CN107850260A - 操作连接至用于储存液化气的罐的热绝缘屏障的泵送设备的设备 - Google Patents

操作连接至用于储存液化气的罐的热绝缘屏障的泵送设备的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于操作泵送设备的设备，所述泵送设备与密封且热绝缘的罐(2)相关联，所述罐(2)容纳具有液相和气相的液化气(8)并且具有多层结构，所述多层结构包括与液化气(8)接触的密封膜(7)以及布置在密封膜(7)和承载结构(4)之间的热绝缘屏障(6)，所述热绝缘屏障(6)包括固体物质和气相；所述泵送设备包括真空泵(16)，该真空泵连接至热绝缘屏障(6)以将气相置于负相对压力，所述方法基于热绝缘屏障(6)的气相的参考压力Pc1和压力Pi的测量值来控制真空泵(16)，所述方法还包括：‑测量液化气(8)的液相的温度T；以及‑通过关系式Pc1＝f1(T)来确定参考压力Pc1，f1是单调递增函数。

Description

操作连接至用于储存液化气的罐的热绝缘屏障的泵送设备的 设备
技术领域
本发明涉及用于储存液化气的密封且热绝缘的膜罐的领域。
密封且热绝缘的膜罐尤其用于储存液化天然气(LNG)。
背景技术
现有技术中已知的密封且热绝缘的膜罐的壁具有多层结构。从罐的外部至内部，该多层结构包括：包括抵靠支撑结构的绝缘元件的第二级热绝缘屏障；抵靠第二级热绝缘屏障的第二级密封膜；包括抵靠第二级密封膜的绝缘元件的第一级热绝缘屏障；以及与容纳在罐中的液化气接触并且抵靠第一级热绝缘屏障的第一级密封膜。
这类膜罐对每个膜的相对侧之间的压力差敏感，并且特别是对第一级密封膜的相对侧之间的压力差敏感。实际上，第一级热绝缘屏障相对于罐的内部升高的压力易于导致第一级密封膜脱离。为保证第一级密封屏障的完整性，因而优选的是维持第一级热绝缘屏障内部的压力低于罐内部的压力，使得第一级密封膜的相对侧之间的压力差趋于将第一级密封膜压抵靠于第二级热绝缘屏障，而使其不会从第二级绝缘屏障脱离。
发明内容
本发明的基本构思是提出一种控制连接至密封且热绝缘的罐的热绝缘屏障的泵送设备的方法，其使得能够有效保护罐的至少一个密封膜。
在一个实施方案中，本发明提供了一种控制与密封且热绝缘的罐相关联的泵送设备的方法，所述罐容纳具有液相和气相的液化气并且该罐包括具有多层结构的壁，该多层结构包括与液化气接触的密封膜以及设置在密封膜和支撑结构之间的热绝缘屏障，所述热绝缘屏障包括固体材料和气相，所述泵送设备包括真空泵，该真空泵连接至热绝缘屏障以将气相置于负相对压力，所述方法包括以下步骤：
-测量热绝缘屏障的气相的压力P1；
-通过等式Pc1＝f1(T)确定设定点压力Pc1，f1是单调递增函数，并且T是代表液化气的液相的测量温度的变量或代表液化气的液相易于达到并与用于冷却液化气的设备的操作状态相对应的最低温度阈值的变量；
-控制真空泵以使热绝缘屏障的气相的压力P1受制于设定点压力Pc1。
当罐处于低于大气压力的压力时，该类型的方法对于保护密封膜特别有效(现有技术中先前并非如此)。这种情况在液化气主要以过冷的热力学状态储存在罐中时特别容易出现，上述过冷的热力学状态即储存在罐中的液化气所处的温度低于在气体储存于罐中所处的压力下考虑的气体的液-气平衡温度。
现今，申请人新近研制出冷却设备，这样的冷却设备能够使储存在罐中的液化气的一部分的温度降低到其液-气平衡温度以下，以限制液化气的自然蒸发，并且使其能够长期储存。因此，这类方法特别适合于应对配备有这种冷却设备的罐的特定需求。
实际上，在采用对液化气进行过冷却的液化气储存应用中，罐的气体气氛(sky)中的气相和液化气的液相在罐内的任何地方都不平衡。气相易于被加热，并趋于在罐的内部分层。因此，如果罐并不是非常满并且没有在罐中采用搅拌来使气相的温度均匀，则气相中可能会遭遇约100℃的温度梯度。
气相和液相之间的界面在平衡时是固定的。在该界面处，取决于局部温度和压力条件，气相冷凝或液相蒸发。
而且，当罐设置在船中并且船遭遇浪涌时，气相和液相之间的界面易于在几何形状、位置和构成方面突然改变。因而，罐中的货物的突然移动易于导致大量气相瞬时冷凝，并因此导致罐的内部空间中的压力突然下降。
现在，为了保证密封膜的完整性，需要确保罐的内部空间中的压力决不会显著低于绝缘屏障中的压力，如果罐的内部空间中的压力显著低于绝缘屏障中的压力，那么罐的内部空间中的这种较低压力易于通过使密封膜脱落而损坏密封膜。
因此，通过考虑储存在罐中的液相的温度或液化气的液相易于达到的最低温度阈值来设立热绝缘屏障内部的目标压力，可以保证热绝缘屏障内部的压力足够低以在货物的部分气相发生瞬间冷凝的情况下也保持低于内部空间中易于达到的压力，而这并不会导致不必要的能量成本。
根据其他有利的实施方案，上述类型的方法可以具有下述特征中的一个或多个：
-通过测量液化气的液相的温度或通过测量用于冷却液化气的设备的代表液化气的液相易于达到的最低温度阈值的操作参数来获得变量T。
-通过接收用于冷却液化气的设备的操作参数来获得变量T，该操作参数代表液化气的液相易于达到的最低温度阈值。
-函数f1是代表液化气或液化气的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数的仿射变换，液化气的该成分在构成液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度。
