CN102186750B - 减少和防止来自流体储存罐的排放的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在储存罐(2)内部使用的系统，所述储存罐(2)适于储存流体负载(3)，所述系统包括用于容纳流体负载(3)的至少一个流体储存器(1)，其中所述系统进一步包括：至少一个可膨胀件，其适于容纳充气气体(13)。

Description

减少和防止来自流体储存罐的排放的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种在储存罐内部使用的系统，所述储存罐适于储存流体负载，所述系统包括用于容纳流体负载的至少一个弹性流体储存器。

背景技术

用于例如石油和化工产品的流体产品的大储存罐，通常是“固定”或“浮动”类型顶盖的罐。

“固定顶盖”储存罐具有固定的内部容积。所述储存罐可以设置在固体基底上，例如在储存场中，或设置在浮动装置上，例如被安排用于运输流体的轮船；又例如油轮；再例如提供有储存舱的所谓FPSO(浮动式生产储存和卸载装置)。一般地，罐的容积被流体产品部分地填充，剩余的容积中充满环境空气。这种环境空气会充满产自流体的蒸汽，直到达到与罐中的温度相对应的蒸汽压力。而且，蒸发取决于所谓的罐的呼吸，由此饱和的蒸汽被排出罐外，并且将外面的干净空气吸入罐中。当填充这种容纳流体产品的储存罐时，存在于罐中的空气(包括来自流体的蒸汽)会从罐中排出并且散发到环境空气中，除非其被吸收并且再利用。

“浮动顶盖”储存罐具有可变容积。该罐的顶盖在容纳在罐中的流体上浮动，因此通常结果是，这种罐中不存在空闲空间。当从罐中泵出流体时，顶盖会向下移动直到达到机械地确定的最小高度；通常在罐的底板上方约1.5米，由此顶盖被支撑在安装在顶盖下侧的支腿上。当进一步排放罐时，支撑在支腿上的顶盖和流体之间的空闲空间充满了环境空气。该空气也会充满产自流体的蒸汽，直到达到与罐中的温度相对应的蒸汽压力。当罐中被再次填充流体产品，充满有蒸汽的空气会通过所谓的“边缘密封”排放至罐外的大气中。一般地，这种蒸汽空气混合物具有比环境空气高的比重，并且通常因此存留于柱形直立壁中，例如会导致所谓的“边缘火”：火源于罐上的雷击，从而引燃所述蒸汽空气混合物。

除了蒸汽相排放，还会出现来自两种罐的流体产品的排放。一般地，这些排放是由于较小规模的泄漏(例如没有完全地密封法兰连接或泄漏阀)引起的。由于轻微泄漏引起的流体损耗通常会消失在靠近罐的基底中。由于罐的壁的失效会发生较大的损耗。所以每个罐都环绕有所谓的“壆墙(bundwall)”。这就是围绕罐的堤坝，由此堤坝的高度和内表面的尺寸设计成，其对流体量的容纳容量与最大罐容量一致。最后，在将多数流体泵出罐外之后，残留的流体会在清理罐时被丢掉。

从DE10 2004 009398和US 3,537,608中可知，将流体储存在弹性流体储存器的舱中，这样当改变储存流体时就没有必要清扫储存罐，并且因此减少蒸汽在空闲空间中形成。不过，在这些弹性流体储存器中，例如通过流体的蒸发或从流体(比如具有从钻井中提取的部分脱气原油)排出的气体，形成了气相或蒸汽相。由于这种影响，气相或蒸汽相使弹性流体储存器进一步膨胀，以致在通过移除流体相排放流体储存器之后，弹性流体储存器中仍留存大量气体或蒸汽，其会污染下一次的流体填充或导致不期望的产品排放和/或损失或产生清除费用。

