CN101706037A - 液化天然气储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液化天然气储罐，其包括绝热壁且具有经受由于所述液化天然气储罐中产生蒸发气体而引起的压力递增的强度，以允许由于所述液化天然气储罐中产生所述蒸发气体而导致的压力增加。

Description

液化天然气储罐
本发明是原申请号200710163142.X，申请日为2007年10月10日，发明名称“液化天然气储罐”的分案申请
技术领域
本发明涉及一种液化天然气(liquefied natural gas，LNG)运输工具，其具有用于处理LNG储罐中产生的蒸发气体(boil-off gas，BOG)的构件。
背景技术
一般来说，在液化设备中将天然气(natural gas，NG)转变成液体(也称为液化天然气或LNG)、通过LNG运输工具进行长途运输并通过浮式存储和再气化单位(floating storage and re-gasification unit，FSRU)或陆地卸载码头再气化，以供应给消费者。
在LNG通过LNG再气化船舶(LNG re-gasification vessel，LNG-RV)运输的情况下，LNG在LNG-RV本身中经再气化，而不经过FSRU或陆地卸载码头，并且接着直接供应给消费者。
由于天然气的液化是在环境压力下在约-163℃的低温温度下发生的，所以即使当LNG的温度在环境压力下略高于-163℃，LNG也很可能被汽化。在现有的具有绝热LNG储罐的LNG运输工具的情况下，由于热量不断从外部传递到LNG储罐中的LNG，所以在通过现有LNG运输工具运输LNG期间，LNG不断地被汽化且在LNG储罐中产生蒸发气体。
如果如上所述在LNG储罐中产生蒸发气体，那么LNG储罐的压力便会增加且变得较为危险。
常规上，为了在LNG运输工具用的LNG储罐中维持恒定压力，以前会将LNG储罐中产生的蒸发气体作为推进LNG运输工具的燃料而消耗掉。也就是说，现有的用于运输低温液态LNG的LNG运输工具在LNG运输期间基本上将LNG储罐中的LNG的温度在环境压力下维持在约-163℃，即，将LNG储罐中的LNG维持在几乎恒定的温度和压力，所以所述LNG运输工具在以前会通过将所产生的蒸发气体排放到外部来处理蒸发气体。
通过燃烧LNG储罐中产生的蒸发气体而借助锅炉中产生的蒸汽来驱动的蒸汽涡轮机推进系统的问题在于推进效率较低。
此外，双燃料柴油机电动推进系统在压缩LNG储罐中产生的蒸发气体之后将所述蒸发气体用作柴油机引擎的燃料，其推进效率高于蒸汽涡轮机推进系统，但由于中速柴油机引擎与电动推进单元在所述系统中的复杂整合而难以维修。此外，必须将蒸发气体作为燃料来供应的这个系统一定要使用气体压缩方法，而这种方法所需要的安装和操作成本高于液体压缩方法。
此外，这种使用蒸发气体作为推进燃料的常规方法无法实现普通船只中所使用的二冲程低速柴油机引擎的效率。
还存在一种将LNG储罐中产生的蒸发气体再液化并使再液化的蒸发气体返回到LNG储罐中的方法.然而，这种将蒸发气体再液化的方法的问题在于，在LNG运输工具中安装复杂的蒸发气体再液化设备.
此外，当LNG储罐中产生的蒸发气体的量超过推进系统或蒸发气体再液化设备的容量时，多余的蒸发气体必须被气体燃烧单元燃烧。因此，所述方法具有需要用于处理多余蒸发气体的例如气体燃烧单元的辅助单元的问题。
举例来说，如图4所说明，在现有的基本上在LNG储罐中维持几乎恒定的压力的LNG运输工具的情况下，LNG储罐在第一段时间(其中装载了LNG后3到5天)有些热。因此，如图中上部处的实线所指示，与天然蒸发气体(natural boil-off gas，NBOG)的量相比，在LNG运输期间会产生相当大量的多余蒸发气体，且这个多余蒸发气体超过锅炉或双重燃料柴油机电动推进系统所消耗的燃料量。因此，对应于斜线的蒸发气体量必须通过气体燃烧单元(gas combustion unit，GCU)燃烧，所述斜线表示区别于图中下部的虚线，用于说明锅炉或引擎中所使用的蒸发气体量。此外，当LNG运输工具经过运河时(例如，图4中为5到6天)，由于未消耗锅炉或引擎中的任何量的蒸发气体(当LNG运输工具等待进入运河时)，或者消耗的蒸发气体量较少(当LNG运输工具经过运河时)，所以用于推进引擎却尚未消耗掉的多余蒸发气体必须被燃烧掉。此外，甚至当其中装载有LNG的LNG运输工具在等待进入港口或正进入港口时，不消耗任何量的蒸发气体或者消耗少量蒸发气体，且因此必须燃烧掉多余的蒸发气体。
在容量为150,000m3的LNG运输工具的情况下，如上所述燃烧的蒸发气体每年多达1500到2000吨，花费掉约700,000美元，而且蒸发气体的燃烧导致环境污染问题。