-函数f1的形式为f1(T)＝g(T)-ε1，g是代表液化气或液化气的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数，液化气的该成分在液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度，并且ε1是正常量。
-常量ε1例如在10至30mbar之间，包括端值。
-所述密封膜是第一级密封膜并且上述热绝缘屏障是第一级热绝缘屏障，多层结构还包括第二级热绝缘屏障和第二级密封膜，该第二级热绝缘屏障抵靠支撑结构并且包括固体材料和气相，该第二级密封膜设置在第二级热绝缘屏障和第一级热绝缘屏障之间。
-泵送设备包括第二真空泵，该第二真空泵连接至第二级热绝缘屏障以将第二级热绝缘屏障的气相置于负相对压力，该方法包括以下步骤：
-测量第二级热绝缘屏障的气相的压力P2；以及
-控制第二真空泵以使热绝缘屏障的气相的压力P2受制于设定点压力Pc2。
-根据一个实施方案，通过等式Pc2＝f2(T)确定第二设定点压力Pc2，f2是单调递增函数。
-函数f2是代表液化气或液化气的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数的仿射变换，液化气的该成分在液化气的液-气平衡曲线中具有最低蒸发温度或者是构成液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分的温度-压力图中液化气的主要成分。
-函数f2的形式为f2(T)＝g(T)-ε2，g是代表液化气或液化气的一成分的温度
-压力图中的液-气平衡曲线的函数，液化气的该成分在液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度，并且ε2是正常量。
-常量ε2例如在10至30mbar之间，包括端值。
-根据另一实施方案，通过等式Pc2＝h(P1)确定第二设定点压力Pc2，其中h是单调递增函数。
-函数h的形式为h(P1)＝P1–ε’2，ε’2是常量。
-常量ε’2例如在10至30mbar之间，包括端值。
根据一个实施方案，本发明涉及一种控制方法，该方法包括：
-根据热绝缘屏障的气相的设定点压力Pc1和压力P1的测量值来控制真空泵；
-测量液化气的液相的温度T；以及
-通过等式Pc1＝f1(T)确定设定点压力Pc1，f1是单调递增函数。
本发明的另一基本构思是提出一种控制用于冷却液化气的设备的方法，其使得能够有效保护罐的至少一个密封膜。
根据一个实施方案，本发明涉及一种控制与用于储存液化气的装置相关联的用于冷却液化气的设备的方法，所述装置包括：
-用于容纳具有液相和气相的二相形式的液化气的密封且热绝缘的罐，所述罐包括具有多层结构的壁，所述多层结构包括与液化气接触的密封膜以及设置在密封膜和支撑结构之间的热绝缘屏障，所述热绝缘屏障包括固体材料和气相；
-适于测量热绝缘屏障中的气相的压力P1的压力传感器；和
-泵送设备，其包括：真空泵，该真空泵连接至热绝缘屏障并适于将热绝缘屏障的气相置于负相对压力；以及控制模块，该控制模块适于控制真空泵以使热绝缘屏障的气相的压力P1受制于设定点压力Pc1；
-冷却设备，其适于在液化气储存于罐中所处的压力下使部分液化气的温度降低到液化气的液-气平衡温度以下，所述控制用于冷却液化气的设备的方法包括以下步骤：
-通过等式Tmin＝f3(Pc1)确定液化气的最低温度阈值Tmin，f3是单调递增函数；以及
-根据最低温度阈值Tmin控制冷却设备，使得液化气的温度不会下降到所述最低温度阈值Tmin以下。
根据其他有利的实施方案，上述类型的方法可以具有下述特征中的一个或多个：
-函数f3是代表液化气或液化气的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数，液化气的该成分在构成液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度。
-换言之，确定的最低温度阈值Tmin对应于在设定点压力Pc1下液化气或液化气的主要成分的液-气平衡温度，使得容纳在罐中的液化气的液相不会由于货物的突然移动而达到足以引起罐的内部空间中的压力——其大于热绝缘屏障中的已减小的压力(reducedpressure，对比压力)——减小的低温度。
根据一个实施方案，本发明还提供了一种用于储存液化气的装置，其包括：
-用于容纳具有液相和气相的二相形式的液化气的密封且热绝缘的罐，该罐包括具有多层结构的壁，该多层结构包括与液化气接触的密封膜以及设置在密封膜和支撑结构之间的热绝缘屏障，所述热绝缘屏障包括固体材料和气相；
-适于测量热绝缘屏障中的气相的压力P1的压力传感器；和
-泵送设备，其包括真空泵和控制模块，该真空泵连接至热绝缘屏障且适于将热绝缘屏障的气相置于负相对压力，该控制模块适于：
·通过等式Pc1＝f1(T)确定设定点压力Pc1，f1是单调递增函数，并且T是代表液化气的液相的实际温度的变量或代表液化气的液相针对用于冷却液化气的设备的特定操作易于达到的最低温度的变量；并且
·控制真空泵以使热绝缘屏障的气相的压力P1受制于设定点压力Pc1。
根据其他有利的实施方案，上述类型的装置可以具有下述特征中的一个或多个：
