Системы распределительной трубопроводной сети для транспортировки сжиженного природного газа

Системы распределительной трубопроводной сети для транспортировки сжиженного природного газа

Реферат

 

Изобретение относится к системам распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа под давлением около 1035 - 7590 кПа и при температуре около -123 до около -62^oС. Трубы и другие составные части систем распределительной трубопроводной сети изготовлены из сверхпрочной низколегированной стали, включающей менее 9 вес.% никеля и имеющей прочность на разрыв свыше 830 МПа и температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже -73^oС. При этом любой шов в месте соединения стальных листов имеет прочность и ударную вязкость, необходимые, чтобы удержать сжиженный природный газ при указанных условиях. 6 с. и 8 з.п.ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Настоящее изобретение относится к системам распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа, более конкретно к таким системам, в которых трубы и другие составные части изготовлены из сверхпрочной низколегированной стали, содержащей менее 9 вес.% никеля и обладающей прочностью на разрыв свыше около 830 МПа и температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС.

В приведенном ниже описании используются различные термины. Для удобства непосредственно перед формулой изобретения приведены определения этих терминов.

Многие источники природного газа расположены в отдаленных районах, находящихся на большом расстоянии от коммерческих рынков сбыта природного газа. В ряде случаев используется трубопровод для подачи природного газа на коммерческий рынок сбыта. Когда транспортировка газа по трубопроводу к рынку сбыта невыгодна с экономической точки зрения, полученный природный газ перед транспортировкой перерабатывают, получая сжиженный природный газ. Сжиженный природный газ обычно транспортируют при помощи специальных танкеров, а затем хранят и переводят в газообразное состояние на импортных терминалах в районе мест сбыта. Оборудование, используемое для сжижения, транспортировки, хранения и приведения в газообразное состояние природного газа, обычно является достаточно дорогостоящим; типичный проект по поставке сжиженного природного газа может стоить от 5 до 10 миллиардов долларов США, включая расходы на разработку месторождения. Типичный "основной" проект по поставке сжиженного природного газа требует наличия месторождения природного газа минимальной мощностью около 280 Гм³, а потребителями сжиженного газа обычно являются крупные муниципальные предприятия. Часто месторождения природного газа, разведанные в отдаленных районах, меньше чем 280 Гм³. Даже для месторождений природного газа с минимальным объемом 280 Гм³ требуются очень долгосрочные вложения, рассчитанные на 20 лет или более, т.е. для того, чтобы с выгодой перерабатывать, хранить и транспортировать природный газ в сжиженном состоянии нужны поставщик сжиженного природного газа, предприятие, осуществляющее его транспортировку, и потребитель сжиженного природного газа, представляющий собой муниципальное предприятие. Если потенциальные потребители сжиженного природного газа имеют альтернативный источник газа, такой как газ, подаваемый по трубопроводу, то обычная цепочка поставки сжиженного природного газа часто оказывается неконкурентоспособной.

Обычный завод по производству сжиженного природного газа производит сжиженный природный газ при температуре около -162^oС и атмосферном давлении. Типичный поток природного газа поступает на завод по производству сжиженного природного газа под давлением от около 4830 кПа до около 7600 кПа при температурах от около 21^oС до около 38^oС. Для того, чтобы понизить температуру природного газа до очень низкой температуры на выходе, которая составляет от около -162^oС в обычной двухэтапной установке для производства сжиженного газа, необходимо израсходовать 350000 лошадиных сил-час на охлаждение. В процессе переработки для получения сжиженного природного газа из природного газа необходимо удалять воду, двуокись углерода, серосодержащие соединения, такие как сероводород, другие кислые газы, n-пентан и тяжелые углеводороды, включая бензол, доводя их содержание до миллионных долей, иначе эти соединения будут замерзать, закупоривая оборудование. В обычной установке для получения сжиженного природного газа требуется применять оборудование для обработки газа, обеспечивающее удаление двуокиси углерода и кислых газов. Оборудование для обработки, газа обычно использует процессы химической очистки и/или физической очистки с регенерацией растворителя, для чего необходимы значительные капиталовложения. Эксплуатационные расходы также будут высокими относительно эксплуатационных расходов по другому оборудованию, применяемому на установке. Для удаления паров воды требуются сушилки, такие как молекулярные сита. Колонны для промывки газов и оборудование для фракционирования используются для удаления углеводородов, которые имеют тенденцию вызывать закупорку. В обычной установке для получения сжиженного природного газа удаляют также ртуть, поскольку она может вызывать разрушение оборудования, изготовленного из алюминия. Кроме того, после получения сжиженного природного газа из него удаляют большую часть азота, поскольку азот не будет оставаться в жидкой фазе в процессе транспортировки обычного сжиженного природного газа, а присутствие паров азота в резервуарах со сжиженным природным газом в пункте назначения крайне нежелательно.

