CN110998170B

CN110998170B - 低温流体储存罐

Info

Publication number: CN110998170B
Application number: CN201880050384.4A
Authority: CN
Inventors: O·斯科乌奥尔特
Original assignee: Ic Technology AS
Current assignee: Ic Technology AS
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020530086A; US11137113B2; KR20200037813A; EP3662195A1; NO20171280A1; NO343089B1; US20210095820A1; CN110998170A; WO2019027329A1

Abstract

公开了一种液体自然储存(LNG)罐，其包括外部机械支撑结构(20)，该外部机械支撑结构(20)提供容纳低温罐的隔膜壁的封闭空间。间隔元件(21)支撑由钢板、钢杆、木制梁和胶合板的混合物构成的隔膜壁。

Description

低温流体储存罐

技术领域

本发明涉及一种低温流体储存罐，尤其涉及一种包括外部支撑结构的罐设计，该外部支撑结构支撑处于该外部支撑结构之内的至少两个独立布置的同心钢隔膜。

背景技术

天然气是许多工业过程中使用的主要能源，也是向家庭供能的主要能源。向各个消费者供应气体需要分配来自海上气田以及陆上气田的气体的基础设施。鉴于生产率或分布不均，要实现均衡的液化天然气(LNG)消费，通常需要在消费者与来自气田的供应之间提供液化天然气(LNG)储存罐设施，以缓冲生产率或供应的任何变化。

运输和储存天然气时的主要问题是气体的体积。因此，通常通过冷却天然气从而将其转化为-165℃附近的液化相来减小体积。液体体积仅是起始气体体积的约1/600。因此，在运输和储存天然气时，液化天然气(LNG)是优选的相态。

如本领域技术人员已知的，当运输和储存其他类型的低温气体如甲烷、乙烯和丙烷等时，可以使用相同的技术。

作为低温气体的例子，在说明书中，液化天然气被用作气体或流体的非限制性例子。

液化天然气的储存和运输不仅因低温而且因安全问题而是一项技术挑战。

与液化天然气系统相关的低温温度产生了许多与批量运输和储存相关的安全考虑因素。最重要的是，由于周围环境和液化天然气燃料温度之间存在极大的温差，因此燃料被不断加热，因此液化天然气是需要加强监控的燃料。即使使用高度隔绝的罐，也始终会不断累积内部压力，并且需要使用例如燃料蒸气排放口，从而将蒸气安全地排放到周围的大气中。在管道中传输液化天然气时，必须冷却传输管道，以避免形成过多的蒸气，从而避免管道内部压力增加。

另一个考虑因素是，在低温下，许多材料的强度可能会发生变化，从而使其在使用时可能不安全。例如，诸如碳钢之类的材料在低温下会失去延展性，而诸如橡胶和某些塑料之类的材料的延展性和冲击强度会大幅降低，以致于它们在掉落时或遭受其他外部冲击力时可能破碎成碎片。

标准ISO 12991：2012披露了与卡车上的液化天然气储存罐相关的安全规定。该标准规定了用于车辆的液化天然气(LNG)的可再填充燃料罐的构造要求，并提供了必要的测试方法，以确保针对火灾和/或爆炸所造成的生命财产损失有合理的保护水平。

欧洲标准EN 14620,1-5提供了用于储存液化天然气的带有平底的竖直圆柱形储存罐的设计指南。并且还有关于材料特性和测试、材料认证等的规则。

运输液化天然气的船舶设计必须遵守严格的安全要求。船舶必须按照船舶分类规则建造，以允许船舶运输液化天然气或其他低温流体。国际海事组织(IMO)已创建了一组与用于液化低温气体运输的船上使用的不同低温罐设计相关的类别和规则。

法国GTT Technigaz公司已开发出一系列适用于船舶的液化天然气罐设计，该液化天然气罐设计基于使用胶合板、波纹钢板和隔离材料的组合。其设计示例如图1所示。在链接http://www.gtt.fr/technologies-services/our-technologies/mark-v-system上公开了图1和GTT技术的更详细说明。

GTT设计的主要思想是使用船体壁作为支撑结构，以支撑隔绝防漏隔膜。罐壁是各个元件的夹心结构。船体直接支撑胶合板，该胶合板承载支撑在组装期间焊接在一起的一层波纹钢板的第一绝缘层、另一绝缘层和在GTT罐壁的组装期间焊接在一起的第二层波纹钢板的组件。第一和第二层的钢板与绝缘材料直接接触。为了在钢板表面和绝缘材料之间提供足够的表面接触，波纹位于板的边缘，并以V形的形式围绕方形或矩形平坦钢板成形。然后，沿着一个边缘的V形波纹的峰与沿着另一个相邻边缘的另一个V形边缘的峰正交，并且所有侧面共同形成一个平坦的浸入面，该平坦的浸入面具有适于容纳适配的隔绝材料元件的平坦底部。V形边缘被焊接在一起，从而形成了罐壁的一部分。V形被设计成减轻相应钢板中的热感应应力的影响。

