōu)選低于約350℃(662°F)。在該第三鋼實例的一個實施方案中，淬火終止后，鋼板空冷至室溫。
在上面三個鋼的實例中，由于Ni是一種昂貴的合金元素，鋼中的鎳含量優(yōu)選低于約3.0wt％，更優(yōu)選低于約2.5wt％，更優(yōu)選低于約2.0wt％，甚至更優(yōu)選低于約1.8wt％，以使鋼的成本盡量降低。
本發(fā)明的其它合適的鋼也在其它出版物中得到了描述，其中描述的超高強度、低合金鋼含有低于約1wt％的鎳，拉伸強度大于830MPa(120ksi)，并具有優(yōu)異的低溫韌性。例如，在1997年2月5日公開的、國際申請?zhí)枮镻CT/JP96/00157、國際公開號為WO 96/23909(08.08.1996公報1996/36)(所述鋼優(yōu)選含有0.1wt％～1.2wt％的銅)的歐洲專利申請和優(yōu)先權(quán)日為1997年7月28日、題為“具有優(yōu)異超低溫韌性的超高強度、可焊接鋼”、USPTO給予的申請?zhí)枮镹o.60/053915的未決的美國臨時專利申請均描述了這類鋼。
對于任何上面提到的鋼，如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所知，文中所使用的“厚度壓縮百分率”是指與壓縮前相比，鋼板坯或鋼板的厚度被壓縮的百分率。僅出于解釋的目的，而不由此限制本發(fā)明，厚約25.4cm(10英寸)的鋼板坯在第一溫度范圍內(nèi)可被壓縮約50％(壓下量是50％)，厚度變?yōu)榧s12.7cm(5英寸)，然后在第二溫度范圍內(nèi)壓縮約80％(壓下量是80％)，厚度變?yōu)榧s2.5cm(1英寸)。此外，僅出于解釋的目的，而不由此限制本發(fā)明，厚約25.4cm(10英寸)的鋼板坯在第一溫度范圍內(nèi)可被壓縮約30％(壓下量是30％)，厚度變?yōu)榧s17.8cm(7英寸)，接著在第二溫度范圍內(nèi)壓縮約80％(壓下量是80％)，厚度變?yōu)榧s3.6cm(1.4英寸)，然后在第三溫度范圍內(nèi)壓縮約30％(壓下量是30％)，厚度變?yōu)榧s2.5cm(1英寸)。文中所使用的“板坯”指一塊具有任何尺寸的鋼。
對于任何上面提到的鋼，如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所知，優(yōu)選地，采用一種合適的方法將基本上整個板坯、優(yōu)選整個板坯再加熱到所需的再加熱溫度，例如通過將板坯在爐中放置一段時間。上述成分鋼的具體再加熱溫度可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員通過試驗，或通過合適的模型計算容易地進行確定。另外，將基本上整個板坯、優(yōu)選整個板坯的溫度升高到所希望的再加熱溫度所需的爐溫和再加熱時間可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員通過參考標準工業(yè)出版物容易地進行確定。
對于任何上面提到的鋼，如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所知，再結(jié)晶范圍和非再結(jié)晶范圍之間的界限溫度，即Tnr溫度，決定于鋼的化學成分，更具體地，決定于軋制前的再加熱溫度、碳濃度、鈮濃度以及在軋制道次中的壓下量，本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員可通過試驗或通過模型計算來確定每一種成分鋼的該溫度。同樣地，本文中每一種成分鋼的Ac1、Ar1、Ar3和Ms轉(zhuǎn)變溫度均可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員通過試驗或通過模型計算進行確定。
對于任何上面提到的鋼，如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所知，除了用于基本上整個板坯的再加熱溫度之外，隨后在描述本發(fā)明的處理方法中所提及的溫度都是在鋼表面測定的溫度。鋼的表面溫度可通過使用，例如，光學高溫計或其它任何適于測量鋼表面溫度的儀器進行測量。本文中所指的冷卻速率是指在鋼板厚度的中心或基本上中心處的冷卻速率；淬火停止溫度(QST)是指淬火終止后因熱量從板的中部向外傳導而使鋼板表面所達到的最高或基本上最高的溫度。例如，對本文中依照該實施例成分的鋼進行試驗性加熱時，在鋼板厚度的中心或基本上中心處放置一根熱電偶以測量中心溫度，而鋼坯表面溫度由光學高溫計進行測量。由此可研究出鋼板的中心溫度和表面溫度之間的關(guān)系，以便隨后用于處理成分相同或基本上相同的鋼，這樣就可以通過直接測量表面溫度來確定中心溫度。此外，為達到要求的加速冷卻速率所需的溫度和淬火液的流量可由本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員通過參考標準工業(yè)出版物進行確定。
本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員應具有必要的知識和技能以使用本文提供的信息來生產(chǎn)超高強度、低合金鋼板，該鋼板具有適宜的高強度和韌性以用于制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路。其它合適的鋼也可能存在，或者今后被研究出來，所有這些鋼都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員應具有必要的知識和技能以使用本文提供的信息來生產(chǎn)超高強度、低合金鋼板，與本文所提供的實例鋼板的厚度相比，該鋼板的厚度已改變，但仍能生產(chǎn)出可用于本發(fā)明的具有合適高強度和合適低溫韌性的鋼板。例如，本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員可利用本文提供的信息來生產(chǎn)一種厚度約為2.54cm(1英寸)的鋼板，該鋼板具有合適的高強度和合適的低溫韌性，可用于制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路。其它合適的鋼可能存在，或者今后被研究出來，所有這些鋼都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
當使用雙相鋼來制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路時，優(yōu)選以下述方式來處理雙相鋼即為使鋼形成雙相結(jié)構(gòu)而在亞臨界溫度范圍內(nèi)保持的一段時間應在加速冷卻或淬火工步之前進行。優(yōu)選地，鋼的雙相結(jié)構(gòu)應在鋼從Ar3轉(zhuǎn)變溫度～Ar1轉(zhuǎn)變溫度間的冷卻過程中形成。依據(jù)本發(fā)明用于制造工藝部件、容器和管路的鋼另外優(yōu)選當加速冷卻或淬火步驟結(jié)束后，即不采用需要任何諸如回火之類的再加熱的進一步處理，鋼的拉伸強度就已大于830MPa(120ksi)，且DBTT溫度低于約-73℃(-100°F)。更優(yōu)選地，淬火或冷卻步驟結(jié)束后，鋼的拉伸強度高于約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選高于約900MPa(130ksi)。在一些應用場合，優(yōu)選當淬火或冷卻步驟結(jié)束后，鋼的拉伸強度高于約930MPa(135ksi)、或高于約965MPa(140ksi)、或高于約1000MPa(145ksi)。用于制造工藝部件、容器和管路的連接方法為制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路，需要一種連接鋼板的合適方法。任何能為接頭或接縫提供本發(fā)明上述所需的足夠強度和韌性的連接方法都是合適的。優(yōu)選地，適于提供足夠的強度和斷裂韌性以容納被容納或運輸?shù)牧黧w的焊接方法可用于制造本發(fā)明的工藝部件、容器和管路。這種焊接方法優(yōu)選包括合適的自耗焊絲、合適的自耗氣體、合適的焊接方法以及合適的焊接工序。例如，倘若使用了合適的自耗焊絲-氣體組合，在鋼制造工業(yè)中廣為人知的氣體保護熔化極電弧焊(GMAW)以及鎢極惰性氣體保護焊(TIG)都可用于連接鋼板。
