1液态CO2储罐的现状和前景

时至今日，液态CO2储罐主要用于食品行业，设计压力约为2MPa，也被称作“中压”储罐。即使是最大的储罐，船用储罐的容积为1800m3，陆上储罐的容积为900m3。为了持续推广二氧化碳捕集与封存（CCS）技术，必须降低与CCS技术相关的成本。为此，需要构建大规模的CCS价值链，以高效的方式运输和储存大量的二氧化碳。为了构建具有经济合理性的CCS价值链，除二氧化碳运输船以外，今后也需要扩大陆上二氧化碳供应和接收设施的规模。由此可见，未来迫切需要更大尺寸的船用储罐和陆上储罐。

当前全世界都在考虑包括船舶运输方式在内的CCS，欧洲北极光项目的运输船计划采用中压设计，该设计也被确定为一种新型运输技术。在中压设计中，将安装的储罐的设计压力设为1.9MPa，面向大型罐体进行中压设计。另一方面，中压罐也在考虑采用所谓的“低压”罐，即在三相点上方将压力降至0.7-1.0MPa。从扩大尺寸的角度来看，较低的设计压力更具优势，因此，这项技术或将使储罐尺寸进一步扩大。鉴于低压运输系统目前还尚未成熟，还需要开发一些附加技术，如防止二氧化碳意外凝固的稳定运行技术。

综上所述，对于目前的商业CCS项目而言，除技术较为成熟的中压运输系统以外，在低压运输系统中也需要更大尺寸的储罐。

2钢板性能研究

首先，假设压力为中等，如设计压力为2.0MPa。设计温度约为-30~-35℃。在北极光项目中，使用了板厚50mm、抗拉强度770MPa级的EN10028P690QL2钢，生产容积为3750m3（设计压力1.9MPa、设计温度-35℃）的液态CO2储罐。其次，假设压力较低，如设计压力为0.7MPa。设计温度可低至-50~-55℃。根据设计要求，钢板的韧性保证温度可能更低。

从钢板的强度和韧性保证温度的观点出发，总结了大型液态CO2储罐用钢所需的性能。抗拉强度范围为500-900MPa，韧性保证温度的范围为-30~-100℃。最理想的钢板需要强度、板厚、低温韧性和成本之间的高度平衡。

3液态CO2储罐用钢板

3.1中压大型储罐用WEL-TEN®780

WEL-TEN®系列高强度钢具有良好的焊接性，已被广泛应用于压力容器、压力管道、桥梁、钢架和建筑机械等诸多领域。表1列出了WEL-TEN®780的力学性能（钢板厚度为50mm）。母材抗拉强度为780MPa级，母材韧性满足-25℃。另外，WEL-TEN®780在符合标准要求的情况下，也可按照EN10028P690QL2、KE690、ASTMA517等标准生产。表2列出了WEL-TEN®780的化学成分(板厚50mm)。为了兼顾780MPa级抗拉强度和良好的夏比冲击韧性，对添加合金元素进行了优化，改善了淬透性。由于抗拉强度780MPa级钢在焊后热处理（PWHT）后可能出现脆化，在罐体需要PWHT时，为了抑制脆化，降低了钢中P、S等杂质含量。表3显示了50mm厚钢板进行PWHT后母材的拉伸和夏比冲击试验结果。表4列出了PWHT后气体金属弧焊接接头（K型坡口）的夏比冲击试验结果。由此可知，钢板在-40℃时具有良好的强度和韧性，适用于中压大型储罐。

3.2大型低压罐用低温钢N-TUF®490

N-TUF®系列钢板在低温和超低温环境下具有优异的韧性，主要用于液态石油气储运容器、化工设备和压力容器。表5列出了N-TUF®490的力学性能（钢板厚度50mm）。母材抗拉强度为610MPa，母材韧性符合WES3003标准。N-TUF®490在符合标准要求的情况下，也可按照ASTMA738、ASTMA841和JISSPV490等典型官方标准生产。表6列出了N-TUF®490的化学成分。表7展示了对厚度50mm钢板进行PWHT后的母材拉伸和夏比冲击试验结果。表8是PWHT后手工电弧焊接接头（X型坡口）的夏比冲击试验结果，-60℃时的试验结果良好。由以上试验结果可知，N-TUF®490钢板在-60℃时具有良好的强度和韧性，适用于大型低压储罐。