-所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器适于测量液化气的液相的温度T，并且将该温度传送至控制模块。
-所述装置还包括用于冷却液化气的设备，该用于冷却液化气的设备适于在液化气储存于罐中所处的压力下使部分液化气的温度降低到液化气的液-气平衡温度以下。
-冷却设备适于符合液化气的液相的最低温度阈值，并且控制模块连接至冷却设备并且适于以最低温度阈值作为变量T来确定设定点压力Pc1。
-所述装置包括适于测量用于冷却液化气的设备的操作参数的传感器，该操作参数代表液化气的液相易于达到的最低阈值。
-所述密封膜是第一级密封膜并且所述热绝缘屏障是第一级热绝缘屏障，所述多层结构还包括第二级热绝缘屏障和第二级密封膜，该第二级热绝缘屏障抵靠支撑结构并且包括固体材料和气相，该第二级密封膜设置在第二级热绝缘屏障和第一级热绝缘屏障之间。
-所述装置还包括适于测量第二级热绝缘屏障中的压力P2的第二压力传感器。
-泵送设备还包括第二真空泵，该第二真空泵连接至第二级热绝缘屏障以将第二级热绝缘屏障的气相置于负相对压力。
-控制模块适于控制第二真空泵，以使第二级热绝缘屏障的气相压力P2受制于设定点压力Pc2。
-根据一个实施方案，用于冷却液化气的设备是用于冷却液化气的蒸发设备，所述蒸发设备包括：
-蒸发室，其布置在罐的内部空间中，蒸发室包括热交换壁，上述热交换壁使得能够在蒸发室的内部空间与存在于罐的内部空间中的液化气之间交换热；
-入口回路，包括：引入口，其通入罐的内部空间中以用于汲取出罐中液相的液化气流；以及压头(head)损失构件，其通入蒸发室的内部空间中以使所汲取的气流蒸发；
-出口回路，其适于所汲取的气流以气相从蒸发室疏散到气相利用回路中的气体中，所述出口回路包括真空泵，该真空泵适于抽出蒸发室中的气流，将抽出的气流排入气相利用回路中的气体中，并且维持蒸发室中的绝对压力在大气压力以下。
-根据另一实施方案，用于冷却液化气的设备包括用于汲取出气相气体的回路，该回路包括：
-通向罐的内部空间的引入口，该引入口在罐的最大填充高度上方，以在对罐进行填充时通向与分离下方液相和上方气相的界面区域相接触的气相区域；以及
-真空泵，其适于通过引入口抽出存在于气相区域中的气相的气流，将抽出的气流排出到气相利用回路中的气体中，以及维持气相区域中的压力小于大气压力，使得促进液相在界面区域的水平处蒸发，并且将与界面区域相接触的液化气置于液-气二相平衡状态，在该状态下，液化气的温度低于所述液化气在大气压力下的液-气平衡温度。
上述类型的装置可以形成陆地储存装置的一部分，例如用于储存LNG，或安装在沿海或深水域中的浮动结构中，尤其是安装在甲烷运输船、浮式储存和再气化单元(FSRU)、浮式生产存储和卸载(FPSO)单元等中。
根据一个实施方案，船包括双层船体和上述装置，该装置的用于储存液化气的罐设置在双层船体中。
根据一个实施方案，本发明还提供了一种装载或卸载上述类型的船的方法，在该方法中，通过绝缘管将流体从浮动或陆地储存装置供给至船的罐或将流体从船的罐供给至浮动或陆地储存装置。
根据一个实施方案，本发明还提供了一种用于传输流体的系统，该系统包括：上述船；适于将安装在船体中的罐连接至浮动或陆地储存装置的绝缘管；以及用于驱动流体通过绝缘管从浮动或陆地储存装置到船的罐或从船的罐到浮动或陆地储存装置的泵。
附图说明
以下通过以非限制性示例的方式并参照附图给出的对本发明的具体实施方案的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他的目的、细节、特征和优点将变得更加清楚。
-图1示意性地示出根据第一实施方案的用于储存和冷却液化气的装置。
-图2示意性地示出根据第二实施方案的用于储存和冷却液化气的装置。
-图3示意性地示出根据第三实施方案的用于储存和冷却液化气的装置。
-图4示意性地示出根据第四实施方案的用于储存和冷却液化气的装置。
-图5是甲烷液-气平衡图。
-图6是配备有罐的甲烷罐船和用于装载/卸载该罐的码头的剖面示意图。
具体实施方式
在说明书和权利要求书中，术语“气体”是通用的，并且可互换地指代由单体组成的气体或由多种成分组成的气体混合物。因此，液化气是一种化学体或多种化学体的混合物，其已经在低温度下处于液相并且将在正常温度和压力条件下处于气相。
在图1中示出根据第一实施方案的用于储存和冷却液化气的装置1。这种类型的装置1可以安装在浮动结构上，这样的浮动结构例如为甲烷罐船或者液化或再气化驳船。
装置1包括密封且热绝缘的膜罐2。罐2包括具有多层结构的壁，从罐2的外部至内部，该多层结构包括第二级热绝缘屏障3、第二级密封膜5、第一级热绝缘屏障6以及第一级密封膜7，该第二级热绝缘屏障3包括气相和抵靠支撑结构4的绝缘元件，该第二级密封膜5抵靠第二级热绝缘屏障3，该第一级热绝缘屏障6包括抵靠第二级密封膜5的绝缘元件和气相，该第一级密封膜7意在与容纳在罐中的液化气8相接触。例如，专利申请文件WO14057221、FR2691520和FR2877638中描述了上述类型的膜罐2。
根据一个实施方案，罐配备有蒸汽收集设备(未示出)，该蒸汽收集设备穿过罐的顶壁并且通入罐的内部空间的上部。这种设备配备有阀，该阀适于在罐2内部的内部空间中的压力高于阈值时允许蒸汽从罐的内部疏散到外部。因此，这种蒸汽收集设备使得能够避免在罐2的内部生成增大的压力。此外，阀被配置为防止在蒸汽收集设备中流动的气流是从罐2的外部进入其内部，因此允许减小罐2的内部空间中的压力。例如，在文献WO2013093261中描述了这种蒸汽收集设备。