第KR 2001-0014021号、第KR 2001-0014033号、第KR 2001-0083920号、第KR 2001-0082235号和第KR 2004-0015294号韩国专利早期公开案揭示通过以下方法抑制在LNG储罐中产生蒸发气体的技术：将LNG储罐中的蒸发气体的压力维持在约200巴(表压)的高压下，而无需像上述低压贮罐那样在LNG储罐中安装绝热壁。然而，这种LNG储罐必须具有较大厚度以便存储具有约200巴高压的蒸发气体，且因此其问题在于制造成本增加，且需要例如高压压缩机的额外组件以将蒸发气体的压力维持在约200巴。还存在一种称为压力贮罐的技术，所述技术不同于以上提到的技术。当在室温下在超高压贮罐中存储极易挥发的液体时，这个超高压贮罐不具有处理蒸发气体的问题，但具有其它问题，比如贮罐不应较大且制造成本会提高。
如上所述，常规上，LNG运输工具用的LNG储罐在LNG运输期间将低温液体的压力恒定维持在环境压力附近，并允许产生蒸发气体，所以所述LNG储罐具有消耗大量蒸发气体或安装额外的再液化设备的问题。此外，与以低大气压力运输所述低温液体的贮罐不同，使用例如压力贮罐等贮罐的LNG运输方法在略高的温度下承受高压，所以其不需要处理蒸发气体，但在贮罐的大小方面具有限制且需要较高的制造成本。
发明内容
【本发明将解决的技术问题】
为了解决现有技术提出的上述问题，本发明提供一种用于运输低温液态的LNG的压力略高(接近环境压力)的贮罐。本发明的目的是提供一种具有大容量的LNG储罐，其可在不提高制造成本的情况下进行制造且可减少对蒸发气体的浪费，并且提供一种用于使用所述LNG储罐运输LNG的方法或一种用于使用所述LNG储罐处理蒸发气体的方法。
【技术手段】
为了实现上述目的，本发明提供一种略高压(接近环境压力)的用于运输低温液态的LNG的LNG储罐，其特征在于在LNG运输期间允许LNG储罐中的压力有某种程度的改变。
本发明的一个实施例在具有用于处理LNG储罐中产生的蒸发气体的蒸发气体处理构件的LNG运输工具中提供一种LNG运输工具和一种具有以下特征的方法：当在LNG储罐中运输LNG期间，允许LNG储罐中的蒸汽压力和LNG的温度增加。
一般来说，已知以下方法为用于处理蒸发气体的手段：将从LNG储罐产生的蒸发气体用于锅炉(例如，蒸汽涡轮机推进锅炉)；使用蒸发气体作为例如DFDE和MEGI的气体引擎的燃料；将蒸发气体用于气体涡轮机；以及将蒸发气体再液化，并使再液化的蒸发气体返回到LNG储罐(参看第2004-0046836号韩国专利早期公开案、注册号为0489804和0441857的韩国专利以及第2006-0000158号韩国实用新型公开案)。这些方法具有例如气体燃烧单元(gas combustion unit，GCU)的蒸发气体燃烧构件产生的蒸发气体浪费的问题，所述蒸发气体燃烧构件用于超过一般蒸发气体处理构件的容量的多余蒸发气体(例如，在装载LNG之后)，或者当蒸发气体无法由蒸发气体处理构件处理时(例如，当LNG运输工具进入或离开港口和当其经过运河时)的蒸发气体。
本发明具有通过改进蒸发气体处理的灵活性而消除对蒸发气体的这种浪费的优点。根据本发明的LNG运输工具可能不需要GCU，或者可能需要用GCU来改进在紧急情况下处理或管理蒸发气体的灵活性。
本发明的LNG运输工具配备有蒸发气体处理构件，例如锅炉、再液化设备以及气体引擎，以用于通过将从LNG储罐产生的蒸发气体排放到LNG储罐外部而处理所述蒸发气体。
本发明的另一实施例在用于控制LNG运输工具用的LNG储罐上部处提供的安全阀的方法中提供一种设定安全阀的方法，所述方法的特征在于安全阀在LNG装载期间的设定压力与安全阀在LNG运输工具航行期间的设定压力不同。本发明还提供一种安全阀、LNG储罐以及具有所述特征的LNG运输工具。
常规上，通过在运输低温液态的LNG的LNG运输工具用的LNG储罐上部安装安全阀来安全地管理LNG储罐中的压力。一些已知的安全地管理LNG储罐中的压力的方法是：借助安全阀避免LNG储罐可能发生的爆炸；以及在装载LNG之后，通过以上提到的方法处理从LNG储罐产生的蒸发气体，所述方法包含：将蒸发气体用于锅炉(例如，蒸汽涡轮机推进锅炉)、将蒸发气体用作例如DFDE和MEGI的气体引擎的燃料、将蒸发气体用于气体涡轮机以及再液化蒸发气体并使再液化的蒸发气体返回到LNG储罐。这些方法具有例如GCU的蒸发气体燃烧构件浪费蒸发气体的问题，所述构件用于当将LNG装载在LNG运输工具中之后超过一般蒸发气体处理构件的容量的多余蒸发气体，或者用于当LNG运输工具进入或离开港口和当其经过运河时的蒸发气体。通过这些方法将LNG运输工具用的LNG储罐中的压力维持在预定范围内。
在这种LNG运输工具中，当安全阀的设定值为0.25巴时，LNG储罐的全部容量中最大有约98％装载有LNG，且其余约2％保持为空的.如果LNG储罐的全部容量中有98％以上装载有LNG，则当LNG储罐的压力达到0.25巴时，LNG储罐中的LNG可能会从储罐上部的圆顶溢出.如本发明的另一实施例中所示，如果在装载LNG之后不断允许LNG储罐中的LNG的压力增加，那么即使在装载少量LNG时，因为在根据本发明的安全阀的设定压力下LNG温度升高而导致LNG膨胀，所以LNG储罐中的LNG仍可能会溢出.举例来说，已发现当LNG储罐中的蒸汽压力为0.7巴时，即便LNG储罐的全部容量中有97％装载有LNG，LNG储罐中的LNG仍可能会溢出.这直接导致需要减少将要装载的LNG的量.
