CN109563967A - 气体储存及处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体处理方法，包括：‑提供密封且隔热的罐(2)；‑提供热交换器(12)，用于将冷量从收集在罐(2)中的汽相气体流传递至待冷却流体；和‑在罐(2)的装载操作和将气体通过第一管(8)输送到连接至储气终端的歧管(11)的过程中，经由穿过形成在罐(2)的壁中的孔口并伸入罐的内部空间中的入口管(6)从罐(2)中抽取汽相气体；并且‑在罐的使用操作和将气体通过隔热并且气体通道横截面比第一管(8)小的第二管(9)输送到热交换器(12)的过程中，经由入口管(6)从罐(2)中抽取汽相气体。

Description

气体储存及处理设备
技术领域
本发明涉及用于储存和处理诸如液化天然气(LNG)的气体的设备的领域。
本发明更具体地涉及一种设备，该设备包括用于储存处于液汽平衡态的气体的罐和用于从待冷却的气体流向从罐中提取的另一汽相气体流传递热量的热交换器。
背景技术
在现有技术中，特别是在US 2015/0316208中已知一种设备，其包括用于储存液化天然气的罐和用于从待冷却流向汽相气体流传递热量的热交换器。更具体地，该设备包括收集回路，该收集回路收集罐中气态顶部空间中的汽相气体，然后将其输送到热交换器以在其中加热。在离开交换器时，加热的气体流被压缩至与气体消耗构件的操作条件相容的高压。此后，将第一部分压缩气体输送到一个或多个气体消耗构件用于在其中燃烧，并将第二部分压缩气体输送到热交换器以便将热量传递给收集在罐的气态顶部空间中的汽相气体流。这样冷却的第二部分气体然后在膨胀装置中借助于焦耳汤姆逊效应减压，气体流的温度在其膨胀期间进一步降低，从而使气体至少部分地液化。在离开膨胀装置时，相分离器允许先使液相和汽相分离，然后将液相气体输送到罐中并将气相气体送回到热交换器上游的汽相气体收集回路中。这种设备特别有利的是，气体流的压缩用于使一部分气体流与气体消耗构件的工作压力相容并且允许随后再液化另一部分气体流。因此，该设备得以简化并且附加的再液化功能成本不高。
此外，相同的汽相气体收集回路还用于在罐的装载和卸载期间传输汽相气体。具体地，在装载操作期间，当液化天然气从供应终端转移到罐时，气相天然气同时从罐转移到该终端，从而基本上保持罐的气态顶部空间中的压力不变。反过来，在卸载操作期间，液化天然气从罐转移到终端，气相天然气同时从该终端转移到罐中，以避免罐中的压力降低。因此，汽相气体收集回路的尺寸根据在罐的装载和卸载期间涉及的大致吞吐量来确定。
现在，汽相气体收集回路的这种尺寸设计需要当汽相气体在汽相气体收集回路中的流通吞吐量明显低于在罐的装载或卸载操作期间产生的吞吐量时，例如，当罐在除了装载或卸载操作之外的操作期间期望将汽相气体从罐输送到热交换器时，汽相气体收集回路中的流速很低。因此，考虑到这些低流速并且尽管汽相气体收集回路具有隔热性，汽相气体在罐的气态顶部空间和热交换器的入口之间显著加热，例如温度升高约25至30℃。这种升温的结果是在热交换器中可交换的热量减少。因此，在罐中收集的气体流与待液化的第二部分压缩气体之间的热交换使得仅对有限比例的第二部分压缩气体进行再液化。
发明内容
构成本发明基础的想法是提出一种气体储存及处理装置，其包括储气罐和热交换器，所述热交换器用于使从罐中提取的汽相气体流向待冷却的另一气体流传递冷量，并且能够增加热交换器中的热交换，还提出使用这种设备的气体处理方法。
根据一个实施例，本发明提供一种气体处理方法，包括：
-提供密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-提供热交换器，其用于将冷量从收集在罐中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器包括各自都具有入口和出口的第一通道和第二通道，以及用于从第二通道向第一通道传递热量的热交换壁；和
-在罐装载操作和将气体通过第一管输送到连接至储气终端的歧管的过程中，经由穿过形成在罐的壁中的孔口并伸入罐的内部空间中的入口管从罐中抽出汽相气体；和
-在罐的使用操作和将气体通过隔热并且气体通道横截面比第一管小的第二管输送到热交换器的过程中，经由入口管从罐中抽取汽相气体。
罐的使用操作可包括利用罐的内容物的同时汽相气体流速比罐的装载或卸载时的流速更低的任何操作，例如用于船舶推进或产生能量的罐操作。
因此，通过提供两个不同的管，可以根据其在特定使用情况下遇到的气体吞吐量来确定管的横截面尺寸，从而限制气体的升温。
因此，尽管现有技术中的气体收集回路的单个管道的尺寸是根据遇到的最大吞吐量设计的，但是第二管的直径的尺寸根据较低的吞吐量设计，因此横截面小于现有技术的单管横截面，使得对于相同的吞吐量，第二管中的气体流速远高于现有技术的管道中的气体流速。因此，对于相同的吞吐量，汽相气体在第二管中存在的时间少于在现有技术的管道中存在的时间，这使得可以限制汽相气体的升温，并且当这种气体是用于吸收热量的气体时是特别有利的。
根据一个实施方案，所述气体处理方法还包括：
-提供压缩机，其上游连接到热交换器的第一通道的出口以便压缩热交换器中的加热气体流，并且其下游连接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件并将第二部分气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分气体流；和
