CN117432926A - 包括穿孔装置的密封罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种密封罐，用于运输液态天然气并安装在浮式结构中，该罐包括：与气体接触的初级密封膜(38)，次级密封膜(34)，将次级密封膜(34)与初级密封膜(38)分开的初级空间(36)，用于对所述初级密封膜(38)穿孔的穿孔装置(1)，该罐的特征在于，穿孔装置(1)包括布置在初级空间(36)中的穿孔构件(44)。

Description

包括穿孔装置的密封罐
技术领域
本发明涉及用于液态气体\例如液态天然气或液化石油气的罐的领域，特别是用于海运或河运。更具体地，本发明涉及一种具有安全装置的罐，该安全装置在罐中的液态天然气泄漏的情况下限制损坏的风险。
背景技术
这种罐具有几千立方米液态天然气的容量，或者甚至几万立方米液态天然气的容量。用于运输天然气的运输船具有专门装配的货舱来容纳这种罐，它们的货舱通常被分隔成多个罐。这种罐也可以在用于液态天然气地面储存的运输船外部制造。在大气压下，气体以液态形式、以-163℃(摄氏度)保存在罐中。因此，有必要对罐进行密封和隔热。
如图1所示，这种罐2通常具有平行六面体形状，其壁包括初级密封膜10和次级密封膜12。两个膜10和12被包括隔热层的初级空间14分开。次级密封膜12和浮式结构的壁4、6、8之间的次级空间16也填充有隔热材料，浮式结构例如是用于运输或储存的载体。浮式结构的底壁4是浮式结构的实际内部船体。浮式结构的顶壁8包括用于进入罐的内部容积的开口。
液态天然气的泄漏可能由于许多原因发生在初级密封膜10中，例如在恶劣的天气条件导致浮式结构显著变形的情况下。包含在罐2中的液态天然气然后渗透到初级空间14中，并进入初级空间14的隔热层中。
为了接近初级密封膜10中的泄漏并修复它，必须排空包含液态天然气的罐2。在该排空步骤结束时，相当数量的液态天然气可能保留在初级空间14的隔热层中。由于罐2的内部容积是空的，在初级空间14的隔热层和罐2的内部容积之间不再有压力平衡。初级空间14的隔热层中的液态天然气的重量将初级密封膜10推向罐2的内部容积，这可能损坏罐2。此外，在排空过程中，截留在初级空间14中的液态天然气蒸发，导致罐壁上的压力增加。取决于渗入罐2的壁中的天然气的量，其汽化至少部分地损坏罐2的壁，特别是通过初级密封膜10的变形或甚至局部撕裂。
为了限制初级密封膜10的这种变形，已经开发了一种穿孔装置，使得可以在罐2的底壁4处刺穿初级密封膜10，这释放了已经渗入初级空间14中的液态天然气，允许其非常快速地到达罐2的内部容积。这种用于完全排空罐2的装置包括穿孔构件22，在这种情况下为突钉，其通过线缆24保持在罐2的内部容积的上部部分中的适当位置。该穿孔构件可以在杆20中滑动，杆20具有通向罐2的内部容积的下部部分的端部开口，其与穿孔区域18相对，穿孔区域18采取形成在初级密封膜10的表面上的柱的形式。杆20的另一端延伸到罐2的外部。线缆24部分地围绕包括锁定器件的卷筒26缠绕。
当在初级密封膜10中检测到气体泄漏时，卷筒26的锁定器件失效，释放刺穿穿孔区域18的穿孔构件22。
然而，这种装置安装起来很昂贵，并且需要在杆和待刺穿区域之间精确对准，这在杆的长度(一到几十米)给定的情况下很难实现。此外，有时需要多次尝试在初级密封膜10上穿孔。
发明内容
因此，需要一种用于对液化天然气罐的密封膜穿孔的穿孔装置，该穿孔装置比现有技术中的穿孔装置更便宜、更容易实施并且更有效。
本发明涉及一种用于液化天然气的密封罐，该密封罐包括穿孔装置，这使得可以至少部分地克服这些缺点。