在第一個焊接方法的實例中，使用氣體保護熔化極電弧焊(GMAW)來形成下述化學成分的焊縫金屬，它包括鐵和約0.07wt％的碳、約2.05wt％的錳、約0.32wt％的硅、約2.20wt％的鎳、約0.45wt％的鉻、約0.56wt％的鉬、低于約110ppm的磷以及低于約50ppm的硫。使用氧含量低于約1wt％的氬基保護氣來焊接鋼，例如上述任何一種鋼。焊接的熱輸入量為約0.3 kJ/mm～1.5kJ/mm(7.6kJ/英寸～38kJ/英寸)。采用這種方法進行焊接可使焊接件(見術(shù)語表)的拉伸強度高于約900MPa(130kpsi)，優(yōu)選高于約930MPa(135kpsi)，更優(yōu)選高于約965MPa(140kpsi)，甚至更優(yōu)選的拉伸強度至少約1000MPa(145kpsi)。此外，采用這種方法進行焊接可使焊縫金屬的DBTT低于約-73℃(-100°F)，優(yōu)選低于約-96℃(-140°F)，更優(yōu)選低于約-106℃(-160°F)，甚至更優(yōu)選低于約-115℃(-175°F)。
在另一個焊接方法的實例中，使用GMAW方法來形成下述化學成分的焊縫金屬，它包括鐵、約0.10wt％的碳(優(yōu)選小于約0.10wt％碳，更優(yōu)選的碳含量為約0.07wt％～0.08wt％)、約1.60wt％的錳、約0.25wt％的硅、約1.87wt％的鎳、約0.87wt％的鉻、約0.51wt％的鉬、低于約75ppm的磷和低于約100ppm的硫。焊接的熱輸入量為0.3kJ/mm～1.5kJ/mm(7.6kJ/英寸～38kJ/英寸)，而且采用100℃(212°F)的預熱。使用氧含量小于約1wt％的氬基保護氣來焊接鋼，例如上述任何一種鋼。采用這種方法進行焊接可使焊接件(見術(shù)語表)的拉伸強度高于約900MPa(130kpsi)，優(yōu)選高于約930MPa(135kpsi)，更優(yōu)選高于約965MPa(140kpsi)，甚至更優(yōu)選至少約1000MPa(145kpsi)。此外，采用這種方法進行焊接可使焊縫金屬的DBTT低于約-73℃(-100°F)，優(yōu)選低于約-96℃(-140°F)，更優(yōu)選低于約-106℃(-160°F)，甚至更優(yōu)選低于約-115℃(-175°F)。
在另一個焊接方法的實例中，采用鎢極惰性氣體保護焊(TIG)來形成下述化學成分的焊縫金屬，它包括鐵、約0.07wt％的碳(優(yōu)選小于約0.07wt％的碳)、約1.80wt％的錳、約0.20wt％的硅、約4.00wt％的鎳、約0.5wt％的鉻、約0.40wt％的鉬、約0.02wt％的銅、約0.02wt％的鋁、約0.010wt％的鈦、約0.015wt％的鋯(Zr)、低于約50ppm的磷和低于約30ppm的硫。焊接的熱輸入量為0.3kJ/mm～1.5kJ/mm(7.6kJ/英寸～38kJ/英寸)，而且采用100℃(212°F)的預熱。使用氧含量低于約1wt％的氫基保護氣來焊接鋼，例如上述任何一種鋼。采用這種方法進行焊接可使焊接件的拉伸強度高于約900MPa(130kpsi)，優(yōu)選高于約930MPa(135kpsi)，更優(yōu)選高于約965MPa(140kpsi)，甚至更優(yōu)選至少約1000MPa(145kpsi)。此外，采用這種方法進行焊接可使焊縫金屬的DBTT低于約-73℃(-100°F)，優(yōu)選的低于約-96℃(-140°F)，更優(yōu)選低于約-106℃(-160°F)，甚至更優(yōu)選低于約-115℃(-175°F)。
使用GMAW或TIG焊接方法，可以得到與上述實例中化學成分相類似的焊縫金屬。然而可以預料的是TIG焊比GMAW焊的雜質(zhì)含量低，而且顯微組織更高度細化，從而低溫韌性得以改善。
本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員應具有必要的知識和技能，可利用本文所提供的信息來焊接超高強度、低合金鋼板，使其接頭或焊縫具有適宜的高強度和斷裂韌性以用于制造本發(fā)明的工藝部件、容器或管路。其它合適的連接或焊接方法可能存在，或者今后被研究出來。所有這些連接或焊接方法都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。工藝部件、容器和管路的制造提供由包括超高強度、低合金鋼材料制成的工藝部件、容器和管路，該合金鋼的鎳含量小于9wt％，拉伸強度高于830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的鎳含量低于約7wt％，更優(yōu)選低于約5wt％。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的拉伸強度高于約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選高于約900MPa(130ksi)。甚至更優(yōu)選地，本發(fā)明的工藝部件、容器和管路由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，其拉伸強度超過約1000MPa(145ksi),DBTT低于約-73℃(-100°F)。
本發(fā)明的工藝部件、容器和管路優(yōu)選由具有優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金的分立鋼板制成。所述部件、容器和管路的接頭或焊縫優(yōu)選具有與超高強度、低合金鋼板大致相同的強度和韌性，在一些情況下，低應力部位被證實具有約5％～10％的強度降低。具有優(yōu)選性能的接頭或焊縫可由任何合適的連接技術(shù)來形成。本文描述了示范性的連接方法，其副標題為“用于制造工藝部件、容器和管路系統(tǒng)的連接方法”。
如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所熟悉在工藝部件、容器和管路系統(tǒng)(用于處理并運輸加壓低溫流體)的設(shè)計中，可使用夏氏V型缺口(CVN)試驗，尤其是使用韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)來進行斷裂韌性的評估和斷裂控制。DBTT劃分了結(jié)構(gòu)鋼中的兩個斷裂方式，低于DBTT溫度，夏氏V型缺口試驗中的破壞傾向于以低能量解理(脆性)斷裂形式，而高于DBTT溫度，破壞傾向于以高能量韌性斷裂形式。用于承載并低溫服役的、由焊接鋼制成的容器，為避免脆性破壞，其DBTTs溫度必須遠低于該容器的服役溫度，該DBTTs溫度可由夏氏V型缺口試驗確定。根據(jù)設(shè)計、服役條件和/或使用船級社的要求的不同，所要求的DBTT溫度可在低于服役溫度5℃～30℃(9°F～54°F)之間變化。
如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所熟悉在設(shè)計由焊接鋼制成、用于運輸加壓低溫液體的儲存容器時，應考慮的工作條件包括工作壓力和溫度以及可能施加到鋼和焊接件(參見術(shù)語表)上的附加應力。標準的斷裂力學測試，例如(ⅰ)臨界應力強度因子(KIC)，它用來測量平面應變的斷裂韌性，(ⅱ)裂紋尖端張開位移(CTOD)，它可用于測量彈塑性的斷裂韌性，它們二者都為本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所熟悉，可用于確定鋼和焊接件的斷裂韌性。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常有一些可以接受的工業(yè)規(guī)范，如BSI出版物上發(fā)表的“評估熔焊結(jié)構(gòu)中最大允許裂紋的方法”，它通常被稱作“PD 6493:1991”，可用于根據(jù)鋼和焊接結(jié)構(gòu)(包括HAZ)的斷裂韌性以及施加在容器上的應力，確定出容器的最大允許裂縫尺寸。本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員可通過以下內(nèi)容完善斷裂控制程序從而阻止斷裂的開始，(ⅰ)合理設(shè)計容器以使施加的應力最小，(ⅱ)合理控制制造質(zhì)量以使缺陷最少，(ⅲ)合理控制施加在容器上的使用壽命載荷和壓力，(ⅳ)合理的檢測制度以便可靠地檢測容器中的裂紋和缺陷。用于本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)選設(shè)計原則是“破壞前泄漏”，對于熟練的技術(shù)人員而言，這是很熟悉的。以上內(nèi)容一般在本文中稱作“已知的斷裂力學原理”。
