CN100434789C - 快速液化天燃气卸载 - Google Patents

Abstract

一种系统，其中来自油轮(30)的LNG被卸载到一系泊船(16)上，所述船上具有再气化单元(36)，其将LNG加热以将其转换成气态烃，且其具有泵单元(38)，其将气态烃泵送到像岸上分配设备那样的消耗装置(46)。该系统被构建以能够更快速地卸载油轮，因此油轮更早地释放以驶回到载荷地点。系泊的船具有绝热LNG存储设备，比如LNG储罐(100)，存储设备具有存储在油轮卸载期间没有再气化的所有LNG的容量。再气化单元具有足够的能力在油轮返回再装LNG以前将一个油轮载荷的所有LNG再气化。

Description

快速液化天然气卸载

发明背景

气态烃类通常以液态形式，例如LNG(液化天然气)，用油轮运输很远距离，气态烃在温和环境温度例如20℃下以及大气压力下是气态的烃。为了保持气体的液态，其在例如-160℃的低温下在高绝热储罐中存储在油轮上。在油轮卸载目的地，LNG被卸载到接收站，在这里被再气化(加热以将其返回成气体)且存储，用于以后使用。

现有技术的卸载站包括从海底向上延伸到海平面以上的一个高度的一个大的固定平台。这个平台将容纳再气化LNG的加热系统、加压气体的泵系统、以及船员寓所或其他船员设备。再气化单元或系统必须充分加热LNG，使气体足够温暖以避免承载气体的低温软管或管道周围形成冰，并且泵系统必须将气体泵到足够高的压力以将其注入存储洞穴内和/或将气体泵送到岸上站。足够大以承载这种气体加热和泵送系统的平台将是昂贵的。

操作这种系统的一个大的花费是油轮日租金，其可能是大约每天100,000美元。因此期望尽可能快地卸载油轮。这导致需要能够接收并处理所接收的所有LNG的接收设备，因此油轮能够在短时间内驶离，并且因此油轮能够很快返回且卸载新的LNG。这额外地需要能以最低成本构建接收设备。

发明内容

根据本发明的一个实施例，申请人以低成本构建了接收设备，其容量能够从油轮快速接收所有LNG。所述接收设备包括可以从油轮直接接收LNG的一个系泊漂浮结构或者船，所述漂浮结构具有再气化单元、泵单元和船员寓所。漂浮船只的成本远远低于平台的成本，所述漂浮船只被系泊到海底以同油轮一起随风变向，且安装有大量的设备。

在很难通过悬链系泊船只的浅水中，申请人使用一个裸塔，其下端安装到海底。所述裸塔仅仅用于系泊船只，其中再气化单元、泵单元和船员寓所都在所述船只上。

为了使油轮租金成本最小化，申请人构建了具有大容量LNG存储罐的船只。所述存储罐足够大以存储油轮卸载的、没有被卸载端部的再气化单元再气化的所有LNG。船只上的LNG存储罐的成本低于油轮租金的附加费用，因此油轮可以等待卸载的LNG被再气化单元气化。LNG存储罐的成本还低于非常大的再气化单元的成本，过大的再气化单元无论如何也是环境法禁止完全操作的。然而，再气化单元足够大能够在油轮下次载荷LNG达到之前加热所有卸载LNG。

通过再气化卸载的LNG所产生的气体优选地在经过海底管道到达如岸上气体分配设备那样的消耗装置之前存储在地下洞穴中。输送到消耗装置的气体的计量(测量并记录气体数量)通过计量系统产生，所述计量系统位于所述船只上，且来自所述船只和来自洞穴的所有气体通过所述计量系统。

本发明的新颖的特征在所附权利要求中提出。本发明将通过下面结合附图的说明而更好理解。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的LNG卸载系统的等距视图。

