大型液化天然气储罐内罐壁9Ni钢板及制造方法和罐壁结构技术领域
本发明涉及宽厚钢板生产技术，特别涉及大型液化天然气储罐内罐壁9Ni钢板及制造方法和罐壁结构，该钢板具有良好－196℃低温韧性，适用于到能源、化工行业中容量在10万立方米以上的大型液化天然气储罐。
背景技术
在世界范围内，天然气作为清洁能源之一，其需求总量在持续增长。特别是在日本福岛核事故之后，核能开发和利用受到了很大的阻力，取而代之的天然气作为安全、清洁能源更加受世界各耗能大国的青睐。与此相对应，国内的天然气需求量也在急剧上升，至2013年，我国天然气表观消费量已达1650亿立方米，进口天然气达到530亿立方米左右。预计到2015年，我国天然气供应量将达到2680亿立方米，包括国内资源1940亿立方米和进口740亿立方米；2020年天然气供应量将达到4310亿立方米，包括国内资源2700亿立方米和进口1610亿立方米。到2015年，我国天然气消费量占全国一次能源消费总量的比重将增至9％，到2020年将继续提升至12％。
作为陆上天然气管道输送以及海上船舶运输的终端，以接受、储存、调峰、分流为主要功能的大小液化天然气站是整个天然气供应链中不可缺少的重要环节。天然气经液化后体积缩小了600倍后，以液化天然气(以下简称LNG)的形式被安全、低成本地储存在LNG储罐之中，LNG储罐正是大小液化天然气站中的关键设施之一。
随着国内天然气需求的快速增加，各类大型LNG储罐的建设也在快速兴起。自2003年我国首个大型LNG储罐开工建设以来，我国仅16万立方米预应力混凝土LNG储罐已开建或建成了43个，容积20万立方米的LNG储罐也完成了设计，正在计划兴建之中。在上述不同容器的LNG储罐中，尽管储罐结构有所不同，但目前最常见的、特别是在10万立方米以上LNG储罐中占绝对主流的，均为圆筒形预应力混凝土罐。这种LNG储罐罐体由钢质內罐和预应力混凝土外罐构成，内罐和外罐罐壁都为圆筒结构。其中，內罐罐壁都是由许多张不同厚度的、具有良好的-196℃低温韧性的9Ni钢板焊接而成的圆筒形结构。
尽管容量大小不同，传统的圆筒形LNG储罐內罐所设计的钢板规格尺寸也有所不同，但总的来说，这些LNG储罐內罐的罐壁钢板都有如下共同特点：
1)內罐罐壁结构均为圆筒形结构，罐壁用钢板自上而下分若干层。同一层内，钢板都是以板宽作为该层的层高、以板长作为罐壁的一段弧长，且钢板的厚度都是相同的。而在不同层间，钢板厚度则由上而下呈阶梯状增加，即：下层钢板的厚度总是大于或等于上一层的厚度，以此来抵抗由上而下递增的罐内储存LNG液体所产生的静压力。
2)在同一层内，钢板的材质都是相同的。根据行业规范，此类LNG储罐內罐的材质必须采用具有良好的-196℃低温韧性、含有9％左右Ni元素的9Ni钢板，采用“正火+回火”或“淬火+回火”工艺生产，常用的牌号有我国国家标准GB150中的06Ni9DR、欧标EN10028-4中的X7Ni9、美标ASTM中的A553Type1等。
3)內罐罐壁钢板都需要进行卷曲成型加工，使其弯曲的曲率半径等于或非常接近于內罐罐壁圆周的半径。罐壁钢板的卷曲成型加工是传统內罐罐壁板的必须要有的预制加工工序之一。
以目前某经典的16万立方米圆筒形预应力混凝土LNG储罐设计为例，其內罐罐壁周长为252米，内罐壁钢板材质均为GB150中的9Ni钢，牌号为06Ni9DR，按热处理工艺区分可分为“淬火+回火”型和“正火+回火”型两种；总高36.12米的罐壁由12层钢板焊接而成，每层罐壁钢板的长度和宽度都是相同的，即都是由22张3.01米宽×11.45米长的钢板焊接而成，但钢板厚度则自上而下呈阶梯状增加，即下层钢板的厚度总是大于或等于上一层的厚度。
该16万立方米LNG储罐內罐罐壁用低温韧性钢板的具体设计如下表1。
表1
据此，可推算出：
1)该16万立方米LNG储罐內罐共需12×22＝264张06Ni9DR钢板，共计约(27+25+23+21+19+17+15+13+12+12+12+12)×2.98×11.45×22×7.85/1000≈1228吨；
2)该16万立方米LNG储罐內罐共需焊接总计22×252＝2771米长的壁板间的环形焊缝和12×22×2.98＝787米长的壁板间的纵向焊缝。
目前，上述传统的16万立方米圆筒形预应力钢筋混凝土LNG储罐已成为国内LNG储罐的主流设计，现有设计技术已日趋成熟，且已开始纳入相关国内标准和规范的工作之中。
以16万立方米圆筒形预应力混凝土LNG储罐为例，分析现有技术，其储罐內罐罐壁的结构设计存在着以下不足：
①虽然名称为预应力混凝土储罐，但上述LNG储罐的真正核心还是耐低温的钢质內罐，LNG储罐建造的技术难点以及建造成本主要在內罐上，因为其內罐是直接接触－165℃的LNG液体。