Резервуары, трубопроводы и другое оборудование, применяемое в обычной установке для производства сжиженного природного газа, обычно изготовлено, по меньшей мере, частично из алюминия или никелевой стали (например, с 9 вес. % никеля), что позволяет обеспечить необходимую прочность к образованию трещин при исключительно низких температурах, применяемых при подготовке газа к транспортировке. Дорогостоящие материалы с хорошей прочностью к образованию трещин при низких температурах, включая алюминий и никелевую сталь (например, с 9 вес.% никеля), обычно используют не только в установках для получения сжиженного природного газа, но и для изготовления газохранилищ для сжиженного природного газа на кораблях и терминалах.

На типичном судне для транспортировки сжиженного природного газа используются крупногабаритные резервуары сферической формы, которые называют сферическими резервуарами Мосса, в которых сжиженный природный газ хранят при транспортировке. Такие суда в настоящее время стоят свыше 230 миллионов долларов США каждое. Для реализации типичного проекта получения сжиженного природного газа на Ближнем Востоке и транспортировки его на Дальний Восток может потребоваться от 7 до 8 таких судов на общую сумму от около 1,6 до 2,0 миллиарда долл. США.

Как видно из сказанного выше, существует потребность в создании более экономичной системы переработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа к рынку сбыта, чтобы отдаленные месторождения природного газа могли более эффективно конкурировать с альтернативными источниками энергии. Кроме того, требуется система, обеспечивающая возможность коммерческого использования небольших отдаленных месторождений природного газа, использование которых в противном случае является экономически нецелесообразным. Кроме того, нужна более экономичная система газификации и распределения газа, чтобы сжиженный природный газ стал более привлекательным для некрупных потребителей.