下面是的一個非限定性實例，在一個程序中應用這些斷裂力學的已知原理來計算給定裂紋長度下的臨界裂紋深度，這個程序可用于斷裂控制設(shè)計以防止壓力容器(例如依據(jù)本發(fā)明的處理容器)中的裂紋萌生。
圖13B示意了一條長度為315、深度為310的裂紋。根據(jù)下面的壓力容器(例如依據(jù)本發(fā)明的容器)設(shè)計條件，使用PD6493來計算示于圖13A中的臨界裂紋尺寸曲線300的數(shù)值容器直徑4.57米(15英尺)容器壁厚25.4毫米(1.00英寸)設(shè)計壓力3445kPa(500psi)許用環(huán)向應力333MPa(48.3ksi)對于這個實例來說，假定表面缺陷長度為100毫米(4英寸)，例如位于縫焊中的軸向裂紋。參照圖13A，曲線300顯示了在殘余應力水平為屈服應力的15％、50％以及100％時，臨界裂縫深度與CTOD斷裂韌性和殘余應力之間的關(guān)系。殘余應力是由制造和焊接產(chǎn)生的，除非采用諸如焊后熱處理(PWHT)或機械性應力消除技術(shù)使焊接應力消除，PD6493推薦使用的殘余應力值是焊縫(包括焊接HAZ)中屈服應力的100％。
根據(jù)鋼在最低服役溫度下的CTOD斷裂韌性，可以調(diào)整容器的制造過程以降低殘余應力，也可以執(zhí)行檢測程序(用于初始檢測和服役中檢測)來檢查和測量裂紋以同臨界裂紋尺寸相比較。在這個實例中，如果鋼在最低服役溫度下的CTOD韌性為0.025mm用試驗樣品測得)，而且殘余應力減至鋼屈服強度的15％，那么臨界裂紋深度約是4mm(見圖13A上的320點)。按照相似的計算步驟，如本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員所熟知的，可以確定出對應于不同的裂紋長度和不同的裂紋幾何形狀的臨界裂縫深度。使用這些信息，可以開發(fā)出質(zhì)量控制規(guī)范和檢驗規(guī)范(所用技術(shù)、可檢測的裂縫尺寸、檢測次數(shù))，以確保裂紋在達到臨界裂紋深度之前或在使用設(shè)計負載之前將裂紋探測出并進行補救。根據(jù)公開的CVN、KIC和CTOD斷裂韌性之間的經(jīng)驗關(guān)系，0.025mm的CTOD韌性一般對應于約37J的CVN值。本實例并不旨在以任何方式限制本發(fā)明。
對于工藝部件、容器和管路，它們需要將鋼彎曲成，例如，用作容器的圓筒狀或用作管路的管狀，此時優(yōu)選在室溫下將鋼彎曲成所需的形狀，以避免對鋼優(yōu)異的低溫韌性造成不利影響。如果鋼彎曲后必須加熱才能獲得所需的形狀，則優(yōu)選將鋼加熱到不高于約600℃(1112°F)的溫度，從而保持鋼顯微組織(如上所述)的有益效果。低溫工藝部件提供由包括超高強度、低合金鋼材料制成的工藝部件，該合金鋼的鎳含量小于9wt％，拉伸強度高于830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的鎳含量低于約7wt％，更優(yōu)選低于約5wt％。優(yōu)選地，該超高強度、低合金鋼的拉伸強度高于約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選高于約900MPa(130ksi)。甚至更優(yōu)選地，本發(fā)明的工藝部件由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，其拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。這些工藝部件優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。
在低溫發(fā)電循環(huán)，主要的工藝部件包括例如冷凝器、泵系統(tǒng)、汽化器和蒸發(fā)器。在制冷系統(tǒng)、液化系統(tǒng)、空氣分離裝置中，主要的工藝部件包括例如熱交換器、處理塔、分離器以及膨脹閥或汽輪機。火炬系統(tǒng)經(jīng)常在低溫下運行，例如用于乙烯或天然氣低溫分離處理的減壓系統(tǒng)(relief system)。圖1示意了一些上述部件在甲烷氣體餾除設(shè)備的使用情況，后文將詳細介紹。下面更詳細地說明依據(jù)本發(fā)明制造的具體部件，但并不因此而限定本發(fā)明?！魺峤粨Q器提供依照本發(fā)明制成的熱交換器或熱交換器系統(tǒng)。這樣的熱交換器系統(tǒng)部件優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的各種類型熱交換器系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
例如圖2是依據(jù)本發(fā)明的固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20的示意圖，在一個實施方案中，固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20包括熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22(管板22的端部示于圖2)、孔口23、隔板24、排放口25、管入口26、管出口27、殼體入口28和殼體出口29。下述應用實例用于說明依據(jù)本發(fā)明的固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20在使用上的優(yōu)點，但并不因此而限定本發(fā)明。
固定管板例1在第一個應用實例中，固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20用作低溫氣體加工設(shè)備的進氣交叉式熱交換器，其殼側(cè)頂部為甲烷餾除器，管側(cè)為引入氣體，引入氣體通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27引出，而頂部的甲烷餾除器流體通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29流出。
固定管板例2在第二個應用實例中，固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20用作甲烷餾除器的旁側(cè)再沸器，其管側(cè)為預冷進料，殼側(cè)為沸騰著的低溫塔側(cè)流液體(cryogenic column sidestream liquid)，用于去除底部產(chǎn)物中的甲烷。預冷進料通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27引出，而低溫塔側(cè)流液體通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29流出。
固定管板例3
在另一個應用實例中，固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20用作RyanHolmes產(chǎn)品回收塔(product recovery co1umn)的塔側(cè)再沸器，用來去除底部產(chǎn)物中的甲烷和二氧化碳。預冷進料通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27引出，而低溫塔側(cè)流液體通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29流出。
固定管板例4在另一個應用實例中，固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20用作CFZCO2去除塔的塔側(cè)再沸器，其殼側(cè)為低溫液體側(cè)流，管側(cè)為預冷進料氣，用于去除富CO2的底部產(chǎn)物中的甲烷和其它烴類。預冷進氣通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27引出，而低溫液體側(cè)流通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29流出。
在固定管板實例1～4中，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23、隔板24優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的合金鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體。更優(yōu)選地，以上部件由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。此外，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23、隔板24優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