为此，本发明提出了一种用于运输液态气体并意图安装在浮式结构中的密封罐，该罐包括：
-旨在与气体接触的初级密封膜，
-次级密封膜，
-将次级密封膜与初级密封膜分开的初级空间，
-用于对初级密封膜穿孔的穿孔装置，
该罐的特征在于，穿孔装置包括穿孔构件，该穿孔构件在穿孔装置的休止状态下布置在初级空间中。
换句话说，当罐可操作并被密封时，即使罐没有穿孔，在其初级空间内也包括穿孔构件，穿孔装置直到需要刺穿初级膜时才被启用。在休止状态下，穿孔构件在该初级空间中是不动的。
通过这样将穿孔构件放置在罐的初级空间中，可以避免使用复杂且昂贵的杆。根据本发明的罐的穿孔装置也更可靠，因为穿孔构件靠近初级密封膜布置，换句话说，紧邻待穿孔的壁。
根据一个实施例，根据本发明的罐的穿孔构件的穿孔轴线与初级密封膜的位于穿孔构件处的主延伸平面相割地延伸。
替代地，根据本发明的罐的穿孔构件的穿孔轴线平行于初级密封膜的主延伸平面延伸，穿孔构件定位为靠近该主延伸平面。这种解决方案使得可以将穿孔构件容纳在小空间中，例如由膜的褶皱部(corrugation)所界定的小空间中，或者在初级空间的两个隔热面板之间。
有利地，根据本发明的罐的穿孔装置包括用于穿孔构件的推进装置，该推进装置布置在初级空间中。这种布置使得穿孔装置紧凑。
同样有利的是，根据本发明的罐的穿孔装置包括用于穿孔构件的致动装置，该致动装置被构造成安装在次级密封膜和罐的外围部之间。这种布置允许电力电缆容易地延伸到致动装置。
根据本发明的罐的推进装置由致动装置控制。更具体地，根据本发明的罐的穿孔装置优选地包括用于穿孔构件的锁定装置，其适于由致动装置命令或控制。
有利地，根据本发明的罐的穿孔装置包括关于锁定装置和致动装置的冗余。穿孔装置因此包括至少两个锁定装置和两个致动装置，每个致动装置与一个锁定装置相关联。这在根据本发明的罐的穿孔装置的控制中充当安全网，并防止意外命令或电气故障导致穿孔装置的致动。
在一个实施例中，根据本发明的推进装置、锁定装置和罐的穿孔构件容纳在至少部分由初级密封膜的凸台界定的空间中。这种凸台可以特别设置成接收推进装置、锁定装置和穿孔构件。替代地且有利地，该凸台是在初级密封膜的金属板中形成的褶皱部。
优选地，根据本发明的罐的穿孔装置包括用于穿孔构件的返回装置。一旦孔已经在初级密封膜中形成，这种返回装置以这样的方式移动穿孔构件，以确保它不会阻塞它已经形成的孔。
有利的是，根据本发明的罐包括底壁和侧壁，穿孔装置设置在罐的底壁中。
同样有利的是，根据本发明的罐包括在初级空间中的初级隔热屏障，该初级隔热屏障包括多个隔热壳体或隔热面板，穿孔装置布置在所述多个隔热壳体中的两个壳体之间的空间中，或者布置在两个隔热面板之间，或者布置在壳体中或隔热面板内部。这些壳体或面板使罐隔热，以限制热能的摄入。
有利地，根据本发明的罐的初级密封膜的厚度在0.5至2毫米之间。
优选地，根据本发明的罐的推进装置是螺旋弹簧或板簧或气体活塞。根据本发明的罐的致动装置例如是电磁体或无线电信号发射器。
附图说明
参考所附的示意图，从下面的描述中，以及从以非限制性指示的方式提供的多个示例性实施例中，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1已经相对于现有技术进行了描述，示出了用于运输液化气体的罐，包括根据现有技术的穿孔装置；
图2示出了根据本发明第一实施例的处于休止状态的根据本发明的罐的穿孔装置；
图3示出了图2的在工作中的穿孔装置；
图4示出了根据本发明第二实施例的处于休止状态的根据本发明的罐的穿孔装置；
图5示出了图4的在工作中的穿孔装置；