液化气8是可燃气体。特别地，液化气8可以是液化天然气(LNG)，即主要包含甲烷并且包括小比例的一种或多种其他烃类的气体混合物，上述烃类例如是乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷和氮。可燃气体也可以是乙烷或液化石油气(LPG)，即通过精炼石油获得的基本上包含丙烷和丁烷的的烃类混合物。
液化气8以液-气二相状态储存在罐2的内部空间中。因此，液化气8以气相存在于罐2的上部并且以液相存在于罐2的下部。
该装置1还包括用于冷却储存在罐2中的液化气的设备，该设备适于在液化气8储存于罐2中所处的压力下使液化气8的液相的一部分的温度降低到所述液化气7的液-气平衡温度以下。因此，将部分液化气置于过冷的热力学状态。
为此，在图1所示的实施方案中，装置包括蒸发设备20，该蒸发设备用于从罐2汲取出液相的气流并使该气流膨胀以将其蒸发，从而利用气体蒸发的潜热来冷却罐2中剩余的液化气8。
关于图5描述了这种蒸发设备20的工作原理，其示出了甲烷的液-气平衡图。该图在横坐标轴上根据压力绘制并且在纵坐标轴上根据温度绘制，示出了以L标记的其中甲烷以液相存在的区域，以及以V标记的其中甲烷以气相存在的区域。
点P1代表二相平衡状态，该二相平衡状态对应于储存在罐2中的甲烷在大气压力和约-162℃的温度下的状态。当处于该平衡状态的甲烷从罐2被汲取出、然后在蒸发设备20中膨胀至例如约500mbar的绝对压力时，膨胀的甲烷的平衡向左移动至点P2。膨胀的甲烷因此经受约7℃的温度降低。然后，经由蒸发设备20使所汲取出的甲烷与罐2中剩余的甲烷热接触，所汲取出的甲烷至少部分地蒸发并且在蒸发中从储存在罐2中的液态甲烷提取其蒸发所需的热，这能够使罐2中剩余的甲烷冷却。
因此，在甲烷储存于罐2中所处的压力下使罐2中剩余的甲烷置于在其平衡温度以下的温度。
再参照图1，可以看到蒸发设备20包括：
-入口回路，其包括浸没在储存于罐2内的液化气8的液相中的引入口21；-一个或多个蒸发室22，其浸没在液化气8的液相和/或气相中，并且包括浸没在储存于罐2中的液化气中的热交换壁，以使所汲取出的气流与罐2中剩余的液化气热接触；以及
-出口回路23，用于将处于蒸汽状态的气流疏散至气相状态利用回路25的气体中。
入口回路配备有一个或多个压头损失构件(未示出)，从而使得能够产生压头损失并通向蒸发室22的内部以使所汲取出的液化气流膨胀。
蒸发设备还配置有真空泵24，该真空泵设置在罐的外部并且与出口回路23相关联。真空泵24能够将储存于罐2中的液化气的流抽出到蒸发室22，并且将该流以气相排出至气相利用回路25中的气体中。对于液化天然气，蒸发室22的内部中的绝对工作压力在120至950mbar之间，包括端值；优选地在650至850mbar之间，包括端值，例如约750mbar。
在装置在船上的情况下，在气相利用回路25中的气体尤其可以连接至推进能量产生装置(未示出)，该推进能量产生装置使得能够推动船。特别地，这种能量产生装置选自热能发动机、燃料电池和燃气涡轮机。
在图2中，装置1配备有用于冷却液化气的另一设备，该设备能够使液化气8置于过冷的热力学状态。
为此，装置1在此包括用于以汲取气相的液化气的回路9。用于汲取气相的液化气的回路9包括导管10，该导管穿过罐2的壁以限定用于将气相从罐2的内部疏散至外部的通路。导管10包括通向罐2内部的内部空间的、在降压罩31中的引入口11。降压罩31是设置在罐2的内部空间的上部的中空体，使得该降压罩的上部部分与储存在罐2中的液化气8的气相接触并被该气相填充，并且该降压罩的下部部分浸没在储存于罐2中的液化气8的液相中。用于汲取气相的液化气的回路9的引入口11通向蒸发罩20的上部部分。
汲取回路9还包括真空泵12，该真空泵在上游侧连接至导管并且在下游侧连接至气相气体利用回路13。因此，真空泵12适于通过导管10抽出存在于降压罩31中的气相的气流，并且将该气流供给至气相利用回路13中的气体。此处，汲取回路9包括设置在真空泵12的上游或下游的阀19或止回阀，并且因此使得可以避免气相的气流返回到罐2的内部空间。
真空泵12适于在降压罩31的上部部分中产生低于大气压力的压力，这使得可以促使蒸发罩20内的液化气蒸发。通过将降压罩31的内部中的气相置于低于大气压力的压力，促使液化气8在降压罩31内的液/气界面处蒸发，同时使储存于罐2中的液化气8置于二相液-气平衡状态，在该状态下，液化气8的温度低于所述液化气在大气压力下的液-气平衡温度。
在图3所示的另一实施方案中，冷却设备包括液化设备，该液化设备包括第一回路34，该第一回路包括适于收集罐2的内部空间中的蒸汽形式的液化气的引入口32和适于使液相的液化气返回到罐2的内部空间中的出口33。液化设备还包括冷却流体在其中循环的冷却回路35。冷却回路35包括压缩器36、冷凝器37、减压器38和蒸发器39，冷却流体在蒸发器中蒸发，从而从在第一回路34中循环的液化气带走热。这种类型的冷却设备尤其是在文献EP2853479中有所描述。