在低温运输和储存罐中以液化状态运输低温气体需要相应的罐设计符合国家和国际安全法规。

在船上运输液化低温气体的挑战在于，恶劣的天气可能会影响罐的机械完整性，这可能导致气体泄漏和爆炸。

已知当船舶遭受恶劣的天气条件时，液化气体罐内部的晃动和波动会给罐的隔膜造成一定程度的影响，而这可能会破坏壁垒，从而导致泄漏和爆炸。

在陆地上运输液化低温气体时，支撑运输罐的卡车可能会发生碰撞，从而可能损坏罐。

当在陆地上将液化低温气体储存在储存罐中时，储存罐可能会因恶劣的天气和/或地质现象而遭受震动。

低温温度影响现有技术中已知的材料。因此，仅允许使用特定的钢材质量。例如，钢材质量304常用于低温罐的钢隔膜中，从而提供关于冲击以及较低低温温度的机械完整性的有益特性。

尽管液化天然气罐设计或低温罐设计通常是常规的，但在先前的权威机构认证的技术中，似乎存在针对各个液化天然气或低温罐设计的不同应用领域的特定的不同设计。尽管例如液化天然气罐的任何应用领域都面临许多相同的技术挑战，但卡车上的液化天然气运输罐与陆地上的竖直储存罐大不相同，而船上的液化天然气储存罐与其他应用领域的其他设计不同。此外，关于陆基储存罐的主要区别在于储存罐是地上储存罐(AST)还是地下储存罐(UST)。

因此，改进的低温储存罐设计，特别是液化天然气储存罐，将是有利的，其可以被应用并适配于不同的低温液体储存罐应用，尤其是更有效和更简单的液化天然气储存罐设计将是有利的。

发明目的

本发明的另一个目的是提供现有技术的替代方案。

特别地，可以被视为本发明的目标的是提供一种低温液体储存罐，其包括由面对面焊接在一起的两个波纹钢板构成的双板式壁。

发明内容

本发明特别但非排他地有利于获得一种液体自然储存(LNG)罐，其包括外部机械支撑结构，该外部机械支撑结构提供容纳所述低温罐的隔膜壁的封闭空间，其中所述隔膜壁至少由按照从所述外部机械支撑结构的内表面侧朝向所述LNG储存罐的内部储存空间的顺序相随的以下构造元件构成，即：

-在一端连接至所述机械支撑结构的内表面的间隔元件，

-第一胶合板壁，

-由所述第一胶合板壁支撑的单板式波纹钢隔膜，

-第二胶合板壁，

-由所述第二胶合板壁支撑的双板式隔膜，其包括焊接至第二波纹钢板的第一波纹钢板，

-其中，所述第一波纹钢板上的波纹相对于第二钢板侧向位移，从而在所述双板式隔膜的表面上布置了分布的鼓泡图案，

-其中，与所述间隔元件成一体的钢杆的一端连接至所述双板式隔膜，而所述钢杆的另一端被附接至螺母，该螺母可通过所述间隔元件的侧面上的开口触及。

本发明的各个方面可以分别与任何其他方面组合。参考本文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得到阐明。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述根据本发明的低温储存罐。附图示出了本发明的实施例的示例，并且不应被解释为限于落入所附权利要求书的范围内的其他可能的实施例。

图1示出了本发明的实施例的示例。

图2示出了本发明的实施例的另一示例。

图3示出了本发明的实施例的另一示例。

图4示出了本发明的实施例的另一示例。

图5示出了本发明的实施例的另一示例。

图6示出了本发明的实施例的另一示例。

具体实施方式

尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是不应以任何方式将其解释为限于所给出的示例。本发明的范围由所附的权利要求书阐明。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步骤。此外，诸如“一”或“一种”等的引用的提及不应被解释为排除多个。权利要求中关于附图中所示的元件的附图标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，可以有利地组合不同权利要求中提到的单个特征，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合是不可能和有利的。

本发明使用材料的组合，所述材料包括例如隔膜中的钢板和相应的支撑结构中的木制梁以及同样构成相应隔膜的一部分的胶合板。

图1示出了低温罐壁的本发明的实施例的示例，其中，内部双板式隔膜10由胶合板壁11支撑。图1示出了低温壁的部段。所示的壁部段将围绕低温罐的整个周长伸展从而限定密封的低温罐。

