CN109219720B - 用于液化气体的存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液化气体的存储装置，包括：罐，所述罐具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，泵(10)，所述泵(10)在所述罐的底壁(8)附近设置于所述罐的内部空间(6)中并且用来被至少部分地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，以及温度传感器(20)，所述温度传感器(20)适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量所述泵的温度或者容纳于所述罐的内部空间中的流体的温度。在操作方法中，借助于所述温度传感器(20)所产生的测量信号确定所述泵(10)的温度。

Description

用于液化气体的存储装置
技术领域
本发明涉及液化气体的存储的领域，特别地涉及用于液化气体的存储装置的构造以及操作，所述用于液化气体的存储装置包括：罐，其具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间；以及泵，其在所述罐的底壁附近设置于所述罐的内部空间中并且用来被至少部分地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物。
在一个实施例中，所述液化气体为在大气压力下在大约-162℃的温度下储存的具有高甲烷含量的混合物。还可设想其它液化气体，特别地乙烷、丙烷、丁烷或者乙烯。还可在一定的压力下储存液化气体，例如在介于2巴与20巴(包括端点值)之间的相对压力下，以及特别地在接近于2巴的相对压力下，储存液化气体。可根据各种技术、尤其是以集成膜式罐或者自支撑式罐的形式生产所述罐。
背景技术
考虑到泵必须被设计成在非常低的温度下运行并且泵在其运行期间必须承受非常大的温度变化，尤其是根据所述罐有多满，用来被浸没于液化气体货物--例如液化天然气，其为具有高甲烷含量的混合物--中的泵必须满足严格的机械规格。特别地，设置于甲烷运输船的罐中的卸载泵通常呈旋转机器--比如离心泵--的形式，参见例如EP-A-1314927。
因此，除非采取关于泵的温度的变化的预防措施，以及尤其是监测该变化的渐进特征，否则这类泵在运行时具有被暴露至剧烈的热冲击的风险，这易于影响它的使用寿命。
发明内容
本发明所依据的思想是，借助于温度传感器监测所述泵的温度，所述温度传感器可提供与所述泵的真实温度有关的可靠的信息。本发明所依据的另一个思想是，控制对所述罐的使用，尤其是借助于与所述泵的真实温度有关的可靠的信息填充所述罐的操作或者起动所述泵的操作。
为了这个目的，本发明提供一种用于液化气体的存储装置，包括：
罐，其具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，
泵，其在所述罐的底壁附近设置于所述罐的内部空间中并且用来被至少部分地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，
排放管线，其将所述泵的出口连接至位于所述罐外部的液体收集器回路，以及
温度传感器，温度传感器适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量所述泵的温度或者容纳于所述罐的内部空间中的流体的温度。
由于这些特征，考虑所测量的所述泵的构件的温度或者其中沉浸有所述泵的流体环境的温度，特别地其中沉浸有所述泵的气体氛围的温度，可获得用于判断所述泵的真实状态的相关温度测量值。
根据有利的实施例，这类装置可具有以下特征中的一个或多个。
