CN85105351A

CN85105351A - 液化气储运罐的绝热方法和系统

Info

Publication number: CN85105351A
Application number: CN 85105351
Authority: CN
Inventors: 维舒厄; 柴村阳吉; 中村贺昭; 金沢孝雄
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-07-13
Filing date: 1985-07-13
Publication date: 1987-04-29
Also published as: CN85105351B

Abstract

本发明是运载沸点低于-40℃(大气压下)的液化气的薄膜储运罐的绝热系统。在储罐周围的密封空间中装有木板层用来支撑储罐同时使储罐与外界的热量隔绝。把上述密封空间中的空气抽走形成真空，借以降低木板层空穴中的压力。

Description

本发明是关于一种液化气储运罐的绝热方法，特别是关于运输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气所用的薄膜型液化气储气罐的绝热方法和系统。

液化天然气薄膜储运罐的一般绝热系统的构造如下。

在一般储气罐绝热方法中，工字梁是按一定的间隔离布置在储罐内壳的下部，在工字梁之间填充以玛

脂填料。在这些工字梁上安装着由多层木板如轻木木板组成的绝热层。在这个绝热层中配置有第二层隔板，在液体由于薄膜破裂而发生泄漏的情况下，这一层隔板可以在一定时间内保持储罐的密封性。薄膜是一层金属薄板安置在绝热层的内表面上。薄膜只用来保持储罐的密封性，而液体的负荷将通过绝热层和工字梁传递到内壳上。在薄膜和内壳之间的空间可分成两部份。中间隔板空间（IBS-interbarrier space）是指薄膜和第二层隔板之间的这一部份，而中间基础空间（IGS-interground space）则指第二层隔板和内壳之间的这一部份。将氮气作为惰性气体在略高于大气压（0～20毫巴）的压力下充入这些部份。

近来，已经提出要改善液化气储罐绝热性能的要求以便减少在输过程中所蒸发的气体量，这是从节约能源的观点提出来的。在采用同样的绝热材料的情况下，如按照一般的方法来满足上述的要求就只能增加绝热层的厚度。但是，增加绝热层厚度就必须会带来费用的增加，同时也会减小液化天然气储运罐的有效容积。

本发明的目的在于改善远输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气所用薄膜液化气储运罐的绝热性能。

本发明属于液化气薄膜储运罐绝热的方法和系统，这种储运罐用来运输沸点低于-40℃（在大气压下）的液化气，其特徵是从储运罐周围的气密空间中把空气抽出，使气密空间中木板层里的小空穴中的压力降低以改善其绝热性能，应该看到，上述木板层具有这种绝热和承受储运罐负荷的特性。

图1是说明液化气薄膜储运罐绝热方法的简图;

图2是绝热材料的显微组织的示意图;

图3是本发明的示意图;

图4是本发明第一实施例的示意图;

图5是在第一实施例中表明蒸发气体量与绝对压力之间关系的曲线;

图6是本发明的第二实施例的示意图;

图7是在IBS和IGS这两部份空间中，蒸发气体量与绝对压力之间关系的曲线;

图1所示是液化天然气薄膜储运罐所用的一般绝热方法的示意图。

在图1所示的一般绝热方法中，工字梁2配置在内壳1的下面。图中3表示用玛

脂填充的中间层，而3′表示间隙。绝热层4安装在这些工字梁2上。绝热层4由多层木板，如轻木木板构成。在绝热层4中有由木板组成的第二层隔板6，用来在液体由于薄膜5破裂而发生泄漏情况下在一定时间内保持储罐的密封性，薄膜5是一层金属薄板，铺在绝热层4的内表面上。薄膜5只用来保持储罐的密封性，而液体的负荷是通过绝热层4和工字梁2传到内壳1上。薄膜5和内壳之间的空间可分成两部份。中间隔板空间（IBS）7是指薄膜5与第二层隔板6之间的这一部份。中间基础空间（IGS）8则指第二层隔板6和内壳之间的这部份空间。将氮气作为惰性气体在略高于大气压（0～20毫巴）的压力下充入这部份。图中9是指薄膜的波纹，10是绝热填充料，聚氨酯泡沫。根据上面讲的一般绝热方法，在使用同样的绝热材料的情况下，要满足这一要求就只能增加绝热层的厚度。但是，增加绝热层厚度就必然会带来费用的增加，同时也会减少液化天然储罐的有效容积。

