CN112204296B - 用于管理罐的填充水平的方法 - Google Patents

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Abstract

用于对布置在船中的多个罐的填充水平进行控制的方法，所述罐相互连接以使得允许液体在所述罐之间转移，所述方法包括：提供罐的初始状态(7)；确定限定所述罐的相应最终填充水平的目标状态(8)；确定液体转移方案(9)，该转移方案限定为了从罐的初始状态切换到目标状态待在转移时段期间于罐之间进行转移的一个或更多个液体流；根据转移时段期间罐的相继填充水平来计算在所述转移方案的过程期间罐的受损概率(10)；以及如果罐的受损概率满足接受标准，则根据所述转移方案在罐之间转移液体(13)。

Description

用于管理罐的填充水平的方法
技术领域
本发明涉及布置在浮式结构诸如船中的罐的领域，上述罐诸如为具有膜的密封且热绝缘的罐。特别地，本发明涉及用于存储和/或运输低温液化气体的密封且热绝缘的罐的领域，上述罐诸如为用于运输具有例如在-50℃至0℃之间的温度的液化石油气体(LPG)的罐，或者为用于运输处于大气压且处于约-162℃的液化天然气体(LNG)的罐。这些罐可以用于运输液化气体或用于接收作为用于推进浮式结构的燃料的液化气体。
在一种实施方式中，液化气体是以大气压存储的处于约-162℃的温度的LNG，即具有高甲烷含量的混合物。也可以考虑其他液化气体，特别是乙烷、丙烷、丁烷或乙烯。液化气体也可以在压力下存储，例如以2巴至20巴之间的相对压力进行存储并且特别是以接近2巴的相对压力进行存储。罐可以根据不同的技术来生产，特别是以集成膜罐或结构罐的形式来生产。
背景技术
容纳在罐中的液体在存储和/或运输期间经受不同的移动。特别地，船在海上的移动，例如在气候条件诸如海况或海风的影响下的移动，引起液体在罐中的搅动。液体的通常被称为“晃动”的搅动对罐壁施加应力，这可能损坏罐的完整性。然而，在LNG罐的背景下，罐的完整性特别重要，这是由于被运输液体的易燃或易爆的性质以及浮式单元的钢壳上的冷点的风险。
为了减少与液体在罐中的移动相关的罐受损风险，LNG运载工具通常在空罐的情况下或相反地在满罐的情况下航行。实际上，在空罐的情形下，容纳在罐中的残留液体的重量是有限的，并且对罐壁施加仅较小的应力。在满罐的情形下，罐中没有被液体占据的剩余空间是有限的，这相应地限制了液体在罐中移动的自由度，并因此限制了对罐壁的冲击力。因此，LNG运载工具通常需要在使它们的罐被填充为小于其容量的10％的情况下航行，或者相反地在使它们的罐被填充为大于其容量的70％的情况下航行，以限制与液体在罐中移动的冲击相关的罐壁受损风险。
文献JP H107190是已知的，其描述了一种用于对运输低温液体的船的多个罐的填充水平进行管理的方法。在该文献中，当确定在一个罐中所容纳的液体的移动接近该罐的共振周期——其在罐受损方面引起负面影响的风险(“晃动”)——时，执行从一个罐到另一个罐的液体转移。
发明内容
罐的这种填充状态表示并不总是可能实现的理想的理论填充状态。特别地，在船于装载或卸载其货物期间紧急离开的情况下，该船可能需要在罐被部分填充的情形下出航。实际上，对罐中容纳的液体进行装载和卸载的操作是漫长的操作，这样的操作因此在要求紧急离开的警报的情况下需要提前停止。这样的警报可能与许多原因诸如例如自然灾难诸如海啸或地震相关，或者可能是与港口设施的受损相关的警报。
本发明的一些实施方式的根本的一个构思在于限制与在海上的包括多个部分填充的罐的船中的液体移动相关的风险。本发明的一些实施方式的根本的一个构思在于在具有损坏风险的填充水平的罐之间转移液体，以在所述罐中获得包括较低损坏风险的填充水平。本发明的一些实施方式的根本的一个构思在于提供用于从罐的初始填充状态转变到所述罐的目标填充状态的一个或更多个转移方案。本发明的一些实施方式的根本的一个构思在于根据具有令人满意的安全水平的转移方案在所述转移方案的过程期间于罐之间转移液体。为此目的，本发明的一些实施方式的根本的一个构思在于计算在一个或更多个转移方案的过程期间罐的受损概率。
根据一种实施方式，本发明提供了用于对布置在船中的多个罐的填充水平进行管理的方法，所述罐相连接以使得允许液体在所述罐之间转移，该方法包括：
-提供限定罐的初始填充水平的初始状态；
-确定限定所述罐的最终填充水平的至少一个目标状态；
-确定液体转移方案，该转移方案限定为了从罐的初始状态转变到目标状态待在转移时段期间于罐之间转移的一个或更多个液体流；
-根据在转移时段期间罐的相继填充水平来计算罐的受损概率，罐的受损概率限定至少一个罐将在转移方案的过程期间受损的概率；
-如果罐的受损概率满足接受标准，则生成用以根据所述转移方案在罐之间转移液体的一系列指令。