多个温度传感器的设置可适合于获得可靠的温度信息。第一种可能性是将温度传感器--也就是说至少该传感器的感应部件--设置成与所述泵的构件直接接触，特别地设置于所述泵的构件上或所述泵的构件中。根据实施例，温度传感器设置于在这样的组中所选择的元件上：该组包括：所述泵的外部壳体；所述排放管线的、相邻于所述泵的出口的部分；以及在所述排放管线与所述泵的出口之间提供连接的固定法兰。
根据实施例，所述温度传感器设置于所述泵中，优选地若所述泵采取离心泵或其它旋转机器的形式则所述温度传感器设置于所述泵的定子中。这类温度传感器可特别地被布置成测量用来在运行时排放流体的泵的内部通道中的温度。
根据一个实施例，所述温度传感器包括用于测量所述排放泵的马达的绕组的电流I以及电压U的装置。例如，这些测量装置可为电压计、张力计、万用表或者使得能够确定绕组的电流和/或电压的任何其它测量装置。
根据一个实施例，温度T涉及借助于以下等式对电流I以及电压U的测量值：
Figure BDA0001725278330000031
其中R20℃为绕组在20℃时的电阻，Bmat为系数，其为用于绕组的材料的函数。
根据一个实施例，所述装置包括计算单元，计算单元构造成借助于对所述排放泵的绕组的电流I以及电压U的测量值计算所述泵的温度。
根据一个实施例，支撑桅杆在所述罐的顶壁与所述罐的底壁之间在所述罐的内部空间中延伸并且支撑所述排放管线，并且所述温度传感器设置于所述支撑桅杆上以测量容纳于所述罐的内部空间中的流体的温度。根据一个实施例，所述温度传感器设置于所述支撑桅杆的、面向所述排放泵的表面上。
用于生产温度传感器的多种技术为可用的，特别地是根据在服务期间要达到的温度范围而生产温度传感器的技术为可用的。在适合于LNG的实施例中，温度传感器为热电偶温度计或者铂电阻温度计。
在一个实施例中，所述存储装置进一步包括信息系统，信息系统功能性地连接至所述温度传感器以从所述温度传感器获得温度测量信号，所述信息系统进一步包括人机界面，人机界面构造成将所述温度传感器所供应的温度测量值传达至为负责操作所述罐的人员。
本发明还提供一种使用用于液化气体的这类存储装置的方法，其中借助于所述温度传感器所产生的测量信号确定所述泵的温度，并且判断所述泵的温度是否满足批准标准。
在一个实施例中，响应于判定所述泵的温度并不满足所述批准标准而禁止将所述罐用液化气体填充的操作。在一个实施例中，响应于判定所述泵的温度并不满足所述批准标准而禁止起动所述泵的操作。一个这样的批准标准为例如，所述泵的温度已经降到触发阈值以下和/或已经保持于触发阈值以下达一定的时间。
在一个实施例中，响应于判定所述泵的温度已经降到触发阈值以下而触发将所述罐用液化气体填充的操作或者批准触发。填充所述罐的操作还可能受随泵的温度条件累积的其它条件影响，所述其它条件例如为与至终端的连接有关联的条件或者其它条件。
在一个实施例中，响应于判定所述泵的温度已经降到触发阈值以下而起动所述泵或者批准起动。起动所述泵的操作还可能受随泵的温度条件累积的其它条件影响。
可根据货物的特征选择所述触发阈值。在适合于大气压力下的LNG的实施例中，所述触发阈值小于或等于-130℃。还可使用触发阈值的其它值，例如-100℃或者-50℃。
可以以包括有船体的漂浮结构、尤其是液化气体运输船的形式生产所述存储装置，其中所述罐设置于所述漂浮结构的船体中。在漂浮结构的情况下，所述罐可用来运输液化气体或者用来接收充当用于对所述漂浮结构进行推动的燃料的液化气体。替代地，所述存储装置可以以陆地装置的形式生产或者放置于海床或陆地车辆上。在陆地车辆的情况下，所述罐可用来运输液化气体或者用来接收充当用于对所述陆地车辆进行推动的燃料的液化气体。
根据一个实施例，所述泵为具有大于100m3/h的公称流量的卸载泵，例如对于具有介于6000m3与60 000m3(包括端点值)之间的容量的罐而言，公称流量例如介于1000m3/h与3000m3/h(包括端点值)之间，并且所述排放管线为卸载管线。
所述方法还提供卸载漂浮结构的方法，其中借助于泵通过隔热管将流体从所述漂浮结构的罐馈送至漂浮的存储装置或者陆地存储装置。