本发明的申请人曾经对用作绝热材料的木材的热传导进行了各种研究并且得到了，本发明，现说明如下：

在显微镜下观察用作绝热材料的木材时发现，木材是由实心部份11和空穴部分12组成的，如图2所示。在考虑这种木材的热传导时，它的视热导系数可以认为是实心部份11的热传导系数和空穴部份12的热传导系数之和。在这种情况下，视热传导系数可用下列公式（1）表示：

入＝ (S₁)/(S₁+S₂) 入₁＋ (S₂)/(S₁+S₂) 入₂……（1）

式中入：木材的视热传导系数（Kcal/hm℃），

入₁：实心部份11的热传导系数（Kcal/hm℃），

入₂：空穴部份12的热传导系数（Kcal/hm℃）。

S₁：实心部份11的宽度，

S₂：空穴部份12的宽度。

在上面的公式（1）中，我们可以把入₂当作空穴中的气体的热传导系数。

一般来说，气体的绝热系数是与压力无关的。不过，按照真空绝热的理论，当压力接近于真空，气体的平均自由程增加到空穴直径d（几个几十个微米）时，热传导系数与压力的关系将是这样的，即在一般的压力范围内（小于几个到几十个毫巴），热传导系数将随压力的降低而成比例地减小。所以，既使绝热材料是木材，公式（1）中的第二项入₂的数值也会减小，如果空穴（即空穴部份12）中的压力能够够降低到十分接近真空的话，上述发现已经导致本发明的完成。

使用轻木做为绝热材料并且运用上面的公式。

(S₁)/(S₁+S₂) ＝0.08 (S₂)/(S₁+S₂) =0.92

在一般的绝热方法中，假定没有运用真空绝热，氮气是密封在大约的是大气压力下，入₁＝0.15Kcal/hm℃，入₂＝0.017Kcal/hm℃，氮气是在-50℃下，那么我们可从公式（1）得出入＝0.027Kcal/hm℃。

如果使用本方法，把空穴中的压力降低到大约0.1到几个毫巴（绝对压力），入₂可能减小到0.002，而入₁＝0.015Kcal/hm℃，这样，绝热层的绝热系数就可以减小到0.014Kcal/hm℃并且热输入量将为一般方法的0.014/0.027＝0.5倍。

现在转到木材空穴中的压力是否能够降低到真空的问题上来，一般来说，空穴结构被认为是一种封闭的系统，因此不可能降低压力。本发明者已经发现，如果木材是轻木或者类似的材料，同时绝热层的端面在真空下保持几小时或者几天的话，就有可能把绝热层中空穴内的压力降低到绝对压力0.5～3毫巴这样的真空度，真空度大小与绝热层的结构有关，这在下面的例子中将得到说明。

应该看到，只有当木材纤维的方向（Ⅰ）垂直于热传导方向（Ⅱ）时，上面所讲的才是属实的，同时当纤维方向与热传导方向平行时，就几乎不可能达到上述的真空度，不能改善绝热性能。

在实际的液化气储运罐中是用多层木板作绝热层的，一般来说，总有一些木板的纤维方向是与热传导方向相平行的，所以从总的来说，在真空绝热的情况下的热输入量是不用真空绝缘时的60%～70%左右，也就是说绝热性能提高了大约30～40%。

本发明推荐的实施例按图3说明如下。

图3所示是液化气储运罐的结构断面示意图，并且有绝热系统中产生真空的管道和压力传感器的流线图。

在图3中，A表示液化气储运罐的断面图，而B表示绝热系统的放大图，其结构与图1中的相同;图中C所示是把绝热系统中的压力降到真空并保持真空的装置。

本方法所用设备包括一套真空泵装置13用来将轻木木板层中的压力降到真空，用于绝热层的抽气管道14和压力传感器15。

一般来说，真空泵装置13最好是由两台泵组成，一台大容量的真空泵13a用来产生真空，而另一台小容量的真空泵13b用来保持真空，不过，只用一台真空泵也足够了。在绝热层的两个端面上都装有抽气管14，也就是说，里面的抽气管14a从薄膜的波纹9中引出而外面的抽气管14b从内壳1和聚氨脂泡沫绝热填料层10之间的间隙3′中引出。按照储罐的结构，也可以使用附加的内外抽气管，压力感器15由引入绝热层端面的压力计15a，15b以及引入绝热层内部的压力计15C组成，这些压力计用来指示木材空穴中的压力。当把用来产生真空的大容量真空泵13a转换到保持真空用的小容量真空泵13b时，就用压力计15C进行工作。