在图4示出另一实施方案中，冷却设备包括冷却单元40，该冷却单元使约-196℃的液氮在U型管41中循环，其效果是使管41周围的液化气冷却。考虑到经冷却的液化气密度变得较大，其在罐2中向下移动而尚未被冷却的液化气相反地向上移动。这种对流运动由对流井42引导以创建通过罐2的这种对流运动。由于液氮在其循环时蒸发，这使得可以获益于氮蒸发的潜热来冷却液化气。在离开管23时，氮在冷却单元31中重新液化。这种冷却设备特别地在申请FR2785034中有所描述。
要注意的是，虽然上面描述了各种用于冷却液化气的设备，但本发明决不受限于这些冷却设备中之一，并且任何其他的能够将液化气冷却到其液-气平衡温度以下的设备都可被使用。
再次参照图1，可以看到实施方案示出的装置1包括泵送设备，该泵送设备包括：真空泵16，其连接至通向第一级热绝缘屏障6的内部空间的管17；以及真空泵14，其连接至通向第二级热绝缘屏障3的内部空间的管15。这种泵送设备的目的在于保持第一级热绝缘屏障6和第二级热绝缘屏障3的内部中的气相的压力低于罐2的内部空间中的压力。因此，膜之间的压力差趋于将膜压向罐的内部而不会使其它们在罐2的内部的方向上脱落。
真空泵14、16是低温泵，即能够承受-150℃以下的冷却温度。它们也符合ATEX(防爆指令)规则，即被设计为避免所有的爆炸风险。真空泵14、16可以以各种方式制造，例如为罗茨型(即具有旋转叶片)，或者为具有桨叶、液环、螺杆、文丘里型效应器的类型。
装置1还包括控制模块26，该控制模块能够控制真空泵14和真空泵16以调节第一级热绝缘屏障6和第二级热绝缘屏障3中的压力。控制模块26可以包括单个元件(如实施方案中所示的)或两个元件，其中两个元件能够分别与对两个真空泵14、16的控制相关联。
控制模块26连接至至少一个温度传感器27，该温度传感器浸没在储存于罐2中的液化气8的液相中，并因此使得能够传送储存于罐2中的液化气8的液相的温度的测量值。为了获得揭示罐2中的最低温度的温度测量值，温度传感器27有利地被放置在罐2的底部附近。温度传感器27优选还被定位在蒸发室22的热交换壁附近。温度传感器27可以为任意类型，例如是热电偶或铂电阻探针。
而且，装置1还包括至少一个能够传送第一级热绝缘屏障6内部的液相的压力P1的测量值的压力传感器28和能够传送第二级热绝缘屏障3内部的气相的压力P2的测量值的压力传感器29。
控制模块26适于根据第一级热绝缘屏障6内部的气相的设定点压力Pc1和压力P1的测量值来产生真空泵16的控制值，以使压力P1受制于设定点压力Pc1。按照相同的方式，控制模块26适于根据第一级热绝缘屏障6内部的气相的设定点压力Pc2和压力P2的测量值来产生真空泵14的控制值，以使压力P2受制于设定点压力Pc2。
而且，控制模块26还适于根据通过温度传感器27测量的温度连续地确定用于第一级热绝缘屏障6的设定点压力Pc1。换言之，设定点压力Pc1通过以下等式确定：
Pc1＝f1(T)；其中：
-f1：单调递增函数，并且
-T：通过温度传感器27传送的液化气8的液相的温度。
更特别地，函数f1是代表液化气或液化气的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数g的仿射变换，液化气的该成分在大气压力下在液化气的以不可忽略的量(例如大于5％的摩尔比)存在的其他成分中具有最低蒸发温度。而且，函数f1例如为以下形式：
Pc1＝f1(T)＝g(T)-ε1；其中：
-g：在温度-压力图中代表液化气或液化气的不可忽略量的最易挥发的成分的液-气平衡曲线的函数，并且
-ε1：常量，例如为约10至30mbar。
函数g使得能够确定与所测量的罐2中液相的温度相关联的饱和蒸汽压力，并且由此使得能够以在储存于罐中的液化气的气相发生冷凝的情况下易于达到的绝对压力作为下限来确定压力值。
根据一个实施方案，当液化气是由多种成分组成的气体混合物时，函数g代表以不可忽略的量存在的成分中最易挥发的成分的液-气平衡曲线。以液化天然气为例，函数g代表纯甲烷的液-气平衡曲线。然后，以最易挥发的成分的液-气平衡曲线为参照，以气体混合物的饱和蒸汽压力作为下限来确定饱和蒸汽压力。这种方法简单且可靠，并且使得不必实时确定易于随时间变化的液化气的组成。
然而，在另一实施方案中，为了更准确地确定与储存于罐中的液化气的所测量温度相关联的饱和蒸汽压力，同样可以使用代表实际气体混合物的液-气平衡曲线函数g。
例如，温度-压力图中甲烷的平衡曲线可以用下列函数近似计算：
g(T)＝3.673876×10-2T3-9.597262T2+8.526565×102T-2.568325×104
其中
-T：以开尔文为单位，并且
-g(T)：以毫巴为单位。
假设储存于罐中的液化气8的液相的温度为105K，通过上述函数g产生的这种温度的像为565毫巴。而且，如果液化气的液相的温度为105开尔文，则罐中的压力理论上不易于下降到565毫巴的绝对压力以下。在这样的情况下，假定常量ε1——其目的在于考虑罐内部的液相的温度测量的不确定性和液相温度的不均匀现象——等于20毫巴，那么设定点压力Pc1为545毫巴。
因而清楚的是，通过将第一级热绝缘屏障6置于545毫巴的该绝对压力，罐2的内部的压力将始终大于第一级热绝缘屏障6内部的压力，这使得能够将第一级密封膜7压靠于第二级热绝缘屏障3并且防止其发生破裂。
将注意的是，使用代表液化气的液-气平衡曲线的函数g使得能够实现装置的安全操作与确保操作安全所必须的能量消耗之间的理想折中。然而，可以使用具有大致相同轮廓的明显不同的函数g，如果其在安全系数的降低或能量消耗的增加方面是可接受的话。