因此，不是将LNG储罐上部提供的安全阀的设定压力始终固定在接近环境压力的略高的压力，而是可通过以下方式无需减少初始LNG装载量而减少对蒸发气体的浪费或增加蒸发气体处理的灵活性：在LNG装载期间，与现有LNG运输工具一样将安全阀的设定压力固定在较低压(例如，0.25巴)，并接着在LNG运输工具开始航行后通过使用一些蒸发气体(例如，将蒸发气体用作锅炉或引擎的燃料)而减少LNG储罐中的LNG量时，像本发明的另一实施例一样提高安全阀的设定压力。本发明在应用于装备有蒸发气体处理构件(例如，锅炉、再液化设备或气体引擎)的LNG运输工具时，用于通过将挥发气体排放到LNG储罐外部而处理从LNG储罐产生的蒸发气体，而在消除挥发气体的浪费方面具有较大效果。
因此，在本发明中，在通过将LNG储罐中产生的蒸发气体排放到储罐外部而减少LNG储罐中的LNG量后，增加安全阀的设定压力：优选情况是，在LNG装载期间将设定压力设定为0.25巴或以下；且在LNG运输工具航行期间将压力设定为从高于0.25巴到2巴，且更优选从高于0.25巴到0.7巴。这里，安全阀在LNG运输工具航行期间的设定压力可根据依照航行条件所使用的蒸发气体量而逐渐增加，例如从0.4巴到0.7巴。
因此，在本发明中，“在LNG运输工具航行期间”的表达意味着当LNG运输工具在其中装载着LNG而开始航行之后LNG储罐中的LNG的体积由于使用了一些蒸发气体而略微减小的时候。举例来说，期望在LNG储罐中的LNG体积为98.5％时将安全阀的设定压力设定为0.25巴，当LNG体积为98.0％时设定为0.4巴，当LNG体积为97.7％时设定为0.5巴，且当LNG体积为97.1％时设定为0.7巴。
本发明的另一实施例提供一种用于运输低温液态LNG的LNG运输工具用的LNG储罐，其特征在于，将提供在所述LNG储罐上部的安全阀的设定压力设定为从高于0.25巴到2巴，优选从高于0.25巴到0.7巴，且更优选约为0.7巴。本发明还提供一种用于设定安全阀、LNG储罐以及具有所述技术特征的LNG运输工具的方法。
由于这种方法具有蒸发气体有较大浪费且LNG运输工具的制造成本增加的问题，所以本发明通过以下方式解决了所述问题：增加LNG储罐的安全阀的设定压力值，从而允许在从装载LNG之后到卸载LNG的LNG运输工具航行期间，LNG储罐中的压力增加且LNG储罐中的LNG的温度增加。
本发明的另一实施例提供一种用于运输低温液态LNG的LNG运输工具用的LNG储罐，其特征在于LNG储罐中的蒸汽压力被控制在接近环境压力以内，且允许在LNG运输期间增加LNG储罐中的蒸汽压力和LNG储罐中的LNG的压力.LNG储罐的特征还在于，LNG储罐中的蒸汽压力的范围从高于0.25巴到2巴，优选从高于0.25巴到0.7巴，且更优选约为0.7巴.此外，LNG储罐的特征在于，LNG储罐上部的蒸发气体与LNG储罐下部的LNG混合，以便在LNG储罐中维持均匀的温度分布.一方面，由于当LNG储罐的一个部分的温度高于其另一部分的温度时更多的LNG很可能被蒸发，所以期望在LNG储罐中维持LNG或蒸发气体的均匀温度分布.另一方面，由于LNG储罐上部的蒸发气体的热容量小于LNG储罐下部的LNG，LNG储罐上部因从外部到LNG储罐的热量进入而引起的温度局部急剧增加可能会导致LNG储罐中的压力急剧增加.可通过将LNG储罐上部的蒸发气体与LNG储罐下部的LNG混合而防止LNG储罐中的压力急剧增加.
此外，根据本发明的另一实施例，LNG运输工具用的LNG储罐中的蒸汽压力可经控制以与LNG储罐中的压力匹配，以便在LNG码头接纳LNG。举例来说，在用以在LNG卸载码头、LNG-RV或FSRU处在其中接纳LNG的LNG储罐中的压力较高(例如，约0.4到0.7巴)的情况下，LNG运输工具用的LNG储罐中的压力在LNG运输工具航行期间持续增加；在与现有技术中一样的用于在LNG卸载码头处在其中接纳LNG的LNG储罐中的压力较低(大约0.2巴)的情况下，通过根据本发明利用可减少对蒸发气体浪费的在蒸发气体处理方面的灵活性，可使LNG运输工具用的LNG储罐中的压力与用于接纳LNG的LNG储罐的压力匹配。
此外，本发明的另一实施例提供一种具有所述技术特征的运输低温液态LNG的方法，以及具有所述LNG储罐的LNG运输工具。
确切地说，根据本发明的另一实施例，用于运输低温液态LNG的具有接近环境压力的压力略高的薄膜LNG储罐的特征在于，在LNG运输期间允许LNG储罐中的压力有某种程度的改变。根据本发明的薄膜贮罐是IGC规则2000)界定的LNG贮罐的货舱。更具体地说，薄膜贮罐是一种非自承式贮罐，其具有形成在主体中的绝热壁，且具有形成在贮罐上部的薄膜。在本申请案中，薄膜贮罐用以包含半薄膜贮罐。
薄膜贮罐的一些实例是下述GTT NO 96-2和MARK III，以及第499710号和第644217号韩国专利中描述的贮罐。
薄膜贮罐可经设计以通过加强贮罐而经受高达0.7巴(表压)的压力，但通常规定薄膜贮罐应经设计以具有不超过0.25巴的压力。所有现有薄膜贮罐均符合此项规定，且经管理使得贮罐内的蒸汽压力为0.25巴或以下，且LNG的温度和压力在航行期间几乎是恒定的。相反，本发明的特征在于，在0.25巴或以上、优选从高于0.25巴到2巴或以下且更优选从高于0.25巴到0.7巴或以下的压力下，允许贮罐中的压力和LNG的温度增加。此外，根据本发明的通过使用LNG储罐处理蒸发气体的方法的特征在于，在LNG储罐中维持均匀的温度分布。
根据本发明的另一实施例，本发明提供一种大LNG运输工具，以及具有约100,000m3或以上的LNG存储容量的LNG运输工具。在具有大容量的LNG运输工具的情况下，为了将LNG储罐制造成高压贮罐，因为贮罐的厚度增加，所以制造成本急剧增加。在如本发明中制造具有约1巴的接近大气压力的相对压力的贮罐的情况下，制造成本不急剧增加，而且贮罐可运输LNG，并实质上经受蒸发气体产生的压力而不处理蒸发气体。
附图说明
图1是说明根据本发明优选实施例的吸收进LNG运输工具用的LNG储罐中的热量的原理的示意图。
图2是说明根据本发明优选实施例的LNG运输工具用的LNG储罐的示意图。
图3是说明根据本发明优选实施例通过使用LNG运输工具用的LNG储罐在卸载码头处理蒸发气体(BOG)的配置的示意图。
图4是说明根据现有技术在LNG储罐中基本上维持几乎恒定的压力的LNG运输工具的浪费蒸发气体的图.