根据本发明的方法限定了用于在罐之间转移液体(液化气体)的至少一种转移方案，优选地，限定了用于在罐之间转移液体的多个转移方案，使得操作者或船员能够选择其期望的方案。在这种情况下，向操作者建议的多个方案全部都意在减少罐的受损风险；然而，这些方案可能在完成它们所需的时间以及每个罐的最终填充水平方面彼此不同。
由于这些特征，针对转移方案通过考虑转移期间罐的相继填充水平来评估罐的受损风险。因此，由于这些特征，不仅针对待达到的目标状态而且针对液体转移期间来计算罐的受损风险。
因此，在运输液化气体的船以其罐被至少部分地装载的情形停靠码头的情况下，本发明例如在暴风雨要求船只离开其停泊处时或在船只需要迅速离开的情况下允许船员或操作者尽快回到安全处境。
根据一些实施方式，这样的管理方法可以包括以下特征中的一个或更多个特征。
根据一种实施方式，目标状态下罐的受损概率低于初始状态下罐的受损概率。
由于这些特征，可以通过使容纳在所述罐中的液体在罐之间进行转移以实现罐的较安全填充状态来使罐被部分填充的船安全。
根据一种实施方式，该管理方法还包括：如果罐的受损概率满足接受标准，则根据所述转移方案在罐之间转移液体。
根据一种实施方式，该管理方法还包括提供限定罐之间的转移能力的转移能力参数的步骤，该转移方案是根据限定罐之间的转移能力的所述参数来确定的。
根据一种实施方式，转移能力参数包括限定用于罐中的一个罐、一些罐或每个罐的泵的数量的参数。根据一种实施方式，转移能力参数包括限定罐的一个或更多个泵的泵送流速的参数。根据一种实施方式，转移能力参数包括限定罐的容积的参数。根据一种实施方式，限定罐之间的转移能力的参数包括限定罐之间的连接管道的直径的一个或更多个参数。
根据一种实施方式，该管理方法还包括提供限定船的环境数据的至少一个环境参数的步骤，罐的受损概率是根据所述至少一个环境参数来计算的。
根据一种实施方式，一个或更多个环境参数包括以下参数中的一个或更多个参数：风浪高度；浪涌高度；风浪周期；浪涌周期；风浪方向；浪涌方向；风力；风方向；涌流力；涌流方向；风、浪涌、涌流、风浪相对于船的相对方向。
优选地，一个或更多个环境参数包括海面高度或浪涌高度，并且更加优选地，海面高度和浪涌高度是根据本发明的方法最低限度要考虑的两个环境参数。
根据一种实施方式，根据选自下述参数组的至少一个参数来计算罐的受损概率，所述参数组包括：船的移动；液体对罐壁的冲击的水平；液体移动的冲击的统计行为；罐的取决于在所述罐中的位置的强度；在不同填充水平所花费的时间；由液体的转移引起的气体蒸发速率；船的结构的装载状态。
优选地，受损概率的计算至少考虑液体移动的冲击的统计行为或在不同填充水平所花费的时间，并且更加优选地，液体移动的冲击的统计行为和在不同填充水平所花费的时间是对于受损计算而言最低限度要考虑的两个参数。
根据一种实施方式，罐的填充水平由所述罐中的液体的高度确定。根据另一实施方式，罐的填充水平由所述罐中容纳的液体的体积确定。
根据一种实施方式，该管理方法还包括实时确定一参数并考虑所述参数以确定转移方案的步骤。
根据一种实施方式，该管理方法还包括实时确定一参数并考虑所述参数以确定罐的受损概率的计算的步骤。
根据一种实施方式，船包括一个或更多个传感器，以用于实时提供转移方案的参数，特别是罐的初始填充水平、容量，泵的流速等。
根据一种实施方式，船包括一个或更多个传感器，以用于实时提供用以计算罐的受损概率的参数，特别是船的移动、环境参数等。
根据一种实施方式，船包括数据库，该数据库包括与转移方案的一个或更多个参数对应的数据。
根据一种实施方式，船包括数据库，该数据库包括与用以计算罐的受损概率的一个或更多个参数对应的数据。
根据一种实施方式，接受标准是与罐在转移方案的过程期间受损的风险有关的标准。
根据一种实施方式，根据下式计算罐的受损概率：
Figure BDA0002801788250000061
其中tk_n表示罐n的编号；
SC表示根据罐tk_n的填充水平fl_n的航行状况；
Probtk_n表示根据航行状况SC(fl_n)的、在罐tk_n的内表面上遇到的压力Pressurf大于罐tk_n的所述内表面的强度Ressurf的概率密度；
surf是受液体冲击的内表面；以及
tope是从初始状态向目标状态转变的操作的持续时间。
根据一种实施方式，航行状况SC还取决于以下参数中的至少一个参数：
-海况与船之间的迎角；
-海况周期；
-海况的有效高度；
-船的移动；
-船的前进速度。
应注意，海况可以分为风浪和浪涌，以及甚至交叉浪涌。因此，海况可以用若干分量来限定。
根据一种实施方式，概率密度Probtk_n(Pressurf>Ressurf,tk_n,SC(fl_n)是预限定的。