Соответственно основными задачами настоящего изобретения являются следующие: создать более экономичную систему переработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа из отдаленных месторождений к рынкам сбыта и значительно снизить пороговый объем месторождения и рынка сбыта, который требуется для обеспечения экономической целесообразности проекта поставки сжиженного природного газа. Один из путей решения этих задач состоит в том, что производят переработку сжиженного природного газа при более высоких давлениях и температурах, чем в обычных установках для производства сжиженного природного газа, т.е. при давлении, превышающем атмосферное, и температурах свыше -162^oС. Хотя общая концепция переработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа при повышенном давлении и температуре уже обсуждалась в специальных публикациях, эти публикации в целом посвящены изготовлению транспортных резервуаров из никелевой стали (например, 9 вес. % никеля) или алюминия, причем хотя оба материала и обладают требуемыми конструктивными свойствами, тем не менее они являются очень дорогими. Например, на стр. 162-164 книги "NATURAL GAS BY SEA The development of a New Technology", опубликованной издательством Witherby&Co. Ltd., первое издание в 1979 г., второе - 1993 г., Роджер Ффукс описывает переоборудование судна "Sigalpha" компании "Liberty" для перевозки либо среднесжиженного газа под давлением 1380 кПа и -115^oС, или сжатого природного газа, находящегося под давлением 7935 кПа и при температуре -60^oС, (-75^oF). Г-н Ффукс указывает на то, что несмотря на техническую обоснованность, ни одна из этих двух концепций не нашла "покупателей" - главным образом из-за высокой стоимости хранения. Согласно публикации, на которую ссылается г-н Ффукс, для работы со сжатым природным газом, т.е. при -60^oС, ставилась цель использовать низколегированную сталь, подлежащую сварке и улучшенную закалкой и отпуском, которая обладает хорошей прочностью (760 кПа) и хорошей стойкостью к образованию трещин в рабочих условиях (см. "A new process for the transportation of natural gas" by R. J. Brocker, International LNG Conference, Chicago, 1968). В данной публикации также указано, что сплав алюминия оказался самым дешевым материалом для работы со сжатым природным газом, т.е. при значительно более низких температурах в -115^oС. Также г-н Ффукс на стр.164 своей работы говорит о конструкции "Ocean Phoenix Transport", работающей при намного более низком давлении в около 414 кПа, где применялись резервуары, которые можно изготовить из сплава стали с 9 вес.% никеля или из алюминиевого сплава; автор снова говорит о том, что эта концепция не смогла предоставить достаточные технические или финансовые преимущества, необходимые для внедрения проекта. См. также (i) патент США 3298805, где описано использование стали с содержанием никеля в 9 вес.%, или высокопрочного алюминиевого сплава для изготовления резервуаров для транспортировки сжатого природного газа; и (ii) патент США 4182254, где описаны резервуары из стали с содержанием никеля 9 вес.% или аналогичной стали, применяемых для транспортировки сжиженного природного газа при температурах от -100^oС до -140^oС и давлении от 4 до 10 атмосфер (т.е. от 407 кПа до 1014 кПа) в патенте США 3232725 описана транспортировка природного газа в плотной фазе в жидком состоянии при температуре -62^oС или в некоторых случаях -68^oС и под давлением, по меньшей мере, на 345 кПа выше давления, при котором газ закипает при рабочих температурах, при использовании резервуаров, изготовленных из материалов, таких как сталь с содержанием никеля 1-2%, которая была подвергнута закалке и отпуску с тем, чтобы ее предел прочности на разрыв приближался к 830 МПа; (iv) "Marine Transportation of LNG at Intermediate Temperature" CME March 1979, by C.P. Bennett, в которой обсуждаются результаты изучения транспортировки сжиженного природного газа под давлением 3,1 МПа и при температуре -100^oС, при использовании резервуара для хранения газа, изготовленного из стали с 9% Ni или 3,5% Ni, которую подвергли закалке и отпуску, причем стенки резервуара имели толщину 24,1 см.

Несмотря на то что такие концепции обсуждались в специальной литературе, в настоящее время не осуществляется переработка, хранение и транспортировка сжатого сжиженного природного газа под давлением, значительно превышающем атмосферное, и при температуре, значительно выше чем -162^oС. Вероятно такая ситуация сложилась из-за того, что до настоящего времени нет доступной экономичной системы переработки, хранения, транспортировки и распределения сжиженного природного газа при таком давлении и температуре.

Никелевая сталь, обычно используемая для конструкций, эксплуатируемых при криогенной температуре, например сталь с содержанием никеля свыше около 3 вес. %, имеет низкую температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое (показатель ударной вязкости), но также она обладает относительно низкой прочностью на разрыв. Промышленность выпускает стали с содержанием никеля 3,5 вес. %, 5,5 вес.% и 9 вес.%, которые имеют температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое около -100^oС, -155^oС и -175^oС соответственно и прочность на разрыв до около 485 МПа, 620 МПа, и 830 МПа соответственно. Чтобы добиться таких сочетаний прочности и ударной вязкости, стали этого рода обычно подвергают дорогостоящей обработке, например двойному отжигу. Для конструкций, используемых при криогенных температурах, в современной промышленности используют именно эти никелевые стали, поскольку они обладают хорошей ударной вязкостью при низких температурах, но при этом приходится решать проблемы, возникающие из-за относительно низкой прочности на разрыв этих сталей. Конструкции, изготовленные из этих сталей, обычно должны иметь очень большую толщину для того, чтобы выдерживать нагрузку при криогенных температурах. Таким образом, применение таких никелевых сталей в конструкциях, подвергающихся нагрузке при криогенных температурах, требует значительных расходов, которые объясняются высокой стоимостью стали и необходимостью использовать сталь большой толщины.