-提供膨胀装置，其上游连接到热交换器的第二通道的出口，以及下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成使来自热交换器的第二通道的第二部分气体流减压以使其液化；
-在罐的使用操作期间确定气体消耗构件的设定流速；
-将设定流速与预定的阈值进行比较；
-当设定流速大于或等于预定的阈值时，经由入口管从罐中提取汽相气体并将其通过第一管输送到热交换器；以及
-当设定流速低于预定的阈值时，经由入口管从罐中提取汽相气体并将其通过第二管输送到热交换器。
根据一个实施例，本发明提供一种气体储存及处理设备，包括：
-密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-热交换器，其用于将冷量从收集在罐中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器包括各自都具有入口和出口的第一通道和第二通道，以及用于从第二通道向第一通道传递热量的热交换壁；和
-汽相气体收集回路，包括：
·入口管，其设置成收集罐中的汽相气体，所述入口管穿过形成在罐的壁上的孔口并伸入罐的内部空间中；
·第一管，其设置成用于在罐的装载期间将汽相气体从进气管输送到通向储气终端的歧管；
·第二管，其设置成将汽相气体从入口管输送到交换器的第一通道的入口；第二管是隔热的，并且其气体通道横截面小于第一管的气体通道横截面。
根据实施例，这种设备可包括一个或多个以下特征。
根据一个实施例，入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管，所示三通连接器能够将通过入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或第二管。
根据一个实施例，三通连接器是三通阀。根据另一实施例，三通连接器是包括三个臂的Y字形联接件；其中两个臂分别通向各自配备有阀的第一和第二管。
根据一个实施例，三通连接器布置成与形成在罐壁中的孔口相距小于20米、有利地小于10米并且优选地小于5米。
有利地，第一管是隔热的。
根据一个实施例，该设备还包括压缩机，其连接到第一管并且布置成通过第一管抽吸汽相气体并将其输送到歧管。
根据一个实施例，该设备包括货舱。有利地，热交换器容纳在货舱中。有利地，压缩机容纳在货舱中。
根据一个实施例，第一管和第二管在入口管和货舱之间平行延伸。
根据一个实施例，第一管和第二管经由四通连接器各自都连接到压缩机和热交换器，所述四通连接器能够将在第一管或第二管中循环的汽相气体根据选择输送到压缩机或热交换器。
根据一个实施例，该设备包括多个密封且隔热的罐，每个罐包括用于填充液汽两相平衡态气体的内部空间；对于每个所述罐，汽相气体收集回路包括入口管，该入口管穿过形成在所述罐的壁中的孔口并伸入所述罐的内部空间中。
根据第一变型实施例，每个入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管，所述三通连接器能够将通过入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或第二管。
根据一个实施例，第二管具有变化直径的气体通道横截面；所述第二管的气体通道横截面的直径朝着热交换器的第一通道的方向增大，并且在第二管与入口管之一的各连接处逐级增大。
根据一个实施例，第一管包括具有不同直径的气体通道横截面；所述第一管的气体通道横截面的直径朝着歧管的方向增大，并且在第一管与入口管之一的各连接处逐级增大。
根据第二实施例，该设备还包括多个第二管，每个第二管能够将汽相气体从入口管之一输送到热交换器的第一通道的入口；第二管各自的气体通道横截面小于第一管的气体通道横截面；每个入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管中的一个，三通连接器能够将通过所述入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或第二管中的一个。
根据一个实施例，第一管的气体通道横截面的直径在300至600mm之间。
根据一个实施例，第二管的气体通道横截面的直径在50至200mm之间。
根据一个实施例，第一管和/或第二管由包括同心且彼此通过中间隔离空间隔开的内壁和外壁的夹套管形成。
根据一个实施例，夹套管的内壁和外壁由不锈钢制成。
根据一个实施例，第二管的中间隔离空间处于真空下。这种隔热使得可以实现优异的隔热性能，因此特别适用于第二管，其隔热性能对于位于下游的热交换器中的热交换量特别关键。
根据一个实施例，第一管的中间隔离空间衬有隔离/隔热材料。衬在第二管的中间空间的隔热材料例如是聚合物泡沫或玻璃棉。
根据一个实施例，该设备还包括：
-压缩机，其上游连接到热交换器的第一通道的出口以便压缩热交换器中的加热气体流，并且其下游连接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件并将第二部分气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分气体流；和
-膨胀装置，其上游连接到热交换器的第二通道的出口，以及下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成使来自热交换器的第二通道的第二部分气体流减压以使其液化。