根据一种实施方式，基于在实验室中执行的液体移动测试来预限定罐受损的一个或更多个概率密度。根据一种实施方式，借助于在海上的船上的数据获取活动来预限定罐的受损概率定律。
根据一种实施方式，该方法还包括以下步骤：持续地监测转移时段期间罐的实际相继状态，以及响应于检测到罐的实际相继状态与由转移方案所确定的罐的预测相继状态之间的差异，重复以上所限定的方法。
根据一种实施方式，该方法还包括：
-确定多个不同的转移方案，每个转移方案限定为了从初始状态转变到目标状态待在相应的转移时段期间于罐之间转移的一个或更多个液体流；
-对于每个转移方案，根据在对应的转移时段期间罐的相继填充水平来计算罐的相应受损概率，罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-从多个转移方案中选择一个方案；以及
-如果罐的对应受损概率满足接受标准，则根据所选择的转移方案生成用以在罐之间转移液体的一系列指令。
根据一种实施方式，该方法还包括：
-确定多个目标状态，每个目标状态限定罐的最终填充水平；
-确定多个不同的转移方案，每个转移方案限定为了从初始状态转变到多个目标状态中的一个目标状态待在相应的转移时段期间于罐之间转移的一个或更多个液体流；
-对于每个转移方案，根据在对应的转移时段期间罐的相继填充水平来计算罐的相应受损概率，罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-从多个转移方案中选择一个方案；以及
-如果罐的对应受损概率满足接受标准，则生成用以根据所选择的转移方案在罐之间转移液体的一系列指令。
根据一种实施方式，可以因此针对目标状态中的一个或更多个或每一个来确定一个或更多个方案。
根据一种实施方式，根据罐的受损概率——例如为了使该概率最小化——来选择转移方案。
根据一种实施方式，根据接受标准来选择方案。
可以根据各种接受标准来选择方案。根据一种实施方式，根据暴露于与液体在罐中的移动相关的罐受损风险的时间来选择方案。根据另一实施方式，根据方案的转移时间来选择方案。根据一种实施方式，根据在转移方案结束时罐中可用于向船舶的推进装置例如气体消耗引擎进行供应的气体的体积来选择方案。
根据一种实施方式，例如通过船载传感器实时地确定某些参数，诸如例如液体在罐中移动的水平、船的移动和/或天气。
根据一种实施方式，通过预测来确定某些参数，诸如例如液体在罐中移动的水平、船的移动和/或天气。
根据一种实施方式，液体是液化气体，例如液化天然气体。
根据一种实施方式，本发明还提供了用于管理罐的填充水平的计算机实施的系统，该系统包括用于下述的装置：
-提供限定罐的初始填充水平的初始状态；
-确定限定所述罐的最终填充水平的目标状态；
-确定液体转移方案，该转移方案限定为了从罐的初始状态转变到目标状态待在转移时段期间于罐之间转移的一个或更多个液体流；
-根据在转移时段期间罐的相继填充水平来计算罐的受损概率，罐的受损概率限定至少一个罐将在转移方案的过程期间受损的概率；
-如果罐的受损概率满足接受标准，则生成用以根据所述转移方案在罐之间转移液体的一系列指令。
根据一种实施方式，该管理系统还包括数据获取装置，例如，一个或更多个传感器或由操作者输入数据的一个或更多个装置。根据一种实施方式，该管理系统还包括数据显示装置。根据一种实施方式，该管理系统的用于执行上述步骤的装置为或者包括：至少一个处理器，和至少一个包括集成软件模块的存储器。
可以将这样的用于管理罐的填充水平的管理方法或系统安装在沿海或深水浮式结构中，特别是安装在LNG运载船，浮式存储和再气体化单元(FSRU)，远程浮式生产、存储和卸载(FPSO)单元，驳船中或其他应用中。
根据一种实施方式，本发明还提供了用于运输冷液体产品的船，该船包括双层船体、多个罐和上述管理系统。
附图说明
在参照附图阅读以纯粹是说明性的并且非限制性的示例的方式提供的对本发明的若干具体实施方式的以下描述时，将更清楚地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特征和优点将变得更清楚。
图1是包括处于初始填充状态的多个罐的船的示意性纵向截面视图；
图2是示出用于管理罐的填充水平以从图1的初始填充状态转变到图3的目标填充状态的方法的不同步骤的图；
图3是图1的船在罐处于目标填充状态的情况下的示意性纵向截面视图；
图4是用于管理图1的船的罐的填充水平的系统的示意图；
图5是示出对于从图1的初始填充状态向图2的目标填充状态转变的随时间的液体转移的多个图表；
图6是LNG运输船的罐的示意性剖面视图，包括用于管理罐的填充水平的系统和用于对该罐进行装载/卸载的码头。
具体实施方式
在下文中，在包括双层船体的船1的背景下对图进行描述，该双层船体形成其中布置有多个密封且热绝缘的罐的负载承载结构。这样的负载承载结构具有例如多面体几何形状，例如在形状上是棱柱形的。