Пять одновременно находящихся на рассмотрении заявок на патенты США (заявки на сжатый сжиженный природный газ), каждая из которых имеет название "Усовершенствованная система переработки, хранения и транспортировки сжиженного природного газа", описывают резервуары и танкеры для хранения и транспортировки морем сжатого сжиженного природного газа в широком диапазоне от около 1035 кПа до около 7590 кПа и при температурах в широком диапазоне от около -123^oС до около -62^oС. Самая последняя заявка из числа заявок на сжатый сжиженный природный газ имеет приоритет от 14 мая 1998 г. и номер заявки 60/085467 в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам. Первая из указанных заявок по сжатому сжиженному природному газу имеет приоритет от 20 июня 1997 г. и номер заявки 60/050280 в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам. Вторая из указанных заявок по сжатому сжиженному природному газу имеет приоритет от 28 июля 1997 г. и номер заявки 60/053966 в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам. Третья из указанных заявок по сжатому сжиженному природному газу имеет приоритет от 19 декабря 1997 г. и номер заявки 60/068226 в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам. Четвертая из указанных заявок по сжатому сжиженному природному газу имеет приоритет от 30 марта 1998 г. и номер заявки 60/079904 в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам. Однако эти заявки по сжатому сжиженному природному газу не описывают системы распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа.

Сжиженный природный газ и другие криогенные жидкости, например жидкий кислород, жидкий водород и жидкий гелий, обычно транспортируют грузовиками от центральных установок для переработки газа до конечных потребителей. Жидкий азот транспортируют в пределах университетских кампусов и учебных корпусов, например, по системам распределительных трубопроводных сетей. Спрос на сжиженный природный газ, в частности, в последние годы вырос из-за того, что природный газ при сгорании дает мало выбросов. Хотя природный газ обычно подается по системе распределительных трубопроводных сетей, в настоящее время не существует систем распределительных трубопроводных сетей для сжатого сжиженного природного газа. Подача природного газа в виде сжатого сжиженного природного газа по сравнению со сжиженным природным газом представляет ряд преимуществ для конечного пользователя, поскольку транспортировка сжатого сжиженного природного газа будет более экономичной, если создать экономичную систему транспортировки и подачи сжатого сжиженного природного газа. Кроме того, по сравнению со сжатым природным газом более высокая плотность сжатого сжиженного природного газа позволяет обеспечить поставку большей массы продукта или энергии при одинаковом объеме.

Углеродистые стали, которые обычно используются для создания промышленных систем распределительных трубопроводных сетей для текучих сред, таких как природный газ, не обладают достаточной стойкостью к образованию трещин при криогенных температурах, т.е. температурах ниже около -40^oС. Другие материалы, обладающие лучшей, чем углеродистая сталь, стойкостью к образованию трещин при криогенных температурах, например вышеуказанные никелевые стали (3,5 вес.% Ni - 9 вес.% Ni) с прочностью на разрыв до около 830 МПа, алюминий (Al-5083 или Al-5085) или нержавеющая сталь, традиционно использовались для строительства систем распределительных трубопроводных сетей, которые подвергаются воздействию криогенных температур. Также могут быть использованы специальные материалы, такие как сплавы титана, и специальные композитные материалы из ткани из стекловолокна, пропитанной эпоксидными смолами. Эти материалы являются дорогими и поэтому их использование делает проекты нецелесообразными с экономической точки зрения. Такие недостатки по экономическим соображениям не позволяют использовать производимые в настоящее время материалы для строительства систем распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа. Разработка резервуаров, необходимых для транспортировки морем сжатого сжиженного природного газа, которые описаны в заявках на сжиженный природный газа под давлением, в сочетании с современными возможностями переработки сжатого сжиженного природного газа, делают разработку систем распределительных трубопроводных сетей актуальной для того, чтобы транспортировка по суше сжатого сжиженного природного газа стала более привлекательной с экономической точки зрения, а также для того, чтобы сделать реальной транспортировку сжиженного природного газа и других криогенных жидкостей.