在内储罐装满LNG介质后，內罐罐壁上某一点的钢板所承受的静压力反比于它的高度，因此，每层钢板上沿位置的承压总是小于钢板下沿位置的承压。而且，每层的高度越高，即钢板越宽，钢板的上沿和下沿所承受的静压力差就越大。显然，单纯从受力计算角度上看，钢板上沿的厚度完全可以小于下沿的厚度。然而事实上，现有的储罐结构设计时，罐壁钢板的厚度都是根据其下沿位置所承受的静压力来计算的，也就是说，对于钢板的上沿，总有部分厚度是属于“多余”的。而且，罐壁层高越高，即钢板越宽，“多余”的厚度也越多，产生的钢材“浪费”就越严重。众所周知，LNG储罐内罐壁所用的9Ni钢板价格十分昂贵。从减少钢板使用量角度来讲，罐壁的层高(也即钢板宽度)越小越好。然而，罐壁的层高越小，造成罐体建造时的环焊缝的总长也就越长。9Ni钢配套焊接材料价格是钢板价格的数十倍，焊接成本同样也是普通钢板焊接成本的若干倍。从减少焊缝总长度角度考虑，钢板宽度则是越宽越好。显然两者间形成了一对矛盾。
综合平衡后，国内目前常见的16万立方米LNG储罐的内罐壁板宽度被设计为3000mm左右。
②然而，3000mm这一板宽并非国内主流宽厚板厂家的理想板宽。因为，目前主流宽厚板轧机都为5米厚板轧机，实际最大成品宽度为4600～4800mm。因此对于3000mm的钢板宽度，上述5米厚板轧机的生产效率并不理想，只有4700mm宽度钢板生产效率的75％左右。
③3000mm这一板宽同样不利于焊接施工。如上所述，这样一种16万立方米LNG储罐的设计，共有约3560米长的总焊缝，其中，罐壁钢板间的环形焊缝长约2770米，纵向焊缝长约790米，环形焊缝的长度数倍于纵向焊缝的长度。对于LNG储罐，目前壁板间的环形焊缝通常采用埋弧横焊或手工焊条电弧焊，纵向焊缝和角焊缝则通常采用手工焊条电弧焊。与15万立方米原油储罐焊接相比，埋弧横焊、手工焊条电弧焊的焊接效率很低。显然，减少壁板间环形焊缝的长度就意味着可成倍地提高LNG储罐內罐罐壁的焊接效率。
④钢板都是以板宽作为罐壁的层高、以板长作为罐壁圆周上的一段弧长，因此，传统罐壁壁板都需要进行卷曲成型加工，其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。壁板的卷曲成型加工作为传统储罐罐壁板的预制加工工序之一，既增加了储罐制造成本，也延长了制造周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型液化天然气储罐内罐壁9Ni钢板及制造方法和罐壁结构，在储罐容量、安全性不受到任何损失的情况下，显著减少內罐罐壁钢板的使用量，减少壁板的预制加工工序，提高內罐罐壁的焊接施工效率，而且，配套罐壁钢板具有大宽幅、厚度呈梯形渐变的特点，且该罐壁钢板的钢种为具有良好的-196℃低温韧性、含有9％左右Ni元素的9Ni钢板，牌号如国标GB150中的06Ni9DR、欧标EN10028-4中的X7Ni9、美标ASTM中的A553Type1等，适用于容量在10万立方米以上的大型LNG储罐。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
大型液化天然气储罐内罐壁用9Ni钢板，其特征是，钢板在长度方向上一端厚、一端薄，且其板厚在全部或部分长度区段内呈线性增加或减小，钢板的板宽W与板长L是恒定的；钢板的厚度是沿长度方向渐变的，渐变的斜率是全长恒定的或是分段恒定的；其中，最厚端的板厚Tb与最薄端的板厚Ta之比不大于2；L1、L2…分别为离开钢板薄端部的不同距离，在该距离上，钢板的厚度分别为T1、T2…，其余类推；在0～L1、L1～L2...长度区间范围内板厚呈线性增加或减小，且增加或减小的斜率在该长度区间内是恒定的。
本发明大型液化天然气储罐内罐壁用钢板的储罐内罐，该储罐內罐结构为多边形筒体结构，采用至少一层差厚钢板焊接而成，差厚钢板以其板长为高、以其板宽为多边形之一段边长焊接成为一层差厚板层；差厚钢板的厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形。
进一步，当差厚板层超过二层时，差厚板层与差厚板层之间有等厚板层作为过渡，等厚板层以板宽为高、以板长为多边形之边焊接而成；各层罐壁钢板的焊缝上下相互错开。
优选的，采用上下三层结构，第一层即底层为差厚板层的板面，差厚钢板的厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形；第二层、第三层为等厚板层。
优选的，等厚钢板的长度为差厚钢板宽度的整数倍，且以差厚钢板宽度为边长进行折弯，等厚钢板每个折与折之间的距离是钢板的宽度，折弯后相邻两边长的夹角等于储罐內罐罐壁的多边形内角。
优选的，等厚板层罐壁钢板折弯后形成的夹角的大小等于储罐內罐的多边形筒体结构中的一个内角。
本发明所述的大型液化天然气储罐内罐壁用钢板的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
1)內罐罐壁用钢板的差厚钢板和等厚钢板所用坯料的成分与现有9Ni钢板相同，坯料厚度是差厚钢板的最大板厚的6倍以上；
2)坯料经宽厚板轧机热加工成型；
3)差厚钢板在经轧制成型后，须经淬火或正火热处理，且当差厚钢板最大厚度Tb≥16mm时，只能经淬火热处理；
3.1淬火热处理时在炉时间、保温时间取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb，其他淬火参数与现有的9Ni钢板相同；
