国家标准计划《船舶与海洋工程 氨储罐用材氨腐蚀试验方法》由 TC12(全国海洋船标准化技术委员会)归口,TC12SC4(全国海洋船标准化技术委员会船用材料应用工艺分会)执行 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) 。
| 47 造船和海上构筑物 |
| 47.020 造船和海上构筑物综合 |
| 47.020.05 造船用材料和零件 |
一、背景和目的 随着氨燃料正式纳入国际承认的无碳新型能源范畴进入船舶使用,与氨相关研究及供应链建设均在有序进行,主要表现在氨动力发动机研制、液氨环境专用储罐材料(高强钢)开发和绿氨生产等三个方面。
在氨动力发动机方面,中日走在世界前列,2024年12月,中船711所的CS27氨/柴双燃料发动机通过船级社型式认可,氨燃料替代率超过85%,有效热效率达到43%;中船动力集团研制的氨双燃料发动机已完成组装,并于2025年6月交付船厂;日本发明了全球首台全尺寸商用氨燃料发动机,预计2025年10月出厂,2026年正式投入运营。
在专用储罐材料开发方面,低温高锰奥氏体钢作为LNG储罐的低成本替代材料已经开始小规模应用,并将逐渐替代9Ni钢。
目前国际上普遍认为利用已经形成规模的LNG海运装备(或接收站)实现液氨运输(接收)是理想的低成本解决方案,可以通过不换罐直接储运LNG和液氨,于是需评估LNG运输储罐用材是否适用于液氨环境,为此评估高锰钢是否适用于液氨储运已成为行业关注的重点,当然,研发的其它新型储罐材料也必须考核其在氨环境下的各项性能;在绿氨生产方面,近年来,国家上马了大量万吨级项目,如:远景能源赤峰项目,首期2025年7月投产,年产能32万吨;吉电股份大安项目,2025年7月投产,年产绿氨18万吨;中煤绿能(鄂尔多斯)能源科技有限公司乌审旗风光制氢一体化项目配套合成氨工程计划2025年10月开工,2027年9月竣工,年产绿氨50万吨。
以上供应链建设均有必要配套相关检测技术。
在低温高锰奥氏体钢拓展应用于液氨储运领域及液氨环境专用储罐材料开发的背景下,均需考察储罐材料在氨环境下的抗腐蚀性能,而目前仅有IMO通函中提到的6种测试环境,包括: (1)液相氨环境,添加(或不添加)0.1% H2O+2.5 ppm的O2; (2)气相氨环境,常温常压(约25℃)和-20℃常压,添加(或不添加)0.9%体积的O2。
经分析发现,通函方法的设置存在一定问题。
上述环境并没有考虑到CO2对储运材料氨腐蚀性能的影响,实际上CO2是空气中的重要组分(含量约0.04%),作为一种酸性气体对腐蚀性能影响较大,根据文献报道多起氨储罐泄漏均与CO2相关,是否增加CO2还需进一步研究;同时,空气中存在极少量H2O(含量约0.02%),而氨极易溶于水,在水中易发生电离,在一定范围内增加环境腐蚀性,而气氨环境中并未添加H2O;可见该“测试要求”尚未完全成熟,需研究该测试方法的适应性。
此外,空气中还含有约78%的N2、0.93%的稀有气体以及极少量的杂质(如工业污染区域空气中会有少量SO2、NO等,海边空气,海边空气中含有极少量Cl-),通常来讲,N2、稀有气体均表现为惰性,不会对金属材料腐蚀性能产生影响,但上述气体的存在会影响O2、CO2等气体的溶解度,对腐蚀结果产生间接影响,而具有腐蚀性的杂质气体对腐蚀结果影响较大。
由于空气组分复杂,不同地域的空气成分存在较大差异,不便于标准化,不考虑直接添加空气的情况是符合实际的。
以液氨储罐装载80%体积分数(标准安全要求)的液氨为例,假设上空20%的体积均装满空气,此时空气质量分数为523ppm,O2质量分数约为23.2%即121ppm,CO2质量占比约0.3ppm,含量极低(空气中O2体积分数是CO2的500余倍,质量为300余倍),这可能是IMO直接将CO2忽略的原因之一,需要指出的是空气混入后可能会产生聚集,局部区域CO2质量分数可能远超0.3ppm。
IMO设置参数采用2.5 ppm的O2是参照IGC规则《国际气体运输船和散装化学品船构造和设备规则》建议的溶解氧含量确定的,经计算当氧含量为2.5 ppm时,混入空气量为上空体积的2%,此时的CO2约为0.006ppm,精确添加的难度极大。
但无论如何,不添加CO2与实际服役环境有差异,可能会导致测试结果不准确是毋容置疑的。
本标准的制定目的是规定测试装置功能要求,推荐装置形式,改良试验测试参数,明确评价指标,同时不排除CO2的影响,制定“氨储罐用材氨环境应力腐蚀试验方法”,指导液氨储罐用材在氨环境下的应力腐蚀测试方法,为低温高锰钢及其它储罐用材的研发和性能优化提供测试技术支撑,填补国内、外测试技术空白。
二、制定意义 我国是海上燃料运输和使用大国,为适应新形势,更好地与国际接轨,亟需完善国内液氨储罐用材配套标准体系,编制液氨储罐用材应力腐蚀性能测试标准,为液氨相关材料/设备的抗应力腐蚀性能评估提供统一、可重复、可对比的科学依据,直接服务于安全、生产和技术规范,统一国内液氨储罐用材应力腐蚀性能检测方法,保证结果准确性,进一步促进液氨储罐用材的研制进程,促进与氨相关研究及供应链建设,对于我国船舶工业、能源工业和冶金工业的发展和海洋经济的增长有着重要的意义。
本标准规定了船舶与海洋工程领域液氨储罐用材耐氨环境应力腐蚀性能的术语和定义、试验原理、试验装置、取样要求、试验条件、试验步骤、试验结果与评定、试验报告。 本标准适用于液氨储罐材料及其焊接接头的耐应力腐蚀性能检验。