此外，控制模块26也适于确定第二级热绝缘屏障6的设定点压力Pc2。
根据一个实施方案，以类似于设定点压力Pc2的方式，根据由温度传感器27测量的温度T确定设定点压力Pc2。因此，通过下述等式确定设定点压力Pc2：
Pc2＝f2(T)；其中：
-f2：单调递增函数，并且
-T：通过温度传感器27传送的液化气8的液相的温度。
像函数f1一样，函数f2可以以下形式表述：
Pc2＝f2(T)＝g(T)-ε2；其中：
-g：温度-校正图中代表液化气或液化气的主要成分的液-气平衡曲线的函数，并且
-ε2：常量，例如约10至30mbar。
根据另一实施方案，设定点压力Pc2不是根据温度传感器27测量的温度确定的，而是通过以下等式根据第一级热绝缘屏障6中的气相的压力P1来确定的：
Pc2＝h(P1)；其中：
-h：单调递增函数，并且
-P1：第一级热绝缘屏障6的气相中测量的压力。
函数h例如为以下形式：
Pc2＝h(P1)＝P1-ε’2；其中：
-ε’2：常量。
根据一变型实施方案，ε’2是正常量，例如在10至30mbar之间，包括端值。因而，该方法保证第二级热绝缘屏障3的气相的压力始终大于第一级热绝缘屏障6的气相的压力，使得第二级密封膜5压靠于第二级热绝缘屏障3。
根据另一变型实施方案，ε’2是负常量，例如在-10至-30mbar之间，包括端值。因而，该方法保证第二级热绝缘屏障3的气相的压力始终大于第一级热绝缘屏障6的气相的压力，这使得可以在密封膜5、7的有缺陷密封的情况下防止液化气8朝向第二级绝缘屏障3被抽出。
根据其他可替代的实施方案，第一级热绝缘屏障6的设定点压力Pc1和/或设定点压力Pc2不是根据液化气8的温度的测量值来确定的，而是通过将与液化气的液相针对用于冷却液化气的设备的特定工作状态易于达到的最低阈值相对应的变量作为上述等式中的变量T来确定的。
因而，根据配备有用于冷却液化气的设备的实施方案，如参照图1描述和示出的，装置包括一温度传感器，该温度传感器设置在蒸发室22的出口处并且测量在蒸发室22的内部循环的气相的气流的温度或蒸发室22的壁的温度。在冷却设备连续运行的状况下，以这种方式测量的温度代表储存于罐2的内部中的液化气8的液相易于达到的最低温度。然后，将以这种方式测量的温度作为上述等式中T的值，控制真空泵16和真空泵14的方法还使得可以保证第一级热绝缘屏障6和第二级热绝缘屏障3内部的气相的压力始终在罐2的内部空间中的压力以下。
按照相同的方式，当用于冷却液态气的设备是包括与如图3所示的冷却回路协作的液化气循环回路的液化设备时，该装置可以包括设置在冷却回路中并且测量在蒸发器39出口处的冷却流体的回流温度的温度传感器。在冷却设备持续运行的状况下，以这种方式测量的温度也代表储存于罐2内部的液化气8的液相易于达到的最低温度，并且因此也可以用于确定设定点压力Pc1，且可选地用于确定设定点压力Pc2。
根据另一实施方案，用于冷却液化气的设备适于符合液化气的液相的最低温度阈值Tmin。换言之，对用于冷却液化气的设备进行控制使得液化气的液相的温度不会降到所述阈值温度Tmin以下。因此，冷却设备的操作参数被设定为使液化气的液相的温度不会降到上述阈值以下。
例如，对于配备有用于冷却液化气的设备的装置，如参照图1描述和示出的，可以通过设置蒸发室22内部的对应阈值压力来确保最低温度阈值。
类似地，对于配备有用于冷却液化气的设备的装置，如参照图2描述和示出的，可以通过设置降压罩31内部的对应阈值压力来确保最低温度阈值。
当用于冷却液化气的设备包括与冷却回路协作的气体循环回路的液化设备时，可以通过设置冷却回路中的冷却流体的阈值压力或流率来符合最低温度阈值。可替代地，可以在冷却回路的蒸发器的翼片上测量温度并根据所测量的温度调节冷却回路的功率具有适当的安全裕度，以符合上述的最低温度阈值。
根据一变型实施方案，预先设定温度阈值Tmin，然后将其传送给控制模块26。之后由控制模块26通过将温度阈值Tmin设定为等式Pc1＝f1(T)＝g(T)-ε1中T的值来确定设定点压力Pc1。
根据一可替代的变型实施方案，预先设定设定点压力Pc1，然后将其传送给冷却设备。在这种情况下，通过以下等式来确定温度阈值Tmin：Tmin＝f3(Pc1)；其中：
-f3：在压力-温度图中代表液化气或液化气的主要成分的液-气平衡曲线的函数，并且
-Pc1：第一级热绝缘屏障6中的设定点压力。
参照图6，甲烷罐船70的剖面图示出安装在船的双层船体72中的大致呈棱柱形状的密封且绝缘的罐71。罐71的壁包括：用于与容纳在罐中的LNG相接触的第一级密封屏障；布置在第一级密封屏障和船的双层船体72之间的第二级密封屏障；以及分别布置在第一级密封屏障和第二级密封屏障之间以及在第二级密封屏障和双层船体72之间的两个绝缘屏障。
通过本身已知的方式，设置在船的上层甲板上的装载/卸载管73可以通过适合的连接器连接至海事或海港码头，从而从罐71传输货物LNG或向罐71传输货物LNG。
图6示出海事码头的实施例，其包括装载和卸载站75、水下管76和陆地装置77。装载和卸载站75是包括移动臂74和塔78的固定的离岸装置。移动臂74承载一束能够连接至装载/卸载管73的绝缘柔性管79。可定向的移动臂74适于各种规格的甲烷罐。未示出的连接管在塔78的内部延伸。装载和卸载站75使得能够从陆地装置77对甲烷罐70进行装载以及将甲烷罐70卸载至陆地装置77。陆地装置包括用于储存液化气的罐80和通过水下管76连接至装载或卸载站75的连接管81。水下管76使得能够在装载或卸载站75与陆地装置77之间非常远距离地——例如5km——传送液化气，使得甲烷罐船70能够在装载和卸载操作期间与海岸保持非常远的距离。