图5是说明在其中装载有LNG的LNG运输工具航行期间在LNG卸载码头处根据LNG储罐的压力而对LNG运输工具用的LNG储罐的压力操作类型的图。
图6是说明用于将蒸发气体从LNG储罐上部朝LNG储罐下部的LNG注射的方法的图。
图7是说明通过在航行期间实时接收相关数据并适当地处理和计算所述数据而实时显示LNG运输工具用的LNG储罐的安全阀的当前准许最大设定压力的系统的图。
图8说明根据本发明的LNG运输工具的燃气流量计。
图9说明常规LNG运输工具的燃气流量计。
图10说明根据本发明实施例在蒸发气体压缩之后将其供应到LNG储罐下部。
图11是说明根据本发明实施例的LNG运输工具的燃气供应系统的示意图。
1：LNG运输工具用的LNG储罐     2：卸载码头用的LNG储罐
3：压缩机                     4：再冷凝器
5：蒸发器                     11：LNG泵
13：LNG喷射器                 21：蒸发气体(BOG)注射喷嘴
23：蒸发气体(BOG)压缩机       P：高压泵
具体实施方式
以下将参看附图详细描述本发明的优选实施例。
根据本发明的LNG储罐可应用于LNG运输工具、LNG浮式存储和再气化单位(FSRU)、陆地卸载码头以及LNG再气化船舶(LNG-RV)等。LNG储罐具有以下优点：通过允许增加LNG储罐中的压力和温度并解决了处理蒸发气体的问题而减少对蒸发气体的浪费；以及增加了LNG处理的灵活性(例如运输和存储LNG)，因为考虑到LNG需求，可长期地在所有类型的LNG储罐中存储LNG。
将主要通过可应用于LNG运输工具用的LNG储罐的实例来描述本发明的实施例。
图1绘示根据本发明吸收进入LNG运输工具用的LNG储罐的热量的原理。在现有技术中，LNG运输工具用的LNG储罐中的压力被维持在预定范围内，且因此，从外部进入LNG储罐中的大多数热量会导致产生蒸发气体，所有蒸发气体均应在LNG运输工具中进行处理。相反，根据本发明，允许LNG运输工具用的LNG储罐中的压力增加，从而增加了饱和温度，且因此，大多数热量被LNG储罐中的LNG或天然气(NG)的明显的热量增加(其是因饱和温度增加而导致)所吸收，从而显著减少蒸发气体的产生。举例来说，当LNG运输工具用的LNG储罐的压力从0.06巴的初始压力增加到0.7巴时，饱和温度增加约6℃。
图2示意性说明根据本发明优选实施例的LNG运输工具用的LNG储罐。在其中形成有绝热壁的LNG运输工具用的LNG储罐1中，在正常装载LNG的情况下，当LNG运输工具开始航行时LNG储罐1中的压力约为0.06巴(表压)，且在LNG运输工具航行期间，由于蒸发气体的产生，所述压力逐渐增加。举例来说，当在生产LNG的位置处将LNG装载到LNG储罐1中之后，LNG运输工具用的LNG储罐1中的压力正好为0.06巴，且当LNG运输工具在经过约15-20天的航行之后到达目的地时可增加到0.7巴。
关于温度方面，一般含有许多杂质的LNG的沸点低于纯甲烷液体.纯甲烷的沸点在0.06巴下为约-161℃，且要运输的含有例如氮气、乙烷等杂质的LNG的沸点为约-163℃.基于纯甲烷，LNG储罐中的LNG在装载到LNG储罐中后的温度在0.06巴下为约-161℃.如果将LNG储罐中的蒸汽压力控制为0.25巴，则考虑到运输距离和蒸发气体的消耗，LNG的温度增加到约-159℃；如果将LNG储罐中的蒸汽压力控制为0.7巴，则LNG的温度为约-155℃；如果LNG储罐中的蒸汽压力控制到2巴，则LNG的温度增加到约-146℃.
根据本发明的LNG运输工具用的LNG储罐包括绝热壁，且在其设计中考虑到蒸发气体的产生所导致的压力增加。也就是说，LNG储罐经设计以具有充分的强度来经受蒸发气体的产生所导致的压力增加。因此，LNG运输工具用的LNG储罐1中产生的蒸发气体在LNG运输工具航行期间在其中累积。
根据本发明实施例的LNG运输工具用的LNG储罐1优选包括绝热壁，且经设计以经受从高于0.25巴到2巴(表压)的压力，且更优选的是，0.6到1.5巴(表压)的压力。考虑到LNG的运输距离以及当前的IGC规则，需要将LNG储罐设计成经受高于0.25巴到0.7巴的压力，确切地说为约0.7巴的压力。然而，使压力过低并非所需，因为LNG的运输距离会变得过短，而且使压力过高会导致难以制造LNG储罐。
此外，由于根据本发明的LNG运输工具用的LNG储罐1可通过以下方式充分体现：在初始设计期间将LNG储罐1设计成具有较大厚度，或者仅通过向现有的LNG运输工具用的一般LNG储罐中添加硬化剂以适当地加强现有的储罐，而无需对现有LNG储罐的设计作出较大改变，所以其在制造成本方面是经济的。
各种常规的其中具有绝热壁的LNG运输工具用的LNG储罐在下述相关技术中是已知的。因此，图1中省略了绝热壁。
可将安装在LNG运输工具中的LNG储罐分成独立类型的贮罐和薄膜类型的贮罐，且以下将对其作出详细描述。
以下表1中的GTT NO 96-2和GTT Mark III在Gaz Transport(GT)公司与Technigaz(TGZ)公司于1995年合并为GTT(Gaztransport&Technigaz)公司时分别由GT和TGZ重新命名。
(表1)LNG储罐的分类
第US 6,035,795号、第US 6,378,722号和第US 5,586,513号美国专利；美国专利公开案US 2003-0000949、第KR 2000-0011347号和第KR2000-0011346号韩国专利早期公开案中揭示了GT类型和TGZ类型的贮罐。
第499710号和第0644217号韩国专利揭示了实施为其它原理的绝热壁。
现有技术揭示了具有各种类型的绝热壁的LNG运输工具用的LNG储罐，其将尽可能地抑制蒸发气体的产生.