图6示出了根据本发明第三实施例的处于休止状态的根据本发明的罐的穿孔装置；以及
图7示出了图6的在工作中的穿孔装置。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例，根据本发明的用于运输液态气体或用于液态气体的地面储存的密封罐具有几千立方米气体的内部容积，并包括两个密封层和两个隔热层，如图1的罐所示。因此，从罐的内部到外部，罐包括初级密封膜38、包含隔热材料的初级空间36、次级密封膜34和包含隔热材料的次级空间32，该次级空间32包括形成罐的外围部的壁。
根据本发明的密封罐通常为平行六面体形状，包括底壁5(在图2中可见)、侧壁和设有开口的顶壁，这些壁装配在浮式结构内。
在本发明的该第一实施例中，罐的底壁5位于浮式结构的内部船体30上，浮式结构例如用于运输和/或储存的载体。在另一种变型中，罐具有平行六面体以外的形状，例如球形。
在本发明的第一实施例中，如图2所示，根据本发明的穿孔装置1布置在罐的底壁5中。作为一种变型，根据本发明的穿孔装置1布置在罐的侧壁中，但是相对靠近底壁5，以便有效地排空罐。
根据本发明的罐的底壁5包括直接界定罐的内部的初级密封膜38，当罐充满时，初级密封膜38与液化气体接触。该初级密封膜38例如由铁合金或不锈钢或含镍或锰的合金或铝制成，并且其厚度在0.5至2毫米之间，例如其厚度为0.7或1.2毫米。
根据本发明的罐的底壁5还包括次级密封膜34，该次级密封膜34例如由基于铁并包含镍和/或锰的金属合金制成，或者由不锈钢制成，厚度为0.5至2毫米，例如0.7毫米，或者由叠加合成层和铝层的复合材料制成。次级密封膜34通过初级空间36与初级密封膜38分开。
初级空间36填充有多个隔热壳体，隔热壳体填充有隔热材料，例如玻璃棉或珍珠岩。初级空间36也可以由隔热面板占据，例如由聚氨酯泡沫制成，优选用玻璃纤维增强。
在说明书的其余部分，术语“壳体(casing)”将用于表示隔热元件，但是注意，该术语“壳体”可以由术语“面板”代替。
次级密封膜34本身通过次级空间32与包含罐的浮式结构的内部船体30分开，次级空间32也由填充有隔热材料的壳体实现，或者由隔热材料制成的壳体实现，隔热材料例如玻璃棉、珍珠岩或聚氨酯泡沫。这些壳体或面板通过粘合柱31和/或机械锚固(例如金属销)刚性固定到内部船体30。
次级密封膜34和初级密封膜38之间的距离在20至250毫米之间，例如25、100或230毫米。
次级密封膜34和内部船体30之间的距离在130至400毫米之间，例如130、230、300或380毫米。自然，可以设想更大或更小厚度的初级空间或次空间。在相关密封膜的主延伸平面上测量，两个绝缘壳体之间的距离约为50毫米。
在图2和3所示的本发明的第一实施例中，根据本发明的穿孔装置1包括穿孔构件44，例如金属突钉，该穿孔构件44沿着穿孔轴线X布置，该穿孔轴线X与罐的底壁5正交，并因此与于布置在内部船体30上的初级密封膜38和次级密封膜34正交。作为一种变型，穿孔轴线X可以相对于与罐底壁5正交的该方向稍微倾斜，例如+/-5°。
在根据本发明的穿孔装置1的休止状态下，换句话说，当不使用时，穿孔构件44通过锁定装置40(在这种情况下是轭)保持在推进装置42中，推进装置42在这种情况下是压缩螺旋弹簧。为此，锁定装置40包括可旋转地安装在次级密封膜34或壳体上的肘部，平行于穿孔构件44布置的臂405从该肘部延伸，臂405终止于横向于臂405的杆403中。杆403被锁定在穿孔构件44中的相应孔443(在图3中可见)中，从而防止推进装置42推动穿孔构件44。锁定装置40还包括臂401，该臂401从肘部沿相对于底壁5(或该底壁5中的次级密封膜34)略微倾斜的方向延伸。