Наличие более экономичного источника природного газа, транспортируемого и распределяемого в виде жидкости, позволит добиться значительного расширения возможностей применения природного газа в качестве топлива. Ниже приведено краткое описание существующих и разрабатываемых видов применения природного газа в качестве источника энергии, которые значительно выиграют, если будет создана более экономичная система наземной транспортировки и подачи природного газа, такая как система распределительных трубопроводных сетей.

Сжиженный природный газ обычно транспортируют грузовиками, когда необходимо доставить топливо в отдаленные районы, где нет инфраструктуры подачи природного газа. Кроме того, местные условия все чаще делают транспортировку сжиженного природного газа более выгодной, чем подача газа по трубопроводам. Аляскинская газовая компания разработала проект стоимостью 200 миллионов долл. США для удаленных электростанций на сжиженном природном газе в семнадцати округах юго-восточной Аляски. Компания также предполагает перевозить грузовиками сжиженный природный газ на 480 км от установки для производства сжиженного природного газа в Кук Инлет до Фэрбенкса, начиная с ноября 1997 г. В восточной Аризоне проведенный недавно анализ технической осуществимости проекта показал, что поставка сжиженного природного газа к отдаленным станциям подачи сжиженного природного газа является выгодным с экономической точки зрения решением для нескольких изолированных населенных пунктов, не имеющих доступа к газопроводам. Таковы новые тенденции в крупномасштабной транспортировке сжиженного природного газа и его использовании, причем использование сжиженного природного газа может существенно вырасти, особенно при повышении экономичности систем транспортировки. Новейшая технология сжатого сжиженного природного газа может сделать экономически целесообразным использование сжатого сжиженного природного газа в качестве топлива при условии, что будут созданы более экономичные способы наземной транспортировки сжатого сжиженного природного газа, такие как системы распределительных трубопроводных сетей.

Далее расширяется использование "портативных трубопроводов" - транспортируемых систем "сжиженный газ/испаритель" для обеспечения непрерывной подачи газа. Это позволяет газовым компаниям избегать перерывов в подаче газа, связанных с обслуживанием газопроводов, и продолжать подачу газа потребителям в периоды пиковой нагрузки, такие как холодное зимнее время, во время аварий подземных газопроводов, технического обслуживания газопроводов и т.п. В зависимости от конкретного вида применения испаритель сжиженного природного газа может быть установлен на стратегически важном участке системы подачи природного газа и, когда того потребуют рабочие условия, автомобили с цистернами со сжиженным природным газом осуществляют подвозку газа к испарителю. В настоящее время, насколько нам известно, не существует систем распределительных трубопроводных сетей для сжатого сжиженного природного газа для транспортировки сжатого сжиженного природного газа вместо сжиженного природного газа к таким испарителям, чтобы обеспечить дополнительную подачу газа во время пиковой нагрузки.

И, наконец, ряд ведущих импортеров сжиженного природного газа в Азии полагают, что сжиженный природный газ имеет огромный потенциал в качестве топлива для транспортных средств (до 20% всего импортируемого газа). Системы распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжиженного природного газа к автозаправочным станциям могут представлять собой наиболее экономичный вариант доставки газа в некоторых условиях. В частности, в отсутствии инфраструктуры для подачи газа экономичная система распределительных трубопроводных сетей может сделать подачу сжатого сжиженного природного газа более привлекательной с экономической точки зрения.

Экономичные системы распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа позволят обеспечить конкурентоспособность отдаленных газовых месторождений в сопоставлении с альтернативными источниками энергии.