这样的密封且热绝缘的罐例如被设计用于运输液化气体。液化气体以低温存储在这样的罐中并且被运输，需要热绝缘罐壁以使液化气体保持处于该温度。因此，特别重要的是保持罐壁的完整性是无损的，以便既保持罐密封并防止液化气体从罐泄漏出来，又防止罐的绝缘特性劣化，以使气体保持处于其液化形式。
这样的密封且热绝缘的罐还包括锚固至船的双层船体并携载至少一个密封膜的绝缘屏障。例如，这样的罐可以根据例如在FR2691520中描述的Mark
Figure BDA0002801788250000102
型技术、例如在FR2877638中描述的
Figure BDA0002801788250000101
型技术或例如在WO14057221中描述的其他技术进行生产。
图1示出了包括四个密封且热绝缘的罐2的船1。在这样的船1上，罐2通过货物处理系统(未示出)彼此连接，该货物处理系统可以包括许多部件，例如泵、阀和管道，以允许液体从罐2中的一个罐转移到另一个罐2。
图1中的四个罐2具有初始填充状态。在该初始状态下，罐被部分地填充。第一罐3被填充至其容量的约60％。第二罐4被填充至其容量的约35％。第三罐5被填充至其容量的约35％。第四罐6被填充至其容量的约40％。
当船1在海上航行时，罐3、4、5、6的这种部分填充可能引起所述罐3、4、5、6的显著受损风险。实际上，当船1在海上时，它经受与航行状况相关的许多移动。船1的这些移动被传递到容纳在罐3、4、5、6中的液体，上述液体因此易于在罐3、4、5、6中移动。液体在罐3、4、5、6中这些移动引起对罐3、4、5、6的壁的冲击，这可能使罐3、4、5、6的壁受损。然而，重要的是维持罐3、4、5、6的壁的完整性，以维持罐3、4、5、6的紧密密封和绝缘特性。
为了防止罐3、4、5、6受损，该船包括用于管理填充水平的系统，该系统的一种实施方式在图4中示出，并且其操作方法在图2中示出。
参照图2，用于管理罐的填充水平的系统——以下称为管理系统——首先需要获知罐3、4、5、6的初始填充状态。为此目的，在第一步骤7期间，将罐3、4、5、6的初始填充水平提供给管理系统。这些初始填充水平可以由操作者借助于管理系统的获取接口手动地提供或者可以通过任何合适的方式例如借助于用于感测罐3、4、5、6的填充水平的传感器(参见图4)来自动获得。这些填充水平例如被限定为就在罐3、4、5、6中的液体的高度而言的百分比。
在第二步骤8期间，管理系统确定罐3、4、5、6的目标填充状态。在该目标填充状态下，由船1运输的液体在罐3、4、5、6之间被分配成使得限制与液体在罐3、4、5、6中的移动相关的风险。更特别地，管理系统确定目标填充状态，在该目标填充状态下，由该船运输的所有液体在不同的罐之间被分配成使得限制与液体在罐中的移动相关的风险。典型地，管理系统确定目标填充状态，在该目标填充状态下，由船运输的液体在罐3、4、5、6之间被分配成使得罐的装满程度大于70％，或者相反地，其装满程度小于10％。
图3示出了图1的船具有的罐3、4、5、6处于这样的目标填充状态，这有助于限制液体在与所述罐3、4、5、6中的移动相关的风险。因此，在图3中，第一罐3的装满程度为95％，第二罐4和第三罐5的装满程度为5％，并且第四罐6的装满程度为95％。
罐3、6中未被所容纳液体占用的空间因此得以减少。该减少的剩余空间限制了所述液体在所述罐3、6中的移动，并且因此限制了与所述液体的所述移动相关的冲击力。因此，第一罐3和第四罐6具有有限的与液体的移动相关的受损风险。
另一方面，第二罐4和第三罐5具有有限的与液体的移动相关的受损风险，这是由于容纳在所述第二罐4和第三罐6中的液体的重量不足以对所述罐4、5的壁产生显著冲击的事实。
然后，管理系统计算(步骤9)用以从初始填充状态转变到目标填充状态的多个转移方案。
这些转移方案是基于罐3、4、5、6中的初始填充水平和船1的特性来计算的。特别地，为了计算转移方案而考虑的船1的特性包括下述中的至少一个参数：罐3、4、5、6中的泵的数量；泵的泵送能力；罐3、4、5、6的容积；以及将罐3、4、5、6彼此连接的管道的直径。使用该数据，管理系统计算所有的罐到罐转移可能性，这产生为了从初始填充水平达到目标填充水平的罐到罐转移方案的列表。
每个转移方案限定罐3、4、5、6之间的多个转移阶段。更特别地，每个转移阶段针对每个罐3、4、5、6并且根据不同罐3、4、5、6之间的液体转移能力来限定待在罐3、4、5、6之间转移的一个或更多个液体流。管理系统针对每个转移阶段限定：在该阶段开始时的填充水平；在该阶段结束时的填充水平；以及为了从该阶段开始时的填充水平转变到该阶段结束时的填充水平所需的转移时间。这些相继的转移阶段使得可以从初始填充状态转变到目标填充状态。