根据一个实施例，该设备包括相分离器，相分离器在上游连接到膨胀装置，在下游一方面连接到通向罐的返回回路，另一方面连接到热交换器的第一通道的入口的返回管；相分离器设置成将液相可燃气体流输送到返回回路并将气相可燃气体流输送到返回管。
根据有利的变型，压缩机是多级压缩机。有利地，压缩机包括多个压缩级和多个中间热交换器，每个中间热交换器设置在一个压缩级的出口处。
根据一个实施例，膨胀装置是膨胀阀，也称为焦耳汤姆逊阀。
根据一个实施例，气体是可燃气体。
根据一个实施例，气体是LNG或LPG类型的气体混合物。
根据一个实施例，本发明提供了一种包括上述设备的船舶。
根据一个实施例，本发明还提供了一种用于装载或卸载这种船舶的方法，其中通过隔热管线将气体从浮动或陆基储气终端输送至船舶的气体储存及处理设备的罐或者从船舶的气体储存及处理设备的罐输送至浮动或陆基储气终端。
根据一个实施例，本发明还提供了一种用于输送气体的系统，该系统包括：上述类型的船舶；隔热管线，其布置成将安装在船体中的设备的罐连接到浮动或陆基储气终端；和泵，该泵用于使液相气体流通过低温传输管从浮动或陆基储气终端输送到船舶的罐或者从船舶的罐输送到浮动或陆基储气终端；传输系统还包括汽相气体传输管，该汽相气体传输管布置成将歧管连接到储气终端，以允许汽相气体在气体储存及处理设备与储气终端之间传输。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的几个特定实施例——其仅用于说明而非限制——的描述，本发明将被更好地理解，并且其进一步的目的、细节、特征和优点将更明显。
-图1是根据一个实施例的气体储存及处理设备的示意图。
-图2是设备的局部透视图，示出了在罐的汽相气体收集器和货舱之间平行/并行延伸的第一管和第二管。
-图3是设备的另一局部透视图，示出了在罐的汽相气体收集器和货舱之间平行延伸的第一管和第二管。
-图4包括设备的局部透视图，其中第一管和第二管分别将各一个罐的入口管连接到货舱，还包括根据一个实施例的第一管和第二管的结构的详细视图。
-图5是设备的局部透视图，其中第一管和第二管分别将多个入口管连接到货舱，并且每个管在其连接到附加的入口管时横截面直径增大。
-图6是设备的局部透视图，其中第一管将多个入口管连接到货舱，并且其中每个入口管也经由相应的第二管连接到货舱。
-图7是船和用于装载/卸载可燃气体的传输系统的示意图。
-图8是当从罐中抽出的汽相气体通过第一管输送(曲线a)和通过第二管输送(曲线b)时能量增加估计值(单位为kJ/Kg)根据流速(单位为Kg/h)变化的曲线图。
具体实施方式
在说明书和权利要求书中，术语“气体”具有一般性质，并且不特指由单一纯物质构成的气体或由多种组分构成的气体混合物。
图1示出了气体储存及处理设备1。这种设备1可以安装在陆地上或浮式结构上。在浮式结构的情况下，该设备可用于液化驳船或再气化驳船或用于液化天然气货船，例如甲烷罐船。
设备1包括一个或多个密封且隔热的罐2。每个罐2包括用于填充气体的内部空间。该气体是可燃气体，尤其可以是液化天然气(LNG)，即主要包含甲烷以及一种或多种其他烃，例如乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷以及少量氮气的气体混合物。可燃气体也可以是乙烷或液化石油气(LPG)，即源自炼油厂的烃的混合物，其基本上包含丙烷、丁烷和少量氮气。
气体以液汽两相平衡态储存在各个罐2的内部空间中。因此，气体以汽相存在于各个罐2的上部3中，并且以液相存在于各个罐2的下部4中。例如，在大气压下储存时，液化天然气的对应于其液汽两相平衡态的平衡温度为大约-162℃。
设备1包括汽相气体收集回路5。对于每个罐2，该回路包括入口管6，该入口管6穿过形成在罐2的上壁中的孔口并因此伸入罐的气态顶部空间中，即高于用液化气体填充罐2的最大高度。因此，入口管6可以提取储存在储罐2中的气相气体。例如，在FR 2 984 454中描述了这种入口管6。
每个入口管6经由三通连接器7连接到第一管8和第二管9。三通连接器7是可以根据选择将入口管6连接到第一管8或连接到第二管9的连接器。在所示的实施例中，三通连接器7是三通阀。在未示出的另一实施例中，三通连接器7包括Y字形联接件，其两个臂部分别通向各配备有调节阀的第一管8和第二管9。
第二管9连接到热交换器12。热交换器12包括各自具有入口13a和出口13b的第一通道13、具有入口14a和出口14b的第二通道14以及用于将热量从第二通道14传递到第一通道13的热交换壁。为了优化热交换，热交换器12是一种逆流交换器。第一通道13的入口13a连接到第二管9以加热来自罐2中收集的自然汽化的气体流。第一通道13的出口13b连接到压缩机15，用于将气体流压缩到与气体消耗构件23、24、25的运行相容的压力。
在所示的实施例中，压缩机15是多级压缩机。换句话说，压缩机15包括多个压缩级15a、15b、15c、15d、15e和放置在每个压缩级15a、15b、15c、15d、15e的出口处的中间热交换器16a、16b、16c、16d、16e。中间热交换器16a、16b、16c、16d、16e用于冷却各压缩级15a、15b、15c、15d、15e之间的压缩气体。例如，中间热交换器16a、16b、16c、16d、16e可以特别地提供与海水的交换，从而使得可以使压缩气体流的温度基本上等于海水的温度。
在压缩机15的下游，设备1包括三通连接器17，用于将第一部分气体流输送到气体消耗构件25，以及将第二部分气体流输送到热交换器12的第二通道14的入口14a。该三通连接器17由控制单元驱动，控制单元34设置成根据气体消耗构件25的气体需求改变分别向气体消耗构件25和热交换器12的第二通道14的入口14a流通的气体的比例。