本发明还提供一种流体传送系统，所述流体传送系统包括：漂浮结构；用于将安装于所述船体中的所述罐连接至漂浮的存储装置或者陆地存储装置的隔热管，并且其中所述泵能够驱动流体从所述罐经过所述隔热管至所述漂浮的存储装置或者陆地存储装置。
附图说明
参考附图，在对本发明的、仅仅通过非限制性示例给出的多个特定实施例进行以下描述的过程中，将更好地理解本发明，并且本发明的其它目的、细节、特征以及优点将更清楚且显而易见。
-图1为根据本发明的一个实施例的、以甲烷运输船罐的形式生产的装置的剖视示意图。
-图2为来自图1的区域II的更大比例的示意图。
-图3为甲烷运输船以及用于装载/卸载该船的终端的剖视示意图。
具体实施方式
在以下描述中，描述了一种泵，其在液化气体存储罐和/或运输罐的底壁附近容纳于所述罐中并且用来被至少部分地浸没于液化气体货物中。所述底壁表示相对于陆地重力场位于所述罐的底部中的壁、优选地为整体平坦的。泵与底壁之间的接近度取决于泵的总尺寸以及取决于罐的体积。该接近度的目的是，使泵能够泵送储存于所述罐中的大部分货物，不包括代表不到所述罐的体积的10％的可能的液体损耗以外。
而且，所述罐的整体几何结构可具有不同的类型。多面体几何结构为最常见的。圆柱形的、球形的或者其它几何结构也是可能的。而且，这类罐可安装于各种结构中，比如船的双层船体、陆地装置或者其它结构。
参考图1，用于LNG的运输和存储的不透流体且隔热的罐包括安装于具有多面体几何结构的支撑结构1中的罐壁。在膜技术的情况下，每一罐壁具有这样的结构，该结构具有沿厚度方向叠加的多个层，其具有第二隔热屏障2、由第二隔热屏障2承载的第二不透流体的膜3、由第二不透流体的膜3承载的第一隔热屏障4以及由第一隔热屏障4承载的第一不透流体的膜5。该第一不透流体的膜5用来与容纳于罐中的产品接触并且限定罐的内部空间6。其它的罐技术为同样可用的，例如自支撑式罐。
在甲烷运输船的情况下，多个泵通常设置于支撑桅杆7的底部处，所述支撑桅杆7支撑必须为处理所述货物而服务的各种管并且从底壁8至顶壁9在罐的全部高度上延伸，支撑桅杆7在被称为液体圆顶的区域的高度处穿过所述顶壁9。
在图1中，已经通过示例示出卸载泵10，卸载泵10在底壁8附近、例如在底壁8上方大约1m的距离处附接至支撑桅杆7。卸载泵10为离心泵，其能够通过位于卸载泵10的底部处的入口14抽吸液体流并且能够将该流排放至卸载管线11中，所述卸载管线11在固定法兰12的高度处连接至位于卸载泵10的顶部处的出口。卸载管线11在支撑桅杆的整个长度上上升至未示出的液体收集器回路。卸载泵10具有高的公称流量以确保对大型货物的快速处理，公称流量例如为500m3/h。
为了测量卸载泵10的温度，温度传感器20设置于卸载泵10中、卸载泵10上或者紧邻卸载泵10设置。温度传感器20例如通过电缆或者无线连接件22功能性地连接至信息系统21，以使罐负责操作罐的人员和/或控制所述罐的运行的自动装置能够使用温度测量值。
图2示出温度传感器20的多个可能的位置，即位于泵内部的传感器201，位于泵的壳体的外表面上的传感器202、位于固定法兰12上的传感器203以及在与泵相同的高度处--即在位于泵10的最高点(在这里指固定法兰12)与最低点(在这里指入口14)之间的高度处--位于支撑桅杆7上的传感器204。
由于它被沉浸于与泵10的壳体相同的周围流体中并且靠近于泵10的壳体，所以位于支撑桅杆7上的传感器204能够以相对可靠的方式提供反映泵10的真实状态的温度测量值。特别地，在周围流体为具有分层的温度场的蒸汽相的情况下，大致处于与泵10相同的高度处的传感器204的位置确保获得可靠的测量值。
如通过数字23所表示的，信息系统21还可根据已知的技术与其它传感器具有连接，其它传感器特别地是例如在罐的壁中位于如通过数字24示意性地代表的不同的高度处的测量温度的温度传感器罐。
在船的情况下，信息系统21为船上的罐管理系统的部分。信息系统21包括位于罐的操作室中的或者位于船的监察室中的未示出的人机界面，例如屏幕、调节盘、打印机、等等，以通知监察罐的操作员所述罐1的状态。信息系统21使温度数据格式化并且将它传输至人机界面。
