CN104094042A - 用于压缩天然气的海上运输的、备有用于进出内部的人孔的可检验的容器 - Google Patents

用于压缩天然气的海上运输的、备有用于进出内部的人孔的可检验的容器 Download PDF

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A·希尔瓦格尼
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Abstract

一种CNG载运工具，包括至少一个竖立定向的、大体上圆柱形的、用于装纳和运输CNG的那种类型的压力容器(10)，该压力容器有一个大体上圆柱形的主体和两个端部以及一个在其顶端部的人孔形式的开口。

Description

用于压缩天然气的海上运输的、备有用于进出内部的人孔的可检验的容器
本发明的主题是一种可用于被简称为CNG的压缩天然气的船舶运输的新型圆柱形容器，或称压力容器。这种容器设计成用于以一个与环境压力大不相同的压力装纳含有或不含有液体的气体，特别是通过构成整体的安全人孔可对其进行检验，这样可减少进出容器的耗时，从而可降低进行容器的维护和维修所必需的定期检验的费用。
发明领域
燃料气体主要是以液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)的形式进行常规的海上运输，CNG(压缩天然气的字头缩写)只是在近来才被这样运输。它的成分类似于LNG，但在CNG里，天然气是保持为气态，尽管它可能含有一小部分液体。CNG是被保持在高压状态。
本发明涉及CNG的装纳和运输领域，这种运输通常是在海上进行，特别涉及大量的圆柱形容器，一般称为压力容器，还涉及这种容器的相关检验和维护。
本领域的技术状态
已知的用于CNG的圆柱形容器，通常所说的压力容器，都是用钢或复合材料制造成具有各种直径和长度，它们被特别设计成可承受高压并且通常被安放在专为这一用途设计的船舶的船体内。根据容器里可能产生的应力、所用的材料、生产和搬运成本，用于CNG运输的最常用圆柱形容器，当用钢制造时，直径约为100cm；当用聚合物和复合材料制造时，有时直径可达300cm。这些容器有时被称为“气筒”或“气瓶”。
这些容器的典型长度一般是与它们在船里的布置相关。例如，其长度可以与船体的宽度大致相同，或者如果圆柱形容器是水平布置，或并排布置，或头对头地布置，诸如在横向布置的舱室内，则容器长度可以是船体宽度的一部分。或者，容器长度大致等于船体的高度，或者如果容器是被竖立布置，或一个在另一个之上，或头对头，诸如布置在一个或多个层面上，则容器长度可以是船体高度的一部分。
在大多数情况中，这些圆柱形容器是被并列平行地安放，并且被固定于多个空间支撑物，而这些支撑物被以特殊的方式与船体构成一体或处于船体内。
为了提高CNG运输效率，例如通过增加每一航次的气体安全运输量，新型容器是从事CNG运输的各大公司的研发主题。例如，某些新概念包括采用新型大尺度圆柱形金属容器，例如直径超过常规金属的1m限制。可将这样的容器制造成能承受储存的CNG的典型压力。还希望提高容器的可维护性和寿命，其措施可包括：消除或降低内部腐蚀的发生，使检验和控制/维修操作变得更为方便，允许采用目视的和电子的检验/控制/维修仪器，以及允许专业的操作人员进入容器内部。
本发明的某些方面是已有技术中已知的，当然使用规程大不相同，或制造技术和应用领域也有不同。例如，用于允许进出圆柱形或球形的液体和气体容器的开口一般是做成为配有一个有凸缘的圆柱体的孔，并且这样的孔被一个螺栓紧固的板封闭，这是本技术领域已知的。以下各段给出某些例子。
