CN1122143C - 用来防止储藏在不渗透的等温储罐中的液化气的蒸发的方法和实现该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用来防止储藏在建造在船舶的支撑结构中或者布置在一组浮动的或岸边的储罐中不渗透的等温隔热的储罐(1)中的液化气的蒸发的方法，该方法是使一种流体致冷剂通过一个热交换器穿过一团液化气(L)以便把所述液化气团冷却到稍低于其基准储藏温度的温度，从而补偿作为在其运输或储藏期间热损耗的结果对所述液化气团的加热。

Description

用来防止储藏在不渗透的等温储罐中的 液化气的蒸发的方法和实现该方法的装置
本发明涉及用来防止储藏在不渗透的等温隔热的储罐中的液化气蒸发的方法，该储罐可能或可能不建造在船舶，特别是甲烷油轮的支撑结构中，液化气特别是液体甲烷，并涉及实现此一方法的装置。
液体甲烷通常以液体形式在接近于大气压的压力下和大约-163℃的温度下储藏。为了在运输期间限制液体甲烷的蒸发，已经提出，用法国专利申请No.2 535 831、No.2 586 082、No.2 629 897和No.2 683 786(所有这些都是以申请人公司的名义)中所描述的各种方法来改进储罐的等温隔热。对储罐的等温隔热的改进已经使得有可能把每储藏日的标称蒸发率从0.30％降低到大约0.15％，但是难以进一步改进。
在一艘甲烷油轮上，每个储罐连接于在该船舶的主甲板上的一根立管，以便让所蒸发的气体逃逸，因为否则此一气体将在该储罐中产生不能允许的过高压力。为了避免把所蒸发的气体排放到大气中，该气体构成污染物排放，这在当船舶靠近港口时是更加不能接受的，以及为了避免从而损失一部分货物，公知的做法是用所蒸发的气体来推进船舶。为此目的，船舶的机舱一般配备一种适合于既用所蒸发的气体来运行又用柴油或燃油来运行的汽轮机。然而，具有低效率的汽轮机和涡轮机的双重功能招致机舱的加长，而这意味着船舶的加长或减小储罐的尺寸。进而，在0.15％左右的蒸发率下，所蒸发的气体仅供应汽轮机所需能量的40到80％，因而该汽轮机还必须始终用柴油或燃油来运行。
为了避免与燃烧所蒸发的气体相关联的缺点并避免在卸货之前消耗一部分货物，还提出在船舶的甲板上设置再次液化设备以便再次液化所蒸发的气体并使其返回储罐。然而此一解决方案实施起来极其麻烦，因为再次液化设备的创始费用非常高而且再次液化设备的所需功率也很大。进而，因为甲烷货物一般并不纯净，有必要提供货物的各种组分的分别液化，这招致分离柱的使用，在日益加大的船舶上，这是难以处置的事。
本发明的目的在于消除上述缺点并提供一种用来防止储藏在不渗透的等温隔热的储罐中的液化气的蒸发的方法，该储罐可能或可能不包括在船舶的支撑结构中，而且该方法实施起来和操作起来是简单而经济的。
为此目的，本发明的主题在于一种用来防止储藏在不渗透的等温隔热的储罐中的液化气的蒸发的方法，该储罐建造在船舶的支撑结构中或者布置在一组浮动的或岸边的储罐中，其特征在于，是使一种流体致冷剂穿过液化气团以便把所述液化气团冷却到稍低于其基准储藏温度的温度，从而补偿作为在其运输或储藏期间热泄漏的结果对所述液化气团的加热。于是，防止，或者起码限制，液化气的蒸发。所发生的是，如果液化气开始向位于储罐中液化气团的顶部的气相体积中蒸发，则流体致冷剂的环流将通过在液化气与所蒸发的气体之间的分界面处的热交换引起所蒸发的气体的自动再次液化。
本发明的目的还在于用来实现上述方法的装置，其特征在于，它包括，针对每一个储罐，一个淹没在将要被冷却的该液化气团中的热交换器，一个用来在热交换器出口处压缩流体致冷剂的压缩机，以及一个用来把所压缩的流体致冷剂在其进入热交换器之前冷却到其致冷温度的致冷单元。
最好是，该装置包括一个用来使海水循环以便把所压缩的流体致冷剂在其进入致冷单元之前冷却的单元。此一海水环流单元可以连接于船舶的压舱水收集器。
在一种具体的实施例中，流体致冷剂在它进入热交换器时处于液相，最好是液态氮，并且随着它穿过该液化气团而蒸发，该致冷单元被设计成每一循环使流体致冷剂再次液化。此一交替形式特别有效，因为液体致冷剂的潜热被用来给货物致冷。当然，流体致冷剂可以处于气相，而在此一场合气体致冷剂随着它在热交换器中被加热而经受压力降低，例如按公知的Joule-Thomson循环。
根据另一个特征，该致冷单元被设计成把流体致冷剂在其进入热交换器之前降温到大体上比液化气团的基准温度低30℃的致冷温度。
根据本发明的又一个特征，每个储罐配装一个压力表，用以监测位于储罐中液化气团的顶部的气相体积中的压力变化。在此一场合，当由该压力表检测到的压力超过第1预定的压力阈值，例如比通常为1060mmbar[sic]左右的基准储藏压力高出5mmbar[sic]，时，该压力表可以立即起动流体致冷剂的环流，并且当检测到的压力低于第2预定的压力阈值，例如比所述储藏压力要低5mmbar[sic]，时，立即停止该环流。