圖3是依據(jù)本發(fā)明的釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30的示意圖，在一個實施方案中，該釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30包括釜形再沸器主體31、溢流板32、熱交換管33、管側(cè)入口34、管側(cè)出口35、釜入口36、釜出口37和排放口38。下述應用實例用于說明依據(jù)本發(fā)明的釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30在使用上的優(yōu)點，但并不因此而限定本發(fā)明。
釜形再沸器例1在第一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于低溫氣體液體回收設(shè)備，其釜側(cè)為約-40℃(-40°F)的汽化丙烷，管側(cè)為烴類氣體，烴類氣體通過管側(cè)入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管側(cè)出口35引出，而丙烷通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
釜形再沸器例2在第二個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于冷凍貧油處理設(shè)備，其釜側(cè)為約-40℃(-40°F)的汽化丙烷，管側(cè)為貧油，貧油通過管側(cè)入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管側(cè)出口35引出，而丙烷通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
釜形再沸器例3在另一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于Ryan Holmes產(chǎn)品回收塔，其釜側(cè)為約-40℃(-40°F)的汽化丙烷，管側(cè)為產(chǎn)品回收塔塔頂氣體，用于冷凝塔內(nèi)逆流。產(chǎn)品回收塔塔頂氣體通過管入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管出口35引出，而丙烷通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
釜形再沸器例4在另一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于Exxon的CFZ工藝，其釜側(cè)為汽化制冷劑，管側(cè)為CFZ塔頂氣體，用于為塔逆流冷凝液態(tài)甲烷并將CO2排除在塔頂甲烷產(chǎn)品流之外，CFZ塔頂氣體通過管入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管出口35排出，而制冷劑通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。制冷劑優(yōu)選包含丙烯或乙烯，也可以是下組組分的任意或全部混合該組包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。
釜形再沸器例5在另一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于低溫甲烷餾除器的塔底餾出物再沸器，其釜側(cè)為塔底產(chǎn)品，管側(cè)為用于去除塔底產(chǎn)品中甲烷的熱引入氣體或熱油。熱引入氣體或熱油通過管入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管出口35引出，而塔底產(chǎn)品通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
釜形再沸器例6在另一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于Ryan Holmes產(chǎn)品回收塔的塔底餾出物再沸器，其釜側(cè)為塔底產(chǎn)品，管側(cè)為用于去除塔底產(chǎn)品中甲烷的熱供給氣體或熱油。熱供給氣體或熱油通過管入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管出口35引出，而塔底產(chǎn)品通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
釜形再沸器例7在另一個實例中，釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30用于CFZ CO2去除塔中，其釜側(cè)為塔底物液體，管側(cè)為熱供給氣體或熱油，用于去除富CO2的塔底液流中的甲烷和其它烴類。熱供給氣體或熱油通過管入口34進入釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30，并通過管出口35引出，而塔底液體通過釜入口36進入，并通過釜出口37排出。
在釜形再沸器實例1～7中，釜形再沸器主體31、熱交換管33、溢流板32和(用于管側(cè)入口34、管側(cè)出口35、釜入口36、釜出口37的)進出口接頭均優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的合金鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體。更優(yōu)選地，以上部件由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。此外，釜形再沸器主體31、熱交換管33、溢流板32和(用于管側(cè)入口34、管側(cè)出口35、釜入口36、釜出口37)進出口接頭均優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。釜形再沸器熱交換器系統(tǒng)30的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明熱交換器系統(tǒng)的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后?！衾淠魈峁┮勒毡景l(fā)明制成的冷凝器或冷凝器系統(tǒng)。更具體地講，提供其至少有一個部件是依照本發(fā)明制成的冷凝器系統(tǒng)。這樣的冷凝器系統(tǒng)部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的各種類型冷凝器系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
冷凝器例1參見圖1，依據(jù)本發(fā)明的冷凝器用于甲烷餾除器氣體設(shè)備10，用甲烷餾除器塔11將進料氣流分為殘余氣和產(chǎn)品氣流。在此具體實例中，用回流冷凝器系統(tǒng)12將甲烷餾除器塔11的塔頂餾出物(溫度約為-90℃(-130°F))冷凝至回流儲液罐(分離器)15中，回流冷凝器系統(tǒng)12同膨脹器13中流出的氣體流交換熱量，回流冷凝器系統(tǒng)12主要是一個熱交換器系統(tǒng)，優(yōu)選為上面所討論的類型。值得注意的是回流冷凝器系統(tǒng)12可能是一個固定管板、單通道式熱交換器(例如如圖2所示并在上面已討論過的固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20)。再參見圖2，膨脹器13中排出的氣流通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27流出，而甲烷餾除器的塔頂餾出物通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29排出。