所述温度传感器布置可与罐的其它泵一同使用，所述其它泵例如是干燥泵或者用于将液体喷射于罐中的循环泵。
由于传感器20所提供的可靠的温度测量值，因而可以做出关于对罐的控制的决定，每次确保泵10的温度与所设想的操作相适应。例如，所述决定涉及从大致空的状态触发对罐的填充并且假设先前已经核实过所述泵已经经历足够的预冷却以防止有损害性的热冲击。由于温度传感器20，操作员可在触发该填充之前辨别泵10实际上已经达到预期的温度阈值，例如-130℃。
相比之下，在不存在温度传感器20的情况下，将必须根据其它可用的测量值--例如壁的温度测量值--估算泵10的温度。然而，这样的假设在某些情况下可能是默认的：根据该假设，泵10必须处于与周围的罐的壁相同的温度下。
以上所描述的罐可被用于不同类型的装置比如陆地装置中或者被用于漂浮结构比如甲烷运输船或者其它装置中。
参考图3，甲烷运输船70的剖视图示出安装于船的双层船体72中的具有棱柱形整体形状的不透流体且隔热的罐71。罐71的壁包括：用来与容纳于罐中的LNG接触的第一不透流体的屏障；布置于所述第一不透流体的屏障与船的双层船体之间的第二不透流体的屏障；以及分别地布置于第一不透流体的屏障与第二不透流体的屏障之间以及第二不透流体的屏障与双层船体72之间的两个隔热屏障。
以本身已知的方式，设置于船的上甲板上的装载/卸载管可通过适当的连接件连接至近海终端或者海港终端以从罐71传送LNG货物或者将LNG货物传送至罐71。
图3示出包括装载和/或卸载站75、水下管76以及陆地装置77的海事终端示例。装载和/或卸载站75为固定的近海装置，包括移动臂74以及支撑移动臂74的塔78。移动臂74承载一束柔性隔热软管79，柔性隔热软管79可连接至装载/卸载管73。可定向的移动臂74适于所有甲烷运输船装载标准。未示出的连接管在塔78内部延伸。装载和/或卸载站75使得能够实现对甲烷运输船70的、从陆地装置77所进行的装载或者至陆地装置77所进行的卸载。陆地装置77包括液化气体存储罐80以及通过水下管76连接至装载/卸载站75的连接管81。水下管76使得能够以很大的距离例如5km在装载/卸载站75与陆地装置77之间传送液化气体，这容许甲烷运输船70在装载操作以及卸载操作期间保持于距海岸很大的距离处。
为了生成传送液化气体所需的压力，在船70上使用泵，尤其是以上所提到的卸载泵10和/或陆地装置77装配的泵和/或装载/卸载站75装配的泵。
在另一个实施例中，温度传感器为泵的马达的绕组并且温度通过测量泵的马达的绕组的电阻率的变化而获得。绕组具有与泵自身的数量级相同的尺寸，这使得能够通过测量绕组的电阻率而通过计算获得对泵的温度的测量值，以便获得对泵的冷却的综合评定。本实施例中的原则是避免将传感器容置于泵中或者避免传感器位于泵附近以及因此防止在罐内部拉动传感器的电缆。为了这个目的，仅仅使用为了泵的使用已经存在的仪器以及布线。已经存在于泵上的仪器使得能够测量泵的马达的绕组的电压U以及电流I。这样可以根据简单的比率U/I获得泵的马达的绕组的电阻R绕阻。因此可以在获得电阻R绕阻之后使用以下公式计算绕组的、作为时间的函数的温度T：
R绕组＝R20℃*(1+Cmat*(T-293.15))
其中R20℃为绕组在20℃时的电阻，Cmat为系数，其为用于绕组的材料的函数。
相应地，因此可以将绕组的温度的平均值与绕组的电阻关联以及因此获得卸载泵10的温度的平均值。因此可确定对电阻阈值--在所述电阻阈值下，冷却被认为是充分的--的选择。
虽然已经参考多个特定实施例对本发明进行了描述，但是显而易见的是，本发明绝不限于这些特定实施例并且在本发明的范围内本发明涵盖所描述的手段的所有技术等同形式以及其组合。
对动词“包含”或者“包括”和/或它的同源词形式的使用并不排除除了权利要求中所阐述的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。