此外，如果气体消耗构件23、24、25具有如所示实施例中的不同的进给压力，那么设备1包括中间三通连接器18，其位于两个压缩级15b、15c之间，因此可以在压缩机15的出口之前将一部分气体流转移到气体消耗构件23、24。这样的布置使得可以在气体通过足够数量的压缩级15a、15b、15c、15d、15e达到对应于所述消耗构件23、24的进给压力时将该气体转移到气体消耗构件23、24。
在所示的实施例中，设备1包括三种不同类型的气体消耗构件，即燃烧器23、发电机24和例如用于推进船舶的诸如ME-GI型的马达25。
压缩机15的尺寸根据待供给气体的气体消耗构件23、24、25设计，尤其是根据气体消耗构件的最大流速和可燃气体必须分配到其上的压力水平设计。因此，当其中一个气体消耗构件25是ME-GI型马达时，压缩机15的尺寸设计成使得离开压缩机17的气体流通常具有250至300巴的绝对压力。
另外，根据优选实施例，压缩机27的运转率是恒定的并且基本上对应于气体消耗构件的最大流速。因此，控制单元作用在三通连接器17、18上，以便根据需要调整输送到气体消耗构件的气体流的流速。
在将热量传递给源自汽相气体收集回路5的汽相气体过程中，第二部分气体流在热交换器12的第二通道14中冷却。
热交换器12的第二通道14的出口14b经由膨胀装置20连接到相分离器19，气体流将通过膨胀装置20减压至压力基本上等于罐2中存在的压力，例如接近大气压。因此，气体流经历膨胀，其通过焦耳汤姆逊效应至少部分地发生降温和液化。膨胀装置20例如是膨胀阀。
相分离器19(有时称为雾分离器)允许液相与气相分离。在下游，相分离器19一方面连接到通向罐2的返回回路21，另一方面连接到通向第一通道13的入口13a的返回管22。因此，相分离器19将液相的气体输送到罐2，而汽相返回到热交换器12的第一通道13的入口13a。
此外，第一管8用于在将气体货物输送进出罐2的过程中将汽相气体输送到海运或港口终端。事实上，在输送液化气体进出罐2时，有必要使气相沿进出罐2的反方向传输，以便保持罐2中的压力基本恒定。为了允许这种传输，第一管8布置成将汽相气体输送到经由隔热管线连接到终端的歧管11。
根据一个实施例，设备1还包括压缩机10，用于通过第一管8抽吸气体流并将其返回到歧管11。根据另一实施例，设备1可以没有这样的压缩机，借助于终端的压缩机执行罐2与终端之间的气体传输。根据又一实施例，多级压缩机15的压缩级15a、15b、15c、15d、15e的一部分可用于通过第一管8吸入气体流并将其输送到歧管11。这意味着第一管8连接在压缩级15的上游并且三通连接器布置在所连接的(一个或多个)压缩级的下游，从而将压缩气体流分配到用于经由隔热管线连接到装载/卸载终端的歧管11。
关于图3和4，更具体地观察根据一个实施例的汽相气体收集回路5的结构。第一管8和第二管9在三通连接器7和货舱26之间彼此平行/并行地延伸。具体地，有利地，大部分气体处理设备，例如压缩机10和15、热交换器13、膨胀装置20和相分离器19在货舱26中重新组合。
第一管8和第二管9具有不同的气体通道横截面，第二管9的气体通道横截面小于第一管8的气体通道横截面。第一管8和第二管9的气体通道横截面的尺寸分别根据在各自的使用情况下通过它们的气体流速来确定，以便限制气体的升温。
在管道中流通的气体的升温取决于两种相互矛盾的现象。一方面，在管道中流通的气体的升温取决于在管道的外部和内部之间发生的热传递。这些传热的强度显然取决于管道的隔热性能，但也取决于气体在管道中的停留时间，并因此取决于流速和管道的横截面。具体地说，对于相等的流速，气体在较大横截面的管道中花费较长时间并因此加热更多。另一方面，在管道中流通的气体的加热还取决于粘性耗散的现象，对于相同的流速，当管道的横截面减小时，粘性耗散的现象导致流体的加热增加。因此，气体通道横截面存在最佳尺寸，对于给定流速，该最佳尺寸使气体加热有限。
第一管8的横截面的尺寸取决于罐2和装载/卸载终端之间的汽相气体传输速度，其易于在罐的装载或卸载期间使用。例如，为了装载或卸载甲烷罐船的罐，易于通过第一管8产生的汽相气体传输速度为12000-14000m3/h的级别。因此，对于这种流速，第一管8的横截面的直径通常为300至600mm。
第二管9的横截面就其本身而言根据平均流速设计尺寸，该平均流速易于用于供应设备1的气体消耗构件23、24、25。例如，对于用于推进船舶的ME-GI型马达的气体供给，易于通过第二管9产生的平均汽相气体传输流速约为4700m3/h。因此，对于这样的流速，第二管9的横截面的直径通常为50至200mm。
图8的曲线a和b分别表示在第一管8和第二管9中流通的气体的升温随流速的变化。图8示出了在流速低于8000Kg/h时第二管9中的气体升温低于第一管8中的升温，而流速大于8000Kg/h时第一管8中的气体升温低于第二管9中的升温。因此，作为示例，在大约4000kg/h的流速下，在第二管9中流通的气体的升温略低于3℃，而在第二管9中流通的气体的升温大约是15℃。在2000kg/h的较低流速下，这例如对应于高流速气体通过返回管22流通，在第二管9中流通的气体的升温略低于6℃，而第二管9中流通的气体的升温大约是30℃。
有利地，三通连接器7靠近罐2的孔口放置，入口管7穿过该孔口。换句话说，三通连接器7布置成与罐壁的孔口相距小于20米、有利地小于10米、优选小于5米。因此，实际上，一旦汽相气体从罐2中抽出，气体通过的管8、9就具有根据气体流速优化的横截面。这也有助于使气体的升温最小化。