在船70上的泵和/或配备在陆地装置77上的泵和/或配备在装载和卸载站75的泵用于产生传输液化气所需的压力。
尽管已经结合一定数量的具体实施方案对本发明进行了描述，但显然本发明决不受限于这些实施方案，并且本发明涵盖落入本发明的范围内的所描述手段的所有等同方案及其组合。
动词“包含(include)”、“包括(comprise)”及其同根形式的使用并不排除除权利要求中所陈述的那些之外存在其他要素或步骤。除非另有说明，否则针对元件或步骤使用的不定冠词“一(a)”或“一(an)”并不排除多个这样的元件或步骤的存在。
在权利要求书中，括号中的附图标记不应被理解为限制权利要求。

Claims (23)

1.一种控制泵送设备的方法，所述泵送设备与密封且热绝缘的罐(2)相关联，所述罐(2)容纳具有液相和气相的液化气(8)并且所述罐包括具有多层结构的壁，所述多层结构包括与所述液化气(8)接触的密封膜(7)以及设置在所述密封膜(7)和支撑结构(4)之间的热绝缘屏障(3、6)，所述热绝缘屏障(3、6)包括固体材料和气相，所述泵送设备包括真空泵(14、16)，所述真空泵连接至所述热绝缘屏障(3、6)以将所述气相置于负相对压力，所述方法包括以下步骤：
-测量所述热绝缘屏障(3、6)的气相的压力P1；
-通过等式Pc1＝f1(T)确定设定点压力Pc1，f1是单调递增函数，T是代表所述液化气(8)的液相的测量温度的变量或代表所述液化气(8)的液相易于达到且与用于冷却所述液化气(8)的设备的操作状态相对应的最低温度阈值的变量；
-控制所述真空泵(14、16)以使所述热绝缘屏障(3、6)的气相的压力P1受制于所述设定点压力Pc1。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过测量所述液化气(8)的液相的温度或者通过测量用于冷却所述液化气的所述设备的代表所述液化气的液相易于达到的所述最低温度阈值的操作参数来获得所述变量T。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过接收用于冷却所述液化气的所述设备的代表所述液化气(8)的液相易于达到的所述最低温度阈值的操作参数来获得所述变量T。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述函数f1是代表所述液化气(8)或所述液化气(8)的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数的仿射变换，所述液化气的所述成分在构成所述液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述函数f1的形式为f1(T)＝g(T)-ε1，g是代表所述液化气(8)或所述液化气(8)的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数，所述液化气的所述成分在构成所述液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度，并且ε1是正常量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述密封膜是第一级密封膜(7)并且所述热绝缘屏障是第一级热绝缘屏障(6)，所述多层结构还包括第二级热绝缘屏障(3)和第二级密封膜(5)，所述第二级热绝缘屏障抵靠所述支撑结构(4)并且包括固体材料和气相，所述第二级密封膜设置在所述第二级热绝缘屏障(3)和所述第一级热绝缘屏障(6)之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述泵送设备包括第二真空泵(14)，所述第二真空泵连接至所述第二级热绝缘屏障(3)以使所述第二级热绝缘屏障(3)的气相置于负相对压力，所述方法包括以下步骤：
-测量所述第二级热绝缘屏障(3)的气相的压力P2；以及
-控制所述第二真空泵(14)以使所述热绝缘屏障的气相的压力P2受制于设定点压力Pc2。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通过等式Pc2＝f2(T)确定所述第二设定点压力Pc2，f2是单调递增函数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述函数f2是代表所述液化气(8)或所述液化气(8)的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数的仿射变换，所述液化气的所述成分在构成所述液化气(8)的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述函数f2的形式为f2(T)＝g(T)-ε2，g是代表所述液化气(8)或所述液化气(8)的一成分的温度-压力图中的液-气平衡曲线的函数，所述液化气的所述成分在所述液化气的以大于5％的摩尔比存在的成分中具有最低蒸发温度，并且ε2是正常量。