专利文件US6339996(Campbell)描述了一个用于海上运输CNG的系统，其采用圆柱形容器，并将它们布置成并排竖立的，且把它们的轴线互相交错来提高运输过程中的效率。该专利没有考虑容器的可检验性。专利文件CN201170437(Jingmen Hongtu)提出了一种卧式圆柱形容器，用于低温液体，其人孔设置在容器的一个半球形端部，沉入容器外部轮廓以内，通过该人孔可进行检验。专利文件CN201214545(Jiang Baogui)描述了一个用于装纳一种燃料的球罐，其顶上设有一个人孔。专利文件CN201507778(Ni J)提出了一种圆柱形立式可检验金属容器，用于装纳高温腐蚀性气体，其侧面设有一个人孔。专利文件WO8808822(Lohr et al.)描述了一种卧式双层压力容器，用于装纳液态氨，其设有带凸缘的进出口，包括一个在容器一端的人孔。专利文件CN2924258(Zhongji)提出了一种用于压力容器的特殊人孔，其配有一个带垫片的封板和一个压缩杠杆机构。
一些技术文献中也给出和描述了可允许进行诸如“锅炉”和“压力容器”等容器的内部检验的开口和封闭系统。这些开口通常被称为“人孔”或“检查孔”，并且在原则上，遵照国际标准，诸如ASME BPVC VIII、英国标准BS470、EN13445、GOST标准、以及ATC标准。例如，上述各标准中都有关于人孔的最小尺寸的某些重要规定。但是，这些标准没有涉及本发明的特定应用。从这些标准可以推论出，所述开口，如果是圆形的，最小有用尺寸必须是直径460mm；如果是卵圆形的，必须是460x410mm。而且，如果要求能戴着呼吸器具进入容器内部，还规定了575mm的最小有用直径。但是，这些规则一般都仅适用于小型和中型容器和锅炉以及原态气体或CNG海上运输的特定方面。其中没有提到大型可检验的圆柱形容器。
所以，就用于运输CNG的大型圆柱形容器而言，例如直径等于或大于1m、高度/直径比等于或大于2.5的容器，还是未知数，其特别需要允许专业人员带着或不带着电子的维修、检验或控制仪器以及辅助呼吸装置通过人孔型式的专用开口进入容器内部进行内部检验。具体地说，这方面的一些大公司，诸如knutsen、Trans Canada、Trans Ocean gas、EnerSea和CeTech，目前还不了解这种型式的应用。
不足之处
原态气体和CNG容器内表面的腐蚀和退变危险是已知的。某些金属的压力容器在其内表面上设有保护层。这种保护层可采用特定技术来形成，诸如涂覆、热玻璃化和等离子沉积。但是，保护层往往会随着使用而退变。其它已知的办法设想用复合材料制造多层非金属容器，其中与气体接触的第一内层用不可渗透的聚合物材料来形成，这类材料经长期的使用才会退变。
已有容器的另一个问题是检验方法问题—现有CNG领域里应用的常规诊断系统包括用非常昂贵的设备和复杂的软件进行数字化扫描。而且，大多数这类操作需要在船进坞期间或在陆地上进行，且一般只能在把容器从船上拆下来之后进行。这让人想到，要是能够在船不进坞的情况下由合格的操作人员直接在船上检验容器的内部，那将是更为有利的。这样可避免长时间等待拆开连接和搬运操作，进而可缩短船的停用时间。
所以，从事CNG运输的各大公司都想要创造一种能够允许专业人员简单而安全地进入容器内部对其进行检验的创新的大型压力容器，专业人员还可装备有用于测量容器内表面状态的设备，甚至还戴着呼吸器具。还希望能够进入容器内部进行维护工作，诸如内表面的定期涂覆和恢复。
