CN101297148B - 低温转环 - Google Patents

Abstract

一种低温转环(1)，包括内、外同心环状壁，在所述壁之间限定出环形腔室(7)，还包括连接到外壁中的第一开口(10)的流体管道和连接到内壁中的开口(9)的第二流体管道，其中若干传导元件(14、15)位于环形腔室(7)的内部，连接所述腔室(7)的下部和上部。

Description

低温转环

技术领域

本发明涉及一种用于随风浪方向变化的(weathervaning)近海冷流体(LNG、LPG)传输系统的改进设计，其包括至少一个低温环形转环(swivel)，该低温环形转环设计为减少由较低温度的低温流体引起的变形。

背景技术

低压的低温环形流体转环包括外环形部件，所述外环形部件绕一内环形部件旋转。两个结构在它们之间形成用于低温流体的分配和传输的环状腔室，通过两个转环部件之间的多个环密封在该腔室的上部和底部对该腔室进行密封。

一个转环圈具有用于流体的入口，而另一个圈合并有出口。入口和出口都被置于同一水平面上。

低温环形转环通常运行在50巴以下，操作压力低于30巴，优选地在20巴左右。

外转环部件经由L形衬套轴承或经由滑动垫或滑动环连接到内转环部件。可选地，也可以使用绝缘低温滚柱轴承。

在LNG传输过程的开始和停止期间，转环部件的收缩或膨胀相对较大，所述收缩或膨胀由于LNG的从环境温度到-163摄氏度的宽热梯度产生，而且也由于这些操作过程中产生的压力差而产生。特别是如果例如LNG没有完全充满该腔室而只是充满腔室的底部时，在环形转环的下部和上部之间就会有很大温差。而且，入口和出口可以看作是转环部件的圆形连续整体的中断，因此出于同样的原因在开始和操作条件下将产生特定的变形。

在密封区域控制与转环部件变形有关的这些温度是特别必要的，因为在任何时候由转环部件的变形引起的转环上的LNG泄露都需要避免，因为LNG是轻微易燃的，因此是危险产品。需要使得转环变形最小化，且密封槽的几何形状在任何时间都需要尽可能地精确和保持恒定以确保最高的密封性能。

为了减少在LNG传输过程的开始或停止期间由于温差引起的局部转环部件变形和较大的内部张力，转环部件的壁与标准的高压环形转环相比相对要薄，所述高压环形转环通常用于热碳氢化合物的传输。这些厚壁的设计并不适合于低温流体，因为它们具有相对较长的冷却时间并且面对由于转环中的局部温差引起的较大的内部变形。在新的低温转环设计中采用了相对较薄的壁，因此在开始或停止LNG传输操作期间导致低温转环部件内部的温差的快速平衡，并且确保整个转环上新的温度的快速分配。

发明内容

本发明提供一种低温转环，包括内、外同心环状壁，在所述壁之间限定出环形腔室，至少内壁限定具有通常C形的截面的腔室，具有从上基本水平壁部件延伸至下基本水平壁部件的若干固定的温度分配构件，还包括分别连接到内、外壁的通常竖直定向的壁部件中的开口的流体管道以及连接到相应开口的第一、第二流体管道，其中内、外壁的厚度比所述温度分配构件的长度小几倍，所述若干固定的温度分配构件在环形腔室的内部从具有C形的截面的腔室的上基本水平壁部件延伸至具有C形的截面的腔室的下基本水平壁部件。

根据本发明的低温环形转环可以包括形成腔室壁(C形腔室转环部件)的相对较大部件的转环部件和形成腔室壁的相对较小部件的一个转环部件。带有C形腔室的转环部件具有固定的竖直温度桥，所述温度桥使得转环部件的下部和上部产品密封区域连接。这些温度桥可以是任何形式或形状，但优选为实心棒的形式，其在C形腔室中等间隔排列。这样的结构将会有助于平衡转环部件间的温差，而且可以应付由温度变化引起的收缩和膨胀所产生的内力，这样不同的转环部件都会具有更好的相对各向同性行为。可选地，环形腔室也可由两个转环部件形成，所述两个转环部件都具有差不多同样形状的腔室部件，每一个腔室部件都具有这些起到类似热桥作用的棒。如果没有这些棒，C形腔室将会在温度降低时收缩，而且趋向于“闭合”和弯曲，这样会产生密封槽的偏移，使这些密封不再能够适当地发挥作用。通过增加这些温度桥，密封槽区域的收缩得到稳定和控制。