由于锁定装置40可围绕刚性固定到次级密封膜34或壳体的杆旋转，臂401朝向次级密封膜34的旋转将杆403从孔443中释放，这允许推进装置42将穿孔构件44朝向初级密封膜38推进并对其穿孔，如图3所示。
臂401的这种旋转由致动装置46控制，致动装置46在这种情况下是电磁体，当该电磁体被供电时，该电磁体将臂401拉向水平方向，换句话说，平行于底壁5的方向。致动装置46插入次级空间32的隔热屏障中，例如在该次级空间32的两个隔热壳体之间，或者直接插入这些壳体之一的隔热材料中。连接到电磁体的电力电缆48穿过部分次级空间32，直到用于控制(例如开关)和用于向穿孔装置1供电的系统。作为变型，当初级密封膜34和次级密封膜38由允许无线电波传输的材料制成时，电磁体由无线电指令。
推进装置42、穿孔构件44和锁定装置40优选地容纳在初级空间36的两个绝缘壳体之间，初级空间36中的两个绝缘壳体之间的距离大约为50毫米，因此允许这种布置。
根据本发明的第二实施例，除了穿孔装置1之外，根据本发明的密封罐与本发明的第一实施例的罐相同，穿孔装置1的推进装置不是螺旋弹簧而是片簧，如图4和5所示。下面不再描述与本发明第一实施例相同的元件。
在本发明的该第二实施例中，与本发明的第一实施例类似，根据本发明的罐的穿孔装置1还包括布置在初级空间36中的穿孔构件44、推进装置50和锁定装置40，并包括布置在次级空间32中的致动装置46。特别地，锁定装置40是与本发明的第一实施例相同的轭，其在休止状态下借助于插入穿孔构件44的孔443中的杆403，在与底壁5正交的方向上锁定穿孔构件44。因此，锁定装置40的操作与本发明第一实施例的操作相同。
在本发明的该第二实施例中，推进装置50是片簧，其包括紧固臂501，该紧固臂501刚性地固定到次级密封膜34或壳体上。片簧还包括推进臂502，在穿孔装置1的休止状态下，推进臂502的端部抵靠穿孔构件44的边缘441张紧安装。
当致动装置46(在这种情况下为电磁体)被供电时，锁定装置40的臂401被拉向次级密封膜34，这将杆403从穿孔构件44中的孔443中释放。然后，穿孔构件44被推进装置50的推进臂502推靠初级密封膜38，在初级密封膜38中形成孔，如图5所示。
根据图6和7所示的本发明的第三实施例，根据本发明的密封罐具有与前述实施例相同的特征，唯一的区别在于初级密封膜38和次级密封膜34之间的初级空间36小得多，因此根据本发明的罐的穿孔装置1不同地布置在初级密封膜38的凸台381中，如图6和7所示。因此，在这种情况下，不再描述与本发明的前述实施例相同的元件。
在本发明的该第三实施例中，初级空间36由厚度在20至100毫米之间的隔热层界定，该隔热层例如是胶合板或聚合物复合材料或聚氨酯泡沫。
其中容纳穿孔装置1的凸台381采取褶皱部的形式，其长度L约为1米，高度H约为70毫米。作为变型，褶皱部的高度具有不同的值，但是仍然在30毫米和100毫米之间。褶皱部381也横向延伸几厘米，例如50毫米，褶皱部的横向尺寸与图6中的剖面正交。作为变型，褶皱部在该正交维度上延伸更大的距离。在本发明的这个实施例中，褶皱部381被特别设计用于容纳穿孔装置1。作为变型，褶皱部381是由初级密封膜38形成的褶皱部，用于吸收特别是由温度波动引起的罐的变形。
在本发明的该第三实施例中，根据本发明的穿孔装置1包括穿孔构件60，在这种情况下，穿孔构件60是终止于突钉的杆，其穿孔轴线X平行于罐的底壁5中的次级密封膜34的主延伸平面。因此，穿孔轴线X正交于褶皱部381的侧壁382延伸，该侧壁382在褶皱部381的高度上延伸。