发明内容
按照本发明，提供一种CNG载运工具，其包括至少一个竖立定向的、大体上圆柱形的、用于装纳和运输CNG那种类型的压力容器，该容器有一个大体上圆柱形的主体和两个端部，其特征在于，该容器在其顶端部有人孔形式的开口。
优选的是，该载运工具是船。
优选的是，这种容器在水平平面内有一个大体上圆形的断面。
优选的是，这种容器在这个断面上的内径大于1m。
优选的是，所述内径不大于6m。
优选的是，人孔是设置在容器的向内缩细的那一端部，该端部包括带有内壁的瓶颈。
优选的是，在一个水平平面上测量的所述瓶颈的壁厚大于在一个平行的水平平面上测量的所述圆柱形主体的壁厚，这是为了补偿在容器承受CNG施加的载荷时瓶颈处的应力状态的任何增大。
优选的是，所述内壁的一部分由一个竖向布置的内壁限定。
优选的是，所述竖向的壁是与容器的端部成形为整体。
优选的是，所述竖向的壁是成形为与设有人孔的那一端有结构连续性。
优选的是，所述竖向的壁是成形为与所述圆柱形主体有结构连续性。
优选的是，所述瓶颈在一个水平平面内有一个圆形的内断面。
或者，所述瓶颈在一个水平平面内有一个卵圆形的内断面。
优选的是，所述瓶颈在一个水平平面内有一个至少40cm的最小内径尺寸。
优选的是，所述瓶颈在一个水平平面内有一个至少60cm的最小内径尺寸。如果目视检验不能查明问题而需要操作人员带着专用设备，诸如呼吸器具和控制系统，下到容器内部去，那么60cm即约为24英寸的这个尺寸一般被认为是必要的。
优选的是，容器上的人孔是采用锻造工艺得到的，并且它是与设有人孔的端部的结构成形为一体。
优选的是，人孔包括在容器的颈部顶端的向外延伸的凸缘。
优选的是，设有用于可密封地封闭人孔的人孔盖。
优选的是，用螺栓把人孔盖紧固到容器的端部上。
这种压力容器还设置有一个用于气体的加载和卸载以及用于排空液体的开口。该开口设置在容器的底部并且可以是一个12英寸(30cm)的开口，用于连接管路。
优选的是，提供多个容器，并且把所有容器安排成阵列。
优选的是，多个压力容器是被安排在一艘船的船体里且在多个模块或称隔室内，它们都被诸如通过管路互连起来，例如用于加载和卸载操作。
优选的是，模块或称隔室内各排压力容器之间的距离应至少是380mm，更优选的是，至少600mm，以便于进行外部检验，也为容器在承受加压气体施加的载荷时的膨胀留出空间—容器在承受载荷时其体积可能膨胀2％或更大(环境温度的变化也会引起容器体积的变化)。
优选的是，各模块或称隔室之间的距离，或位于外侧的容器和模块或称隔室的侧壁或边界之间的距离，或各相邻的模块或称隔室的各毗邻外侧容器之间的距离，诸如在没有实体的侧壁将相邻的模块或称隔室隔开的情况中，都应至少是600mm，更优选的是至少1m，这也是为了便于进行外部检验，和/或允许容器膨胀。
优选的是，每排(或列)压力容器都是用管路系统互连起来，用于装卸操作。
每个容器都可达30m长，如果船体深度允许，还可更长。
因此，本发明提供的压力容器或船或载运工具包括这样的容器，其设有供检验用的天窗或人孔，允许操作人员直接进入容器内部，而不必拆下或移动容器本身。
天窗或人孔还可以有适当的尺寸，供操作人员在产品运输活动的正常航行过程中下到压力容器内进行必要的维护操作，也可以设想停下来做更彻底的检查。
提供的这种结构设计符合这方面的各主要国际标准。
可把人孔简单地看成为有凸缘的管筒，一个盖板固定在其一端，而其另一端有与压力容器的结构连续性。
在压力容器只用钢制造的情况中，按照各主要国际标准可接受的工艺规程，人孔的这一端可以是焊接的或锻造的。见图7和8.