在权利要求中，括号之间的任何参考符号都不应当被理解为是对权利要求的限制。

Claims (12)

1.一种用于液化气体的存储装置，包括：
罐，所述罐具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，
泵（10），所述泵（10）在所述罐的底壁（8）附近设置于所述罐的所述内部空间（6）中并且用来被部分地浸没于或完全地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，
排放管线（11），所述排放管线（11）将所述泵的出口连接至位于所述罐外部的液体收集器回路，以及
温度传感器，所述温度传感器适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量所述泵的温度，
其中所述温度传感器设置于在下述组中所选择的元件上：该组包括所述泵（10）的外部壳体以及构成所述排放管线（11）与所述泵的所述出口之间的连接件的固定法兰（12），
其中所述存储装置构造成借助于所述温度传感器所产生的测量信号确定由所述温度传感器所测量的温度是否满足批准标准，
其中所述批准标准为所述温度传感器所测量的温度已经降到触发阈值以下和/或已经保持于触发阈值以下达一定的时间；并且
其中所述存储装置构造成响应于判定所述泵（10）的温度并不满足所述批准标准而禁止操作，其中所述操作选自由用液化气体将所述罐填充的操作和起动所述泵的操作组成的组。
2.一种用于液化气体的存储装置，包括：
罐，所述罐具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，
泵（10），所述泵（10）在所述罐的底壁（8）附近设置于所述罐的所述内部空间（6）中并且用来被部分地浸没于或完全地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，
排放管线（11），所述排放管线（11）将所述泵的出口连接至位于所述罐外部的液体收集器回路，以及
温度传感器，所述温度传感器适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量容纳于所述罐的所述内部空间中的流体的温度，
其中所述存储装置包括支撑桅杆（7），所述支撑桅杆（7）在所述罐的顶壁（9）与所述罐的底壁（8）之间在所述罐的所述内部空间中延伸并且支撑所述排放管线（11），所述泵（10）设置于所述支撑桅杆（7）的底部处，其中所述温度传感器设置于所述支撑桅杆（7）上以测量容纳于所述罐的所述内部空间中的所述泵（10）的壳体周围的流体的温度，所述温度传感器能够提供反映所述泵（10）的温度的温度测量值，
其中所述存储装置构造成借助于所述温度传感器所产生的测量信号确定由所述温度传感器所测量的温度是否满足批准标准，
其中所述批准标准为所述温度传感器所测量的温度已经降到触发阈值以下和/或已经保持于触发阈值以下达一定的时间；并且
其中所述存储装置构造成响应于判定所述泵（10）的温度并不满足所述批准标准而禁止操作，其中所述操作选自由用液化气体将所述罐填充的操作和起动所述泵的操作组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的存储装置，所述存储装置以包括有船体（72）的漂浮结构（70）的形式生产，并且其中所述罐设置于所述漂浮结构（70）的所述船体（72）中。
4. 根据权利要求1或2所述的存储装置，其中所述泵（10）为具有大于100 m3/h的公称流量的卸载泵，所述排放管线为卸载管线。
5.根据权利要求1或2所述的存储装置，其中所述温度传感器为热电偶温度计或者铂电阻温度计。
6.根据权利要求1或2所述的存储装置，其中所述泵（10）是卸载泵，并且所述温度传感器包括用于测量所述卸载泵的马达的绕组的电流I以及电压U的装置。