然而，这些转移阶段需要在罐3、4、5、6之间转移大量液体。这样的转移可能需要显著量的时间，在此期间，罐3、4、5、6可能仍然经受与液体的移动相关的显著风险。因此，在于步骤9期间已计算不同方案之后，管理系统针对每个方案计算(步骤10)在所述转移方案的过程期间罐3、4、5、6的受损风险。
换言之，针对每个转移方案，管理系统还计算在所述转移方案的过程期间罐3、4、5、6的受损概率。
罐3、4、5、6的该受损概率是根据许多参数来计算的。为了计算罐3、4、5、6的这些受损概率，必须通过在测试中或在船上实时取得的测量、通过统计或物理计算来估计若干量。
为了计算罐3、4、5、6的受损而可以考虑的参数可以包括：船1的移动参数；船1的环境条件参数；船1的结构参数；或与罐3、4、5、6中容纳的液体相关的参数。
船的移动参数例如是船在其六个自由度(纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇)上的移动参数，这些移动参数可以以移动、速度、以及时间或频谱加速度的形式表示。船的移动参数还可以包括船在航向、速度和GPS位置方面的航线。
环境条件参数主要与天气相关。这些环境条件参数包括例如：风浪高度；浪涌高度；风浪周期；浪涌周期；风浪方向；浪涌方向；风力；风方向；涌流力；涌流方向；风、浪涌、涌流、风浪相对于船的相对方向。
船1的结构参数包括例如：罐3、4、5、6的壁的取决于在罐上的位置的强度；罐3、4、5、6的绝缘系统的取决于在罐上的位置的强度；或液体移动的冲击的统计行为。
与容纳在罐3、4、5、6中的液体相关的参数例如为：液体对罐3、4、5、6的壁的冲击的水平(力、压力、幅度、频率、表面积)；在罐3、4、5、6的不同填充水平所花费的时间；由液体的转移引起的液化气体的蒸发水平；船1结构的装载状态。
因此，管理系统针对每个方案计算从初始填充状态转变到最终填充状态的操作的总时间，以及计算在所述操作期间罐3、4、5、6的壁的受损风险。绝缘的受损风险根据以下函数计算：
Figure BDA0002801788250000141
其中tk_n表示罐n的编号；
SC表示根据罐tk_n的填充水平fl_n的航行状况；
Probtk_n表示根据航行状况SC(fl_n)的、在罐tk_n的内表面上遇到的压力Pressurf大于罐tk_n的所述内表面的强度Ressurf的概率密度；
surf是受液体冲击的内表面；以及
tope是从初始状态向目标状态转变的操作的持续时间。
航行状况SC还可以取决于以下参数中的至少一个参数：
-海况与船之间的迎角；
-海况周期；
-海况的有效高度；
-船的移动；
-船的前进速度。
应注意，海况可以分为风浪和浪涌，以及甚至交叉浪涌。因此，海况可以用若干分量来限定。
定律Probtk是统计定律，例如GEV型定律、Weibull型定律、Pareto型定律或Gumbel型定律。例如使用在实验室进行的液体移动测试或在海上执行的船上测量活动来限定这些定律的一个参数、更多个参数或所有参数。
管理系统因此提供转移方案的列表(步骤11)以及与所述计算的转移方案相关的不同信息。此外，优选地根据接受标准对方案进行排序，例如，在罐3、4、5、6受损方面从最高风险方案到最低风险方案进行排序。
然后根据接受标准来选择方案(步骤12)。
优选地，每个方案以用于实现所述转移方案的不同转移阶段的一组控制信号和/或指令的形式提供。例如，方案可以包括以人类可读格式提供的并且能够在整个转移时段精确地引导操作者以执行转移方案的一系列指令。
根据一种实施方式，方案可以以用以控制货物处理系统的部件——例如致动船的泵、切换阀等——的一系列计算机可读格式的指令和/或一系列控制信号的形式提供，以执行转移方案。
接受标准可以为多种形式。该接受标准可以是预限定的或由操作者选择的。例如，无论是预限定的还是由操作者选择的，该接受标准都可以是罐3、4、5、6的受损风险、转移后可用的航行范围、转移方案花费的总时间或其他。
然后，实施所选择的满足接受标准的转移方案(步骤13)，以从初始填充状态转变到目标填充状态。
如上所指出的，可以通过在测试中或在船上实时取得的测量、通过统计或物理计算来获得或估计与为了计算方案(步骤9)和计算受损概率(步骤10)所需的参数对应的不同量。
图4示出了管理系统14的结构的示例。该管理系统14包括中央处理单元15。该中央处理单元15被配置为执行对转移方案和罐3、4、5、6的受损概率的不同计算(步骤9和10)。该中央处理单元15连接到多个船上传感器16，以用于获得以上指出的不同量。因此，传感器16例如但不是详尽地包括对泵17的流速进行感测的传感器、用于每个罐18的填充水平传感器、各种传感器19(加速度计、应力计、变形计、声音传感器、光传感器)，从而允许中央处理单元15经由专用算法来检测与液体在罐3、4、5、6中的移动相关的冲击等。