最好是，热交换器靠一个用来装货/卸货液化气的塔，该塔设置在储罐的一个竖直横壁上，支撑在储罐内部。
热交换器可以包括一个或多个U形管，它们的端部穿过储罐的顶部。在此一场合，每个U形管或者U形管组可以在其旁边由一个空心管所包围，形成一个在其两个竖直端部敞开的对流井，以便穿过每个井在该液化气团中产生对流运动。
最好是，压缩机和致冷单元设置在船舶的甲板上，与每个储罐的装货/卸货塔对齐。
为了给出对本发明的主题更好的理解，下面将借助于纯粹说明性的和非限制性的例子来描述附图中所示的本发明的一个实施例。
在这些附图中：
图1是具有常规结构的甲烷油轮的示意立面和局部剖视图，以及
图2是本发明的一个实施例中的，图1的船舶的一个储罐的放大的和部分剖视的局部视图。
图1表示一艘具有常规结构的甲烷油轮N，该甲烷油轮带有4个用来储藏货物的储罐1，每个储罐配有一个设置在船舶的主甲板3上的立管2，以便当储罐内压力升高时气体可以逃逸。在船舶N的尾部，有一个机舱14，该机舱按常规方式包括一个汽轮机，该汽轮机用柴油和/或来自储罐的所蒸发的气体来运行。
储罐1靠被称为隔离舱的双层横舱壁4彼此隔离。每个储罐的底部由船舶的双层船体的内表面5形成，双层船体的内表面5与外表面6之间的空间用作压舱水。按原本公知的方式，每个储罐1包括一个装货/卸货塔7，用以在运输之前把货物装进储罐，和一旦已经运到时用以把货物卸出。
从图2中可以很好地看到，该塔7在储罐1的整个高度上延伸，靠近隔离舱4的横舱壁，并且在其下部有一个泵8，用以卸出货物。按原本公知的方式，该塔7包括一个装货管线和一个卸货管线，该塔有可能为三脚架式，也就是说带有三个支撑用来装货和卸货的所有管线的立柱。
按原本公知的方式，每个储罐1包括固定于船舶的支撑结构，确切地说是双层船体的内表面5和横舱壁4，的第2隔热层10，以及附着于所述第2隔热层10的两层，第2层11和第1层12，防水层。在第2防水层11与第1防水层12之间通常设有一层第1隔热层13或者以申请人公司的名义的1998年7月10日的法国专利申请98/08196中所述的耐冲击机械防护层。
图2示出储罐1内液化气团L与气相G中的货物体积之间的分界面S。
在图2中已经用一个总块体20来表示与一个压缩机，例如用以使液态氮环流，配套的致冷单元。该致冷单元可以被设计成使离开储罐的液态氮再次液化。该块体20安装在船舶的主甲板3上。
一个进口管线21和一个出口管线33连接于块体20，用以使源于，例如，船舶的压舱水收集器的海水循环。
至少一个U形管23在其进口23a和在其出口23b处连接于块体20。U形管23延续到热交换器，该热交换器竖直地向下延伸进入储罐1，大体上达到从其底部算起的中途。虽然这未画出，但是每个U形管23最好是由前述塔7的一个立柱来支撑。为此目的，每个U形管23靠近该塔7延伸。
在每个U形管23周围，有一个在储罐1内部形成一个对流井的空心管24。此一管24在其两个竖直端部敞开以便引起储藏在储罐1中的货物的对流运动。
下面将描述本发明的一个实施例的工作。
液相L中的甲烷和气相G中的小体积在大约-163℃的温度下储藏在储罐1中。
致冷单元20使液态氮在大约-196℃下穿过U形管23，而这有冷却所述U形管23周围的液体甲烷L的作用。假定这样被冷却的液体甲烷变得密度更大，它在储罐1中下沉，而尚未被冷却的液体甲烷却上升。液体甲烷L的此一对流运动经由对流井24，从而造成此一对流运动遍及储罐1。例如，空心管24的直径大约为1m。当然，热交换器可能包括若干个U形管23，或者带有若干个直角弯头的管子，连同若干个对流管24。空心管24在其上端大体上为漏斗形24a，向外扩展，以便促进此一对流运动。
液态氮随着它穿过U形管23而蒸发，而这通过利用氮的潜热使得液体甲烷L被更有效地冷却。情况是这样，还有可能使用处于气相的氮，气态氮在它流过热交换器时经受压力降低。氮当它离开U形管23的出口23b时，处于大约-163℃的温度下。然后氮流过压缩机20，例如三级压缩机，该压缩机使氮升温到例如大约+130℃的温度。这样被压缩的氮首先被海水环流管线21、22冷却，使氮降温到大约30℃的最高温度，也就是海水的温度。最后这样被冷却的压缩氮气在致冷单元中经受再次液化，使它降温到-196℃的温度。
假定致冷单元和压缩机20布置在塔7的竖直上方，有可能使用卸货泵8所用的动力，因为后者在运输期间不工作，仅在卸货期间工作。
块体20最好是配备一个布置在储罐1的气相体积G中的压力表25，以便检测此一气相体积中的压力变化。例如，针对气相体积G中大约1060mmbar[sic]的基准储藏压力，压力表25能检测高于或低于此一基准压力5mmbar[sic]的变化，以便分别起动致冷单元和压缩机或者把它们切断。假定每个储罐中的货物具有很大的热惯量，致冷单元带有在实现所储藏的货物的小量冷却之前，以及在能够在与液化气L的分界面S处再次液化所蒸发的甲烷之前，通常工作若干小时的压缩机20。同样，致冷单元和压缩机20在液化气能够开始再次蒸发之前保持不工作若干小时。