图2是图1的系统的侧向正视图，具有虚线表示的另一种洞穴位置。

图3是本发明的另一个实施例的LNG卸载系统的等距视图，其包括一个裸塔以系泊并从船中传输气体。

图4是图2所示类型的LNG卸载系统的侧视图，但示出了一个计量设备。

具体实施方式

图1示出了本发明的LNG卸载系统10，其包括位于海上且离开海岸14的一个海上(in-sea)结构12。该海上结构包括一个漂浮和随风变向船或者其他漂浮结构16，比如驳船形式，其在船首22或者在船首附近具有一个塔20。驳船或其他漂浮结构通过悬链26系泊在海底24，悬链以悬垂曲线延伸到海底且沿着海底到一个锚上。承载LNG(液体天然气)的油轮30通过系泊元件32系泊到漂浮结构上，因此油轮通过驳船随风变向。图1示出了位于30和30A的两个系泊的油轮。可以包括软管和泵或载荷臂的LNG传输单元34从油轮卸载LNG。漂浮结构16承载再气化系统或单元36，该单元将LNG加热以将其返回成气体，还承载一个注入或泵送单元38，该单元使气体加压以将其泵送到位于海底的地下洞穴40内。图2示出了不完全位于海底的一个地下洞穴40A。

当油轮30开始卸载LNG的时候，再气化单元36立即通电以开始加热LNG，气体经过一个竖管42。一些或者所有气体经过海底管44(部分地沿着海底延伸)到达消耗装置和/或到达洞穴40以在输送给消耗装置之前存储，所述消耗装置在图1中示为岸上气体分配设备46。有可能从油轮中卸载LNG的速率与再气化单元36再气化LNG的速率相同。举个例子，再气化单元可以能够在四天内再气化全部油轮载荷，并且在这四天内油轮卸载所有这些LNG。油轮可能需要再花五天时间航行到其需要再满载LNG的地方并且返回到系统10的接收器和卸载地点。在这五天时间里，存储在洞穴内的气体被释放给消耗装置，其优选接收特别稳定的供应。

在油轮和其他结构之间传输LNG的装置，比如传输单元34，可以以适度成本构建得具有很大容量。因此，传输单元34可以能够在一天或两天内而不是四天内将油轮承载的全部LNG传输到漂浮结构16，而仅仅需要对传输单元的适度的额外成本。这将减少油轮传输LNG负载所需的时间。油轮的租金费用是很高的，例如对于135,000吨的LNG承载油轮的租金是每天100,000美元，因此减少油轮卸载时间是重要的。减少油轮时间的一个方案是使用较大的再气化单元36。然而，再气化单元使用海水作为加热源来加热LNG(LNG可能在-160℃)，通常局部调节，这限制了冷水能够被释放到环境中的速率。而且，如果再气化单元以较高速率产生气体，那么在油轮不卸载的时候必须存储气体的洞穴40就必须具有较大的容量。而且，较大的再气化单元成本也高。

根据本发明，申请人构建了漂浮结构16，其容纳存储LNG的绝热罐100。当油轮卸载LNG的时候，一些LNG直接经过再气化单元36，其余的被引入LNG存储罐100。这允许油轮在可能一天或两天期间卸载，在卸载过程中大量LNG进入储罐100。当油轮驶离的时候，存储在储罐中的LNG被进给到再气化单元。再气化单元经过更长时间将所有LNG气化，比如八天而不是四天。这有利于遵守当地环境法律，这些法律限制了有多少冷水可以被释放以及冷水的温度，且这减少了再气化单元36和加压单元38所需的尺寸，减少了存储洞穴40所需的尺寸，并且减少对于给定的LNG传输速率来讲的油轮租用时间。

在一个例子中，油轮承载1000吨LNG，并且在两天内卸载。油轮然后驶离且在五天内返回，因此“周转期”是七天。再气化单元36具有每天150吨的能力，因此需要几乎七天时间来将整个油轮载荷再气化。由漂浮结构16上的储罐提供的LNG存贮容量是700吨。因为在卸载过程中再气化单元仅仅以稍微快于气体从洞穴被抽出的速率来将气体进给到洞穴内，并且洞穴在少于一天时间里是提供消耗装置的唯一气体源，因而洞穴的存储容量可以很小。申请人已经计算出额外的洞穴存储容量(例如用于在气体状态时的700吨天然气)的成本，以及同样的天然气容量在漂浮结构上的LNG缓冲罐形式的成本，并且发现成本大约相同。在减少再气化单元的尺寸且较少环境问题的同时减少油轮租用时间使得这种替换是值得的。

油轮承载的气体质量A(LNG的吨数)、几天内油轮连接漂浮结构的间隔B、几天内卸载时间周期C、再气化单元每天按吨的能力D、以及漂浮结构上的储罐100的按LNG吨数计的LNG存储容量E之间的关系大概通过以下给出(在实际值33％内)：