此外，在图3所示的实施例中，观察到第一管8和第二管9分别经由四通连接器27连接到压缩机10和热交换器12。四通连接器27能够根据选择输送在第一管8或第二管9中流通的汽相气体；根据选择输送到压缩机10或者返回到通向储气终端的歧管；或者输送到热交换器11，以便部分地输送到气体消耗构件并且部分地返回到热交换器11的第二通道。在所示的实施例中，四通连接器27由连接到Y字形联接件的三通阀28构成，Y字形联接件的分别通向热交换器12和压缩级10的两个臂部配备有阀29、30。
因此，在某些特定的使用情况下，也可以将汽相气体从第一管8输送到热交换器12。
这种气体流通尤其可用于以下特定使用情况：
-在装载罐2后24至48小时内。具体地，在这种情况下，罐2中的自然汽化程度可达到在平衡态自然汽化程度的180％的级别。在这种情况下，收集在罐2中的汽相气体可以以相对较高的流速通过第一管8输送到热交换器12，以便对大量气体进行再液化。
-在其他所有条件下，其中，罐2中的自然汽化程度显著高于平衡态下的自然汽化程度，即，在罐部分填充时，处于风暴环境、长时间停泊于平静海面之后进入波涛汹涌的大海。
-在某些损坏条件下，特别是在火灾条件下，例如以高流速将汽相气体输送到气体消耗构件23、24、25，以尽可能快地排空罐2。
此外，根据一个实施例，根据气体消耗构件23、24、25的需要，从罐2抽出的汽相气体通过第一管8或第二管9输送到热交换器12。为此，将气体消耗构件23、24、25的设定流速与预定的阈值进行比较，并且当设定流速大于或等于预定阈值时，汽相气体通过第一管输送，而当设定流速低于预定阈值时，汽相气体通过第二管输送。
设定流速大致对应于这样的流速，对于该流速，能量增加对于第一管8和第二管9中的气体流通是相等的。因此，例如，对于具有对应于图8的曲线a和b的尺寸和隔热特征的第一管8和第二管9，预定阈值在6600和10000kg/h之间，例如约8000kg/h。
如图4所示，设备1可以包括多个罐2，图4中包括三个。因此，每个罐2包括入口管6，该入口管6穿过形成在罐2的上壁中的孔口并且伸入罐2的气态顶部空间中。每个入口管6经由三通连接器7一方面连接到第一管8，另一方面连接到第二管9。因此，罐6的气态顶部空间一方面与第一管8串联连接，另一方面与第二管9串联连接。
关于图5，还观察到根据一个实施例的第一管8和第二管9的详细结构。第一管8和第二管9中的每一个由夹套管/双壁管形成，该夹套管包括两个筒形且同心的壁8a、8b；9a、9b，它们通过中间隔离空间8c、9c彼此分开。两个壁8a、8b；9a、9b由不锈钢制成。
第一管8的中间隔离空间8c衬有隔离/隔热材料，例如聚合物泡沫或玻璃棉。第二管9的中间隔离空间9c被设置成真空，这有助于获得优异的隔热性能。
第一管8和第二管9有利地具有补偿装置，补偿装置使第一管8和第二管9沿纵向具有柔性，以便能够根据汽相气体流是否通过而收缩和膨胀。为此，第一管8具有补偿环形段31，即具有90°折弯部的U字形状。尽管这种补偿装置体积大并且有助于延长行进时间并因此增加了气体的升温，但是它相对昂贵。另一方面，第二管9实际上在其整个长度上是直的。因此，为了允许其膨胀和收缩，第二管9的内壁9b通常具有角撑板区域32。
由图5可见，根据一个有利的实施例，第一管8和第二管9中的每一个的气体通道横截面的直径是变化的，该直径朝着货舱26的方向增加，并且在管道与一个入口管6的各个连接处逐级增加。
换句话说，第一管8和第二管9的横截面分别具有在距离货舱26最远的罐2与相邻的第二罐之间延伸的第一部分中的第一直径d81、d91，在第二罐和相邻的第三罐之间的第二部分中的第二直径d82、d92和在第三罐与货舱26之间的第三部分中的第三直径d83、d93；上述直径对应下列不等式：
d91<d92<d93<<d81<d82<d83
这样的布置使得可以在第一管8和第二管9连接到其他入口管6时考虑增大第一管8和第二管9中的气体流，从而使管8、9的横截面尺寸尽可能接近。这也有助于限制第一管8和第二管9中的气体的升温。
图6示出了根据替代实施例的设备1。该实施例与图4和5的实施例的不同之处在于，设备1包括用于每个罐2的第二管9、9'、9″。第二管9、9'、9″分别能够从其中一个入口管6向换热器12的第一通道13的入口13a输送汽相气体。换句话说，每个入口管6经由三通连接器7连接到第一管8和各一个第二管9、9'、9″。这种布置的有利之处在于，为了在罐2和热交换器12之间传输气体，气体在尺寸根据其中流过的气体的流速优化的管9、9'、9″中流通，无论要输送到热交换器12的汽相气体流来自仅其中一个罐2还是来自所有的罐2。
图7示出了用于装载/卸载诸如液化天然气的可燃气体并在船舶41和未示出的浮动或陆基设施之间形成接口的传送系统40。如上所述，船舶41配备有用于向气体消耗构件供给可燃气体并用于液化所述可燃气体的设备。作为示例，未示出的流体密封和隔热罐通常是棱柱形的并且安装在船舶的双船体中。
通过标记为42的浸入式低温管线确保产品传送。形成船舶41与浮动或陆基设施之间的接口的传送系统40包括至少一个承载存储/处理台架44的平台43和主平台45，以承载将浸入式低温管线42连接到柔性传送管46的所有设备。每个柔性输送管46用于通过连接模块48连接到船舶的歧管47。船舶的歧管47借助于布置在船舶41上甲板上的装载/卸载管线连接到罐，从而将液化气货物传送进出所述罐。