11.根据权利要求7所述的方法，其中通过等式Pc2＝h(P1)来构建所述第二设定点压力Pc2，其中h是单调递增函数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述函数h的形式为h(P1)＝P1–e，ε’2是常量。
13.一种控制与用于储存液化气的装置相关联的用于冷却液化气的设备的方法，所述装置包括：
-用于容纳具有液相和气相的二相形式的液化气(8)的密封且热绝缘的罐(2)，所述罐(2)包括具有多层结构的壁，所述多层结构包括与所述液化气接触的密封膜(7)以及设置在所述密封膜(7)和支撑结构(4)之间的热绝缘屏障(3、6)，所述热绝缘屏障包括固体材料和气相；
-适于测量所述热绝缘屏障(3、6)中的气相的压力P1的压力传感器(28)；和
-泵送设备，所述泵送设备包括：真空泵(14，16)，所述真空泵连接至所述热绝缘屏障(3、6)并适于将所述热绝缘屏障(3、6)的气相置于负相对压力；以及控制模块(26)，所述控制模块适于控制所述真空泵(16)以使所述热绝缘屏障(3、6)的气相的压力P1受制于设定点压力Pc1；
-冷却设备，所述冷却设备适于在所述液化气储存于所述罐中所处的压力下使所述液化气的一部分的温度降低到所述液化气的液-气平衡温度以下，所述控制用于冷却液化气的设备的方法包括：
-通过等式Tmin＝f3(Pc1)确定所述液化气的最低温度阈值Tmin，f3是单调递增函数；以及
-根据所述最低温度阈值Tmin控制所述冷却设备，使得所述液化气的温度不会下降到所述最低温度阈值Tmin以下。
14.一种用于储存液化气的装置(1)，包括：
-用于容纳具有液相和气相的二相形式的液化气(8)的密封且热绝缘的罐(2)，所述罐(2)包括具有多层结构的壁，所述多层结构包括与所述液化气相接触的密封膜(7)以及设置在所述密封膜(7)和支撑结构(4)之间的热绝缘屏障(3、6)，所述热绝缘屏障包括固体材料和气相；
-压力传感器(28)，所述压力传感器适于测量所述热绝缘屏障(3、6)中的气相的压力P1；和
-泵送设备，所述泵送设备包括：真空泵(14、16)，所述真空泵连接至所述热绝缘屏障(3、6)并且适于将所述热绝缘屏障(3、6)的气相置于负相对压力；以及控制模块(26)，所述控制模块(26)适于：
·通过等式Pc1＝f1(T)确定设定点压力Pc1，f1是单调递增函数，并且T是代表所述液化气(8)的液相的实际温度的变量或代表所述液化气(8)的液相针对用于冷却所述液化气(8)的设备的特定操作易于达到的最低温度的变量；并且
·控制所述真空泵(16)以使所述热绝缘屏障(3、6)的气相的压力P1受制于所述设定点压力Pc1。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括温度传感器(27)，所述温度传感器适于测量所述液化气(8)的液相的温度T并将所述温度传送至所述控制模块(26)。
16.根据权利要求14或15所述的装置，还包括用于冷却所述液化气的设备，用于冷却所述液化气的所述设备适于在所述液化气储存于所述罐中所处的压力下使所述液化气的一部分的温度降低到所述液化气的液-气平衡温度以下。
17.根据权利要求16所述的装置，其中冷却设备适于符合所述液化气的液相的最低温度阈值，并且其中，所述控制模块(26)连接至所述冷却设备并且适于以所述最低温度阈值作为变量T来确定所述设定点压力Pc1。
18.根据权利要求16的装置，包括适于测量用于冷却所述液化气的所述设备的操作参数的传感器，所述操作参数代表所述液化气的液相易于达到的最低阈值。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其中所述密封膜是第一级密封膜(7)并且所述热绝缘屏障是第一级热绝缘屏障(6)，所述多层结构还包括第二级热绝缘屏障(3)和第二级密封膜(5)，所述第二级热绝缘屏障抵靠所述支撑结构(4)并且包括固体材料和气相，所述第二级密封膜设置在所述第二级热绝缘屏障(3)和所述第一级热绝缘屏障(6)之间。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的装置，还包括适于测量所述第二级热绝缘屏障中的压力P2的第二压力传感器(29)，并且其中泵送设备还包括第二真空泵(14)，所述第二真空泵连接至所述第二级热绝缘屏障(3)以将所述第二级热绝缘屏障(3)的气相置于负相对压力；所述控制模块(26)适于根据所述第二级热绝缘屏障(3)的气相的设定点压力Pc2和压力P2的测量值来控制所述第二真空泵(14)。
21.一种包括双层船体和根据权利要求14至20任一项所述的用于储存液化气的装置的船(70)，液化气储存装置的罐(2)设置在所述双层船体中。
22.一种装载和卸载根据权利要求21所述的船(70)的方法，其中通过绝缘管(73、79、76、81)将流体从浮动或陆地储存装置(77)供给至所述船的罐(71)或将流体从所述船的罐供给至浮动或陆地储存装置。
23.一种用于传输液体的系统，所述系统包括：根据权利要求21所述的船(70)；适于将安装在所述船的船体中的罐(71)连接至浮动或陆地储存装置(77)的绝缘管(73、79、76、81)；以及泵，所述泵用于驱动流体通过所述绝缘管从所述浮动或陆地储存装置到所述船的罐或从所述船的罐到所述浮动或陆地储存装置。
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