本发明可应用于如上所述的具有各种类型的绝热功能的LNG运输工具用的常规LNG储罐。LNG运输工具用的这些LNG储罐大多经设计以经受0.25巴或以下的压力，且将LNG储罐中产生的蒸发气体作为推进LNG运输工具用的燃料消耗掉，或者将蒸发气体再液化以将LNG储罐中的压力维持在0.2巴或以下(例如0.1巴)，并且如果LNG储罐中的压力增加到超过所述值，则燃烧掉部分或全部蒸发气体。此外，这些LNG储罐中具有安全阀，且如果LNG储罐未能如上所述控制其中的压力，则通过安全阀(大多数情况下其设定压力为0.25巴)将蒸发气体排放到LNG储罐外部。
相比而言，在本发明中，将安全阀的压力从高于0.25巴设定到2巴，优选从0.25巴到0.7巴，且更优选为约0.7巴。
此外，根据本发明的LNG储罐经配置以通过减小LNG储罐的温度和压力的局部增加，而减小LNG储罐中的压力。LNG储罐通过以下方式维持其均匀的温度分布：将LNG储罐下部具有较低温度的LNG朝LNG储罐上部具有较高温度的蒸发气体喷射，并且将LNG储罐上部具有较高温度的蒸发气体朝LNG储罐下部具有较低温度的LNG喷射。
在图2中，LNG运输工具用的LNG储罐1在其下部具备LNG泵11和蒸发气体注射喷嘴21，并且在其上部具备LNG喷射器13和蒸发气体压缩机23。LNG泵11和蒸发气体压缩机23可安装在LNG储罐上部或下部。将LNG储罐1下部具有较低温度的LNG通过LNG泵11供应到提供在LNG储罐上部的LNG喷射器13，并接着朝着LNG储罐1具有高温的上部喷射，且将LNG储罐1上部的具有较高温度的蒸发气体通过蒸发气体压缩机23供应到提供在LNG储罐1下部的蒸发气体注射喷嘴21，并接着朝着LNG储罐1的具有较低温度的下部注射，从而维持LNG储罐1的均匀的温度分布，并最终减少蒸发气体的产生。
这种减少蒸发气体的产生对于逐渐增加LNG储罐中的压力特别有用，因为没有蒸发气体处理构件的LNG运输工具中的蒸发气体的产生与LNG储罐中的压力的增加具有直接联系。在LNG运输工具具有蒸发气体处理构件的情况下，如果LNG储罐中的压力增加，则将特定量的蒸发气体排放到外部，从而控制LNG储罐中的压力，且因此可在LNG运输工具航行期间无需喷射LNG或注射蒸发气体。
此外，如果LNG在生产LNG的生产码头处以过冷液态装载到LNG运输工具中，则可在将LNG运输到目的地期间进一步减少蒸发气体的产生(或压力的增加)。当在生产码头处以过冷液态装载LNG之后，LNG运输工具用的LNG储罐中的压力可能是负压力(0巴或以下)。为了防止压力减小到负压力，可用氮气填充LNG储罐的蒸汽区域。
以下将描述使用这种LNG运输工具用的LNG储罐处理蒸发气体的方法。
在LNG运输工具航行期间，根据本发明的LNG运输工具用的LNG储罐1允许LNG储罐1中有压力增加，而无需处理LNG储罐1中产生的蒸发气体，从而增加LNG储罐1中的温度，并将所进入的大多热量累积为LNG储罐中的LNG和NG的内部能量，并接着当LNG运输工具到达目的地时在卸载码头处处理LNG运输工具用的LNG储罐1中累积的蒸发气体。
图3示意性说明用于使用根据本发明优选实施例的LNG运输工具用的LNG储罐在卸载码头处处理蒸发气体的配置。
卸载码头安装有多个卸载码头用的LNG储罐2、高压压缩机3a、低压压缩机3b、再冷凝器4、高压泵P和蒸发器5。
由于LNG运输工具用的LNG储罐1中累积有大量蒸发气体，所以通常在卸载码头处通过高压压缩机3a将LNG储罐1中的蒸发气体压缩到70-80巴，并接着直接供应给消费者。通常可通过低压压缩机3b将LNG运输工具用的LNG储罐1中累积的部分蒸发气体压缩到约8巴，并接着通过经过再冷凝器4进行再冷凝，并接着由蒸发器5再气化以便供应给消费者。
当将LNG从LNG运输工具用的LNG储罐卸载到卸载码头用的LNG储罐中时，因为LNG运输工具用的LNG储罐的压力高于卸载码头用的LNG储罐的压力，所以具有较高压力的LNG会流入卸载码头用的LNG储罐中，因此会产生额外的蒸发气体。为了将额外的蒸发气体的产生最小化，可通过以下方式将LNG供应给消费者：将LNG从LNG运输工具用的LNG储罐直接传输到卸载码头处的高压泵的入口。由于LNG储罐中的压力在LNG卸载期间较高，所以根据本发明的LNG运输工具用的LNG储罐具有卸载时间比常规LNG储罐缩短10％到20％的优点。
作为在卸载码头处将LNG运输工具用的LNG储罐1中存储的LNG供应到卸载码头用的LNG储罐2的替代，可将所述LNG供应到再冷凝器4以将蒸发气体再冷凝，并接着通过蒸发器5将其再气化，从而将其直接供应给消费者。
另一方面，如果在卸载码头处未安装再冷凝器，则可将LNG直接供应到高压泵P的进气口。
如上所述，如果卸载码头处安装有多个卸载码头用的LNG储罐2，且将LNG从LNG运输工具用的LNG储罐1均匀地分配到卸载码头用的多个LNG储罐2中的每一者，则由于蒸发气体的产生分散到卸载码头用的多个LNG储罐2，所以可将卸载码头用的LNG储罐中的蒸发气体的产生的影响最小化。由于卸载码头用的LNG储罐中产生的蒸发气体的量较小，所以通常通过低压压缩机3b将蒸发气体压缩到约8巴，并接着通过经过再冷凝器4而将其再冷凝，并接着通过蒸发器5再气化，以便供应给消费者。
此外，根据本发明，由于LNG运输工具用的LNG储罐以高于现有设计压力的压力操作，所以不需要用在LNG运输工具用的LNG储罐中填充蒸发气体或NG蒸汽的过程在LNG卸载期间维持LNG运输工具用的LNG储罐中的压力。
此外，如果对LNG码头或浮式存储和再气化单位(FSRU)用的常规LNG储罐进行修改，或者建造卸载码头或浮式存储和再气化单位(FSRU)用的新LNG储罐，以使得LNG储罐的存储压力对应于根据本发明的LNG运输工具用的LNG储罐的压力，则在从LNG运输工具中卸载LNG期间不会产生额外的蒸发气体，且因此可应用现有的卸载技术。
根据本发明，LNG浮式存储和再气化单位(FSRU)在蒸发气体管理方面具有更多的灵活性且因此可能不需要再冷凝器。
根据本发明，在从LNGC卸载到LNG浮式存储和再气化单位(FSRU)期间产生的闪蒸气体将大量减少或不再存在，且由于节省了处置闪蒸气体的时间，所以操作时间将大量减少。且因此卸载LNGC的货船压力将具有更多的灵活性。
根据本发明，LNG再气化船舶(LNG-RV)可具有上述LNG运输工具与LNG浮式存储和再气化单位(FSRU)两者的优点。
图5说明根据LNG卸载码头处LNG储罐中的压力，在其中装载有LNG的LNG运输工具航行期间LNG运输工具用的LNG储罐的压力操作类型.F模式指示在LNG运输工具的航行期间，(例如)如果卸载码头处的LNG储罐的允许压力范围为从0.7巴到1.5巴或以下，则允许LNG运输工具用的LNG储罐中的压力连续增加到0.7到1.5巴或以下，与LNG卸载码头处的LNG储罐的允许压力相同.这种模式在没有蒸发气体处理构件的LNG运输工具中特别有用.