冷凝器例2參見圖7，依據(jù)本發(fā)明的冷凝器系統(tǒng)70用于反向蘭金循環(huán)，用諸如加壓液化天然氣(PLNG)(見術(shù)語表)或常規(guī)LNG(見術(shù)語表)之類的低溫能量源中的低溫能量產(chǎn)生電力。在此具體實例中，動力流體使用于閉環(huán)熱力循環(huán)中，動力流體(以氣體形式)在汽輪機中膨脹，接著以氣體形式進入冷凝器系統(tǒng)70，動力流體以單相液體形式從冷凝器系統(tǒng)中流出，并用泵74加壓，之后用汽化器76使之汽化，然后返回汽輪機72的入口。冷凝器系統(tǒng)70主要是一個熱交換器系統(tǒng)，優(yōu)選為上面所討論的類型。值得注意的是冷凝器系統(tǒng)70可能是一個固定管板、單通道式熱交換器(例如如圖2所示并在上面已討論過的固定管板、單通道式熱交換器20)。
再參見圖2，在冷凝器實例1和2中，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23、隔板24優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，并具有足夠的強度和低溫斷裂韌性來容納要處理的低溫流體。更優(yōu)選地，以上部件由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成。此外，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23、隔板24優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。冷凝器系統(tǒng)70的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
冷凝器例3參見圖8，依據(jù)本發(fā)明的冷凝器用于由數(shù)個分級壓縮循環(huán)構(gòu)成的串聯(lián)制冷循環(huán)80，串聯(lián)制冷循環(huán)80的主要裝置包括丙烷壓縮機81、丙烷冷凝器82、乙烯壓縮機83、乙烯冷凝器84、甲烷壓縮機85、甲烷冷凝器86、甲烷蒸發(fā)器87和膨脹閥88。通過選擇一系列沸點能夠跨越整個制冷循環(huán)所需溫度范圍的制冷劑，每個循環(huán)階段均在連續(xù)降低的溫度下運行。在此串聯(lián)循環(huán)實例中，對于LNG處理，采用了三種制冷劑丙烷、乙烯和甲烷，其典型溫度見圖8。在此例中，甲烷冷凝器86和乙烯冷凝器84的所有部件均優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，并具有足夠的強度和低溫斷裂韌性來容納要處理的低溫流體。更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成。此外，甲烷冷凝器86和乙烯冷凝器84的所有部件均優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。串聯(lián)制冷循環(huán)80的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明冷凝器系統(tǒng)的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后?！羝?蒸發(fā)器提供依照本發(fā)明制成的汽化器/蒸發(fā)器，或汽化器系統(tǒng)。更具體地講，提供至少有一個部件是依照本發(fā)明制成的汽化器系統(tǒng)。這樣的汽化器系統(tǒng)的各部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的各種類型汽化器系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
汽化器例1在第一個實例中，依據(jù)本發(fā)明的汽化器系統(tǒng)用于反向蘭金循環(huán)，用諸如加壓LNG(見本文定義)或常規(guī)LNG(見本文定義)之類的低溫能量源中的低溫能量產(chǎn)生電力。在此具體實例中，用汽化器將運輸儲存容器中的PLNG工藝液流完全汽化，加熱介質(zhì)可以是閉環(huán)熱力循環(huán)(例如反向蘭金循環(huán))中用以產(chǎn)生電力所使用的動力流體，作為選擇，加熱介質(zhì)可以由一種在開環(huán)系統(tǒng)中使PLNG完全汽化的流體組成，或者由幾種凝固溫度連續(xù)升高的不同流體組成，用以使PLNG汽化并逐漸升溫至室溫。在所有實例中，汽化器起熱交換器的作用，優(yōu)選為本文副標題“熱交換器”下所詳細討論的類型。汽化器的使用方式和要處理液流的成分和特性決定了所需的熱交換器具體類型。例如，再參見圖2，其中可使用固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，一種諸如PLNG之類的工藝流體通過管入口26進入固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20，并通過管出口27流出，而加熱介質(zhì)通過殼體入口28進入，并通過殼體出口29排出。在此例中，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23和隔板24優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體。更優(yōu)選地，以上部件由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。此外，熱交換器主體20a、管蓋21a和21b、管板22、孔口23和隔板24優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。固定管板、單通道式熱交換器系統(tǒng)20的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
汽化器例2在另一個實例中，依據(jù)本發(fā)明的汽化器用于由數(shù)個分級的壓縮循環(huán)構(gòu)成的串聯(lián)制冷循環(huán)，如圖9所示。參見圖9，通過選擇一系列沸點能夠跨越整個制冷循環(huán)所需溫度范圍的制冷劑，串聯(lián)循環(huán)90的兩個分級的壓縮循環(huán)中每個均在連續(xù)降低的溫度下運行。串聯(lián)循環(huán)90中的主要裝置包括丙烷壓縮機92、丙烷冷凝器93、乙烯壓縮機94、乙烯冷凝器95、乙烯蒸發(fā)器96和膨脹閥97。在此實例中，對于PLNG液化處理，采用了兩種制冷劑丙烷和乙烯，其典型溫度見圖9。乙烯蒸發(fā)器96優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。此外，乙烯蒸發(fā)器96優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。串聯(lián)循環(huán)90的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明汽化器系統(tǒng)的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后?！舴蛛x器提供這樣的分離器或分離器系統(tǒng)(ⅰ)由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，(ⅱ)具有足夠的強度和低溫斷裂韌性來容納低溫流體。更具體地講，提供至少一個部件為(ⅰ)由鎳含量低于約3wt％的超高強度、低合金鋼制成，(ⅱ)拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的分離器系統(tǒng)。這樣的分離器系統(tǒng)部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的一種分離器系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的分離器系統(tǒng)40示意圖。在一個實施方案中，分離器系統(tǒng)40包括容器41、入口42、液體出口43、氣體出口44、支撐裙座45、液面控制器46、隔離檔板47、濕氣提取器48和壓力安全閥49。在一種應用實例中，并不由此限定本發(fā)明，依據(jù)本發(fā)明的分離器系統(tǒng)40可有利地用作低溫氣體廠的膨脹式進料分離器，以去除膨脹器的上游冷凝液體。在此實例中，容器41、入口42、液體出口43、支撐裙座45、濕氣提取器支架48和隔離檔板47優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，容器41、入口42、液體出口43、支撐裙座45、濕氣提取器支架48和隔離檔板47優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。分離器系統(tǒng)40的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明分離器系統(tǒng)的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后。◆處理塔提供依照本發(fā)明制成的處理塔或處理塔系統(tǒng)。這樣的處理塔系統(tǒng)部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的各種類型處理塔系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