在压力容器有复合材料的结构部分和一个内衬的情况中，人孔的几何形状可以不同于以往的形状，可将其设计成倾斜的壁轮廓，如图9至11所示，或像图6那样，完全包覆起来。照此，与已知的仅包绕容器的圆柱形主体的环箍式作法相比，本发明在制造压力容器时在包绕过程中还可做到更好更有效的纤维贴附。例如，那些斜的轮廓允许将人孔更好地牢固于复合材料的结构部分，甚至在产品使用过程中，也能如此。
范围/优点
·减少强制性规则规定的检验次数。
·容器内衬的检验精确性更高。
·可以在船处于营运中时进行容器内衬的维护操作，为保证施工安全，可通过关闭对应的阀门把要维护的压力容器隔离出来。
·不必拆卸和/或搬运容器。
·不必对管路和阀门系统进行拆卸和/或搬运操作。
·可以在现场进行规则所要求的、如果不进入容器就做不到的所有控制。
·降低系统的搬运成本以及缩短进坞期间的停工时间。
·与容器构成一体。
·降低有缺陷的焊缝的危险，使颈部的应力有更好的分布。
·使用简单，减少维护时间。
·为配用于集成的机械安全系统做好了准备。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的这些和其它特点。
图1是切过一艘装有多个立式容器的船的船体的示意剖视图；
图2示意地表示图1的船的控制管路；
图3、4和5示意地表示一个容器模块；
图6示意地表示一个复合材料包覆的容器的剖面；
图7和8示意地表示一个金属压力容器的剖面；以及
图9、10和11示意地表示一个复合材料压力容器的剖面。
本发明的实施
本发明的主题，如图1的例子所示，是一个用于CNG形态的气体的装纳和运输系统，其采用可检验的压力容器类型的圆柱形容器10。如图所示，其优选地布置在一艘船上，在船体50内。
在一个优选的非排他的实施例中，各容器10布置成竖立的并在其底端有一个12英寸的开口7，用于充装和排出流体，如果容器10内有凝结物，这样的构造也可将凝结的液体排出。
并且，容器的顶上设有一个人孔型式的开口6，用于检验。这一开口便于操作人员进入容器10内检验或维修容器10的内表面。主要是由于CNG有腐蚀性，容器内表面容易受损。例如，人孔6允许进行各种维护操作，诸如内表面涂覆、恢复和加内衬施工，以及通过无损试验(NDT)检查和检验容器的结构完好性。
开口6和7可以做成为不破坏容器结构的连续性，诸如采用锻造工艺，或在容器一端或两端设置一个单体，或焊接适当的构件。
参照图6，其更详细地表示出容器10的第一实施例。容器10制成为有一个通常是金属的内衬，还设有至少一个第一层200，其适于液压地或流体地装纳诸如CNG 20的原态气体。至少一个附加层诸如外部复合材料层300包覆在第一层200上。
设置第一层200，不必考虑为CNG运输，特别是诸如在海上运输过程中或在装卸过程中，提供结构强度。但优选的是，这一层至少应该是抗腐蚀的。再者，优选的是，它应能承受未经处理或未经加工的气体。因此它的优选材料是不锈钢或某些合金。
这种构造还让该容器能够装运各种气体，诸如直接来自自钻井的原态气体，包括原态天然气，例如经压缩的原态CNG、或RCNG、或H2、或CO2、或经加工的天然气(甲烷)、或原态或经部分加工的天然气，它们可能带有例如限量达14％摩尔的CO2、限量达1,000ppm的H2S，或H2和CO2气体杂质、或其它杂质或腐蚀性物种。但优选的用途是运输CNG，包括原态CNG、经部分加工的CNG或清洁的CNG—所谓清洁的就是处理到符合终端用户例如商业、工业或居民使用的一个标准。
CNG可能包含各种以多变的混合比存在的组成部分，某些组分以其气相存在，而另一些以液相存在，或以气液混合相存在。这些组成部分典型地包括下列化合物中的一种或几种：C2H6、C3H8、C4H10、C5H12、C6H14、C7H16、C8H18、C9+等碳氢化合物、CO2和H2S，加上可能以液态存在的甲苯、柴油和辛烷，以及其它杂质/物种。
优选的不锈钢是奥氏体不锈钢，诸如AISI 304、314、316或316L(均为含碳百分比低的)。要是用某些其它的合金，优选的是耐腐蚀的镍基合金或铝基合金。
如果采用碳钢内衬，可采用包覆工艺或热喷涂工艺处理内衬的接触气体的内表面，在较为普通和经济的基底上添加一个补充的耐腐蚀层。这些补充的工艺过程只有在压力容器的两端之一有一个大直径的开口的情况下才能做到。