双板式隔膜10包括第一和第二波纹钢板10a、10b。可以将波纹图案看作是由彼此相对的第一和第二钢板上的凹口形成的、在隔膜表面上分布的鼓泡。

第一钢板10a上的凹口相对于第二钢板10b上的凹口水平位移。然后，第一钢板10a的“顶部”位于第二钢板10b上的“谷部”之上。从而，在两个钢板之间布置出了封闭空间的重复图案。

第一钢板10a和第二钢板10b在相应的焊接点15处彼此焊接。第一钢板10a可以被焊接至与第一钢板10a相邻的另一第一钢板。同样，第二钢板10b也可以被焊接至另一相邻的第二钢板。然后，可以制成双板式波纹隔膜，如附图标记14所示。

在图1所示的实施例的示例中，还存在由另一胶合板壁23支撑的另一单板式钢隔膜13。波纹12被间隔开地布置在单板式隔膜13上。用于波纹的空间被布置成支撑单板式隔膜13的支撑胶合板23的表面上的凹口12。

单板式隔膜通过焊接在一起的多个单钢板构成，如附图标记22所示。在各个相邻钢板之间的结合处焊接有结合盖22。用于该盖的空间被布置在支撑双板式隔膜10的胶合板11的内侧。

另外的胶合板通过榫槽结合胶合板23。

罐壁的相应部分被附接至间隔元件21，该间隔元件21在罐壁和外部机械支撑结构20之间提供空间。外部机械支撑结构可以是船体或陆基罐组件的混凝土墙。其他外部支撑结构可以是容器壁和类似物体。

耦接(耦合)元件19被焊接至双板式隔膜的面向胶合板壁11的一侧。间隔元件21例如通过螺纹耦接部18附接至该耦接元件。该间隔元件还被引导穿过单板式隔膜13和胶合板壁23，并且例如通过铰链(铰接)连接而连接至外部机械支撑结构20。间隔元件21被引导穿过单板式隔膜13，其中围绕间隔元件21的四周，结合盖17被焊接至单板式隔膜11表面。间隔元件21穿过结合盖17中的适配孔并且可以被焊接至结合盖17。

间隔元件21是一种混合设计，其包括钢螺栓，该钢螺栓被连接至耦接元件19，该耦接元件19被附接至内部双板式隔膜10。在较靠近机械支撑结构20的相反端部处，该钢螺栓被结合至例如木制梁中。螺母19被布置在木制梁21中的可进入腔体内。当紧固螺母19时，整个壁组件在结合盖17和耦接元件19之间被紧固在一起，从而提供了防泄漏的低温罐壁。

图2示出了本发明的实施例的另一示例。与图1所示的示例相比，该实施例的示例的差异在于，双板式隔膜10被单板式波纹钢隔膜10c代替。关于间隔元件等的其他细节是相同的。由胶合板23支撑的单板式隔膜13也是存在的。

图3示出了本发明的实施例的另一示例，其仅包括如图1所示的示例中所公开的双板式波纹隔膜10。在该实施例的示例中，单板式隔膜13被移除。因此，在该实施例的示例中仅存在胶合板壁23。间隔元件等与本发明的其他实施例的示例中的相同。

图4示出了实施例的另一示例，其中，图3所示的示例中的双板式波纹隔膜10被包括三个相结合的波纹膜板的三板式隔膜10d代替。当按照从罐的内侧开始的顺序观察时，第一和第二波纹钢板按照图1和图3所公开的实施例的示例中的方式布置。第一波纹钢板相对于第二波纹钢板水平位移，从而限定如上文所讨论的“鼓泡”。第三波纹钢板被附接至第二钢板，所述第三波纹钢板也相对于第一和第二波纹钢板水平位移。然后，存在两组“鼓泡”，其中在第一和第二波纹钢板之间构成了一组鼓泡，在第二和第三波纹钢板之间构成了第二组“鼓泡”。

图5示出了根据本发明的实施例的另一示例。作为示例，使用了与图1中所公开的配置相同的配置。另外，图5公开了混合间隔元件21的钢螺栓和耦接元件19中的震动吸收器51的使用。该震动吸收器是磁/电类型的。这种震动吸收器的特性是，当轴移入和移出震动吸收器时，用于向该轴提供阻尼的磁力随磁通量的改变而变化。当运动缓慢时，震动吸收器的吸收很小。当运动快速时，吸收器开始工作。可以使用的另一种类型的震动吸收器是基于磁流变流体的震动吸收器，其中吸收量可以被控制或调节。