实际上，由于热损失是由主要在白天出现的日照所致，有可能使压缩机和致冷单元20在白天自动运行而在夜间切断。
根据本发明，有可能省去用来推进船舶的汽轮机而使用用柴油来运行的柴油发动机，该柴油发动机具有较高的效率并占据较小的空间，这使得有可能减小机舱的尺寸。机舱的尺寸可以减小大约10％，这相当于短了若干米的长度。于是，从机舱节省的每一米都使储罐的体积得以增加，这是非常重要的，给出了储罐的尺寸。
本发明的另一个优点在于，省去了用来使所蒸发的气体向机舱或向任何再次液化设备环流的所有管线。
最后，当流体致冷剂为氮时，氮的资源可以在每个储罐的管线中被利用，并且可以排出到压舱水储罐中来限制可燃性氧组分，以便避免对压舱水储罐的冲击，例如当受其他船舶碰撞时，引起起火。
虽然已经结合具体的实施例描述了本发明，但是十分明显的是，本发明决不限于此，它包括所述机构及其组合的所有技术等效物，如果这些技术等效物落在本发明的范围之内的话。

Claims (12)

1.一种用来防止储藏在不渗透和隔热的储罐(1)中的液化气的蒸发的方法，该储罐建造在船舶(N)的支撑结构中或者布置在一组浮动的或岸边的储罐中，其特征在于，使一种流体致冷剂通过一个热交换器(23)穿过液化气团(L)，以便把所述液化气团(L)冷却到稍低于其基准储藏温度的温度，从而补偿作为在运输或储藏期间热损耗所导致的对所述液化气团的加热。
2.一种用来防止储藏在不渗透和隔热的储罐(1)中的液化气团蒸发的装置，该储罐建造在船舶的支撑结构中或者布置在一组浮动的或岸边的储罐中，其特征在于，它包括，有一个淹没在将要被冷却的该液化气团(L)中的热交换器(23)，其有至少一个U形管，其用于交换液化气团与流过热交换器的流体致冷剂潜热的热量，一个用来压缩流出该热交换器的流体致冷剂的压缩机(20)，以及一个用来把所压缩的流体致冷剂在流体致冷剂提供到该热交换器入口之前冷却到致冷温度的致冷单元(20)。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于，它包括一个用来使海水循环以便把所压缩的流体致冷剂在其进入致冷单元(20)之前冷却的单元(21、22)。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，该海水环流单元(21、22)连接于船舶的压舱水(ballast)收集器。
5.根据权利要求2至4之一的装置，其特征在于，该流体致冷剂在它进入热交换器(23)时处于液相，最好是液态氮，并且随着它穿过该液化气团(L)而蒸发，该致冷单元(20)被设计成每一循环使流体致冷剂再次液化。
6.根据权利要求2至4之一的装置，其特征在于，该致冷单元(20)被设计成把流体致冷剂在其进入热交换器(23)之前降温到大体上比液化气团(L)的基准温度低30℃的致冷温度。
7.根据权利要求2至4之一的装置，其特征在于，每个储罐(1)配装一个压力表(25)，用以监测位于储罐中液化气团的顶部的气相体积中的压力变化。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，当由该压力表(25)检测到的压力超过第1预定的压力阈值，例如比通常为1060mmbar[sic]左右的基准储藏压力高出5mmbar[sic]时，该压力表(25)立即起动该流体致冷剂的环流，并且当检测到的压力低于第2预定的压力阈值，例如比所述基准压力低5mmbar[sic]时，立即停止该环流。
9.根据权利要求2至4之一的装置，其特征在于，该热交换器(23)靠一个用来装货/卸货液化气的塔(7)支撑在储罐(1)内部，该塔设置在储罐的一个竖直横壁(4)上。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，该热交换器(23)包括一个或多个U形管(23)，它们的端部穿过储罐(1)的顶部。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，每个U形管或者U形管(23)组在其旁边由一个空心管(24)所包围，形成一个在其两个竖直端部敞开的对流井，以便穿过每个井在该液化气团(L)中产生对流运动。
12.根据权利要求9的装置，其特征在于，该压缩机和该致冷单元(20)设置在船舶的甲板(3)上，与每个储罐(1)的装货/卸货塔(7)对齐。
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