台架44的主要功能是能够借助于起重机和绞盘处理以及存储传送部件，即每个连接模块48和柔性传送管46的移动端。
根据一个实施例，传输系统包括三个并行的柔性传送管46，其中两个使得可以在浮动或陆基设备与船舶之间传输液化天然气，而第三个传输管使得可以传输气体以平衡船舶的罐的气态顶部空间中的压力。
为了产生液化气体传输所需的压力，使用船舶41中的船载泵，和/或安装在陆基设备中的泵，和/或安装在传输系统40上的泵。
尽管已经结合若干特定实施例描述了本发明，但本发明显然绝不限于此并且包括所述设备的落入本发明的范围内的所有技术等同物及其组合。
动词“包含”或“含有”或“包括”及其变化形式的使用不排除权利要求中所述之外的元素或步骤的存在。
这样，根据本技术的一些非限制性实施例实现的方法和装置可以表示如下，以编号的条款呈现。
[条款1]气体处理方法，包括：
-提供密封且隔热的罐(2)，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-提供热交换器(12)，其用于将冷量从收集在罐(2)中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器(12)包括各自都具有入口(13a，14a)和出口(13b，14b)的第一通道和第二通道(13，14)以及用于从第二通道(14)向第一通道(13)传递热量的热交换壁；和
-在罐(2)装载操作和将气体通过第一管(8)输送到通向储气终端的歧管(11，47)的过程中，经由穿过形成在罐(2)的壁中的孔口并伸入罐的内部空间中的入口管(6)从罐(2)中抽出汽相气体；和
-在罐的使用操作和将气体通过隔热并且气体通道横截面比第一管(8)小的第二管(9)输送到热交换器(12)的过程中，经由入口管(6)从罐(2)中抽取汽相气体。
[条款2]根据条款1的气体处理方法，还包括：
-提供压缩机(15)，其上游连接到热交换器(12)的第一通道(13)的出口(13b)以便压缩热交换器(12)中的加热气体流，下游连接到三通连接器(17，18)，该三通连接器(17，18)能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件(23，24，25)并将第二部分气体流输送到热交换器(12)的第二通道(14)的入口(14a)以冷却第二部分气体流；和
-提供膨胀装置(20)，其上游连接到热交换器(12)的第二通道(14)的出口(14b)，下游连接到通向罐(2)的返回回路(21)；膨胀装置(20)设置成使来自热交换器(12)的第二通道(14)的第二部分气体流减压以使其液化；
-在罐的使用操作期间确定气体消耗构件(23，24，25)的设定流速；
-将设定流速与预定的阈值进行比较；
-当设定流速大于或等于预定的阈值时，经由入口管(6)从罐(2)中提取汽相气体并将其通过第一管(8)输送到热交换器(12)；以及
-当设定流速低于预定的阈值时，经由入口管(6)从罐(2)中提取汽相气体并将其通过第二管(9)输送到热交换器(12)。
[条款3]气体储存及处理设备(1)，包括：
-密封且隔热的罐(2)，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-热交换器(12)，其用于将冷量从收集在罐(2)中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器(12)包括各自都具有入口(13a，14a)和出口(13b，14b)的第一通道和第二通道(13，14)以及用于从第二通道(14)向第一通道(13)传递热量的热交换壁；和
-汽相气体收集回路(5)，包括：
入口管(6)，其设置成收集罐(2)中的汽相气体，所述入口管(6)穿过形成在罐(2)的壁上的孔口并伸入罐(2)的内部空间中；
第一管(8)，其设置成用于在罐(2)的装载期间将汽相气体从进气管(6)输送到通向储气终端的歧管(11)；
第二管(9)，其设置成将汽相气体从入口管(6)输送到交换器(12)的第一通道(13)的入口(13a)；第二管(9)是隔热的，并且其气体通道横截面小于第一管(8)的气体通道横截面；
[条款4]根据条款3的设备(1)，其中，入口管(6)经由三通连接器(7)一方面连接到第一管(8)，另一方面连接到第二管(9)，所述三通连接器(7)能够将通过入口管(6)收集的汽相气体根据选择输送到第一管(8)或第二管(9)。
[条款5]根据条款4的设备(1)，其中三通连接器(7)布置成与形成在罐壁中的孔口相距小于20米，有利地小于10米并且优选地小于5米。
[条款6]根据条款3至5中任一项所述的设备(1)，还包括压缩机(10)，其连接到第一管(8)并且布置成通过第一管(8)抽吸汽相气体并将其输送到歧管(11)。
[条款7]根据条款6的设备(1)，包括货舱(26)，并且其中热交换器(12)和压缩机(11)容纳在货舱(26)中，第一管(8)和第二管(9)在入口管(6)和货舱(26)之间平行延伸。
[条款8]根据条款7的设备(1)，其中第一管(8)和第二管(9)经由四通连接器(27)各自都连接到压缩机(11)和热交换器(12)，所述四通连接器(27)能够将在第一管(8)或第二管(9)中循环的汽相气体根据选择输送到压缩机(11)或热交换器(12)。
[条款9]根据条款3至8中任一项所述的设备(1)，包括多个密封且隔热的罐(2)，每个罐包括用于填充液汽两相平衡态气体的内部空间；对于每个所述罐(2)，汽相气体收集回路(5)包括入口管(6)，该入口管(6)穿过形成在所述罐(2)的壁中的孔口并伸入所述罐(2)的内部空间中。