Таким образом, конкретная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать экономичные системы распределительных трубопроводных сетей для подачи сжиженного природного газа при повышенном давлении и при температурах, превышающих температуры в обычных системах сжиженного природного газа. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать такие системы распределительных трубопроводных сетей, в которых трубы и другие составные части системы изготовлены из материалов, обладающих достаточной прочностью и стойкостью к образованию трещин для того, чтобы в них мог находиться сжатый сжиженный природный газ.

В соответствии с поставленными задачами предложены системы распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа под давлением в диапазоне от около 1035 кПа до около 7590 кПа и при температурах в диапазоне от около -123^oС до около -62^oС. Системы распределительных трубопроводных сетей согласно настоящему изобретению содержат трубы и другие составные части системы, которые изготовлены из материалов, включающих сверхпрочную низколегированную сталь, содержащую менее 9 вес.% никеля и обладающую достаточной прочностью и стойкостью к образованию трещин для того, чтобы удерживать сжиженный природный газ под давлением. Сталь обладает сверхвысокой прочностью, например прочностью на разрыв (в соответствии с определением, приведенным в настоящем тексте) свыше 830 МПа и температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС.

Краткое описание чертежей.

Преимущества настоящего изобретения будут более понятны из приведенного ниже подробного описания изобретения и сопроводительных чертежей, на которых: Фиг.1 представляет собой схему, иллюстрирующую систему распределительных трубопроводных сетей согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2А представляет собой график зависимости между критической глубиной дефектов в отношении дефектов определенной длины как функции стойкости к образованию трещин при раскрытии в вершине трещины и остаточным напряжением.

Фиг.2В иллюстрирует геометрию (длину и глубину) дефектов.

Несмотря на то что настоящее изобретение будет далее описано со ссылками на конкретные предпочтительные варианты его осуществления, следует иметь в виду, что рамки изобретения не ограничены этими вариантами. Напротив, изобретение должно охватывать все альтернативы, модификации и эквиваленты в рамках объема и сущности изобретения, которые представлены в формуле изобретения.

Настоящее изобретение относится к системам распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжатого сжиженного природного газа. Системы распределительных трубопроводных сетей предназначены для транспортировки сжатого сжиженного природного газа под давлением от около 1035 кПа до около 7590 кПа и при температуре от около -123^oС до около -62^oС, причем системы распределительных трубопроводных сетей содержат трубы и другие составные части системы, изготовленные из материалов, содержащих сверхпрочную низколегированную сталь, включающую менее 9 вес.% никеля и обладающую прочностью на разрыв свыше 830 МПа и температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС. Предложены также системы распределительных трубопроводных сетей для транспортировки сжиженного природного газа под давлением от около 1725 кПа до около 4830 кПа и при температуре от около -112^oС до около -79^oС, причем системы распределительных трубопроводных сетей содержат трубы и другие составные части системы, которые (i) изготовлены из материалов, содержащих сверхпрочную низколегированную сталь, включающую менее 9 вес. % никеля, и (ii) обладают достаточной прочностью и стойкостью к образованию трещин, чтобы удерживать сжиженный природный газ под давлением.

Трубы для транспортировки сжатого сжиженного природного газа При создании систем распределительных трубопроводных сетей согласно настоящему изобретению основную роль играют трубы, пригодные для того, чтобы в них можно было хранить сжиженный природный газ под давлением или транспортировать его по ним под давлением от около 1035 кПа до около 7590 кПа и при температуре от около -123^oС до около -62^oС. Предпочтительно, чтобы сжатый сжиженный природный газ производили и транспортировали под давлением в диапазоне от около 1725 кПа до около 7590 кПа и при температуре в диапазоне от около -112^oС до около -62^oС. Более предпочтительно, чтобы сжатый сжиженный природный газ производили и транспортировали под давлением в диапазоне от около 2415 кПа до около 4830 кПа и при температуре в диапазоне от около 101^oС до около -79^oС. А еще лучше, чтобы нижние пределы диапазонов давления и температуры для сжатого сжиженного природного газа составляли около 2760 кПа и около -96^oС. Предложенный трубопровод предназначен для хранения и транспортировки сжатого сжиженного природного газа, причем трубопровод изготовлен из материалов, включающих сверхпрочную низколегированную сталь, содержащую менее 9 вес.% никеля и обладающую прочностью на разрыв свыше 830 МПа и температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС. Помимо этого, имеются другие составные части системы, такие как фитинги, причем фитинги изготовлены из материала, включающего сверхпрочную низколегированную сталь, содержащую менее 9 вес. % никеля и обладающую прочностью на разрыв свыше 830 МПа и температурой перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС. Резервуары для хранения, пригодные для использования в системах распределительных трубопроводных сетей согласно настоящему изобретению, описаны более подробно в патентных заявках на сжатый сжиженный природный газ.