这些棒优选地由与它们所置入的转环部件相同的材料制成，例如，由牌号360或304的不锈钢制成。热桥可以在铸造过程中作为转环部件的一部分制成或者可以在转环部件和密封区域的部件被适当加工之后的后续阶段加入，例如通过焊接。

这两个产品密封优选地采用面密封类型，并且一个接一个的被置于水平面上。这种密封构造确保当转环部件由于温度变化在径向方向发生变形时这些密封能够起到恰当的作用。

入口的形状由在其固定的转环部件内为长方形或椭圆形的圆形管道的形状决定，从而避免尖角以及局部地使用非常厚的壁部件，所述壁部件将由于较大的温差而产生变形和张紧。

该低温转环可具有多于一个入口和/或出口(未示出)。多入口/出口的优点在于转环高度可以减小，并且在于腔室内温度桥的长度，这使得它们在LNG传输过程的开始或停止期间更加有效。紧凑的转环设计通常支持转环的快速冷却，并且使它对于作用在转环一侧的来自某一方向的象风或雨这样的环境条件更加不敏感。

具有多入口和/或出口的转环的另一重要优点就是在开始过程中的热梯度也得到改善，因为例如由于冷流体从多个入口进入使得转环在同一时间在多处被冷却。

新的设计导致不同转环部件更好的相对各向同性行为，且由此确保了正确的密封。此外，转环的重量、尺寸和制造成本由于这种新的设计而明显的降低了，特别是与现有技术的转环设计相比。

附图说明

将参考附图对根据本发明的低温转环的一些实施例进行具体解释。在附图中：

图1显示了低温转环，其包括将内转环圈的顶端与底端互连的传导元件，

图2以放大的比例显示了图1的转环的截面，

图3显示了具有等间隔的绝缘支撑法兰的转环，

图4和图5显示了包括绝缘盒的转环的侧视图和俯视图，

图6显示了根据本发明的低温转环的转环堆(stack)，以及

图7显示了图6的转环堆，其中在两次加载和/或卸载操作之间低温流体在所述堆中通过转环经由封闭回路被泵送。

具体实施方式

图1显示了低温转环1，其带有内圈2和外圈3。所述圈2、3同心，并且经由低温滑块或滚柱轴承5以可旋转的方式相互连接。内圈2限定出相对较大的C形腔室7，其与流体出口9流体连接。外圈3的腔室8的横截面比内腔室7小，并且与流体入口10连接。若干温度分配构件14、15在内腔室8的顶壁和底壁之间在竖直方向上延伸，以在这些壁部件之间提供一个均匀的温度分配。构件14、15通常为杆状元件。

如图2所示，内、外圈2、3经由L形衬套17可旋转地相互连接。腔室7、8经由面密封类型的产品密封20密封，环境密封21防止水或其它材料从外界环境进入内、外圈2、3之间的空隙。经由外绝缘法兰18、19，转环1可以以绝缘方式与其它转环连接或与转环支撑件连接。

在图3中显示出，内转环部件具有从转环上竖直地凸出的等间隔分布的绝缘支撑法兰21、22、23。绝缘法兰可以用来在彼此的顶部支撑低温转环，或者用来将低温转环连接到支撑结构上，例如在卸载塔上。需要至少3个绝缘法兰以在水平面上产生稳定的支撑。

转环的绝缘支撑法兰也承受着较大的温差，并且被连接到支撑板24的U形接收法兰23上，该支撑板24通常处于环境温度中。绝缘法兰21、22、23与接收法兰23之间的这种连接使得这些部件中的一个能够进行收缩和膨胀而不会失去支撑板和转环的对准。一种解决方案为在绝缘法兰和接收法兰之间设置小空隙，使得绝缘法兰可以收缩-膨胀并且通过衬套相互连接。需要至少3个连接到接收法兰的绝缘法兰以在水平面上产生稳定的支撑。

在图4和5中，显示了转环绝缘盒25或冷却盒，其将低温转环完全包围，并且使转环在LNG传输过程的起动、工作和结束期间保持总体恒定的低温。该绝缘盒25能通过出口(leaving)26旋转，并且连接到固定盖板27上。该绝缘盒25保护该转环免受由环境造成的局部温差，例如当风或雨作用到转环的一侧时。而且，当没有LNG的加载或卸载时，该盒与转环绝缘，因为在这种等待模式中该转环通过在穿过该转环的封闭回路中泵送LNG来保持低温(也可参见图7)。