优选的是，构成第一层200的金属内衬的强度只要足以承受容器制造过程引起的应力就够了，诸如在承受纤维包绕过程中作用于其上的应力时，它不应自身塌扁。这是因为CNG20的加压运输过程中所需的结构强度是由外部复合材料层300来提供。
采用至少一个纤维层的外部复合材料层300应是纤维增强的聚合物。复合材料层里的纤维可以是基于例如玻璃纤维、或碳/石墨纤维、或尼龙纤维、或这些纤维的组合。用于增强的外部复合材料层应完全地包覆压力容器10，包括包住容器两端11和12，而为容器提供使用中的结构强度。就玻璃纤维而言，优选的是但不限于采用E-玻璃纤维或S-玻璃纤维。但是，优选的是，玻璃纤维应该有建议的1,500MPa或更高的拉伸强度和/或建议的70GPa或更高的杨氏模量。就碳纤维而言，优选的是但不限于采用碳纱线，优选的是，其应有3,200MPa或更高的拉伸强度和/或230GPa或更高的杨氏模量。优选的是，每根纱线含有12,000或24,000或48,000根细丝。
复合材料的粘合物优选的是热固性或热塑性聚合物树脂。如果用热固性的，可以用环氧基树脂。
包在第一层200上的外部复合材料层300的制造最好是采用一种包绕技术。这种技术可以达到高效而节省工时，还可达到很好的纤维定向精度，还能达到很好的质量一致性。
优选的是，把增强纤维以一定的回弹张力包绕在一个芯轴上，这里，内衬就是典型的芯轴。内衬构成这一技术的阳模。典型做法是，先将纤维在树脂里做预浸渍，而后进行包绕。优选的是，把浸渍了的纤维一层一层地贴附在金属内衬上，直至达到规定的直径所需的厚度。例如，对于6m的直径，对碳基复合材料，所需厚度可能是约350mm，而对玻璃基复合材料，可能是约650mm。
由于本发明优选地涉及一种大体上完全包覆的压力容器10，所以优选的是，在制造过程中，应给纤维采用一个多轴十字头(multi-axis crosshead)。
优选的是，这种工艺包括用外部结构复合材料层300覆盖压力容器10的两端11和12的大部分。
在采用热固性树脂的情况中，可在纤维贴附之前采用一个浸渍筐，用于先浸渍纤维而后将其实实在在地包绕在内衬200上。
在采用热塑性树脂的情况中，为了使树脂恰在触及芯轴之前是熔化的，可在纤维贴附之前加热树脂，或先用热塑性树脂浸渍纤维而后将其作为复合材料贴附在金属内衬上。为了使树脂恰在纤维和树脂复合材料触及内衬200之前是熔化的，可以再次加热树脂而后贴附纤维。
内衬200的内壁上还可涂覆一层100，用以改善内壁的抗腐蚀性。
压力容器10设有一个开口7(它可设有一个盖帽或连接器)，用于装卸气体，以及用于排空液体。该开口设置在底端12并可以是12英寸(30cm)的开口，用于连接管路。
并且，容器10在其顶端11设有一个呈人孔形式的开口6。优选的是，它是一个至少18英寸(45cm)宽的可进出人孔，带有一个可密封的盖板(或更优选的是一个24英寸(60cm)的人孔)。优选的是，它应符合ASME标准。它还应设有封闭措施，用于密封地封闭开口，诸如用螺栓把一个人孔盖紧固到这一人孔开口上。
该人孔允许诸如一个人爬进容器10内进行容器的内部检验.
接下来参照图7和8，其表示出压力容器10的一种替换设计。这一容器也是设计成可装纳CNG20，它有顶端11和底端12。底端也有用于连接管路(未示)的开口7，这一开口也是12英寸(30cm)的开口，顶端也有人孔6。但是，这一实施例的圆柱形主体22和两端11和12都是钢的。
同样，这一容器有一个人孔盖24，在这一例子中，人孔盖图示为由螺栓紧固于人孔6的凸缘端—螺栓穿过位于容器10的颈部28的自由端且向外延伸的凸缘26。
在这一实施例中，颈部28有一个竖向的颈部或称外壁上的凹部。在此处可以做一个断面，在此断面上可测量颈部28在一个水平平面上的壁厚。就此而言，颈部28有在一个水平平面上测量的厚度T1，它大于容器主体的也是在一个水平平面上测量的侧壁厚度T2。前者的水平平面最好是恰在凸缘之下—就是在外壁上的凹部或竖向的颈部—这个区域是在颈部向下逐渐加宽而吻合于容器10的端盖30之前。后者的水平平面最好是选在圆柱形主体22的中区。
颈部28的内壁32限定人孔的开口尺寸，如图所示，内壁32是设计成竖直的。这一实施例的优选的特点是，竖直的内壁基本上延伸于容器顶端11的范围的大部分，即延伸于它的至少50％，这个范围是从内部断面开始向上缩小那一点或称线34测量到人孔盖24的附连点或称线35。优选的是，竖直的内壁占这个范围的至少60％。