在炉时间＝A*Tb，单位min，其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝1.5～4.0，单位min/mm；
保温时间＝B*Tb，单位min，其中，B为保温时间厚度系数，取B＝1.0～3.0，单位min/mm；
B*(Tb-Ta)≤30，单位min，其中，Tb、Ta单位为mm；
3.2正火热处理时的在炉时间、保温时间取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：除在炉时间、保温时间外，其他正火工艺参数与现有的16mm厚度以下的9Ni钢板相同；
在炉时间＝A*Tb，单位min，其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝2.0～5.0，单位min/mm；
保温时间＝B*Tb，单位min，其中，B为保温时间厚度系数，取B＝1.5～4.0，单位min/mm；其中，Tb、Ta单位为mm；
4)回火热处理
差厚钢板在回火处理时的在炉时间、保温时间取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb，除在炉时间、保温时间外，其他回火工艺与现有的9Ni钢板相同；
在炉时间＝A*Tb，单位min，其中，A为在炉时间厚度系数，取A＝2.5～8.0，单位min/mm；
保温时间＝B*Tb，单位min，其中，B为保温时间厚度系数，取B＝1.5～7.0，单位min/mm；
B*(Tb-Ta)≤45，单位min，其中，Tb、Ta单位为mm。
进一步，用宽厚板轧机热加工成型时，差厚钢板的宽度W不超过4.7米。
又，将二张或二张以上差厚钢板拼凑成一张轧制大板以实现倍尺轧制，该轧制大板采用对称设计，即在长度方向上的厚度可以先由薄变厚、再由厚变薄，也可以先由厚变薄、再由薄变厚，或者是上述两种方式的组合。
另外，差厚钢板淬火热处理采用辊压式淬火装置淬火，每个压力辊的压下量独立可控；差厚钢板淬火时，其钢板行走速度及淬火水量可以与厚度为Tb的传统等厚钢板相同。
本发明提出了容量在10万立方米以上的大型LNG储罐內罐的新型罐壁结构及配套罐壁钢板的设计方案。该储罐的外罐罐壁仍为传统的圆筒形预应力內混凝土结构，但其内罐罐壁为多边形体，罐壁的厚度部分或全部自上而下地分段线性地增加，即罐壁垂直剖面的几何形状部分或全部呈梯形形状。与现有储罐罐壁相比，本发明储罐罐壁在不影响储罐容量及安全性的前提下，显著减少了內罐罐壁低温韧性钢板的使用量，提高了罐壁的焊接施工效率。配套上述本发明罐壁结构的设计方案，提出了新型內罐罐壁低温韧性钢板的制造方法，使该內罐罐壁钢板具有大宽幅、厚度呈梯形分布的特点，且该罐壁钢板的钢种为9Ni钢板。
本发明內罐罐壁用钢板分为差厚钢板和传统等厚钢板两种，且两者的材质均为具有良好的-196℃低温韧性、含有9％左右Ni元素的9Ni钢板，牌号如国标GB150中的06Ni9DR、欧标EN10028-4中的X7Ni9、美标ASTM中的A553Type1；该传统等厚钢板的化学成分、轧制和热处理工艺均与现有等厚9Ni钢板相同，但预制加工时须以折弯代替弯曲成型；该新型差厚钢板所用坯料的成分与现有等厚9Ni钢板相同，但其轧制及热处理工艺均与现有等厚9Ni钢板不同，且在预制加工时不需要折弯或弯曲成型。
在成型轧制道次之前，本发明差厚钢板的加热、轧制工艺与普通传统等厚的9Ni钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的若干道次，在此之前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此若干道次中，轧机动态地调整辊缝，最终将钢板轧成其厚度是沿长度方向渐变的、其渐变的斜率是全长恒定的或是分段恒定的差厚钢板。
用宽厚板轧机热加工成型时，为减少壁板的焊缝长度，提高罐壁建造速率及壁板的生产效率，该钢板的宽度应尽可能地宽，但不宜超过4.7米；为提高宽厚板轧机的生产效率，还可以将二张或二张以上钢板拼凑成一张轧制大板以实现倍尺轧制。为便于轧制大板切割成成品钢板后的堆放，该轧制大板采用对称设计，即：在长度方向上的厚度可以先由薄变厚、再由厚变薄，也可以先由厚变薄、再由薄变厚，或者是上述两种方式的组合。
对比现有LNG储罐内罐罐壁结构，本发明所涉及的內罐罐壁结构为多边形结构，为此结构而特别设计的钢板是差厚板，即其厚度是沿长度方向分段线性变化的，这与上述两项发明中双向曲率罐壁结构、以及其传统的、等厚的罐壁用钢板有着实质性的区别，进而使得两者在钢板轧制及热处理方法上、在钢板预加工成型方法上、在內罐的施工方法上也有着实质性的区别。
本发明的有益效果：
采用本发明提出的针对10万立方米以上大型LNG储罐的新型內罐罐壁结构及罐壁用9Ni钢板的制造方法，能够达到以下效果：
1)本发明大型储罐罐壁的垂直剖面几何形状以梯形为主，对比普通大中型储罐罐壁垂直剖面的台阶形，可以显著减小截面的面积，换而言之，可以减少9Ni钢的重量。
2)本发明储罐內罐罐壁用差厚钢板的宽度可增加至当今宽厚板轧机的最大宽幅，以便使壁板的张数尽可能减少，使钢板的平均单重尽可能提高，进而提升宽厚板轧机的生产效率。