7.根据权利要求1或2所述的存储装置，进一步包括信息系统（21），所述信息系统（21）功能性地连接至所述温度传感器以从所述温度传感器获得温度测量信号，所述信息系统进一步包括人机界面，所述人机界面构造成将所述温度传感器所提供的温度测量值传输至负责所述罐的操作的人员。
8.根据权利要求1或2所述的存储装置，其中所述液化气体为在-162℃的温度下在大气压力下储存的具有高甲烷含量的混合物。
9.一种操作用于液化气体的存储装置的方法，所述存储装置包括：
罐，所述罐具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，
泵（10），所述泵（10）在所述罐的底壁（8）附近设置于所述罐的所述内部空间（6）中并且用来被部分地浸没于或完全地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，
排放管线（11），所述排放管线（11）将所述泵的出口连接至位于所述罐外部的液体收集器回路，以及
温度传感器，所述温度传感器适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量所述泵的温度，
其中所述温度传感器设置于在下述组中所选择的元件上：该组包括所述泵（10）的外部壳体以及构成所述排放管线（11）与所述泵的所述出口之间的连接件的固定法兰（12），
其中借助于所述温度传感器所产生的测量信号确定所述泵（10）的温度状态，并且判断所述泵的温度是否满足批准标准，
其中所述批准标准包括以下事实：所述泵的温度状态已经降到触发阈值以下和/或已经保持于触发阈值以下达一定的时间，
其中响应于判定所述泵（10）的温度并不满足所述批准标准而禁止操作，其中所述操作选自由用液化气体将所述罐填充的操作和起动所述泵的操作组成的组。
10.一种操作用于液化气体的存储装置的方法，所述存储装置包括：
罐，所述罐具有由不透流体且隔热的壁所限定的内部空间，
泵（10），所述泵（10）在所述罐的底壁（8）附近设置于所述罐的所述内部空间（6）中并且用来被部分地浸没于或完全地浸没于液化气体货物中以泵送所述液化气体货物，
排放管线（11），所述排放管线（11）将所述泵的出口连接至位于所述罐外部的液体收集器回路，以及
温度传感器，所述温度传感器适于在位于所述泵的最低点与所述泵的最高点之间的高度处测量容纳于所述罐的所述内部空间中的流体的温度，
其中所述存储装置包括支撑桅杆（7），所述支撑桅杆（7）在所述罐的顶壁（9）与所述罐的底壁（8）之间在所述罐的所述内部空间中延伸并且支撑所述排放管线（11），所述泵（10）设置于所述支撑桅杆（7）的底部处，其中所述温度传感器设置于所述支撑桅杆（7）上以测量容纳于所述罐的所述内部空间中的所述泵（10）的壳体周围的流体的温度，所述温度传感器能够提供反映所述泵（10）的温度的温度测量值，
其中借助于所述温度传感器所产生的测量信号确定所述泵（10）的温度状态，并且判断所述泵的温度是否满足批准标准，
其中所述批准标准包括以下事实：所述泵的温度状态已经降到触发阈值以下和/或已经保持于触发阈值以下达一定的时间，
其中响应于判定所述泵（10）的温度并不满足所述批准标准而禁止操作，其中所述操作选自由用液化气体将所述罐填充的操作和起动所述泵的操作组成的组。
11.一种卸载根据权利要求3所述的漂浮结构（70）的方法，其中借助于所述泵（10）通过隔热管（73，79，76，81）将流体从所述漂浮结构（70）的所述罐馈送至漂浮的存储装置或者陆地存储装置（77）。
12.一种用于流体的传送系统，所述传送系统包括：根据权利要求3所述的漂浮结构（70）被布置成使得将安装于所述船体（72）中的所述罐连接至漂浮的存储装置或者陆地存储装置（77）的隔热管（73，79，76，81），并且其中所述泵（10）能够驱动流体从所述罐经过所述隔热管至所述漂浮的存储装置或者陆地存储装置。
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