E＝A-(D x C)，以及

D＝A/B

油轮上的LNG储罐必须很好地绝热，因为任何蒸发的气体(没有冷却)将必须释放到环境内或者被燃烧(这是危险的且成本高)。接收漂浮结构上的储罐100不必被良好的绝热，因为任何蒸发的气体被泵送到消耗装置或者存储洞穴，甚至没有经过再气化单元。实际上，这种蒸发的气体可以认为是再气化单元的输出的一部分。然而，储罐必须适当绝热以限制由于大气中的水蒸气而在存储罐上形成的冰的数量，以保护人员，且防止冲击船只的海水变成冰。

在卸载LNG油轮、再气化LNG且对其加压、有可能在洞穴或储罐内存储气体、以及将气体运送到岸上设备中的一个重要方面是气体的计量，气体计量测量了已经输送给消耗装置的气体量。输送给像岸上设备那样的消耗装置的气体量的精确测量必须保持以保证气体全部付费。图4示出了一个系统110，其包括位于漂浮结构114上的一个计量单元112。计量单元测量沿着管116和竖管120输送到海底管线122的气体量，海底管线延伸到岸上设备，例如图1中的42。

离开漂浮结构上的再气化单元130的(或者从LNG储罐蒸发的)LNG可以被释放以经过管线132。这些气体然后直接流过计量单元112以流过通管(through pipe)116到达岸上设备。作为选择，来自再气化单元130的气体可以被释放以流过管线134以向下流过竖管136到达气体存储于其中的洞穴140。当气体从洞穴抽回的时候，其向上流过同样的竖管136(双向使用)。气体然后流过管线134的一部分，通过脱水单元142和输入143单元到达计量单元112。从这里，气体流过通管116达到岸上设备。因此，再气化和计量单元都是位于漂浮结构上，气体可以从再气化单元直接流动到岸上，或者气体可以流动到洞穴然后返回到漂浮结构且通过计量单元流动到岸上。

申请人注意到来自油轮(例如图1中的30)的LNG有时候会首先升压，然后被输送到再气化单元130(图4)，因此来自再气化单元的气体可以不必进一步加压。来自洞穴的气体可能必须被加压。排出再气化单元130的气体不含有水，但是来自洞穴的气体有时候含有水。因为湿气非常有腐蚀性，所以气体在流到岸上设备或其他消耗装置之前经过脱水单元142。

图1中的系统10通常在浅的深度(例如低于大约70米)的操作是不令人满意的，其中随风变向漂浮结构16通过悬线系泊到海底。在浅的深度，漂浮结构的漂流容易提升离开海底的链26的整个长度。这会导致链张力的突然增加，而不是所需的逐渐增加。图3示出了另一个系统50，其中容纳了LNG存储罐100和再气化单元70的船只通过使用裸塔60被系泊在浅海位置，裸塔60下端65固定到海底，其上端67在海平面上方。像驳船那样的漂浮结构54可以在塔周围随风变向，并且可以通过绳索61和低温软管63连接到油轮52上，而且驳船和油轮一起随风变向。驳船可以通过轭62系泊到塔上，轭具有一个内端73，该内端可以围绕塔上的竖直轴线64枢转，而且轭具有一个外端75，该外端连接到船首71，以允许驳船随风变向。一个管线66从轭内端的旋转座架(fluid swivel)延伸到海底管68。驳船围绕至少一水平轴线枢转连接到轭外端，以允许驳船在风浪中上下移动。加热冷的气体的再气化单元70、LNG存储罐100、加压受热气体的泵送单元72以及船员寓所都设置在驳船上。足够大以容纳这些单元的驳船可以以很低的成本提供，其成本低于容纳这些设备且将油轮系泊到其自身上的较大的塔的额外成本。

因此，本发明提出了将LNG从油轮卸载且再气化的低成本系统，其将油轮卸载时间最小化，将再气化单元和存储洞穴所需的尺寸最小化且避免了冷水以过快速率释放。这是通过将再气化单元安装在系泊于海上(直接或间接)的漂浮结构上而实现的。该漂浮结构包括100吨的LNG存储容量，这使得能够从油轮中快速卸载LNG且具有其他优点。在浅海区，该系统包括一个裸塔，并且漂浮结构系泊在塔上以允许随风变向，并且使得气体能够输送到塔上的管中，但是LNG存储单元和再气化单元都安装在漂浮结构上。