3)如上所述，储罐內罐所需的差厚钢板张数可以大幅减少，意味着钢板焊缝的长度也可以大幅减少。特别是，由于內罐罐壁的层数大幅减少，使得焊接效率最低的壁板间环形焊缝的长度成倍减少，焊接效率成倍增加。
4)传统罐壁都是钢板以板宽作为罐壁的层高、以板长作为罐壁圆周上的一段弧长焊接而成，因此，传统罐壁钢板都需要进行卷曲成型加工，其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而本发明储罐內罐罐壁为多边形结构，除少量等厚层的传统等厚钢板需要进行折弯预处理外，占比例最大的本发明差厚钢板不需要卷曲成型加工，既节省了加工成本，又缩短的制造周期。
附图说明
图1为本发明储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图。
图2为本发明另外一种內罐罐壁的垂直剖面示意图。
图3为本发明储罐的罐壁用钢板的剖面示意图。
图4为本发明为实现倍尺轧制所设计的轧制大板示意图。
图5为本发明提出的等厚板层内的传统等厚钢板的预加工示意图。
图6为现有的16万立方米LNG储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图。
图7为现有的10万立方米LNG储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
参见图1，其所示为本发明储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图，图1中，1为第1层差厚板层的板面，11为该层内的差厚钢板的剖面示意图，其厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形，Ta1为其最薄端的厚度，Tb1为其最厚端的厚度；2为第2层差厚板层的板面，21为该层内的新型差厚钢板的剖面示意图，其厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形，Ta2为其最薄端的厚度，Tb2为其最厚端的厚度；3为传统等厚层的板面，它位于二层差厚板层之间的作为过渡，31为该层内的传统等厚钢板的剖面示意图；5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的环形焊缝，7为传统钢板等厚等厚钢板预加工时的折弯位置。
图2为本发明另外一种內罐罐壁的垂直剖面示意图，该结构更适用于LNG极限液位≤28米的內罐罐壁。图中，1为该罐壁结构中的唯一一层差厚板层的板面，11为该层内的新型差厚钢板的剖面示意图，其厚度自上而下呈线性地增加，即其垂直剖面的几何形状为梯形，Ta为其最薄端的厚度，Tb为其最厚端的厚度；3、4分别为第一层、第二层等厚板层的板面，31、41分别为第一层、第二层等厚板层内的传统等厚钢板的剖面示意图，T3、T4分别为传统等厚钢板3、4的厚度；5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的环形焊缝，7为传统等厚罐壁钢板预加工时的折弯位置。
图3为本发明大型储罐的罐壁用钢板的剖面示意图，图3中，1为新型钢板的板面，11为新型钢板的侧面，W为前述新型钢板的板宽，L为新型钢板的板长，W与L是恒定的；钢板的厚度是沿长度方向渐变的，渐变的斜率可以是全长恒定的，也可以是分段恒定的。其中，最厚端的板厚Tb与最薄端的板厚Ta之比不大于2；L1、L2…分别为离开钢板薄端部的不同距离，在该距离上，钢板的厚度分别为T1、T2…，其余类推；在0～L1、L1～L2...长度区间范围内板厚呈线性增加或减小，且增加或减小的斜率在该长度区间内是恒定的。
图4为本发明为实现倍尺轧制所设计的“轧制大板”示意图，图4中，W为前述新型钢板的板宽，L为新型钢板的板长，W与L是恒定的，但钢板厚度是沿长度方向渐变的，其中，“轧制大板”最薄处的板厚为Ta，最厚处的板厚为Tb。为保证钢板性能均匀稳定，Tb与Ta之比应限定在一定范围之内，一般情况下，Tb与Ta之比应不大于2。
图5为本发明提出的等厚板层的传统等厚钢板的预加工示意图，3为该等厚钢板的板面示意图，31为该等厚钢板的剖面示意图，L为该等厚钢板的长度，W为新型差厚钢板的宽度。为使各层罐壁钢板的焊缝相互错开，该等厚钢板应在预加工时折弯若干个折，每个折与折之间的距离应恰好是新型钢板的宽度W；〆为顶层罐壁钢板3折弯后形成的夹角，〆的大小应恰好等于新型储罐內罐的多边形结构中的一个内角。
图6为现有的16万立方米LNG储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图，图中，3为罐壁用等厚钢板的板面示意图，312、311、310、39、38、37、36、35、34、33、32和31分别为罐壁自下而上第1层、第2层、第3层……第12层钢板的厚度剖面示意图，5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的的环形焊缝。图中可以看出，传统的16万立方米LNG储罐內罐罐壁的厚度自上而下，呈台阶形增加。