處理塔例1圖11是依據(jù)本發(fā)明的處理塔系統(tǒng)示意圖。在本實施方案中，甲烷餾除器處理塔系統(tǒng)110包括塔體111、分離器蓋112、第一入口113、第二入口114、液體出口121、蒸汽出口115、再沸器119和填充材料120。在一種應用實例中，并不由此限定本發(fā)明，依據(jù)本發(fā)明的處理塔系統(tǒng)110可有利地用作低溫氣體設(shè)備的甲烷餾除器，以將甲烷從其它冷凝烴類中分離出來。在此實例中，塔體111、分離器蓋112、填充材料120和此類處理塔系統(tǒng)110內(nèi)常用的其它內(nèi)部部件優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，塔體111、分離器蓋112、填充材料120和此類處理塔系統(tǒng)110內(nèi)常用的其它內(nèi)部部件優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。處理塔系統(tǒng)110的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
處理塔例2圖12是依據(jù)本發(fā)明的處理塔系統(tǒng)125的示意圖。在此例中，處理塔系統(tǒng)125可有利地用作CFZ工藝中的CFZ塔，以將CO2從甲烷中分離出來。在此實例中，塔體126、熔化塔板(melting tray)127和接觸塔板128均優(yōu)選由鎳含量低于約3wt％的鋼制成，并具有足夠的強度和斷裂韌性來容納要處理的低溫流體，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，塔體126、熔化塔板127和接觸塔板128優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。處理塔系統(tǒng)125的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明處理塔的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后。◆泵部件和系統(tǒng)提供依照本發(fā)明制成的泵或泵系統(tǒng)。這樣的泵系統(tǒng)部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的一種泵系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
現(xiàn)在參見圖10，依照本發(fā)明制成的泵系統(tǒng)100，泵系統(tǒng)100主要由圓筒形或板形部件制成。低溫流體通過連接到進口法蘭102的導管進入圓柱形流體入口101，低溫流體流入圓柱形外殼103內(nèi)流至泵入口104，并進入使其壓力能升高的多級泵105，多級泵105和驅(qū)動軸106由滾柱軸承和泵支架外殼(未示于圖10)支撐。低溫流體在連接到流體出口法蘭109的導管中通過流體出口108離開泵系統(tǒng)100。諸如電動機(未示于圖10)之類的驅(qū)動裝置安裝在驅(qū)動安置法蘭210上并通過驅(qū)動連軸器211與泵系統(tǒng)100相連。驅(qū)動安置法蘭210由圓柱形連軸器外殼212支撐。在此例中，泵系統(tǒng)100安裝在管法蘭(未示于圖10)之間，但其它的安裝系統(tǒng)也是可行的，例如將泵系統(tǒng)100浸入槽或容器中，這樣低溫流體不需連接管就可直接進入流體入口101，或者，泵系統(tǒng)100安裝在另一種外殼或“泵盒(pump pot)”中，此時流體入口101和流體出口108均與泵盒相連，泵系統(tǒng)100易于移動以便保養(yǎng)或維修。在此例中，泵殼213、進口法蘭102、驅(qū)動連軸器外殼212、驅(qū)動安置法蘭210、安裝法蘭214、泵底板215以及泵和軸承支撐外殼217均優(yōu)選由鎳含量低于約9wt％、拉伸強度超過約830MPa(120ksi)，且DBTTs低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，泵殼213、進口法蘭102、驅(qū)動連軸器外殼212、驅(qū)動安置法蘭210、安裝法蘭214、泵底板215以及泵和軸承支撐外殼217優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。泵系統(tǒng)100的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明泵組件和系統(tǒng)的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后?！艋鹁嫦到y(tǒng)及其部件提供依照本發(fā)明制成的火炬或火炬系統(tǒng)。這樣的火炬系統(tǒng)部件優(yōu)選由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。下例用于說明依據(jù)本發(fā)明的一種火炬系統(tǒng)，但并不因此而限定本發(fā)明。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的火炬系統(tǒng)50的示意圖。在一個實施方案中，火炬系統(tǒng)50包括排氣閥56、管道系統(tǒng)(如側(cè)線53、匯集主線(collectionheader line)52和火炬管線51，也包括火炬滌氣器54)、火炬臂或火炬伸架55、排液管路57、排液泵58、排液閥59以及諸如點火器和吹掃用氣體之類的輔助設(shè)備(未示于圖5)?；鹁嫦到y(tǒng)50用于處理易燃流體，這些易燃流體因工藝操作條件而處于低溫狀態(tài)，或因釋放入火炬系統(tǒng)50而冷至低溫狀態(tài)(即因通過安全閥或排氣閥56時壓力大幅度降低所致)。火炬管線51、匯集主線52、側(cè)線53、火炬滌氣器54以及其它一些與火炬系統(tǒng)50處于同樣低溫下的附加連接管道或系統(tǒng)均優(yōu)選由鎳含量低于約9wt％、拉伸強度超過約830MPa(120ksi)，且DBTTs低于約-73℃(-100°F)的鋼制成，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，火炬管線51、匯集主線52、側(cè)線53、火炬滌氣器54以及其它一些與火炬系統(tǒng)50處于同樣低溫下的附加連接管道或系統(tǒng)優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成?；鹁嫦到y(tǒng)50的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
本發(fā)明火炬系統(tǒng)及部件的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后。