绝缘盒25包括绝缘盖板27和盒，该盒包围外转环部件，并且内部为绝缘材料。该绝缘盖板27具有管道开口28，所述管道开口可以分裂，以加入到固定管道或从固定管道移除，所述固定管道连接到转环内圈的出口。该盖板27可以具有绝缘材料层。该盖板被固定到例如LNG输入塔的固定管道上。

绝缘盒盖板可旋转地或可滑动地连接到绝缘盒的其余部分，绝缘盒包围和绝缘了低温转环的可旋转外转环部件。

绝缘盒与外转环圈一起旋转，并且可由几个部件组成，这样它可以被增加到已经安装的低温转环或从已经安装的低温转环移出，例如出于检查或维护的原因(参见图4)。绝缘盒可以制造为包括一个转环(管道或环形)或多于一个转环，并且甚至可包括如图6中所示类型的全部小LNG转环堆。

图6显示了一种可能的多个低温转环堆30，例如，其可以被置于近海LNG卸载塔上，并且其能够将系泊于塔上的LNG载体(carrier)快速卸载。在堆中，底部的环形转环31用于LNG的传输。第二环形转环32也可用于LNG的传输，或用做备用转环或蒸汽回流转环。低温管道转环被置于环形低温转环的中心线上，并且固定到冷汽化气体蒸汽回流线34’上。

从冗余的观点来看，第二(或更多的)环形低温转环32的使用是有利的；如果转环之一没有适当地发挥作用，冷流体流可以被引导通过“备用”低温转环。同样，使用多于一个低温转环对卸载系统的效率是有利的，因为这样增大了卸载系统的通量(trough-put)，从而使得LNG载体可以在较少的时间内被卸载。优选地使低温环形转环经由图3的绝缘法兰21、22、23相互连接。出于维修的目的，这种构造使得更换其中一个转环变得容易。可选地，低温转环堆可以由具有两个(或更多)流体路径或腔室的一个内核和用于每个流体路径的外转环圈组成。

低温转环堆可以包括例如腔室直径为16英寸或20英寸的2或3个低温环形转环。

图7显示了处于待机模式的图6的低温转环堆，例如在两个LNG卸载过程之间。通过连接一个或多个低温转环31、32的入口33、34或出口，产生一封闭的低温循环回路，LNG或来自小缓冲罐的另一种冷介质经由泵35和LNG缓冲罐36泵送通过转环来使它们保持低温。这是非常有利的，因为通常转环及连接管道的受控冷却或加热是一个关键和耗时的过程。该封闭回路可以以相反的方式形成，如图6所示，并且该封闭回路可以包括置于转环绝缘盒内或者没有转环绝缘盒的低温转环堆中的一个、所有的或只是一些转环。对于本领域的技术人员可以进一步理解，转环或转环堆可以倒立放置，这样低温流体的方向可以反向，且温度桥可以置于转环的外部、内部或这两个部分中。

Claims (5)

1.一种低温转环，包括内、外同心环状壁，在所述壁之间限定出环形腔室，至少内壁限定具有通常C形的截面的腔室(7)，具有从上基本水平壁部件延伸至下基本水平壁部件的若干固定的温度分配构件，还包括分别连接到内、外壁的通常竖直定向的壁部件中的开口的流体管道以及连接到相应开口的第一、第二流体管道，其中内、外壁的厚度比所述温度分配构件的长度小几倍，所述若干固定的温度分配构件在环形腔室的内部从具有C形的截面的腔室(7)的上基本水平壁部件延伸至具有C形的截面的腔室(7)的下基本水平壁部件。

2.根据权利要求1所述的低温转环，至少三个支撑构件在转环的顶侧和/或底侧被连接到内环形壁，在纵向中心线方向上延伸。

3.根据权利要求1所述的低温转环，该转环包括一绝缘盖，具有在顶面和/或底面连接到内或外同心环形壁上的固定部件以及固定到外壁上的可旋转部件。

4.根据权利要求3所述的低温转环，其中外绝缘盖由至少两个可分离的部件组成。

5.根据权利要求1所述的低温转环，包括经由相应的支撑构件相互连接的至少两个转环。

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