图7为现有的10万立方米LNG储罐內罐罐壁的垂直剖面示意图，图7中，3为罐壁用等厚钢板的板面示意图，310、39、38、37、36、35、34、33、32和31分别为罐壁自下而上第10层、第9层、第8层、第7层、第6层、第5层、第4层、第3层、第2层及第1层等厚钢板的厚度剖面示意图。5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的环形焊缝。图中可以看出，传统的10万立方米LNG储罐內罐罐壁的厚度自上而下，呈台阶形增加。
实施例1
本实施例设计了一台理论容量为16万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构及其罐壁用钢板。
在现有设计中，这样一台设计容量为16万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构应如图6所示。图中，3为罐壁用等厚钢板的板面示意图，31、32、33、34、35、36、37、38、39、310、311和312分别为罐壁自下而上的第1层、第2层、第3层、第4层、第5层、第6层、第7层、第8层、第9层、第10层、第11层及第12层钢板的厚度剖面示意图，5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的的环形焊缝。图中可以看出，传统的16万立方米LNG储罐內罐罐壁的厚度自下而上，呈台阶形减小。该传统16万立方米的LNG储罐內罐罐壁为圆形，周长为252米，罐壁高为35.76米、LNG极限液位34.5米；罐壁共分12层，每层高2980mm，由22张2980mm宽×11450mm长的钢板以板宽为高、以板长为弧长焊接而成，钢板材质选用具有良好的-196℃低温韧性、含有9％左右Ni合金的9Ni钢板，牌号为国标GB150中的06Ni9DR。
传统16万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单表2所示。
表2
本实施例中，储罐罐壁周长、罐壁高、极限液位、罐壁所用钢板的材质与现有传统设计的16万立方米的LNG內罐储罐相同，即：罐壁周长为252米，罐壁高为35.76米、LNG极限液位34.5米，钢板材质选用国标GB150中的06Ni9DR。
如图1所示，本实施例中，储罐內罐罐壁为五十四边形结构。因极限液位超过了28米，因此设计为三层结构。其中，自下而上第1层采用本发明设计的差厚钢板1，并以其板长14900mm为高，以其板宽4665mm作为五十四边形的一段边长焊接成为一层五十四边形的差厚板层11。该层内，差厚钢板1的厚度自下而上呈线性地减小，其最小和最大厚度分别为Ta1、Tb1，且Ta1＝17、Tb1＝27；自下而上第3层同样采用本发明设计的新型差厚钢板2，同样以其长17880mm为高，以其宽度4665mm作为多边形的一段边长焊接成为一层五十四边形的差厚板层21，其最小和最大厚度分别为Ta2、Tb2，且Ta2＝12mm、Tb2＝17mm；在这二层差厚板层之间还设计了一层传统等厚板层31，该层内，所有钢板仍采用传统的等厚钢板3，且均以其宽度为高，以其长度(经折弯后)为边长焊接成为一层五十四边形罐壁。
图1中，5表示壁板间的纵向焊缝，6表示壁板间的环形焊缝，7表示传统等厚钢板预加工时的折弯位置。
图3所示，W为前述新型差厚钢板的板宽，本实施例中，新型差厚钢板1和2均设计为4665mm。
L为差厚钢板的板长，本实施例中，差厚钢板1和2分别设计为14900mm和17880mm。
本发明差厚钢板的厚度是沿长度方向渐变的，渐变的斜率可以是全长恒定的，也可以是分段恒定的。其中Ta为最小板厚，Tb为最大板厚，T1、T2等等则分别为离开钢板最薄端部距离L1、L2等等位置上的钢板厚度。本实施例中，差厚钢板1的最小板厚Ta设计为17mm，最板厚Tb设计为27mm；在全长14900mm范围内，差厚钢板1的厚度渐变的斜率是恒定的，即0.67‰；差厚钢板2的最小板厚Ta设计为12mm；最板厚Tb设计为15mm；在全长17800mm范围内，差厚钢板2的厚度渐变的斜率是分二段恒定的：第一段，在最薄端至L1范围内(即0～11200mm范围内)，斜率恒定为0；第二段，在L1至最厚端范围内(即11920mm～17880mm范围内)，斜率恒定为0.5‰。
本发明新型16万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单表3所示。
表3：6万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单
本实施例中，自下而上第1、3层罐壁采用本发明特别设计的厚度渐变的差厚钢板，第2层罐壁则采用传统厚度钢板，三层钢板材质均选用国标GB150中的06Ni9DR，其中自下而上第1、2层罐壁因厚度≥16mm，故均采用“淬火+回火”工艺生产，第3层因厚度＜16mm，则选用“正火+回火”工艺生产。上述三层差厚钢板和传统等厚钢板所用坯料的成分均与现有等厚GB15006Ni9DR钢板所用坯料的成分相同。