Сталь для изготовления труб и других составных частей системы.

Любая сверхпрочная низколегированная сталь, содержащая менее 9 вес.% никеля и обладающая достаточной прочностью на разрыв для удержания текучих сред, таких как сжатый сжиженный природный газ, при криогенных температурах в рабочих условиях, может быть использована для изготовления труб и других составных частей системы согласно настоящему изобретению в соответствии с известным механизмом образования трещин. Примером стали, которая может быть использована в рамках изобретения, является свариваемая сверхпрочная низколегированная сталь, содержащая менее 9 вес.% никеля и обладающая прочностью на разрыв свыше 830 МПа и ударной вязкостью, достаточной для того, чтобы предотвратить образование трещин, т.е. разрушений, в рабочих условиях при криогенных температурах. Другим примером стали, пригодной для использования согласно настоящему изобретению, является свариваемая сверхпрочная низколегированная сталь, содержащая менее чем около 3% никеля и обладающая прочностью на разрыв по меньшей мере 1000 МПа и ударной вязкостью, достаточной для предотвращения образования трещин, т.е. разрушений, в рабочих условиях при криогенной температуре. Предпочтительно, чтобы сталь имела температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС. Последние достижения в технологии производства стали позволили выпускать новые сверхпрочные низколегированные стали с прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах. Например, в патентах США, выданных на имя Ку и др. 5531842, 5545269 и 5545270 описаны новые виды стали и способы их обработки до получения стальных пластин с прочностью на разрыв в около 830 МПа, 965 МПа и выше. Стали и способы их обработки, описанные в этих патентах, подвергались дальнейшему усовершенствованию для разработки стали с новыми комбинациями химических характеристик и способов изготовления изделий из этой стали, в результате чего были созданы сверхпрочные низколегированные стали, обладающие прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах как на основных участках, так и в зонах теплового воздействия в процессе сварки. Эти сверхпрочные низколегированные стали также обладают улучшенной ударной вязкостью по сравнению со стандартной сверхпрочной низколегированной сталью. Улучшенные виды стали описаны также в находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США под названием "Сверхпрочные стали с прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах", с приоритетом от 19 декабря 1997 г. и зарегистрированной в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам под номером 60/068194; в находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США под названием "Сверхпрочные аустенитно-стареющие стали с прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах" с приоритетом от 19 декабря 1997 г. и зарегистрированной в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам под номером 60/068252; а также в находящейся на одновременном рассмотрении заявке на патент США под названием "Сверхпрочные двухфазные стали с прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах" с приоритетом от 19 декабря 1997 г. и зарегистрированной в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам под номером 60/068816 (вместе эти заявки будут упоминаться как "патентные заявки на сталь").