[条款10]根据条款9的设备(1)，其中每个入口管(6)经由三通连接器(7)一方面连接到第一管(8)，另一方面连接到第二管(9)，所述三通连接器(7)能够将通过入口管(6)收集的汽相气体根据选择输送到第一管(8)或第二管(9)。
[条款11]根据条款10的设备(1)，其中第二管(9)包括具有不同直径的气体通道横截面；所述第二管(9)的气体通道横截面的直径朝着热交换器(12)的第一通道(13)的方向增大，并且在第二管(9)与入口管(6)之一的各连接处逐级增大。
[条款12]根据条款10的设备(1)，还包括多个第二管(9，9'，9″)，每个第二管能够将汽相气体从入口管(6)之一输送到热交换器(12)的第一通道(13)的入口(13a)；第二管(9，9'，9″)各自的气体通道横截面小于第一管(8)的气体通道横截面；每个入口管(6)经由三通连接器(7)一方面连接到第一管(8)，另一方面连接到第二管(9，9'，9″)中的一个，三通连接器(7)能够将通过所述入口管(6)收集的汽相气体根据选择输送到第一管(8)或第二管(9)中的一个。
[条款13]根据条款3至12中任一项所述的设备(1)，其中第一管(8)的气体通道横截面的直径在300至600mm之间，并且其中第二管(9)的气体通道横截面的直径在50至200mm之间。
[条款14]根据条款3至13中任一项所述的设备(1)，其中第一管和/或第二管(8，9)由包括同心且彼此通过中间隔离空间(8c，9c)隔开的内壁(8b，9b)和外壁(8a，9a)的夹套管形成。
[条款15]根据条款14的设备(1)，其中第二管(9)的中间隔离空间(9c)处于真空下。
[条款16]根据条款14或15的设备(1)，其中第一管(8)的中间隔离空间(8c)衬有隔热材料。
[条款17]根据条款3至16中任一项所述的设备(1)，还包括：
-压缩机(15)，其上游连接到热交换器(12)的第一通道(13)的出口(13b)以便压缩热交换器(12)中的加热气体流，下游连接到三通连接器(17，18)，该三通连接器(17，18)能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件(23，24，25)并将第二部分气体流输送到热交换器(12)的第二通道(14)的入口(14a)以冷却第二部分气体流；和
-膨胀装置(20)，其上游连接到热交换器(12)的第二通道(14)的出口(14b)，下游连接到通向罐(2)的返回回路(21)；膨胀装置(20)设置成使来自热交换器(12)的第二通道(14)的第二部分气体流减压以使其液化。
[条款18]用于运输气体的船舶(40)，该船舶包括根据条款3至17中任一项的设备(1)。
[条款19]气体传输系统，该系统包括：根据条款16的船舶(40)；低温传输管(42，46)，其布置成将安装在船体中的设备的罐连接到浮动或陆基储气终端；和泵，该泵用于使液相气体流通过低温传输管从浮动或陆基储气终端输送到船舶的罐(2)或者从船舶的罐(2)输送到浮动或陆基储气终端；传输系统还包括汽相气体传输管，该汽相气体传输管布置成将歧管(11，47)连接到储气终端，以允许汽相气体在气体储存及处理设备(1)与储气终端之间传输。
[条款20]用于装载或卸载根据权利要求16的船舶(40)的方法，其中通过低温传输管(42，46)将气体从浮动或陆基储气终端引导至船舶的气体储存及处理设备的罐或者从船舶的气体储存及处理设备的罐引导至浮动或陆基储气终端。

Claims (20)

1.气体处理方法，包括：
-提供密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-提供热交换器，其用于将冷量从收集在罐中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器包括各自都具有入口和出口的第一通道和第二通道，以及用于从第二通道向第一通道传递热量的热交换壁；和
-在罐装载操作和将气体通过第一管输送到连接至储气终端的歧管的过程中，经由穿过形成在罐的壁中的孔口并伸入罐的内部空间中的入口管从罐中抽出汽相气体；和
-在罐的使用操作和将气体通过隔热并且气体通道横截面比第一管小的第二管输送到热交换器的过程中，经由入口管从罐中抽取汽相气体。
2.根据权利要求1所述的气体处理方法，还包括：
-提供压缩机，其上游连接到热交换器的第一通道的出口以便压缩热交换器中的加热气体流，并且其下游连接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件并将第二部分气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分气体流；和
-提供膨胀装置，其上游连接到热交换器的第二通道的出口，并且其下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成使来自热交换器的第二通道的第二部分气体流减压以使其液化；
-在罐的使用操作期间确定气体消耗构件的设定流速；
-将设定流速与预定的阈值进行比较；
-当设定流速大于或等于预定的阈值时，经由入口管从罐中提取汽相气体并将其通过第一管输送到热交换器；以及
-当设定流速低于预定的阈值时，经由入口管从罐中提取汽相气体并将其通过第二管输送到热交换器。
3.气体储存及处理设备，包括：
-密封且隔热的罐，其包括用于填充液汽两相平衡态的气体的内部空间；