当卸载码头处的LNG储罐的允许压力为0.4巴或以下时，S或V模式是合适的。S和V模式可应用于具有蒸发气体处理构件的LNG运输工具。S模式指示在LNG运输工具的航行期间，允许LNG运输工具的LNG储罐中的压力均匀且逐渐增加，也就是说，连续增加到0.4巴或以下，与LNG卸载码头的LNG储罐的允许压力相同。
V模式是扩大LNG运输工具用的LNG储罐中的压力的操作宽度，且具有以下优点：通过将超过蒸发气体处理构件所消耗的蒸发气体量的多余蒸发气体存储在LNG运输工具用的LNG储罐中而减少对蒸发气体的浪费。举例来说，当LNG运输工具经过运河时，由于使用蒸发气体作为燃料的推进构件(例如DFDE、MEGI和气体涡轮机)不操作，所以未消耗蒸发气体。因此，可将LNG运输工具用的LNG储罐中产生的蒸发气体存储在其中，从而能够将LNG运输工具用的LNG储罐的压力增加到0.7到1.5巴或以下。在LNG运输工具经过运河后，使用蒸发气体作为燃料的推进构件完全操作，从而增加对蒸发气体的消耗，且将LNG运输工具用的LNG储罐的压力减小到0.4巴或以下。
LNG运输工具用的LNG储罐的压力操作类型可依据LNG卸载码头处是否安装了用于处理大量闪蒸气体的闪蒸气体处理设施而定。在LNG卸载码头处安装了用于处理大量闪蒸气体的闪蒸气体处理设施的情况下，在F模式下操作LNG运输工具用的LNG储罐的压力；在LNG卸载码头处未安装用于处理大量闪蒸气体的闪蒸气体处理设施的情况下，在S模式或V模式下操作LNG运输工具用的LNG储罐的压力。
图6说明通过将LNG储罐上部的蒸发气体朝其下部的LNG注射而减小LNG运输工具用的LNG储罐的压力增加的设备。
如图6所说明的用于减小LNG运输工具用的LNG储罐中的压力增加的设备经配置以压缩LNG运输工具用的LNG储罐1的上部的蒸发气体，并接着将经过压缩的蒸发气体朝LNG储罐1下部的LNG注射。
这个设备包括在LNG运输工具用的LNG储罐上部提供的蒸发气体进气口31、一端连接到蒸发气体进气口31且另一端连接到LNG储罐1下部的管33，以及在管33一部分处提供的压缩机35。
如图6左侧所说明，管33可安装在LNG储罐1中。如果管33安装在LNG储罐1中，则需要压缩机35应当为在管33下部提供的沉浸式压缩机。
如图6右侧所说明，管33可安装在LNG储罐1外部。如果管33安装在LNG储罐1外部，则压缩机35为在管33处提供的普通压缩机。
需要在蒸发气体进气口31处应提供防止液体进入构件。防止液体进入构件的一个实例是去雾器。
用于减小LNG运输工具用的LNG储罐中的压力增加的设备经配置以减小LNG储罐的温度和压力的局部增加，从而减小LNG储罐的压力.可通过以下方式减少蒸发气体的产生：将LNG运输工具用的LNG储罐1上部的具有较高温度的蒸发气体朝LNG运输工具用的LNG储罐1的具有较低温度的下部注射，从而维持LNG运输工具用的LNG储罐的均匀的温度分布，也就是说，防止LNG储罐中的温度在局部增加.
图7说明用于实时显示的系统的图，所述系统通过在LNG运输工具航行期间实时接收相关数据并适当地处理和计算所述数据而实时显示LNG运输工具用的LNG储罐的当前允许的最大设定压力。可通过所述系统安全地控制LNG储罐的安全阀。
在LNG运输工具在其中具备LNG储罐的安全泄放阀(safety reliefvalve，SRV)或安全阀的情况下，起初将安全阀的设定压力设定为较低，以便将货物装载量最大化，但在航行期间可根据蒸发气体的消耗所导致的LNG体积减小而增加。
可根据IGC规则15.1.2通过剩余的LNG的体积和密度而获得增加的SRV设定。可通过测量LNG温度而准确地计算LNG密度。
当例如LNG储罐中的LNG液位的测量值频繁改变时，本发明包括：用于通过适当的数据处理而消除船只的动态移动所导致的外部噪音和波动的系统；用于通过使用经过处理的数据来计算LNG储罐1中的LNG的实际体积而计算LNG储罐的安全阀的允许设定压力的系统；以及用于显示结果的设备。
图7在右侧说明经测量以计算LNG储罐1中的LNG的体积的相关数据。通过现有液位计(未图示)测量LNG储罐中的LNG液位，通过现有温度传感器(未图示)测量LNG储罐的温度，通过现有压力传感器(未图示)测量LNG储罐的压力，通过现有纵倾传感器(trim sensor，未图示)测量LNG运输工具的纵倾，且通过现有横倾传感器(list sensor，未图示)测量LNG运输工具的横倾。LNG运输工具的纵倾指示LNG运输工具的前后倾斜度，而LNG运输工具的横倾指示LNG运输工具的左右倾斜度。
如图7左侧说明的根据实施例用于确认LNG储罐的安全阀的设定压力的系统包括数据处理模块61，其用于处理如图7右侧所说明的测量数据。
需要通过使用最小二乘法、移动平均数或低通滤波等方法在数据处理模块61中处理数据。
此外，用于确认LNG储罐的安全阀的设定压力的系统进一步包括LNG体积计算模块63，其用于通过计算在数据处理模块61中处理的数据来计算LNG储罐1中的LNG的体积。
用于确认LNG储罐的安全阀的设定压力的系统根据LNG体积计算模块63所计算的LNG体积而计算LNG储罐1的安全阀的允许设定压力。
另一方面，可测量从LNG储罐1供应到LNG运输工具的燃气推进构件的燃气的流动速率，将LNG的初始载量与所使用的蒸发气体的量进行比较，以计算LNG储罐中的LNG的当前体积，并在LNG体积处理模块63所计算的LNG的体积中反映根据上述测量出的燃气流动速率而计算的LNG的体积。
在显示面板65上显示如上述而计算出的LNG储罐的安全阀的允许设定压力和LNG储罐中的LNG体积。