此外，由于火灾或爆炸的危险，也不希望有(大量)易燃蒸汽和气体的存在。

从申请人的荷兰专利1030882中可知一种可膨胀件(也称为空气袋)，其用于储存器(适用于流体负载的储存和/或运输)的内部，尤其用于运输或储存装置(例如油槽车、罐式容器或储存罐)的储存器。可以调整可膨胀件使其适合储存器中流体上方的空闲空间，以便得到防晃动装置并且实现蒸汽空间的减少。

因此，需要一种系统，通过该系统可以以避免蒸汽或气体形成于设置在储存罐内的流体储存器中的方式，连续且可靠地、以较低的成本、并且大大减小火灾或爆炸的风险、具有最小的失效可能性、以及对储存的流体质量没有任何影响地来操作储存罐。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种系统，据此可以防止在填充和放空罐时，罐中的流体形成蒸汽和气体、蒸汽和气体排放至环境中、以及流体从罐中不可控且不期望地排出，以及据此减小火灾和/或爆炸的风险，并且假使储存罐壁失效或流体产品的储存器失效，也不需要堤坝或“壆墙”以留住流体产品或流体负载。

本发明的目的可以通过根据前述的系统实现；该系统进一步包括：至少一个可膨胀件，其适于容纳充气气体。

通过将流体储存器中的流体负载和可膨胀件结合，减少了气体和蒸汽形成，由于借助充气气体使可膨胀件膨胀，防止了流体储存器中气相或蒸汽相的形成。

在优选实施例中，可膨胀件具有可折叠壁或以其他方式可延伸的或可展开的壁或多面壁，通过供入或排出充气气体使壁相应地展开或折起来。

这些措施可以使可膨胀件的容积很容易地改变，而不需要在可膨胀件中施加高压力。

优选地，弹性流体储存器包括弹性壁和/或具有折叠壁或以其他方式延伸的或可展开的壁或多面壁，通过供入或排出流体负载使所述壁相应地展开或折起来。

这些措施使得可以很容易地改变流体储存器的容积，而不需要使流体负载达到高的压力。

具体地，可膨胀件和/或流体储存器由两个或更多元件构成或具有两个或更多舱。

其结果是，可以很容易且以较低的成本制造用于大储存罐的大元件或储存器。

本发明还提供一种设置在流体储存器内部的可膨胀支撑件，该可膨胀支撑件在其膨胀后的使用位置时，适于支撑储存罐的顶盖，或支撑可膨胀件。

这些设置在流体储存器内部的可膨胀支撑件占据了流体储存器的一部分，以便可以支撑设置在流体储存器上的顶盖或可膨胀件，以及可以防止或大大地减少环境空气的流入。

在可选实施例中，安置在储存罐中的流体储存器的上侧没有壁，因此结果是可膨胀件倚靠在流体负载的流体表面上。

在本实施例中，流体储存器的上侧是敞开的，并且由此该上侧由可膨胀件覆盖，通过可膨胀件减少了流体上方的空闲空间，随即减少了蒸汽和气体的形成。

具体地，提供了使可膨胀件和/或支撑件的容积适应弹性的流体储存器的容积变化的装置。

优选地，该装置选自：真空或过压装置；压力或深度控制的空气系统，具有空气泵或压缩机或其他过压空气系统；安全、报警或记录系统，用于在弹性的流体储存器和储存罐的壁之间的流体中使用。

于是减少流体储存器中的蒸汽和气体的形成，并且防止在填充或排放时的蒸汽排放以及流体从储存罐不可控且不期望地排出。

具体地，储存罐的顶盖是浮动顶盖，并且可膨胀件的顶侧具有与顶盖内部形状一致的形状。

优选地，可膨胀件以及其中容纳的充气气体安装在弹性流体储存器的上侧上，使得在储存罐中处于使用位置中时，可膨胀件基本上紧靠着储存器的顶盖，并且弹性流体储存器基本上紧靠着储存罐的基底。