管理系统14还包括人机接口20。该人机接口20包括显示装置21。该显示装置21允许操作者获得各种各样的多条信息。该信息例如为：关于不同转移方案的信息；实施所述转移方案的指令；由传感器16获得的量，诸如液体在罐中移动的强度；关于与液体的这些移动相关的冲击的信息；船的移动；船的装载状态；或气象信息。
人机接口24还包括获取装置22，该获取装置允许操作者手动地向中央处理单元15提供量，通常为了向中央处理单元15提供由于船不包括必要的传感器或必要的传感器已损坏而因此传感器无法获得的数据。例如，在一种实施方式中，获取装置允许操作者输入与泵的数量和波浪的最大高度有关的信息。
管理系统14包括数据库23。该数据库23包括例如在实验室中或于在海上进行的船上测量活动期间获得的某些量。
管理系统14还包括通信接口24，该通信接口允许中央处理单元15与远程设备进行通信，例如用以获得气象数据、船的位置数据或其他。
图5示出了例示罐3、4、5、6随时间的填充水平的图表。因此，第一图表25例示了第一罐3随时间的填充水平26。第二图表27例示了第二罐4随时间的填充水平28。第三图表29例示了第三罐5随时间的填充水平30。第四图表31例示了第四罐6随时间的填充水平32。
在所选择的转移方案的第一阶段33期间，船1的阀被配置为将第一罐3和第二罐4连接以及将第三罐5和第四罐6连接。此外，罐3、4、5、6的泵被配置为将容纳在第二罐4中的液体朝向第一罐3转移并且将容纳在第三罐5中的液体朝向第四罐6转移。
第一图表25和第二图表27示出了在转移方案的该第一阶段33期间第一罐3接收来自第二罐4的液体。因此，第一图表25示出在第一阶段33期间第一罐3的填充水平26从60％的初始填充水平转变到95％的目标填充水平。类似地，第二图表27示出第二罐4被排空以从35％的初始填充水平转变到在第一阶段结束时为20％的填充水平。
在该第一阶段33期间，容纳在第三罐5中的液体朝向第四罐6转移。因此，第三罐5的填充水平30从35％的初始填充水平转变到在第一阶段结束时为20％的填充水平，并且第四罐6的填充水平32从40％的填充水平转变到在第一阶段结束时为60％的填充水平。
在转移方案的第二阶段34期间，船1的阀被切换以将第二罐4连接到第四罐6。阀的这种切换需要许多处理操纵，因此需要一定量的时间。在这些处理操纵期间，容纳在第三罐5中的液体继续朝向第四罐6转移，第三罐5在第二阶段结束时具有10％的填充水平，并且第四罐6在第二阶段结束时具有70％的填充水平。
由于连接到第四罐6的管道和第四罐6的泵不允许同时吸收源自第三罐5和源自第二罐4的液体流，因此连接到第四罐6的第二罐4仅在转移方案的第三阶段35期间被排空以继续填充第四罐6。
实际上，在第三阶段35开始——对应于将第二罐4连接到第四罐6的处理操纵结束——时，第二罐4的装满程度仍然为20％，而第三罐5现在仅具有10％的填充水平。因此，优选的是首先排空第二罐4，该第二罐的填充水平呈现出比第三罐5的填充水平高的风险。因此，在转移方案的第三阶段35期间，仅容纳在第二罐4中的液体被转移到第四罐6中。因此，第二罐4在第三阶段开始时具有20％的填充水平，而在第三阶段结束时具有约5％的填充水平。
一旦第二罐基本上为空的，船的管道和泵就被切换以将第三罐5中容纳的液体朝向第四罐6转移。因此，在转移方案的第四阶段36中，容纳在第三罐5中的尚未转移的液体被朝向第四罐6转移，使得第三罐5的最终填充水平为约5％，并且第四罐6的目标填充水平为约95％。
允许罐之间的转移的对阀的切换和对泵的致动可以是手动的和/或自动的。在手动操作的情况下，人机接口20向操作者提供用于实施转移方案的指令序列。管理系统14在其计算中考虑与这些操作对应的时间段(步骤9和步骤10)。
优选地，管理系统14实时地监测所选方案的进展(图2，步骤37)。在根据所选方案预测的填充水平26、28、30、32的实际状态与实际填充水平之间存在差异的情况下，向用户发送实时或提前警告，以向他或她警告这些差异(图2，步骤38)。如果天气状况、液体在被观察罐中的移动、船的移动或其他情况以不同的方式发展使得它们可能在转移方案如何发展方面引起差异，那么也可以将这样的警告发送给操作者。
如果在所选的转移方案与罐3、4、5、6随时间的实际状态之间观察到差异，例如由于在计算转移方案(步骤9)时一些泵的实际泵送流速被过高估计，那么管理系统14可以重新开始图2所示的计算处理，以制定新的转移方案或将其建议给操作者。优选地，方案的这种新计算是在将引起这种差异的相关收集数据例如泵的实际观察到的流速考虑进去的情况下进行的。此外，在一种实施方式中，方案的这种新计算是通过直接选择与在所述计算的第一迭代处确定的目标填充状态相同的目标填充状态来进行的。换言之，直接从对方案进行计算的步骤开始重复图2所示的计算。