人孔的有凸缘的端盖36在这里表示为独立于容器10主体的颈部，它是焊接到颈部的端头上的。但是，把端盖36(原文误为35，译注)锻造在颈部上也是可以的，这样它就与端部11成为整体。
接下来参照图9至11，它们给出了容器的第三实施例。这个容器，如图11所示，与图7(原文误为11，译注)的实施例有许多相似之处，包括也是为装纳CNG20而设计的，也有顶端11、底端12、在底端12用于连接管路(未示)的开口7，这个开口也是12英寸(30cm)的开口。而且，顶端11也有人孔6。但是，这一实施例是复合材料结构的，其许多方面类似于图6的实施例。例如，如图9所示，它有一个村里200，复合材料的外层300包覆在村里200上。
它也有圆柱形主体22和一个人孔盖24。但是，在这一实施例中，人孔盖24是被螺栓或螺钉紧固于端部11的没有凸缘的颈部，所以螺栓或螺钉是拧进盲孔的。
这一实施例中的颈部28没有竖直的外颈部，也就是没有外部向内凹的部分。与前面的实施例相比，这一实施例中的颈部看上去更紧凑。由于不存在竖直的或向内凹的颈部，这使得在水平平面上测量的颈部厚度，相对于圆柱形主体的壁厚来说，没有什么实用意义。所以，在这一实施例中，垂直于容器外壁测量的颈部厚度是颈部厚度的更可取的测量值。图示的厚度Tp大于主体的侧壁厚度T2，后者仍是在水平平面上测量的，而且优选的是在圆柱形主体的中区部分测量，但图9表示为在其上部。在这一实施例中，在整个颈部28范围内的任一处测量的Tp都是大于T2。
颈部28的内壁32限定人孔6的开口尺寸。如图所示，内壁32是竖直的。这一实施例中，竖直的内壁延伸于容器顶端11的范围的至少30％。对于这种矮小敦实的顶端，可以认为这个30％是比较理想的。这个范围也是从内部断面开始向上缩小的那一点或线34测量到人孔盖24的附连点或线35。
这一实施例中，人孔的结构是由两部式的锥体或称燕尾形构件构成的。容器的端盖11是与圆柱形主体22一体成形的，塞固件37配合于并结合于端盖11的内表面轮廓。如图10的剖面图所示，这种配合是燕尾结构形式的，所以容器内的压力不可能把塞固件37推出来，类似地，作用在人孔盖24上的力也不可能把塞固件37推向容器的内部。这种燕尾形结构的特点是有两个相反的锥形表面。
塞固件37是用复合材料成形的，并且是在树脂固化之前形成到端盖11的端头中。通过在端盖11和塞固件37之间涂抹复合材料或树脂，可有效地形成合二为一的或称无缝的结合。
现在参照图3，多个压力容器10布置在船体(见图1)里的模块或称隔室40内，并且它们都通过诸如管路61互连起来，例如用于装卸操作。在一种优选的构造中，这样的模块或称隔室40有4个侧边(是四边形的)，内装多个压力容器10。一个模块或称隔室40里的压力容器10的数目应根据容器的直径或模块或称隔室40的形状和尺寸来选择。而一艘船上的模块或称隔室40的数目应根据船体的结构约束来选择。所有模块或称隔室40是不是同一尺寸或形状的并不重要，同样，安装在它们里面的压力容器也不必是同一尺寸和形状或相同数目的。
压力容器10在模块或称隔室40里安排成一个规则的阵列，在图示的实施例中，是一个4x7的阵列。同一尺寸的或不同尺寸的模块里也可以安排不同规模的阵列(也就是安排不同尺寸的压力容器)，为恰当地适应船体的尺度和形状，可选择或设计各种安排。
为便于外部检验，模块或称隔室40里各排压力容器10之间的距离，优选的是，应至少是380mm，或更优选的是至少600mm。这些距离也为容器在承受加压气体施加的载荷时的膨胀留出空间—容器在承受载荷时其体积可能膨胀2％或更大(环境温度的变化也会引起容器体积的变化)。
优选的是，各模块或称隔室40之间的距离，或位于外侧的容器10A和模块或称隔室40的侧壁或边界40A之间的距离，或各相邻的模块或称隔室40的各毗邻外侧容器之间的距离，诸如在没有实体的侧壁将相邻的模块或称隔室40隔开的情况中，都应至少是600mm，更优选的是至少1m，这也是为了便于进行外部检验，和/或允许容器膨胀。
可用一个用于装载和卸载操作的管路系统60，把每一排(或列)压力容器互连起来。管路60表示为连接在容器10的底部，它也可以设置在别处，但优选的是设在底部。
在一个优选的布置中，管路连接于在容器10的底部12的12英寸(30cm)开口7。优选的是，通过机动操作的阀门连接于主干集管。图3、4和5中所表示的管路，仅是举例，是示意性的。也参见图1和2.