-热交换器，其用于将冷量从收集在罐中的汽相气体流传递至待冷却的流体；热交换器包括各自都具有入口和出口的第一通道和第二通道，以及用于从第二通道向第一通道传递热量的热交换壁；和
-汽相气体收集回路，包括：
·入口管，其设置成收集罐中的汽相气体，所述入口管穿过形成在罐的壁中的孔口并伸入罐的内部空间中；
·第一管，其设置成用于在罐的装载期间将汽相气体从入口管输送到连接至储气终端的歧管；
·第二管，其设置成将汽相气体从入口管输送到交换器的第一通道的入口；第二管是隔热的，并且其气体通道横截面小于第一管的气体通道横截面。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管，所述三通连接器能够将通过入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或输送到第二管。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述三通连接器布置成与形成在罐壁中的孔口相距小于20米、有利地小于10米并且优选地小于5米。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，还包括压缩机，其连接到第一管并且布置成通过第一管抽吸汽相气体并将其输送到歧管。
7.根据权利要求6所述的设备，包括货舱，并且其中热交换器和压缩机容纳在货舱中，第一管和第二管在入口管和货舱之间平行延伸。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，第一管和第二管经由四通连接器各自都连接到压缩机和热交换器，所述四通连接器能够将在第一管或第二管中循环的汽相气体根据选择输送到压缩机或输送到热交换器。
9.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，包括多个密封且隔热的罐，每个罐包括用于填充液汽两相平衡态气体的内部空间；对于每个所述罐，汽相气体收集回路包括入口管，该入口管穿过形成在所述罐的壁中形成的孔口并伸入所述罐的内部空间中。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，每个入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管，所述三通连接器能够将通过入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或输送到第二管。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第二管包括具有不同直径的气体通道横截面；所述第二管的气体通道横截面的直径朝着热交换器的第一通道的方向增大，并且在第二管与入口管之一的各个连接处逐级增大。
12.根据权利要求10所述的设备，还包括多个第二管，每个第二管能够将汽相气体从入口管之一输送到热交换器的第一通道的入口；第二管各自的气体通道横截面小于第一管的气体通道横截面；每个入口管经由三通连接器一方面连接到第一管，另一方面连接到第二管中的一个，三通连接器能够将通过所述入口管收集的汽相气体根据选择输送到第一管或输送到第二管中的一个。
13.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其中，所述第一管的气体通道横截面的直径在300至600mm之间，并且其中第二管的气体通道横截面的直径在50至200mm之间。
14.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，其中，第一管和/或第二管由包括同心且彼此通过中间隔离空间隔开的内壁和外壁的夹套管形成。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第二管的中间隔离空间处于真空下。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中，所述第一管的中间隔离空间衬有隔热材料。
17.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，还包括：
-压缩机，其上游连接到热交换器的第一通道的出口以便压缩热交换器中的加热气体流，并且其下游连接到三通连接器，该三通连接器能够将第一部分气体流输送到气体消耗构件并将第二部分气体流输送到热交换器的第二通道的入口以冷却第二部分气体流；和
-膨胀装置，其上游连接到热交换器的第二通道的出口，并且在下游连接到通向罐的返回回路；膨胀装置设置成使来自热交换器的第二通道的第二部分气体流减压以使其液化。
18.用于运输气体的船舶，该船舶包括根据权利要求3所述的设备。
19.气体传输系统，该系统包括：根据权利要求16所述的船舶；低温传输管，其布置成将安装在船体中的设备的罐连接到浮动或陆基储气终端；和泵，该泵用于使液相气体流通过低温传输管从浮动或陆基储气终端输送到船舶的罐或者从船舶的罐输送到浮动或陆基储气终端；传输系统还包括汽相气体传输管，所述汽相气体传输管布置成将歧管连接到储气终端，以允许汽相气体在气体储存及处理设备与储气终端之间传输。
20.用于装载或卸载根据权利要求16所述的船舶的方法，其中通过低温输送管将气体从浮动或陆基储气终端引导至船舶的气体储存及处理设备的罐或者从船舶的气体储存及处理设备的罐引导至浮动或陆基储气终端。
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