可膨胀件紧密相邻地与顶盖连接，以防止蒸汽和气体形成，同时流体储存器紧密地紧靠着基底以防止流体的散发和泄漏。

在可选实施例中，可膨胀件和弹性流体储存区都具有连接装置(例如流入或流出装置)，通过该装置将充气气体和流体负载相应地供入储存罐或从中排出，而不会接触储存罐或罐壁。

具体地，可膨胀件只占据储存罐容积和流体储存器容积之间的容积差的一部分。

通过连接装置，可以相互独立地填充和排放流体储存器和可膨胀件。

因此，如果需要，可以以这样的方式操作系统，即流体储存器连同可膨胀件不会完全填满储存罐的整个容积。

本发明还涉及一种将流体负载供入储存罐且从中排出的方法，该储存罐装备有根据本发明的系统，该方法包括以下步骤：

-将流体负载供入弹性流体储存器且将其从弹性流体储存器中排出，以使得流体储存器的容积变化；

-记录流体储存器的容积变化；

-将充气气体供入可膨胀件且将其从可膨胀件中排出，以补偿流体储存器的容积变化。

具体地，该方法进一步包括以下步骤：

将充气气体供入可膨胀件和/或可膨胀支撑件或从中排出，以用于移动储存罐的顶盖。

本发明还提供一种可选附加装置，其测量、记录或报告弹性流体储存器和罐壁之间流体的可能存在。可选地，这种附加装置可以与罐场的安全或报警系统连接，该储存罐是罐场的一部分。

本发明还提供了一种可能性，使可膨胀件的上侧用作罐的顶盖，以使得可膨胀件的上侧总是保持在同样的位置，与“固定顶盖”罐的顶盖一样并且其中可膨胀件的其他部分能够适应多种形状，从而罐中不会有自由空气，换句话说，罐的整个容积被流体和可膨胀件填满。

本发明意欲大大地降低火灾或爆炸发生的可能性和后果，并且利用储存罐中两个独立起作用的弹性储存器(可膨胀件和流体储存器)解决了事故期间的可选配置问题，由此当前的储存罐外壁构成了外边界。结果能够以安全的方式建造和操作彼此更加靠近的储存罐，从而对于特定量的流体的储存只需要使用较小的场所。

附图说明

下面借助附图和具有可膨胀件和弹性流体储存器的方法和系统的部分实施例进一步解释本发明，由此可以得出本发明的特征和其他优点。

图1示出了装备有根据本发明的系统的具有“浮动顶盖”的储存罐的立体图；

图2示出了装备有根据本发明的系统的具有“固定顶盖”的储存罐的立体图；

图3示出了具有根据本发明的系统的“敞开”储存罐的立体图。

具体实施方式

图1示出了具有顶盖6并装备有位于流体储存器1中的可膨胀支撑件10的储存罐2，顶盖6可以在储存罐中垂直移动(浮动顶盖)。储存罐2的右边示出了流体储存器1，其中容纳有流体负载3。流体储存器1可以具有弹性壁8和/或可折叠壁7或以其他方式可延伸的或可展开的壁，以便当将流体负载3被引入或引出流体储存器时，可以很容易地相应增大或减小流体储存器的容积，而不需要施加较大的内压。当储存罐2是空的时，顶盖6会向下移动。为了防止顶盖6倚靠在储存罐2的基底16上，并且为了减少流体储存器内的空闲空间，在流体储存器1中提供有可膨胀支撑件10。在图1中储存罐2的左边，省略了流体储存器1，以便可以看见支撑顶盖6的可膨胀支撑件10。也可以将可膨胀支撑件10用作支撑安装在流体储存器1的顶部的可膨胀件11(参见图2)。