各主干集管可以有不同的压力等级，例如3个等级(高压—例如250巴，中压—例如150巴，以及低压—例如90巴)，还应有一个吹除集管和一个用于惰性气体保护的氮气集管。
各压力容器10安放成竖立的，诸如由专用支撑物或架子支撑着，或用束带束牢就位。用支撑物(未示)保持住各压力容器10是为了防止各容器相互相对地水平移动。为此目的，可采用夹具、支撑架或其它常规的压力容器保持系统，诸如用环箍或束带稳固每个容器的圆柱形主体部分。
支撑物应设计成能适应容器的膨胀，例如其可以有某种程度的弹性。
已经发现，容器的竖立安放，在承受船舶运动产生的动态载荷时，几乎不会发生什么危险情况，并且便于模块或称隔室40里可能需要进行的单个容器的更换(可以将需要更换的容器向上吊出来，而无需拆移其它容器)。这种安排还可节省拆装时间。竖立安放的容器还可使凝结的液体在重力作用下下落到容器的底部，进而例如通过每个容器10的底部12处的12英寸开口7把液体从容器泄放出去。
气体的卸出也是从容器10的底部来进行。
由于管路60的大部分是安装在模块/容器的底部附近，这使得重心也处于低位，这特别有利于改善海上航行时或气体运输过程中的稳定性，因此是推荐的或说是优选的。
可将各模块或称隔室40保持在一种可控制的环境中，以氮气充满各容器10和模块侧壁40A之间，这样有助于预防火灾。或者，可将发动机的废气用于这种惰性气体保护功能，因为其成分主要是CO2。
对于同样的装纳总容积，将压力容器10的个体尺寸最大化，诸如将其制成为直径达6m、长度达30m，可减少所需容器的总数，还可降低连接和互连管路的复杂性，进而减少可能存在的漏泄点数目，漏泄点通常出现在诸如焊缝、接头和歧管连接处等薄弱部位。优选的容器排列，需要容器直径至少为2m。
一艘船可装载多个这样的模块，诸如模块阵列。可以采用与用于气体装储的互连相同的连接方式在旁边设置一个专用于储存液体(诸如凝结液)的模块，并且各模块全都连接于它，以便来自各模块40的这种液体都能流向这种专用模块一艘船典型地有多个模块。
气体装卸管路可通过例如装有阀门的歧管连接于计量系统、加热系统、吹除系统和清扫系统。这些系统可以是由一个分布式控制系统(DCS)遥控操作的。
管路直径优选的是如下所述：
18英寸，用于三个专用于CNG装卸的主干集管(低压、中压和高压)。
24英寸，用于吹除CNG管线。
6英寸，用于向模块供给惰性气体的管路。
10英寸，用于吹除惰性气体的管路。
10英寸，用于可装运液体的装卸的专用管路。
所有模块都应备有适当的符合国际法规、标准和规则的防火系统。
被运输的CNG典型地是处于不低于60巴的压力下，还有可能超过100巴、150巴、200巴或250巴，最高可达300巴或350巴。
本文描述的压力容器可装运各种气体，诸如直接来自自钻井的原态气体，包括原态天然气，例如经压缩的原态CNG、或RCNG、或H2、或CO2、或经加工的天然气(甲烷)、或原态或经部分加工的天然气，例如CO2限量达14％摩尔、H2S限量达1,000ppm的天然气，或含有H2和CO2杂质或其它杂质或腐蚀性杂质的天然气。但是，优选的用途是运输CNG，包括原态CNG、部分地加工的CNG或清洁的CNG，所谓清洁的就是处理到符合终端用户例如商业、工业或居民使用的一个标准。
CNG可能包含以多变的混合比存在的各种组成部分，某些组分以其气相存在，而另一些组分以液相存在，或以气液混合相存在。这些组成部分典型地包括下列化合物中的一种或几种：C2H6、C3H8、C4H10、C5H12、C6H14、C7H16、C8H18、C9+等碳氢化合物、CO2和H2S，加上可能以液态存在的甲苯、柴油和辛烷，以及其它杂质/物种。
上面已通过纯粹举例的方式描述了本发明。在权利要求书的范围内还可对本发明做出各种变型。

Claims (28)