以上描述的用于管理罐的填充水平的技术可以用在不同类型的容器中，例如用于浮式结构诸如LNG运载船中的LNG容器，或者用于其他应用中。
参照图6，LNG运载船70的剖面视图示出了安装在该船的双层船体72中、形状大致是棱柱形的密封且绝缘的罐71。罐71的壁包括：意在与容纳在罐中的LNG接触的第一级密封屏障；布置在第一级密封屏障与船的双层船体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与第二级密封屏障之间以及布置在第二级密封屏障与双层船体72之间的两个绝缘屏障。
以本身已知的方式，布置在船的上部甲板上的装载/卸载管道73可以借助于适当的连接器连接到海运或港口码头，以将LNG货物转移到罐71或转移来自该罐的LNG货物。
图6示出了包括装载和卸载站75、水下管道76和基于陆地的设施77的海运码头的示例。装载和卸载站75是固定的离岸设施，包括可移动臂74和支撑可移动臂74的塔架78。可移动臂74携载可以与装载/卸载管道73连接的成束的绝缘柔性管道79。可定向的可移动臂74适于所有尺寸的LNG运载工具。此处未示出的连接管道延伸到塔架78中。装载和卸载站75允许从基于陆地的设施77对LNG运载工具70进行装载以及从LNG运载工具向基于陆地的设施进行卸载。该设施包括：液化气体存储罐80；以及通过水下管道76连接到装载和卸载站75的连接管道81。水下管道76允许液化气体在装载和卸载站75与基于陆地的设施77之间进行远距离例如5km的转移，这允许LNG运载船70在装载和卸载操作期间被保持在距海岸的远距离处。
为了生成转移液化气体所需的压力，实施有安装在船70中的泵和/或为基于陆地的设施77配备的泵和/或为装载和卸载站75配备的泵。
尽管已经结合若干具体的实施方式描述了本发明，但是明显的是本发明绝不限于这些实施方式，并且明显的是如果所描述的手段的所有技术等同物及其组合被本发明的上下文涵盖，则本发明包括所描述的手段的所有技术等同物及其组合。
一些元件特别是管理系统的部件可以借助于硬件和/或软件部件以集中的或分布式的方式以不同形式产生。可以使用的硬件部件是ASIC专用集成电路、FPGA可编程逻辑阵列或微处理器。软件部件可以用各种编程语言例如C、C++、Java或VHDL进行编写。此列表并非详尽的。
动词“包括”或“包含”及其同源形式的使用不排除除了在权利要求中公开的那些元件或步骤之外还存在其他元件或其他步骤。除非另有说明，否则对元件或步骤使用的不定冠词“一”或“一种”并不排除存在多个这样的元件或步骤。特别地，与确定对罐的最终填充水平进行限定的目标状态的步骤有关的不定冠词“一”或“一种”的使用不排除确定若干目标状态，每个目标状态限定罐的最终填充水平。
在权利要求中使用的位于括号中的附图标记不应被解释为对权利要求的限制。

Claims (14)

1.一种用于对布置在船(1)中的多个罐(2、3、4、5、6)的填充水平进行管理的管理方法，所述罐(2、3、4、5、6)相连接以使得允许液体在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移，所述方法包括：
-提供限定所述罐(2、3、4、5、6)的初始填充水平的初始状态(7)；
-提供对所述船的环境数据进行限定的至少一个环境参数，所述至少一个环境参数包括风浪高度和/或浪涌高度，
-确定限定所述罐(2、3、4、5、6)的最终填充水平的目标状态(8)；
-确定液体转移方案(9)，所述转移方案限定了在转移时段期间要在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移的一个或更多个液体流，以使得从所述罐的所述初始状态转变到所述目标状态；
-根据在所述转移时段期间所述罐的相继填充水平以及根据所述至少一个环境参数来计算所述罐的受损概率(10)，所述罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-如果所述罐的受损概率满足接受标准，则生成用以根据所述转移方案在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移所述液体的一系列指令。
2.根据权利要求1所述的管理方法，还包括：如果所述罐的受损概率满足所述接受标准，则根据所述转移方案在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移(13)所述液体。
3.根据权利要求1至2中的一项所述的管理方法，还包括提供限定所述罐之间的转移能力的转移能力参数，所述转移方案是根据限定所述罐之间的转移能力的所述转移能力参数来确定的。