图2示出了储存罐2，其具有顶盖6’以及根据本发明的可膨胀件11和流体储存器1，顶盖6’不能在储存罐中垂直移动(固定顶盖)。在本实施例中，流体储存器1可以在其上侧打开或形成完全密封的空间。流体储存器1和可膨胀件11可以分别具有可折叠壁7、12。可膨胀件11和/或流体储存器1分别可以包括一个空间，不过也可以由两个或更多元件形成和/或具有两个或更多舱。为了防止在储存罐2中和/或流体储存器1中产生蒸汽或气体，可膨胀件11连同流体储存器1一起正好填满储存罐2的内部容积。当流体负载3被引入流体储存器时，或当流体储存器1中形成有气体或蒸汽时，流体储存器的容积会增加，因此结果是可膨胀件11的容积一定会减小，从而充气气体13的量也必须减少。当从流体储存器1中移除流体负载3时，或流体储存器1中的蒸汽或气体量减少时，可膨胀件11中的充气气体13的体积一定会随着增加。因此，作为补偿，根据本发明的系统提供了一些装置，通过这些装置，当弹性流体储存器1的容积变化时，可膨胀件11的容积会发生相反的变化。这些装置可以是报警或记录系统，据此例如可以测量流体储存器1和/或可膨胀件11中的压力。其他适合的测量方法是：流体负载的深度测量或重量测量、或利用电阻应变计或类似物测量壁的压力。而且，可以在连接装置9、17处提供对流量的测量。在测量和/或记录流体储存器1的容积变化之后，系统的控制部件会向可膨胀件11充入充气气体13或者从中放出充气气体13，以便补偿流体储存器中的容积变化。这种充入或放出可以通过反馈回路的方式执行，不过也可以通过计算所需要的确定的容积量的方式执行。因为爆炸、安全以及蒸汽的要求，系统的控制部件可以设置成使得储存罐2的容积被连续地完全充满，不过如果需要，也可以设置成使得流体储存器1和可膨胀件11只占据储存罐2的部分容积。系统还可以包括真空或过压设备、以及具有气泵或压缩机15的空气系统。

在优选实施例中，可膨胀件11的上侧或顶侧具有与顶盖的内部形状一致的形状。在图2中，顶盖6’和可膨胀件11都具有圆锥形状。因此，可膨胀件11与顶盖6’紧密地连接，以防止可膨胀件11的变形或可膨胀件11和顶盖6’之间产生空闲空间。顶盖6(类似图1中)的对应形状具有使作用在顶盖上的力均匀分布的有利效果，以使得可膨胀件11的变形和/或泄漏的机会较小，此外，顶盖可以在其整个表面上被均匀地支撑并且能够垂直移动。

图2中的流体储存器1可以在上侧打开，以使得可膨胀件11倚靠在流体负载3的流体表面上或被其支撑。流体储存器倚靠在储存罐2的基底16上或被其支撑。因为可膨胀件11与流体负载3接触，防止了蒸汽和气体在流体上方形成。优选地，流体储存器1是完全密封空间，所以结果是流体负载3不会与储存罐2的壁和可膨胀件11的壁接触，从而不会污染可膨胀件11和/或壁。

优选地，系统具有供应系统15、17以用于供应通常是环境空气的气体产品(也可以是充气气体13)，通过空气或气体供应系统，或者以其他方式通过与可膨胀件11直接连接的例如空气压缩机或气体压缩机或泵15或高压储存容器的设备，可以在储存罐2的位置得到该气体产品。供应系统包括用于气体产品的放气系统，放气系统包括当施加环境空气时的直接排气设备，或放气系统包括其中设置有用于再利用的净化设备或其他可能设备的系统或用于移除气体产品的另一种可靠方法。在系统的基本配置中，该系统是压力控制的。当通过连接器9向储存罐2或储存器中填充流体负载3时，可膨胀件11中的压力会上升，从而压力控制系统(包括可膨胀件11)会通过连接器17以使得以其他方式产生的压力增加被中和的方式将气体填充排出可膨胀件11。在从储存罐2或从流体负载3的储存器中移除流体负载3期间，可膨胀件11中的压力会减少，从而压力控制系统(包括可膨胀件11)会以使得以其他方式产生的压力降被相反地作用和被中和的方式将气体产品供入可膨胀件11中。如果流体储存器1中形成了气体或蒸汽，可膨胀件中的压力(用于减少蒸汽或气体形成)被设定为轻微过压，例如在0-1巴之间的过压，并且优选地该压力选自0-0.2巴之间的过压范围。