除了上述本發(fā)明的其它優(yōu)點之外，依據(jù)本發(fā)明制成的火炬系統(tǒng)對于當放氣速率高時可能發(fā)生的震動有良好的抗力。低溫流體的儲存容器提供由鎳含量低于約9wt％、拉伸強度超過約830MPa(120ksi)，且DBTTs低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成的儲存容器。該超高強度、低合金鋼的鎳含量優(yōu)選低于約7wt％，更優(yōu)選低于約5wt％。該超高強度、低合金鋼的拉伸強度優(yōu)選超過約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選超過約900MPa(130ksi)。甚至更優(yōu)選地，本發(fā)明的容器由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成。這些容器優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。
除了上述本發(fā)明的其它優(yōu)點(即總重量降低后，可節(jié)省運輸、處理和地基所需的費用)之外，本發(fā)明儲存容器的優(yōu)異低溫韌性對于因再裝填而需頻繁操作和運輸?shù)臍馄?如在食品和飲料工業(yè)中用來儲存CO2的氣瓶)尤其有利。近期宣布的工業(yè)計劃要制造整批銷售的低溫CO2，以避免壓縮氣體的高壓力。本發(fā)明的儲存容器和氣瓶可有利地用于在最優(yōu)條件下存儲和運輸液化CO2。
本發(fā)明低溫流體儲存容器的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后。管路提供流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的管路由鎳含量低于約9wt％、拉伸強度超過約830MPa(120ksi)，且DBTTs低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成。該超高強度、低合金鋼的鎳含量優(yōu)選低于約7wt％，更優(yōu)選低于約5wt％。該超高強度、低合金鋼的拉伸強度優(yōu)選超過約860MPa(125ksi)，更優(yōu)選超過約900MPa(130ksi)。甚至更優(yōu)選地，本發(fā)明流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管路由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的超高強度、低合金鋼制成。這些管路優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。
圖6是依據(jù)本發(fā)明的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)60的示意圖。在一個實施方案中，流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)60包括管線，例如一級分配管路61、二級分配管路62、三級分配管路63、并包括主儲存容器64和最終用途儲存容器65。主儲存容器64和最終用途儲存容器65均設(shè)計為低溫服役，即提供適當?shù)慕^熱條件?？墒褂萌魏芜m當?shù)慕^熱方式，例如(并不由此而限定本發(fā)明)高真空絕熱、膨脹泡沫絕熱、充氣粉末和纖維材料絕熱、抽真空粉末絕熱或多層絕熱，合適絕熱方式的選擇決定于所需的絕熱性能，這對于低溫工程領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員來說是熟悉的。主儲存容器64、管線如一級分配管路61、二級分配管路62和三級分配管路63以及最終用途儲存容器65優(yōu)選由鎳含量低于約9wt％、拉伸強度超過約830MPa(120ksi)，且DBTTs低于約-73℃(-100°F)的鋼制成，更優(yōu)選地，由鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)的鋼制成。另外，主儲存容器64、管線如一級分配管路61、二級分配管路62和三級分配管路63以及最終用途儲存容器65優(yōu)選地由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成。分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)60的其它部件也可由具有本文所述優(yōu)異低溫韌性的超高強度、低合金鋼制成，或由其它合適的材料制成。
通過流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以分配將在低溫條件下使用的流體的能力使得可使用更小型的現(xiàn)場儲存容器，該容器在通過油罐車或鐵路進行運輸所述流體時是必須的。其主要優(yōu)點在于可減少所需的儲存容量，因為采用流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，可以連續(xù)供應加壓、低溫流體，不必再定期輸送。
依據(jù)本發(fā)明，對于低溫流體的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其管路的設(shè)計標準和制造方法對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說，應當是熟悉的，尤其是參考本文提供的內(nèi)容之后。
本發(fā)明的工藝部件、容器和管路可有利地用于容納和運輸加壓、低溫流體或大氣壓力下的低溫流體。另外，本發(fā)明的工藝部件、容器和管路可有利地用于容納和運輸加壓的非低溫流體。
盡管已根據(jù)一種或多種優(yōu)選實施方案描述了本發(fā)明，但應當理解的是在不背離本發(fā)明范圍的前提下，可以對其進行改動，本發(fā)明范圍的闡明見下面的權(quán)利要求書。術(shù)語表Ac1轉(zhuǎn)變溫度加熱過程中奧氏體開始形成的溫度；Ac3轉(zhuǎn)變溫度加熱過程中鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變完成時的溫度；Ar1轉(zhuǎn)變溫度冷卻過程中奧氏體向鐵素體或向鐵素體加滲碳體轉(zhuǎn)變完成時的溫度；Ar3轉(zhuǎn)變溫度冷卻過程中奧氏體開始轉(zhuǎn)變成鐵素體時的溫度；CFZ控制凝固區(qū)域；常規(guī)LNG大氣壓力下的液化天然氣，約-162℃(-260°F)；冷卻速率 位于板厚度中央或大致中央處的冷卻速率；低溫 低于約-40℃(-40°F)的任何溫度；CTOD 裂縫尖端張開位移；DBTT(韌脆轉(zhuǎn)變溫 描述結(jié)構(gòu)鋼中的兩種斷裂方式；低于DBTT的溫度，破壞傾向于以低度)能量解理(脆性)斷裂形式，而高于DBTT的溫度，破壞傾向于以高能量韌性斷裂形式；實質(zhì)上 基本上100vol％；GMAW 氣體保護熔化極電弧焊硬化顆粒 ε-銅、Mo2C、或鈮和釩的碳化物和碳氮化物中的一種或多種；HAZ熱影響區(qū)；亞臨界溫度 加熱時從約Ac1轉(zhuǎn)變溫度至約Ac3轉(zhuǎn)變溫度，冷卻時從約Ar3轉(zhuǎn)變溫度范圍 至約Ar1轉(zhuǎn)變溫度；KIc臨界應力強度因子；kJ 千焦爾；低合金銅 含有鐵和總量低于約10wt％的合金添加劑的鋼；MA 馬氏體-奧氏體；最大允許裂紋尺寸臨界裂紋長度和寬度；Mo2C 碳化鉬的一種形態(tài)；Ms轉(zhuǎn)變溫度 冷卻過程中奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時的開始溫度；加壓液化天然氣 壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123(PLNG) ℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的液化天然氣；ppm 百萬分之一份；主要的至少約50vol％；淬火 與空冷相反，選用一種流體來加速冷卻，該流體具有提高鋼冷卻速率的傾向；淬火停止淬火終止后因熱量從板的中部向外傳導而使鋼板表面所達到的最高或溫度(QST) 基本上最高的溫度；QST 淬火停止溫度；板坯 一塊具有任何尺寸的鋼；拉伸強度 在拉伸試驗中，最大負載與初始橫斷面面積之比；TIG焊接 鎢極惰性氣體保護焊；Tnr溫度 奧氏體再結(jié)晶的最低溫度；USPTO 美國專利商標局；焊接件焊接接頭，包括(ⅰ)焊接金屬，(ⅱ)熱影響區(qū)(HAZ)，以及(ⅲ)HAZ“鄰近區(qū)域”的基體金屬。被認為處于HAZ“鄰近區(qū)域”內(nèi)的基體金屬部分(因而是焊接件的一部分)決定于本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的因素，例如(并不限于這些因素)焊接件寬度、被焊接物品的尺寸、制造該物品所需的焊接件數(shù)量以及焊接件之間的距離。
