铝：万里护送法国液化天然气进京

　　2016年11月29日上午，北京市燃气集团向法国自主采购的首船液化天然气(LNG)向北京供气。据媒体报道，北京市燃气集团2016年冬从法国采购的9亿m3液化天然气，共计10船。首船于11月29日抵达唐山曹妃甸码头并开始卸货，通过卸料臂管道向接收站贮罐输送LNG，共9000万m3，气化后通过陕京管网输送到北京。

　　LNG运输船缓缓靠港抵达接收站专用码头后，通过4台液相卸料臂和卸船管道，供助船上卸料泵将LNG打入接入站贮储内，再送至高压泵升压后，送至气化器，气化成气态天然气，经计量后输气管网，再通过陕京管网输送至北京。唐山液化天然气接收站的主要设施有：4座16万m3的LNG贮罐，1座可靠泊船容量12.5万m3~27万m3 LNG船的专用卸货码头。冬季高峰期最高外供气量可达4200m3/d，占北京高峰日需气量的1/3左右。

　　法国来的液化天然气经气化由陕京四线“空坻-香河-西集”线抵达通州区西集镇西集分输站，设计长77.5km，管径1016mm，设计压力10N/mm2，输气量120亿m3/a。北京已于2015年成为全球第三大天然气消费城市，单日用量突破1亿m3。

　　法国液化天然气怎样来到中国

　　中国向法国订购的LNG是怎样不远万里来到中国的呢?是乘专用的LNG运输船从法国起航，从西向东经过地中海，进入苏伊士运河，出河后驶入红海，再横跨印度洋，驶过马六甲海峡，穿越中国南海，经过台湾海峡一路北上抵达唐山曹妃甸专用码头。

　　每条LNG船上有4个巨大的内装LNG，在液化基地由贮藏罐装入船上的球罐，运到目的港后罐入基地的贮罐。

　　铝材是制造LNG贮罐的最佳材料，因为它是很好的超低温结构材料，易加工成形，可焊性良好，回收率高达95%以上。基站贮罐分内外两层，中间为保温层，地上式每个铝材用量约1100t，地下式的用量为100t左右，材料利用率可按85%匡算，各部分的铝材用量及规格见表1。

　　LNG球罐的制造

　　日本是全世界生产LNG最多的国家，其香川县川崎造船股份有限公司坂出工厂于1981年首次在日本建筑摩司型LNG船以来至2016年已造了36艘，所用铝材除本国生产大部分外，宽度大于4100mm的厚板则从美国铝业公司进口。

　　球罐由三部分组成，下面的半球称为“南半球”，正中间的那部分称为“赤道环”，上面的半球称为“北半球”。赤道处板厚170mm，此处与船体相连的“围裙”部件中装有支架，各种配管安于架内。

　　球罐制造犹如制造地球仪，由偶数瓜片型部件组成球形。首先将7叶瓜片型部件焊于一起，这种大部件称之为“花瓣”。在这个大“花瓣”上再焊上7叶瓜片形部件就成为8叶瓜片形的半球。焊2个这样的半球，一个“南半球”，一个“北半球”。最后将“南半球”“北半球”“赤道环”“围裙”、配管支架组装焊接大罐。

　　赤道环是用170mm厚的特厚板制造的。罐外覆盖着复合隔热保温层，能防止外界的热传入，使内部的液化气保持着-163℃。复合保温层的外表为薄铝板，中间为两层塑料泡沫，一层苯酚树脂的，另一层为硬质聚氨基甲酸乙酯泡沫，每个罐用了6000张这样的隔热板，用15000个螺钉紧固于罐体。

　　制造完毕的LNG罐由2台各800t的起重机吊起移至船舱的规定位置。此种罐为完整的球形，各部件受力均匀，不存在应力集中源，不会产生裂纹。制造罐的瓜片尺寸各不相同，其大小决定于所处的位置，其代表性尺寸为60mm(厚)×1600mm(宽)×4000mm(长)。

　　罐体及配管支架用5083-O合金制造，“围裙”的一部分用强度高的5083-H321合金板材制造，1个大罐的铝材用量约750t，1艘船的用量约3000t。过去零部件的连续采用MIG(金属极惰气保护焊)法焊。为了安全地运输LNG，必须确保大罐的制造品质，特别是焊接品质。为此，对焊接部既要进行全部超声波探伤、染色浸透试验与抽样X射探伤等非破坏性检验二三遍，还要进行破坏性的力学性能检测，总之应加强制造中的管理，确保生产出安全而可靠性高的巨罐，做到万无一失。

　　5083合金制造LNG设施上乘材料

　　LNG是一种低温(<-160℃)清洁能源，燃烧时仅产生CO2与H2O，它的贮罐与输送管道可用铝合金制造，因为铝材是一类上乘的低温与超低温材料，它的各项力学性能均随着温度的降低而同步上升，没有低温脆性，可是钢则不然，除为数不多钢没有低温脆性外，绝大多数的成千上万种钢都有低温脆性，不适宜制造低温设备与结构，当然也有少数钢是可以的，没有低温脆性，不过钢的密度比铝的大得多，铝的密度仅相当于钢的35%，所以在结构强度相等的情况下，结构件质量比钢的至少轻1/3以上，所以铝材是交通运输低温装备制造的首选材料。在LNG装备制造中当今用得最多的是5系的5083型合金。

　　化学成分

　　5083型合金共有8个，它们的化学成分见表2。

　　简明性能

　　5083合金的密度2660kg/m3，比工业纯铝的还小一些，O状态材料20℃时的其他物理性能：熔化温度579℃~641℃，电导率29%IACS，热导率117W/(m·℃)，比热容900J/(kg·℃)，20℃~100℃的线胀系数23.8×10-6m/(m·℃)。5083℃合金的典型力学性能见表3。

　　5083-O合金有很好的低温性能，-200℃的抗拉强度Rm=405N/mm2，比室温时的高40%，伸长率43%，比室温时的22%高95%，是制造LNG(约-155℃)装备的好材料。

　　中国是世界上进口LNG最多的国家之一，一是通过陆路管道从俄罗斯、中西亚国家进口，二是通过海运用LNG船从海湾国家与欧洲等地区进口，可是制造LNG船上大球罐用的宽度>4200mm的宽大铝合金厚板我们还不能制造，因为还没有工作辊面宽度达到5600mm的铝板热轧机，笔者盼望有一个铝板带轧制企业建一台这么大的热轧机，千万不要多建，全国有1台就足够了。宽度4100mm以上的铝板只有造船等极少数产业用，航空航天用的铝板带宽度都≤3900mm。目前全世界只有美国铝业公司达文波特轧制厂(Davenport Works)有一台5588mm的热轧机，各国制造LNG船用的宽大铝合金厚板都从美国进口。