构成穿孔构件60的杆可以相对于刚性固定到次级密封膜34或初级空间36的壳体或面板的几个引导支承件平移运动，例如四个引导支承件62、64、65和66。在图6和7中，支承件62、64、65和66被固定到初级空间36的隔离片材上，这种隔离片材例如是胶合板或聚合物复合材料或聚氨酯泡沫。推进装置69例如是在穿孔装置1的休止状态下，在引导支承件65和刚性固定到穿孔构件60的环603之间围绕杆压缩安装的螺旋弹簧。环603和杆的突钉之间的距离大于引导支承件66的靠近侧壁382的表面和该侧壁382之间的距离。因此，如图7所示，当构成推进装置69的弹簧松弛时，环603朝着支承件66平移运动，并且杆的突钉被推进抵靠侧壁382，穿透侧壁382。
一旦初级密封膜38已经被穿孔，并且使所形成的孔畅通，从而允许截留在两个密封膜34和38之间的液态气体容易地流入罐中，返回装置68、例如安装在构成穿孔构件60的杆上的螺旋弹簧将杆的突钉完全带回到至少部分地由褶皱部381界定的空间中。为此，用于使突钉返回的弹簧68布置在杆的非突钉端处的轴环601和靠近杆的非突钉端的引导支承件62之间。弹簧68行进的路径大约是弹簧69行进路径的一半，这样就不会妨碍穿孔构件60的推进。
为了将穿孔装置1保持在休止状态，两个锁定装置70和72将穿孔构件60保持在褶皱部381内部，面向壁382。这些锁定装置70和72是轭，每个轭具有可旋转地安装在次级密封膜34的突出元件上的肘部，该元件刚性地固定到次级密封膜34上(未示出)。
构成第一锁定装置70的轭包括两个臂705和701，这两个臂从轭的肘部平行于构成穿孔构件60的杆延伸。臂705在其端部包括柱703，在穿孔装置1的休止状态下，柱703容纳在穿孔构件60的孔605中。因此，第一锁定装置70防止该杆在引导支承件62、64、65和66中滑动。
同样，构成第二锁定装置72的轭包括两个臂725和721，这两个臂从轭的肘部平行于构成穿孔构件60的杆延伸。臂725在其端部包括柱723，在穿孔装置1的休止状态下，柱703容纳在穿孔构件60的孔607中。因此，第二锁定装置72防止该杆在引导支承件62、64、65和66之间滑动。
由于第一锁定装置70的肘部可围绕刚性固定到次级密封膜34的元件旋转，臂701朝向次级密封膜34的旋转将柱703从孔605中释放。同样，第二锁定装置72的臂721朝向次级密封膜34的旋转将柱723从孔607中释放。这两次旋转释放穿孔构件60，从而允许推进装置69将穿孔构件60推向凸台381的壁382。
臂701和721的这些旋转运动分别由第一致动装置80和第二致动装置84控制，在这种情况下，第一致动装置80和第二致动装置84是电磁体，当这些电磁体被供电时，电磁体将臂701和721分别拉向次级密封膜34。致动装置80和84布置在次级空间32的隔热屏障中，例如在该次级空间32的两个隔热壳体之间或者直接在这些壳体之一中。分别连接到第一致动装置80和第二致动装置84的电力电缆82和86延伸穿过次级空间32的一部分，直到用于控制(例如开关)和用于向穿孔装置1供电的系统。作为变型，当初级密封膜34和次级密封膜38由允许无线电波传输的材料制成时，电磁体由无线电指令。
锁定装置70和72、推进装置69和穿孔构件60本身布置在初级密封膜38的褶皱部381中。
在本发明的该第三实施例中，锁定装置70、72和相应的致动装置80、84的冗余用作处于休止状态的穿孔装置1的安全网。具体地说，轭70、72中的一个的意外动作不会导致壁382穿孔，因为另一个轭仍将穿孔构件60保持在褶皱部381内。