權(quán)利要求
1．一種適于容納加壓低溫流體的熱交換器系統(tǒng)，該熱交換器系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器系統(tǒng)，其特征在于該熱交換器系統(tǒng)包括熱交換器主體、第一和第二管蓋、管板、孔口和數(shù)個隔板。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器系統(tǒng)，其特征在于該熱交換器主體、所述第一和第二管蓋、所述管板、所述孔口以及數(shù)個隔板由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
5．適于容納壓力為約1725kPa(250psia)～4830kPa(700psia)、溫度為約-112℃(-170°F)～-79℃(-110°F)的加壓液化天然氣的熱交換器系統(tǒng)，其特征在于該熱交換器系統(tǒng)(ⅰ)由包括鎳含量低于9wt％的超高強度、低合金鋼材料制成，并(ⅱ)具有足夠的強度和斷裂韌性來容納上述加壓液化天然氣。
6．一種適于容納加壓、低溫流體的冷凝器系統(tǒng)，其特征在于該冷凝器系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
7．一種適于容納加壓、低溫流體的汽化器系統(tǒng)，其特征在于該汽化器系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
8．一種適于容納加壓、低溫流體的分離器系統(tǒng)，其特征在于該分離器系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的分離器系統(tǒng)，其特征在于該分離器系統(tǒng)包括容器、入口、液體出口、支撐裙座、數(shù)個濕氣提取器支架和至少一個隔離檔板。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的分離器系統(tǒng)，其特征在于所述的容器、入口、液體出口、支撐裙座、數(shù)個濕氣提取器支架和至少一個隔離檔板由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的分離器系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
12．一種適于容納加壓、低溫流體的處理塔系統(tǒng)，其特征在于該處理塔系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的處理塔系統(tǒng)，其特征在于該處理塔系統(tǒng)包括塔體、分離器蓋和填充材料。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的處理塔系統(tǒng)，其特征在于該塔體、分離器蓋和填充材料由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的處理塔系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
16．一種適于泵送加壓、低溫流體的泵系統(tǒng)，其特征在于該泵系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的泵系統(tǒng)，其特征在于該泵系統(tǒng)包括泵殼、進口法蘭、驅(qū)動連軸器外殼、驅(qū)動安裝法蘭、安裝法蘭、泵底板以及泵和軸承支撐外殼。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的泵系統(tǒng)，其特征在于該泵殼、進口法蘭、驅(qū)動連軸器外殼、驅(qū)動安裝法蘭、安裝法蘭、泵底板以及泵和軸承支撐外殼由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
19．根據(jù)權(quán)利要求16的泵系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
20．適于泵送壓力為約1725kPa(250psia)～4830kPa(700psia)、溫度為約-112℃(-170°F)～-79℃(-110°F)加壓液化天然氣的泵系統(tǒng)，其特征在于該泵系統(tǒng)(ⅰ)由包括鎳含量低于9wt％的超高強度、低合金鋼材料制成，(ⅱ)具有足夠的強度和斷裂韌性來容納上述加壓液化天然氣。
21．一種適于容納加壓、低溫流體的火炬系統(tǒng)，其特征在于該火炬系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的火炬系統(tǒng)，其特征在于該火炬系統(tǒng)包括火炬管線、匯集主線、側(cè)線和火炬滌氣器。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的火炬系統(tǒng)，其特征在于該火炬管線、匯集主線、側(cè)線和火炬滌氣器由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的火炬系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
25．適于容納壓力為約1725kPa(250psia)～4830kPa(700psia)、溫度為約-112℃(-170°F)～-79℃(-110°F)加壓液化天然氣的火炬系統(tǒng)，其特征在于該火炬系統(tǒng)(ⅰ)由包括鎳含量低于9wt％的超高強度、低合金鋼材料制成，(ⅱ)具有足夠的強度和斷裂韌性來容納上述加壓液化天然氣。
26．一種用于分配加壓、低溫流體的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于該流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于9wt％、拉伸強度超過830MPa(120ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于該流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括至少一個主儲存容器、至少一條主分配管路和至少一個最終用途儲存容器。
28．根據(jù)權(quán)利要求27的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于該至少一個主儲存容器、至少一條主分配管路和至少一個最終用途儲存容器由包括超高強度、低合金鋼的材料制成，該鋼的鎳含量低于約3wt％、拉伸強度超過約1000MPa(145ksi)，且DBTT低于約-73℃(-100°F)。
29．根據(jù)權(quán)利要求26的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于該加壓、低溫流體是壓力為約1035kPa(150psia)～7590kPa(1100psia)、溫度為約-123℃(-190°F)～-62℃(-80°F)的加壓液化天然氣。
30．適于容納壓力為約1725kPa(250psia)～4830kPa(700psia)、溫度為約-112℃(-170°F)～-79℃(-110°F)加壓液化天然氣的流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于該流送管式分配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ⅰ)由包括鎳含量低于9wt％的超高強度、低合金鋼材料制成，(ⅱ)具有足夠的強度和斷裂韌性來容納上述加壓液化天然氣。
全文摘要
提供由超高強度、低合金鋼制成的工藝部件(12)、容器(15,11)和管路,該鋼的鎳含量低于9wt%、拉伸強度超過830MPa(120ksi),且DBTTs低于約－73℃(－100°F)。
文檔編號F28F9/22GK1301335SQ98812422
公開日2001年6月27日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者M·明塔, L·R·凱利, B·T·凱利, E·L·金布爾, J·R·里格比, R·E·斯蒂爾 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?