Новые стали, раскрытые в патентных заявках на сталь и описанные в приведенных ниже примерах, лучше всего подходят для изготовления резервуаров для хранения и транспортировки сжатого сжиженного природного газа согласно изобретению благодаря тому, что эти стали обладают следующими характеристиками, предпочтительно при толщине стальных листов около 2,5 см и выше: (i) температура перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже чем около -73^oС, предпочтительно ниже чем около -107^oС, в основном стальном листе и в зоне теплового воздействия при сварке; (ii) прочность на разрыв более 830 МПа, предпочтительно выше около 860 МПа и более предпочтительно выше около 900 МПа; (iii) превосходная свариваемость; (iv) по существу однородная микроструктура и свойства по всей толщине; (v) улучшенная ударная вязкость по сравнению со стандартной сверхпрочной низколегированной сталью, выпускаемой промышленностью. Более предпочтительно, если такие виды стали обладают прочностью на разрыв свыше 930 МПа, или свыше около 965 МПа, или выше около 1000 МПа.

Первый пример стали.

Как говорилось выше, в находящейся на одновроеменном рассмотрении заявке на патент США под названием "Сверхпрочные стали с прекрасной ударной вязкостью при криогенных температурах" с приоритетом от 19 декабря 1997 г. и зарегистрированной в Патентном ведомстве США по патентам и товарным знакам под номером 60/068194 описаны стали, пригодные для использования в настоящем изобретении. Предложен также способ изготовления сверхпрочных стальных листов, обладающих микроструктурой, состоящей, в основном, из мелкозернистого реечного мартенсита отпуска, мелкозернистого бейнита отпуска или их смесей, причем способ включает следующие этапы: (а) нагревают стальной сляб до температуры повторного нагрева, которая должна быть достаточно высокой для того, чтобы (i) стальной сляб стал по существу однородным, (ii) в стальном слябе растворились по существу все карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия; (iii) в стальном слябе образовались мелкие начальные аустенитные зерна; (б) обжимают стальной сляб до получения стального листа за один или несколько проходов горячих валков в первом температурном диапазоне, при котором происходит перекристаллизация аустенита; (в) далее обжимают стальной лист за один или несколько проходов горячих валков во втором температурном диапазоне примерно ниже температуры _пr и выше температуры фазового превращения Аr₃; (г) закаляют стальной лист со скоростью охлаждения от около 10^oС в секунду до около 40^oС в секунду до температуры прекращения закалки - ниже температуры фазового превращения Ms плюс 200^oС; (д) прекращают закалку; (е) осуществляют отпуск стального листа при температуре отпуска от около 400^oС приблизительно до температуры фазового превращения Ac₁, предпочтительно до температуры фазового превращения Ac₁, но не включая это значение, в течение периода времени, достаточного для того, чтобы вызвать осаждение отверждающихся частиц, т.е. одного или нескольких из следующих материалов: -медь, Мо₂С или карбиды и карбонитриды ниобия и ванадия. Период времени, достаточный для того, чтобы вызвать осаждение отверждающихся частиц, зависит, в основном, от толщины стального листа, химического состава стального листа и температуры отпуска, и специалисты умеют вычислять такие периоды времени (см. раздел "Определения терминов", где даются определения преимущественно отверждающихся частиц, температуры фазового превращения T_пr, Аr₃, M_s и Ac₁, а также Мо₂С).

Чтобы обеспечить ударную вязкость при окружающих и криогенных температурах, стали по первому примеру предпочтительно должны обладать микроструктурой, состоящей преимущественно из мелкозернистого нижнего бейнита отпуска, мелкозернистого реечного мартенсита отпуска или их смеси. Желательно свести к минимуму образование охрупчивающихся ингредиентов, таких как верхний бейнит, двойниковый мартенсит и мартенсит-аустенит. В описании первого примера стали и в формуле изобретения термин "преимущественно" означает, по меньшей мере, около 50 объемных процентов. Предпочтительно, чтобы микроструктура включала, по меньшей мере, от около 60 до около 80 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита отпуска, мелкозернистого реечного мартенсита отпуска или их смеси. Более предпочтительно, если микроструктура включает, по меньшей мере, от около 90 объемных процентов мелкозернистого нижнего бейнита отпуска, мелкозернистого реечного мартенсита отпуска или их смеси. Еще более предпочтительно, если микроструктура включает по существу 100 объем