显然，本发明不限于刚刚描述的示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些示例进行许多调整。

Claims (14)

1.一种密封的罐，用于运输液态气体并装配在浮式结构中，所述罐包括：
用于与气体接触的初级密封膜(38)，
次级密封膜(34)，
将所述次级密封膜(34)与所述初级密封膜(38)分开的初级空间(36)，
用于对所述初级密封膜(38)穿孔的穿孔装置(1)，
所述罐的特征在于，所述穿孔装置(1)包括在所述穿孔装置(1)的休止状态下布置在所述初级空间(36)中的穿孔构件(44，60)。
2.根据权利要求1所述的密封罐，其中，所述穿孔构件(44)的穿孔轴线(X)与位于所述穿孔构件(44)处的初级密封膜(38)的主延伸平面相割地延伸。
3.根据权利要求1所述的密封罐，其中，所述穿孔构件(60)的穿孔轴线(X)平行于所述初级密封膜(38)的主延伸平面延伸，所述穿孔构件(60)位于该主延伸平面附近。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封罐，其中，所述穿孔装置(1)包括用于所述穿孔构件(44，60)的推进装置(42，50，69)，所述推进装置(42，50，69)布置在所述初级空间(36)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的密封罐，其中，所述穿孔装置(1)包括用于所述穿孔构件(44，60)的致动装置(46，80，84)，所述致动装置(46，80，84)被配置成安装在所述次级密封膜(34)和所述罐的外围部之间。
6.根据权利要求4和5所述的密封罐，其中，所述推进装置(42，50，69)由所述致动装置(46，80，84)控制。
7.根据权利要求5或6所述的密封罐，其中，所述穿孔装置(1)包括用于所述穿孔构件(44，60)的锁定装置(40，70，72)，所述锁定装置适于由所述致动装置(46，80，84)控制。
8.根据权利要求7所述的密封罐，其中，所述穿孔装置(1)包括关于所述锁定装置(70，72)和所述致动装置(80，84)的冗余。
9.根据权利要求7或8结合权利要求3和4所述的密封罐，其中，所述推进装置(69)、所述锁定装置(70，72)和所述穿孔构件(60)容纳在至少部分地由所述初级密封膜(38)的凸台(381)界定的空间中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的密封罐，其中，所述穿孔装置(1)包括用于所述穿孔构件(60)的返回装置(68)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的密封罐，其中，所述罐包括底壁(5)和侧壁，所述穿孔装置(1)布置在所述罐的底壁(5)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的密封罐，其中，所述罐包括位于所述初级空间(36)中的初级隔热屏障，所述初级隔热屏障包括多个隔热壳体，所述穿孔装置(1)布置在所述多个隔热壳体中的两个壳体之间的空间中。
13.根据权利要求4至13中任一项所述的密封罐，其中，所述推进装置(42，50，69)是螺旋弹簧(42，69)或板簧(50)或气体活塞。
14.根据权利要求5至14中任一项所述的密封罐，其中，所述致动装置(46，80，84)是电磁体或无线电信号发射器。
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