当低温罐处于室温时，即，在罐内没有低温流体，并且隔膜10将搁置在胶合板壁11上。当低温流体填充到罐内时，隔膜10的钢材料将开始萎缩。例如，如果罐具有圆柱形形状，则罐的直径萎缩。壁的绝对位移量取决于罐的实际尺寸。例如，与较小的罐相比，大的罐的直径减小的绝对值将较大。然而，该运动相当缓慢，并且吸收器的轴将跟随所连接的隔膜向内运动。如果罐内突然出现冲浆，则吸收器将吸收对内部隔膜的冲击。冲击力将被引导通过其他隔膜和胶合板并引导至外部机械支撑结构20，例如船体。同样重要的是要注意，例如，如果大浪撞击船体的侧面，则震动吸收器将使传递到隔膜和罐壁上的力最小化。

图6示出了本发明的实施例的另一示例，该示例示出了位于间隔元件21和机械支撑结构20之间的球形接头60的使用。该球形接头可以被布置成更靠近或邻近罐壁。其效果是，当所述结构由于例如波浪撞击船体而发生扭曲或移动时，传递至间隔元件的扭曲力将被最小化，从而将更好地保护罐的完整性。

本发明的一方面在于，根据本发明的液化天然气(LNG)储存罐的强度可通过以下特征来控制和实现：

·钢材质量(钢质)304提供了柔软性和钢材质量，其使得能够在已知限度内拉伸钢板而不会撕裂钢板。

·通过在隔膜元件的相应钢板表面上设置的波纹元件，可以减轻由于热膨胀和收缩而引起的钢板的机械运动。

·通过增加将相应隔膜元件附接至木制壁元件、附接至间隔元件或直接附接至机械支撑结构的紧固螺栓的数量，可以进一步增强隔膜元件的机械完整性。

·螺栓之间的隔膜表面区域仍可通过相应紧固螺栓周围的波纹减轻钢板中的热感应应力。

·本设计的木制元件能够承受罐壁的扭曲和拉伸。

·内部双板式隔膜、木制壁元件和机械支撑结构之间的力传递是可控制的，尤其是可以消除或至少显著地减小木制壁元件和内部双板式隔膜元件之间的任何力传递。

·在连接至外部机械支撑结构的间隔元件中使用震动吸收器。

·在罐壁和外部机械支撑结构之间的间隔元件中使用球形接头。

Claims

1.一种低温流体储存罐，其包括外部机械支撑结构(20)，该外部机械支撑结构(20)提供容纳所述低温流体储存罐的隔膜壁的封闭空间，其中所述隔膜壁至少由按照从所述外部机械支撑结构的内表面侧朝向所述低温流体储存罐的内部储存空间的顺序相随的以下构造元件构成，即：

-在一端连接至所述外部机械支撑结构(20)的内表面的间隔元件(21)，

-第一胶合板壁(23)，

-由所述第一胶合板壁(23)支撑的单板式波纹钢隔膜(13)，

-第二胶合板壁(11)，

-由所述第二胶合板壁(11)支撑的双板式隔膜(10)，其包括焊接至第二波纹钢板(10b)的第一波纹钢板(10a)，

-其中，所述第一波纹钢板(10a)上的波纹相对于第二波纹钢板(10b)侧向位移，从而在所述双板式隔膜(10)的表面上布置了分布的鼓泡图案，

-其中，与所述间隔元件(21)成一体的钢杆的一端连接至所述双板式隔膜(10)，而所述钢杆的另一端被附接至螺母(19)，该螺母(19)可通过所述间隔元件(21)的侧面上的开口触及，

-其中，所述间隔元件(21)在另一端连接至所述第一胶合板壁(23)以便在所述第一胶合板壁(23)与所述外部机械支撑结构(20)之间留出空间。

2.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，所述间隔元件(21)的钢杆被引导穿过结合板(17)中的适配孔，其中所述结合板(17)被围绕所述间隔元件(21)的钢杆的四周焊接至所述单板式波纹钢隔膜(13)。

3.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，所述单板式波纹钢隔膜(13)的表面上的波纹被装配至所述第一胶合板壁(23)的表面上的适配切口中。

4.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，多个相邻定位的胶合板通过榫槽连接而连接在一起。

5.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，省略了由所述第一胶合板壁(23)所支撑的单板式波纹钢隔膜(13)。

6.根据权利要求5所述的低温流体储存罐，其中，所述双板式隔膜(10)被包括三个相连接的波纹钢板的三层式隔膜代替。

7.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，在面向所述低温流体储存罐的内部空间的钢隔膜和所连接的间隔元件(21)之间布置有震动吸收器。

8.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，至少在间隔元件(21)的一端中连接有球形接头。

9.根据权利要求1所述的低温流体储存罐，其中，在间隔元件(21)和所述外部机械支撑结构(20)的内壁之间布置有铰链。