上述差厚钢板由可逆式宽厚板轧机轧制生产。采用的坯料厚度为300mm厚度的连铸坯，坯料厚度与差厚钢板的最大厚度27mm之比为11.1倍，≥6倍；在成型轧制道次之前，上述差厚钢板的加热、轧制工艺与普通传统等厚的9Ni钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的1～3道次，在此之前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此1～3道次中，轧机动态地调整辊缝，最终将钢板轧成图3所示的差厚钢板。为减少壁板的焊缝长度，新型壁板的宽度W设计为4.665米。为提高壁板的生产效率，图4所示，两张差厚钢板1拼在一起，组成一张“轧制大板”以实现倍尺轧制，提高生产效率。为了便于切割后的钢板堆放，该“轧制大板”拼凑时采用了对称设计，即将两块差厚钢板的最厚端拼在了一起。为保证钢板性能均匀稳定性，第1、3层罐壁所用的新型差厚钢板的最大厚度与最小厚度之比分别为1.588和1.25，均＜2倍；除成形道次之外，本发明差厚钢板的轧制工艺与现有的06Ni9DR钢板轧制工艺相同。
上述自下而上第1层罐壁所用新型差厚钢板的最大厚度为27mm，≥16mm，按产品标准规定须经淬火热处理。淬火时，其“在炉时间”、“保温时间”取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：
在炉时间＝A*Tb(min)
保温时间＝B*Tb(min)
且B*(Tb-Ta)≤30(min)
其中，A为在炉时间厚度系数，B为保温时间厚度系数。
本实施例中，A＝2.5(min/mm)，B＝1.5(min/mm)。
对于第1层罐壁所用的新型差厚钢板，Tb＝27mm，Ta＝17mm，因此，其在炉时间应设定为67.5min，其保温时间应设定为40.5min，且B*(Tb-Ta)＝16≤30(min)。
除“在炉时间”、“保温时间”这二项工艺参数外，本发明差厚钢板的其他淬火工艺参数与现有的、等厚的06Ni9DR钢板相同。
本实施例中，差厚钢板采用辊压式淬火装置淬火。淬火时，该差厚钢板行走速度及淬火水量分别与厚度为27mm的现有06Ni9DR等厚钢板相同。
为保证在淬火后仍能保持良好的板形，该辊压式淬火装置的每个压力辊均可实现独立的压下量精确控制，可以根据差厚钢板在淬火装置中的实际位置，以及钢板在相应位置上的的实际厚度，动态地调节相应压力辊的压下量，使得在整个淬火过程中所有压力辊均能压住差厚钢板的板面，或与差厚钢板板面之间只有很小的缝隙。
上述自下而上第3层罐壁所用本发明差厚钢板的最大厚度为15mm，＜16mm，按产品标准规定须经“淬火”或“正火”热处理中的一种热处理工艺处理。在本实施例中，选用“正火”热处理。
正火热处理时，其“在炉时间”、“保温时间”取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：
在炉时间＝A*Tb(min)
保温时间＝B*Tb(min)
其中，其中，A为在炉时间厚度系数，B为保温时间厚度系数。
本实施例中，A＝3(min/mm)，B＝2(min/mm)。
对于自下而上第3层罐壁的新型差厚钢板，Tb＝15mm，Ta＝12mm，因此，其在炉时间应设定为45min，其保温时间应设定为30min。
所有的差厚钢板在经“淬火”或“正火”处理后，均须经回火热处理。回火处理时，其“在炉时间”、“保温时间”取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：
在炉时间＝A*Tb(min)
保温时间＝B*Tb(min)
且B*(Tb-Ta)≤45(min)
其中，A为在炉时间厚度系数，B为保温时间厚度系数。
本实施例中，A＝3.0(min/mm)，B＝2.0(min/mm)。
对于自下而上第1层内的差厚钢板，Tb＝27mm，Ta＝17mm，因此，其在炉时间应设定为81min，其保温时间应设定为54min，且B*(Tb-Ta)＝20≤45(min)；
对于自下而上第3层内的新型差厚钢板，Tb＝15mm，Ta＝12mm，因此，其在炉时间应设定为45min，其保温时间应设定为30min，且B*(Tb-Ta)＝6≤45(min)。
除“在炉时间”、“保温时间”这二项工艺参数外，本发明差厚钢板的其他回火工艺参数与传统的、等厚的06Ni9DR钢板相同。
本实施例中，在自下而上第1、第3层罐壁之间设计了一层传统等厚板层罐壁。为使上述三层罐壁钢板的焊缝相互错开，该等厚板层内的传统等厚钢板的长度被设计成为本发明差厚钢板宽度的2整倍，即9330mm，且以4665mm为边长进行折弯，折弯后相邻两边长的夹角恰好等于新型储罐罐壁的五十四边形内角173.3°。图5为本实施例中的等厚板层内的等厚钢板的折弯示意图，图中，3为该等厚钢板的板面示意图，31为该等厚钢板的剖面示意图，L为该等厚钢板的长度，W为新型差厚钢板的宽度。为使各层罐壁钢板的焊缝相互错开，L被设计成W的2倍，即钢板须折弯成二个折，每个折与折之间的距离应恰好是差厚钢板的宽度4665mm；〆为顶层罐壁钢板2折弯后形成的夹角，〆的大小应恰好等于储罐內罐的五十四边形结构中的一个内角173.3°。