尽管本发明的特殊实施例已经在这里描述和图示，本领域技术人员应该意识到，可以容易地做出修改和变化，因此所解释的权利要求旨在覆盖这些修改及其等价物。

Claims (9)

1.一种离岸系统，其包括一漂浮结构(16，54)，所述漂浮结构系泊在海上，从而所述漂浮结构可以随风变向，其中，所述系统通过LNG传输单元(34，63)将LNG(液化天然气)从具有至少1000吨LNG容量的油轮(30，52)卸载到所述漂浮结构，并且将天然气从所述漂浮结构供应到消耗装置(46)，其中：

所述漂浮结构承载一再气化单元(36，70)，所述再气化单元加热LNG以产生气态天然气；并且

所述漂浮结构具有包括至少一个储罐的绝热LNG存储设备(100)，所述存储设备具有多个100吨的LNG存储容量以容纳从油轮接收的LNG，从而在所述LNG存储设备内的LNG逐渐经过所述再气化单元的同时所述油轮可以驶离。

2.如权利要求1所述的系统，其中：

所述再气化单元具有预定的每天按吨计的能力D，以将从所述油轮接收的LNG加热到至少0℃的温度；

所述油轮将以吨计的预定质量A的LNG有规律地运载到所述漂浮结构，并且所述系统具有传输能力以在天记的时间段C内将所述质量从所述油轮卸载到所述漂浮结构；

在所述漂浮结构上的所述LNG存储设备具有存储容量E，E大约等于：A-(DxC)。

3.如权利要求2所述的系统，其中：

具有质量A的LNG的所述油轮在预定的以天计的间隔B时返回所述漂浮结构；

所述再气化单元的以每天按吨计的能力D大约等于以吨计的所述质量A除以所述以天计的间隔B。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述海是浅的，且包括：

一裸塔(60)，其下端(61)固定到所述海底且其上端(67)延伸到海平面上方，所述塔没有LNG存储能力和再气化单元；

具有一个船首端(71)的所述漂浮船；

一连接器(62)，其将所述塔上端连接到所述漂浮船，所述连接器具有一可围绕主竖直轴线(64)在所述塔上旋转的内端(73)以及连接到所述船首端的外端(75)。

5.如权利要求1所述的系统，包括：

一地下气体存储洞穴(40，40A)；

从所述船延伸到所述洞穴的一竖管导管(42，136)，使得所述洞穴可以存储由所述再气化单元产生的气体；

在所述船上的一计量单元(12)；

所述计量单元具有连接到所述再气化单元的一第一输入单元(132)和连接到所述竖管导管的一第二输入单元(143)，并且所述计量单元具有连接到所述消耗装置的一输出单元(116)。

6.一种将油轮(30，52)中存储的LNG(液化天然气)卸载到系泊油轮的一漂浮结构上，以及将卸载的LNG加热以产生用于消耗装置的气体的方法，所述方法包括：

在从所述油轮上卸载LNG的同时，将卸载的LNG流的至少一半引导到所述船上的至少一个绝热LNG储罐(106)，并且将卸载的LNG流的其余部分的大部分引导到一再气化单元(36，72)，所述再气化单元加热LNG以产生气体；

在将所述油轮中存储的所述LNG卸载以后，将所述油轮驶离所述船，并且将在所述至少一个LNG储罐内存储的LNG逐渐流动到所述再气化单元。

7.如权利要求6所述的方法，包括：

使从所述再气化单元排出的一些气体经过一管线(44，68)，所述管线沿着海底部分地延伸到岸上消耗装置；

将从所述再气化单元排出的一些气体通过一地下洞穴(40)；

当所述至少一个LNG储罐排空LNG的时候，将气体从所述地下洞穴通到所述消耗装置。

8.如权利要求6所述的方法，其中：

将气体从所述地下洞穴通到所述消耗装置的所述步骤包括将气体从所述洞穴通到位于所述船上的一计量单元(112)然后通到所述消耗装置。

9.如权利要求8所述的方法，其中：

将气体通到一地下洞穴并且将气体从所述洞穴通到位于所述船上的一计量单元的所述步骤包括在相反方向上使气体通过同一竖管导管(136)。

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