图3示出了没有顶盖但具有可膨胀件11的储存罐2。在本实施例中，可膨胀件11用作“敞开”储存罐2的顶盖。由于“敞开”流体储存器1，可膨胀件的底部18搁在流体负载3的流体表面上。在优选实施例中，提供有密封的流体储存器1，由此可膨胀件的底部也搁在流体储存器1的上侧。

流体储存器的可膨胀件可以由例如塑料或金属的适合材料或其结合制成。

储存罐可以安置在固体基底上，不过其也可以是浮动物体(例如油轮或浮动储存罐)的一部分。

Claims (8)

1.一种在储存罐（2）内部使用的系统，所述储存罐（2）适于储存流体负载（3），所述系统包括：

至少一个弹性流体储存器（1），用于容纳所述流体负载（3），

至少一个可膨胀件（11），适于容纳充气气体（13），

其中，所述可膨胀件（11）以及其中容纳的充气气体（13）安装在所述弹性流体储存器（1）的上侧，

其特征在于，

所述可膨胀件（11）具有第一连接装置（9），利用所述第一连接装置，所述充气气体（13）被供应至所述可膨胀件（11）或从所述可膨胀件（11）中被排出，所述弹性流体储存器（1）具有第二连接装置（17），利用所述第二连接装置，所述流体负载（3）被供应至所述弹性流体储存器（3）或从所述弹性流体储存器（3）中被排出；

所述可膨胀件（11）具有第一折叠壁（12），通过供应或排出充气气体（13）使所述壁相应地展开或折起来，从而可以改变所述可膨胀件（11）的使用容量，以补偿所述弹性流体储存器（1）的容量变化；

以及，所述弹性流体储存器（1）具有第二折叠壁（7），通过供应或排出所述流体负载（3）使所述壁相应地展开或折起来；

提供使所述可膨胀件（11）的容积适应所述弹性流体储存器（1）的容积变化的装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，使所述可膨胀件（11）的容积适应的装置选自：真空或过压装置；压力控制空气系统或深度控制空气系统，具有空气泵或压缩机（15）；安全系统、报警系统或记录系统，用于在所述弹性流体储存器和所述储存罐的壁之间的流体中使用。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述可膨胀件（11）与所述流体储存器（1）中的至少一个由两个或更多元件构成。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述可膨胀件（11）与所述流体储存器（1）中的至少一个具有两个或更多舱。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述流体储存器（1）内部提供有可膨胀支撑件（10），所述支撑件（10）处于膨胀后的使用位置时，适于支撑所述储存罐（2）的顶盖（6）或支撑所述可膨胀件（11）。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，提供使所述支撑件（10）的容积适应所述弹性流体储存器（1）的容积变化的装置。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述系统适用于具有浮动顶盖（6）的储存罐（2），并且所述可膨胀件（11）的顶部上侧的形状与所述储存罐（2）的所述顶盖（6）的内部形状一致。

8.一种用于将流体负载（3）供应至在储存罐（2）内部使用的根据权利要求1-7中任一项所述的系统且将其从系统中排出的方法，所述方法包括以下步骤：

-将所述流体负载（3）供应至所述弹性流体储存器（1）且将其从所述弹性流体储存器（1）中排出，以使得所述流体储存器（1）的容积变化，

-记录所述流体储存器（1）的容积变化，

-将充气气体（13）供入所述可膨胀件（11）中且将其从所述可膨胀件（11）中排出，以补偿所述流体储存器（1）的容积变化。

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