对比传统设计，见表2、表3，这样一台设计容量为16万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构需用罐壁9Ni钢板总重量为1228吨，264张，平均单重4.64吨，而本发明LNG储罐內罐罐壁只需1149吨，135张9Ni钢板，平均单重8.5吨。相比前者，既可节省6.47％的昂贵的9Ni钢板用量，又可增加83％的单重，十分有利于宽厚板轧机的高效生产。
对比传统设计，详见表2、表3，这样一台设计容量为16万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构需焊接的总焊缝长度为3558米，其中焊接效率最低的环形焊缝2771米；而本发明新型储罐的总焊缝长度仅为2355米，相比前者减少33.8％，其中环形焊缝504米，相比前者更是减少了81.8％；
对比传统设计，详见表2、表3，这样一台设计容量为16万立方米的LNG储罐內罐罐壁用钢板共有264张钢板，每块钢板都需要进行卷曲成型加工，其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而本发明內罐罐壁仅一层等厚板层内的传统等厚钢板共27张需要折弯加工，既节省了加工成本，又缩短的制造周期。
实施例2
本实施例设计了一台理论容量为10万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构及其罐壁用钢板。
在现有的传统设计中，这样一台设计容量为10万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构应如图7所示。图中，3为罐壁用等厚钢板的板面示意图，31、32、33、34、35、36、37、38、39和310分别为罐壁自下而上第1层、第2层、第3层、第4层、第5层、第6层、第7层、第8层、第9层及第10层钢板的厚度剖面示意图，5为壁板间的纵向焊缝，6为壁板间的的环形焊缝。图中可以看出，传统的10万立方米LNG储罐內罐罐壁的厚度自下而上，呈台阶形减小。该传统10万立方米的LNG储罐內罐罐壁为圆形，周长为252米，罐壁高为26.76米、LNG极限液位25.16米；罐壁共分10层，层高在2440～3000mm之间，由20张板长均为12600mm的钢板以板宽为高、以板长为弧长焊接而成，钢板材质选用具有良好的-196℃低温韧性、含有9％左右Ni元素的9Ni钢板，牌号为欧标EN10028-4中的X7Ni9。
传统10万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单表4所示。
表4
本实施例中，本发明储罐罐壁周长、罐壁高、极限液位、罐壁所用钢板的材质与现有传统设计的10万立方米的LNG储罐內罐相同，即：罐壁周长为252米，罐壁高为26.76米、LNG极限液位25.16米，钢板材质选用欧标EN10028-4中的X7Ni9。
如图2所示，本实施例中，储罐內罐罐壁为五十四边形结构。因极限液位不超过了28米，因此设计为单层差厚板层的三层结构。其中，自下而上第1层采用本发明设计的差厚钢板1，并以其板长17360mm为高，以其板宽4665mm作为五十四边形的一段边长焊接成为一层五十四边形的差厚板层11。该层内，新型差厚钢板1的厚度自下而上呈线性地减小，其最小和最大厚度分别为Ta、Tb，且Ta＝11.5mm、Tb＝22mm；自下而上第二层和第三层仍采用传统的等厚板层31和41。该二层内，所有钢板仍采用传统的等厚钢板3、4，且均以其宽度为高，以其长度(经折弯后)为边长焊接成为一层五十四边形罐壁。
图2中，5表示壁板间的纵向焊缝，6表示壁板间的环形焊缝，7表示传统等厚钢板预加工时的折弯位置。
图3所示，W为前述差厚钢板的板宽，L为其板长。本实施例中，本发明差厚钢板1的W、L分别设计为4665mm和17360mm。
差厚钢板1的厚度是沿长度方向渐变的，渐变的斜率可以是全长恒定的，也可以是分段恒定的。其中Ta为最小板厚，Tb为最大板厚，T1、T2等等则分别为离开钢板最薄端部距离L1、L2等等位置上的钢板厚度。本实施例中，本发明差厚钢板1的最小板厚Ta设计为11mm；最板厚Tb设计为22mm；在全长17360mm范围内，差厚钢板1的厚度是渐变的。且渐变的斜率是分二段恒定的：第一段，在最薄端至L1范围内(即0～12000mm范围内)，斜率恒定为0.67‰；第二段，在L1至最厚端范围内(即12000mm～17360mm范围内)，斜率恒定为0.5‰。
本发明10万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单表5所示。
表5：本发明10万立方米LNG储罐內罐罐壁用钢板清单