图8说明根据本发明用于测量LNG运输工具的燃气流动速率的燃气流量计。
差压式流量计(differential pressure flow meter)用于测量LNG运输工具的燃气的流动速率。在流量计中，测量范围是有限的，且对于测量范围以外的流动速率可能会出现较大的测量误差。为了改变测量范围，应当更换测量孔(orifice)本身，这是一个麻烦且危险的工作。
常规上，只安装有一个测量孔，且因此测量范围有限，但是如果连续布置两个具有不同测量范围的测量孔，则可简单地通过根据流动速率选择和使用测量孔的适当测量值而扩大有效测量范围。
也就是说，为了测量较大范围的燃气流动速率，可通过以下方式简单地扩大有效测量范围：连续布置至少两个测量孔，每个测量孔具有不同的测量范围，并根据流动速率选择和使用测量孔的适当测量值。在图8中，每一者具有不同测量范围的测量孔71，71’连续布置在燃料供应干线用管70的中间，所述燃料供应干线用管70用于将燃气从LNG运输工具用的LNG储罐供应到燃气推进构件。将差压式测量器73连接到每个测量孔71，71’的前部和后部的燃料供应干线用管70。将这个差压式测量器73通过选择器75选择性地连接到流量计77，所述选择器75可根据测量范围来选择。
可简单地通过以下方式来扩大有效测量范围：在差压式测量器73与流量计77之间安装上述可根据测量范围进行选择的选择器75，并根据流动速率选择和使用测量孔的适当的测量值。
在常规系统中，将燃气测量孔的容量设定在自然蒸发气体(naturalboil-off gas，NBOG)附近。因此，在LNG运输工具对蒸发气体的消耗较小的情况下，测量的准确性较低。为了弥补这种不准确性，本发明提供一种连续地额外安装小测量孔的方法。
这种方法可测量LNG储罐中的LNG的液位，从而根据消耗掉的LNG量来测量LNG储罐中的LNG的液位或体积。
此外，现有技术并不知道蒸发气体的成分，这是降低测量准确性的额外因素。为了弥补这一点，可通过添加气相色谱法(gas chromatography)来研究蒸发气体的成分。
此外，如果对LNG储罐中的LNG液位的测量通过以上提到的方法而变得准确，则其可改进本发明的将LNG储罐的压力维持得略高于现有技术的蒸发气体管理方法和设备的效率。也就是说，LNG储罐中的LNG体积的准确测量可有助于将LNG储罐的安全阀的设定改变成多个设定，并减少蒸发气体的消耗。
图9说明LNG运输工具用的常规燃气流量计。常规的燃气流量计只包括一个用于对燃气进行差压式流动速率测量的测量孔71，且因此具有只能在特定测量范围内获得有效测量值的缺点。
图10说明根据本发明实施例在压缩蒸发气体之后将蒸发气体供应到LNG储罐的下部。
如果LNG运输工具具有通过压缩LNG运输工具用的LNG储罐上部的蒸发气体而使用经过压缩的蒸发气体作为推进燃料的燃气推进构件，则所述LNG运输工具在经过例如苏黎世运河的运河时完全无法使用燃气，且因此LNG储罐的温度和压力出现局部增加的可能性较大。可能需要额外的蒸发气体提取设备来解决这个问题。也就是说，如图10所说明，通过蒸发气体压缩机提取和压缩(约3到5巴)少量蒸发气体，并接着将其放入LNG储罐1的下部。
为了进行这个操作，在燃气供应管道L1中间安装用于使蒸发气体返回到LNG储罐1的蒸发气体支线L2，以用于压缩LNG运输工具用的LNG储罐1上部的蒸发气体，并将经过压缩的蒸发气体供应到燃气推进构件。此外，在燃气供应管道L1与蒸发气体支管L2的会合点上游，在燃气供应管道L1中间安装压缩机41。
在蒸发气体支管L2中间安装缓冲贮罐43。由于经过压缩机41的蒸发气体的压力与LNG储罐1的压力之间存在差异，所以需要将经过压缩机41的蒸发气体临时存储在缓冲贮罐43中，并将蒸发气体的压力控制成与LNG储罐1的压力相配，并接着使蒸发气体返回到LNG储罐1。
需要以每2小时约10分钟的时间间隔来操作用于减小LNG运输工具用的LNG储罐中的压力增加的设备。
燃气推进构件的一些实例是双燃料柴油机电动推进系统(double fueldiesel electric propulsion system，DFDE)、气体注射引擎以及气体涡轮机。
应用DFDE、气体注射引擎或气体涡轮机的LNG运输工具使用以下原理：通过蒸发气体压缩机压缩蒸发气体，并接着将经过压缩的蒸发气体输送到引擎以燃烧蒸发气体。然而，如果在燃气推进构件中不消耗燃气或消耗少量燃气，则为了防止因LNG储罐中的温度局部增加而导致剧烈的压力增加，如本发明中的经配置以消除或减少LNG储罐的蒸发气体排放的LNG运输工具压缩蒸发气体，并接着使经过压缩的蒸发气体通过蒸发气体支线返回到LNG储罐的下部，而不将经过压缩的蒸发气体输送到气体引擎。
本发明的另一实施例提供一种燃气供应系统，其用于将LNG储罐的LNG气化，并将经过气化的LNG作为燃气供应到燃气推进构件。也就是说，在现有技术中，燃气推进构件通过使用高压压缩机而将蒸发气体用作燃料，但本发明完全不使用蒸发气体。
作为替代，可添加使用LNG的冷能的蒸发气体再液化设备。也就是说，蒸发气体经过压缩并与燃气供应管道的LNG进行热交换，从而(通过再冷凝器，没有N2制冷器)被冷却。在此情况下，只有40％-60％的NBOG被再液化，但这不成问题，因为根据本发明的LNG运输工具经配置以消除或减少LNG储罐中的蒸发气体的排放。此外，如果有必要的话，可特别针对压载航行而安装容量约为1吨/小时的小蒸发气体再液化设备。
根据本实施例的燃气供应系统中所使用的LNG运输工具用LNG储罐1经设计以具有经受由蒸发气体引起的压力增加的强度，以便允许LNG运输工具航行期间由于LNG储罐中所产生的蒸发气体而引起的压力增加。