4.根据权利要求1至2中的一项所述的管理方法，其中，根据选自下述参数组的至少一个第一参数来计算所述罐的受损概率，所述参数组包括：所述船的移动；液体对罐壁的冲击的水平；液体移动的冲击的统计行为；罐的取决于在所述罐中的位置的强度；在不同填充水平所花费的时间；由液体的转移引起的气体蒸发速率；所述船的结构的装载状态。
5.根据权利要求3所述的管理方法，还包括下述步骤：实时确定所述转移能力参数并考虑所确定的所述转移能力参数以确定所述转移方案。
6.根据权利要求4所述的管理方法，还包括下述步骤：实时确定所述环境参数和/或所述第一参数，并考虑所确定的所述环境参数和/或所述第一参数以确定所述罐的受损概率的计算。
7.根据权利要求1至2中的一项所述的管理方法，其中，所述接受标准是与所述罐在所述转移方案的过程期间受损的风险有关的标准。
8.根据权利要求1至2中的一项所述的管理方法，其中，根据下式来计算所述罐的受损概率：
Figure FDA0003551429770000021
其中tk_n表示罐n的编号；
SC表示根据罐tk_n的填充水平fl_n的航行状况；
Probtk_n表示根据所述航行状况SC(fl_n)的、在罐tk_n的内表面上遇到的压力Pressurf大于所述罐tk_n的所述内表面的强度Ressurf的概率密度；
surf是受所述液体冲击的内表面；以及
tope是从所述初始状态向所述目标状态转变的操作的持续时间。
9.根据权利要求8所述的管理方法，其中，所述概率密度Probtk_n(Pressurf>Ressurf,tk_n,SC(fl_n)是预限定的。
10.根据权利要求1至2中的一项所述的管理方法，其中，所述方法还包括以下步骤：持续地监测(37)所述转移时段期间所述罐的实际相继状态，以及响应于检测到所述罐的实际相继状态与由所述转移方案所确定的所述罐的预测相继状态之间的差异，重复根据权利要求1所述的方法。
11.根据权利要求1所述的管理方法，还包括：
-确定多个不同的转移方案，每个转移方案限定了在相应的转移时段期间要在所述罐之间转移的一个或更多个液体流，以使得从所述初始状态转变到所述目标状态；
-对于每个转移方案，根据在对应的转移时段期间所述罐的相继填充水平来计算所述罐的相应受损概率，所述罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-从所述多个不同的转移方案中选择(12)一个方案；以及
-如果所述罐的对应受损概率满足接受标准，则生成用以根据所选择的转移方案在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移所述液体的一系列指令。
12.根据权利要求1所述的管理方法，还包括：
-确定多个目标状态(8)，每个目标状态限定所述罐的最终填充水平；
-确定多个不同的转移方案，每个转移方案限定了在相应的转移时段期间要在所述罐之间转移的一个或更多个液体流，以使得从所述初始状态转变到所述多个目标状态中的一个目标状态；
-对于每个转移方案，根据在对应的转移时段期间所述罐的相继填充水平来计算所述罐的相应受损概率，所述罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-从所述多个不同的转移方案中选择(12)一个方案；以及
-如果所述罐的对应受损概率满足接受标准，则生成用以根据所选择的转移方案在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移所述液体的一系列指令。
13.根据权利要求11或12所述的管理方法，其中，根据所述接受标准来选择方案。
14.罐的填充水平的计算机实施的管理系统，所述罐被布置在船(1)中并且被连接成使得允许液体在所述罐之间转移，所述系统包括用于下述的装置：
-提供限定罐(2、3、4、5、6)的初始填充水平的初始状态(7)；
-提供对所述船的环境数据进行限定的至少一个环境参数，所述至少一个环境参数包括风浪高度和/或浪涌高度，
-确定限定所述罐(2、3、4、5、6)的最终填充水平的目标状态(8)；
-确定液体转移方案(9)，所述转移方案限定了在转移时段期间要在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移的一个或更多个液体流，以使得从所述罐的所述初始状态转变到所述目标状态；
-根据在所述转移时段期间所述罐的相继填充水平以及根据所述至少一个环境参数来计算所述罐的受损概率(10)，所述罐的受损概率限定至少一个罐将在所述转移方案的过程期间受损的概率；
-如果所述罐的受损概率满足接受标准，则生成用以根据所述转移方案在所述罐(2、3、4、5、6)之间转移所述液体的一系列指令。
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