本实施例中，自下而上第1层罐壁采用本发明特别设计的厚度渐变的差厚钢板，该钢板的钢种为钢板材质选用EN10028-4中的X7Ni9，采用“淬火+回火”工艺生产。本发明差厚钢板所用坯料的成分与现有技术所用X7Ni9坯料的成分相同，由可逆式宽厚板轧机轧制生产，采用的坯料厚度为300mm厚度的连铸坯，与新型差厚的最大厚度22mm之比为13.64倍，≥6倍；在成型轧制道次之前，上述差厚钢板的加热、轧制工艺与普通传统等厚的9Ni钢板的加热、轧制工艺相同。成型轧制为轧制最后的1～3道次，在此之前，钢板是沿长度方向等厚分布的，而在此1～3道次中，轧机动态地调整辊缝，最终将钢板轧成图3所示的差厚钢板。为减少壁板的焊缝长度，新型壁板的宽度W设计为4.665米。为提高壁板的生产效率，图4所示，两张差厚钢板1拼在一起，组成一张“轧制大板”以实现倍尺轧制，提高生产效率。为了便于切割后的钢板堆放，该“轧制大板”拼凑时采用了对称设计，即将两块差厚钢板1的最厚端拼在了一起。为保证钢板性能均匀稳定性，第1层罐壁所用的差厚钢板的最大厚度与最小厚度之比为2倍；除成形道次之外，本发明钢板的轧制工艺与现有的X7Ni9钢板轧制工艺相同。
本实施例中差厚钢板的最大厚度为22mm，≥16mm，因此在其轧制成型后，须经淬火热处理。淬火时，其“在炉时间”、“保温时间”取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：
在炉时间＝A*Tb(min)
保温时间＝B*Tb(min)
且B*(Tb-Ta)≤30(min)
其中，A为在炉时间厚度系数，B为保温时间厚度系数。
本实施例中，A＝2.8(min/mm)，B＝1.8(min/mm)。
对于本实施例的新型差厚钢板，Tb＝22mm，Ta＝11mm，因此，其在炉时间应设定为62min，其保温时间应设定为39min，且B*(Tb-Ta)＝20≤30(min)；
除“在炉时间”、“保温时间”这二项工艺参数外，本发明新型差厚钢板的其他淬火工艺参数与传统的、等厚的X7Ni9钢板相同。
本实施例中，新型差厚钢板采用辊压式淬火装置淬火。淬火时，新型差厚钢板1的钢板行走速度及淬火水量分别与厚度为22mm的传统的X7Ni9等厚钢板相同
为保证在淬火后仍能保持良好的板形，该辊压式淬火装置的每个压力辊均可实现独立的压下量精确控制，可以根据差厚钢板在淬火装置中的实际位置，以及钢板在相应位置上的的实际厚度，动态地调节相应压力辊的压下量，使得在整个淬火过程中所有压力辊均能压住差厚钢板的板面，或与差厚钢板板面之间只有很小的缝隙。
本发明差厚钢板在经淬火处理后，所有钢板均须经回火热处理。回火处理时，其“在炉时间”、“保温时间”取决于其最小板厚Ta和最大板厚Tb：
在炉时间＝A*Tb(min)
保温时间＝B*Tb(min)
且B*(Tb-Ta)≤45(min)
其中，A为在炉时间厚度系数，B为保温时间厚度系数。
本实施例中，A＝3.5(min/mm)，B＝2.5(min/mm)。
对于本实施例的新型差厚钢板，Tb＝22mm，Ta＝11mm，因此，其在炉时间应设定为77min，其保温时间应设定为38min，且B*(Tb-Ta)＝27.5≤45(min)；
除“在炉时间”、“保温时间”这二项工艺参数外，新型差厚钢板的其他回火工艺参数与传统的、等厚的X7Ni9钢板相同。
本实施例中，除一层差厚板层之外，为加大內罐罐壁的高度，还设计了二层传统等厚板层罐壁。为使上述三层罐壁钢板的焊缝相互错开，传统等厚钢板的长度被设计成为本发明差厚钢板宽度的2整倍，即9330mm，且以后者的宽度为边长进行折弯，折弯后相邻两边长的夹角恰好等于本发明储罐內罐罐壁的五十四边形内角173.3°。图5为本实施例中的等厚板层内的等厚钢板的折弯示意图，图中，3为该等厚钢板的板面示意图，31为该等厚钢板的剖面示意图，L为该等厚钢板的长度，W为差厚钢板的宽度4665mm。为使各层罐壁钢板的焊缝相互错开，L被设计成W的2倍，即钢板须折弯成二个折，每个折与折之间的距离应恰好是钢板的宽度4665mm；〆为顶层罐壁钢板2折弯后形成的夹角，〆的大小应恰好等于新型储罐內罐的五十四边形结构中的一个内角173.3°。
对比传统设计，见表4，这样一台设计容量为10万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构需用罐壁9Ni钢板总重量为788.08吨，200张，平均单重3.94吨，而本发明LNG储罐內罐罐壁只需755.68吨，108张9Ni钢板，平均单重7.0吨。相比前者，既可节省4.11％的昂贵的9Ni钢板用量，又可增加77.5％的单重，十分有利于宽厚板轧机的高效生产。
对比传统设计，详见表4、表5，这样一台设计容量为10万立方米的LNG储罐內罐罐壁结构需焊接的总焊缝长度为2868米，其中焊接效率最低的环形焊缝2268米；而本发明储罐的总焊缝长度仅为1695米，相比前者减少40.9％，其中焊接效率最低的环形焊缝504米，相比前者更是减少了77.8％。
对比传统设计，详见表4、表5，这样一台设计容量为10万立方米的LNG储罐內罐罐壁用钢板共有200张钢板，每块钢板都需要进行卷曲成型加工，其弯曲的曲率半径就是罐壁圆周的半径。而本发明內罐罐壁仅二层等厚板层内的传统等厚钢板共54张需要折弯加工，既节省了加工成本，又缩短的制造周期。