图11中的燃气供应系统包括：燃气供应管道L11，用于从LNG运输工具用的LNG储罐中提取LNG并将所提取的LNG供应到燃气推进构件；以及热交换器53，其提供在燃气供应管道L11中间，其中热交换器53在LNG与从LNG储罐1中提取的蒸发气体之间进行热交换。
第一泵52安装在热交换器53上游的燃气供应管道L11中，以将LNG供应到燃气推进构件，所述LNG已经过压缩以符合燃气推进构件的流动速率和压力需求。
蒸发气体液化管道L12经过热交换器53，以便从LNG储罐1上部提取蒸发气体，并使所提取的蒸发气体返回到LNG储罐1的一侧。
将已通过与热交换器53进行热交换而使温度增加的LNG供应到燃气推进构件，且使已通过与LNG进行热交换而被液化的蒸发气体返回到LNG储罐1。
第二泵54安装在热交换器53下游的燃气供应管道L11中，以便在LNG在热交换器53中与蒸发气体进行热交换并经过压缩以符合燃气推进构件的流动速率和压力需求之后将LNG供应到燃气推进构件。
加热器55安装在第二泵54下游的燃气供应管道L11中，以便加热已经在热交换器53中与蒸发气体进行热交换的LNG，从而将LNG供应到燃气推进构件.
燃气压缩机56和冷却器57依次安装在热交换器53上游的蒸发气体液化管道L12中，以便压缩和冷却从LNG储罐中提取的蒸发气体，并接着在蒸发气体与LNG之间进行热交换。
在燃气推进构件的燃气压力需求较高(例如，250巴)的情况下，通过第一泵52将LNG压缩到27巴，在LNG经过热交换器53时，LNG的温度从约-163℃增加到约-100℃，且将LNG以液态供应到第二泵54，并通过第二泵54将其压缩到约250巴(由于其处于超临界状态，所以液态与气态之间没有分界线)，接着将其气化，同时在加热器55中对其进行加热，并接着将其供应到燃气推进构件。在此情况下，虽然在LNG经过热交换器53时其温度增加，但LNG未被气化，因为供应到热交换器的LNG的压力较高。
另一方面，在燃气推进构件的燃气压力需求较低(例如，6巴)时，通过第一泵52将LNG压缩到6巴，部分LNG在经过热交换器53时被气化，将LNG供应到加热器55并在加热器55中加热，并接着将其供应到燃气推进构件。在此情况下，第二泵54是不必要的。
根据LNG运输工具的这种燃气供应系统，从LNG储罐中提取LNG，并压缩所提取的LNG以使其符合燃气推进构件的流动速率和压力需求，并将经过压缩的LNG供应到燃气推进构件，但是在LNG与从LNG储罐中提取的蒸发气体之间进行热交换之后不将LNG供应到燃气推进构件。因此，燃气供应系统具有以下优点：在将燃气从LNG运输工具供应到燃气推进构件的过程中，简化了配置、减少了所需要的功率，并防止因其中的蒸发气体累积而导致LNG储罐的压力的剧烈增加。
虽然已经在本文中绘示和描述了本发明的特定实施例，但应了解，所属领域的技术人员可容易想到各种修改、变更或纠正，且因此，本文中的描述和图式应以说明目的来解释，而不会限制本发明的范围和精神。
【本发明的效果】
如上所述，本发明具有以下优点：通过允许具有蒸发气体处理构件的LNG运输工具用的LNG储罐中的蒸汽压力和LNG温度在LNG运输期间增加，而减少对蒸发气体的浪费并增加蒸发气体处理方面的灵活性。
确切地说，根据本发明，甚至当LNG运输期间所产生的蒸发气体量超过消耗掉的蒸发气体量时，也可在不损耗蒸发气体的情况下在LNG储罐中保存多余的蒸发气体，从而改进经济效益。举例来说，在LNG运输工具具备图4所说明的处理蒸发气体用的引擎的情况下，在LNG运输工具中装载LNG后若干天所产生的多余蒸发气体，或当LNG运输工具经过运河或者等待或移准位置以带着其中装载的LNG进入港口时超过引擎中所消耗的蒸发气体量而产生的多余蒸发气体在现有技术中大多是由GCU燃烧的，但是通过本发明的技术可减少这种对蒸发气体的浪费。
此外，在LNG运输工具使用双燃气注射引擎或气体涡轮机的情况下，可通过液泵而不是通过蒸发气体压缩机供应燃气，从而大量减少安装和操作成本。

Claims (8)

1.一种液化天然气储罐，其特征在于其包括绝热壁且具有经受由于所述液化天然气储罐中产生蒸发气体而引起的压力递增的强度，以允许由于所述液化天然气储罐中产生所述蒸发气体而导致的压力增加。
2.根据权利要求1所述的液化天然气储罐，其经设计以经受从高于0.25巴到2巴范围内的压力。
3.根据权利要求1所述的液化天然气储罐，其经设计以经受从高于0.25巴到0.7巴范围内的压力。
4.根据权利要求1所述的液化天然气储罐，其是通过向现有的普通液化天然气储罐添加加强型钢结构而制造的。
5.根据权利要求1所述的液化天然气储罐，其中所述液化天然气储罐可应用于液化天然气运输工具、浮式存储和再汽化单位、陆地卸载码头或液化天然气再汽化船舶。
6.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的液化天然气储罐，其中所述液化天然气储罐是薄膜型贮罐。
7.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的液化天然气储罐，其中所述液化天然气运输工具具有蒸发气体处理构件。
8.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的液化天然气储罐，其中所述液化天然气运输工具不具有蒸发气体处理构件，且不从所述液化天然气储罐中移除所述蒸发气体。
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