1.一种CNG载运工具，包括至少一个竖立定向的、大体上圆柱形的、用于装纳和运输CNG的那种类型的压力容器，所述压力容器有一个大体上圆柱形的主体和两个端部，其特征在于，所述容器在其顶端部有人孔形式的开口。
2.如权利要求1所述的载运工具，其中所述载运工具是船。
3.如权利要求1或2所述的载运工具，其中，所述容器在水平平面内有大体上圆形的断面。
4.如权利要求3所述的载运工具，其中，所述容器的在所述断面处的内径大于1m。
5.如权利要求4所述的载运工具，其中所述内径不超过6m。
6.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述人孔是设置在所述容器的向内缩细的那一端部，该端部包括带有内壁的瓶颈。
7.如权利要求6所述的载运工具，其中，在一个水平平面上测量的所述瓶颈的所述壁的厚度大于在一个平行的水平平面上测量的所述圆柱形主体的壁厚。
8.如权利要求6或7所述的载运工具，其中，所述内壁的一部分由竖向设置的内壁限定。
9.如权利要求8所述的载运工具，其中，所述竖向的壁是与所述容器的所述端部成形为整体。
10.如权利要求8所述的载运工具，其中，所述竖向的壁是成形为与设有所述人孔的那一端有结构连续性。
11.如权利要求10所述的载运工具，其中所述竖向的壁是成形为与所述圆柱形主体有结构连续性。
12.如权利要求6至11之任一所述的载运工具，其中，所述瓶颈在一个水平平面内有一个圆形的内断面。
13.如权利要求6至11之任一所述的载运工具，其中，所述瓶颈在一个水平平面内有一个卵圆形的内断面。
14.如权利要求6至13之任一所述的载运工具，其中，所述瓶颈在一个水平平面内有一个至少40cm的最小内径尺寸。
15.如权利要求6至13之任一所述的载运工具，其中，所述瓶颈在一个水平平面内有一个至少60cm的最小内径尺寸。
16.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述容器上的所述人孔是采用锻造工艺得到的。
17.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述容器上的所述人孔是成形为与所述设有所述人孔的端部的结构构成一体。
18.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述人孔包括在所述容器的颈部的顶端的向外延伸的凸缘。
19.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，设有用于可密封地封闭所述人孔的人孔盖。
20.如权利要求19所述的载运工具，其中，所述人孔盖是由螺栓紧固到所述容器的所述端部上。
21.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述压力容器设置有第二开口，所述第二开口用于气体的加载和卸出，以及用于排空液体。
22.如权利要求21所述的载运工具，其中所述第二开口是设置在所述容器的底端部。
23.如权利要求21或22所述的载运工具，其中，所述第二开口是一个30cm的开口。
24.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，所述容器的总长度达30m。
25.如前面任一权利要求所述的载运工具，其中，其上布置有多个所述容器。
26.如权利要求25所述的载运工具，其中，相邻所述压力容器之间的距离至少是380mm。
27.如权利要求25或26所述的载运工具，其中，所述多个压力容器是安排在一艘船的船体里且在多个模块或隔室内。
28.如权利要求27所述的载运工具，其中，所述模块或隔室里的外侧容器和所述模块或称隔室的侧壁或边界之间的距离至少是600mm。
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