随后将要说明的实施例已经证明，用本发明的液化气薄膜储运罐来远输沸点低于-40℃（大气压下）的液化气，绝热性能可以比原先的绝热方法改善30～40%。

过去认为要改善绝热性能就非增加绝热层的厚度不行，现在已经不必要的了，人们可以期望在成本降低和储罐装载能力方面得到非常大的效果。实现本方法的费用较低而装载能力将会由于绝热层厚度减小而有所增加，因此带来相当大的实际好处。既使在不要求改善绝热性能的情况下，人们仍然可以期望取得上述的效果，因为绝热层可以比一般系统中的薄一些。

本发明的另一个优点是本系统还可以用来探测薄膜储运罐上的缺陷。

对现在建设的液化天然气薄膜储运罐来说，如果在薄膜上出现了小裂纹引起了液体的泄漏，没有别的办法，只能用装在IBS（中间隔板空间，即薄膜与第二层隔板之间的空间）中的传感器来检查，但在使用本发明方法的储运罐上，只要中间隔板空间（IBS）中的压力突然升高就会立刻发现缺陷，因为这里的压力通常保持在0（真空）状态下。所以保证液化天然气储运罐安全的观点来说，这种方法是非常有效的。

本发明的效果将用下列的实例予以说明。

实例1

实现本发明方法的设备的示意图见图4。这是一个L＝0.25米正方形的储运罐，里面装有液态氮，该储运罐在其周围用轻木绝热层4砌构成一个储罐21，罐放置在一个称量装置22上面，23是测量温度用的热电偶，24是蒸发气体的出口，绝热层的轻木木板，除了拐角处以外，都与热传导方向垂直。绝热层中的压力从大气压降到真空状态并且测量在不同真空度条件下蒸发的气体量。测得的结果见图5。

图5中图表的坐标是绝对压力（毫巴）和蒸发气体量（Kg/H）。图中曲线表明，蒸发气体量从环境压力下的1.1Kg/H减少到1毫巴压力下的0.45kg/H。蒸发量的减少率为0.45/1.1×100≈41%。

实例2

图6所示是一个装液态氮的容量为70米³的储罐，周围用厚度为0.285米的轻木木板绝热构成一个储运罐，l＝5.1米，h＝4.7米，（内壳为21）。绝热层4中的压力从大气压降到真空状态，在不同的真空度条件下测量蒸发气体量。所得结果用图7中的曲线表示，从图7可以看出，在环境压力下的蒸发气体量为50.1kg/H，而在1～3毫巴压力下减到43.9kg/H，即减少了6.2Kg/H。

应该注意到，在图7中的压力曲线是代表IBS和IGS中的压力，其范围是从环境压力到9毫巴，并且在IGS中的压力是在低于9毫巴的压力范围内，在低于9毫巴的压力范围内，，IBS中的压力保持在1～3毫巴范围内，蒸发速度的减少率为6.2/50.1×100≈12%。

在实例2中所示是模拟实际储罐的一个储运罐，采用了一种所谓的角板，这与一般的标準绝热层不同，并且不具有真空绝热作用。所以，其绝热效果要低于实例1中的储罐。

在这一实例中，所用角板的比例要比实际储运罐高得多，这使绝热性能改善的效果相对降低了。在实际储运罐中，由于储罐尺寸大，角板的存在实际上可以忽略不计，因此绝热性能要高得多，可以达到用真空绝热方法所达到的效果。

Claims

1、一种液化气储远罐的绝热方法，在该储远罐的波纹薄膜与内壳之间的空间里装有木板层，另有一些工字梁用来支撑上述木板层，木板层既支撑储罐又有绝热作用，其特征是上述空间是一个密封的空间，空气从送个密封的空间中抽出而形成真空，从而降低上述木板层空穴中的压力。

2、按权利要求1的方法，其特征是上述木板层的纤维方向与热传导方向相垂直。

3、按权利要求1的方法，其特徵是上述空气是从内壳和上述木板层之间的中间基础空间抽出的，是从上述薄膜波纹和上述木板层之间的中间隔板空间抽出的。

4、按权利要求1的方法，其特征是上述中间隔板空间中的压力降低到几个毫巴。

5、按权利要求1的方法，其特征是上述木板层采用轻木木板。

6、按权利要求1的方法，其特征是抽出空气所用的设备包括一台大容量真空泵用来产生真空，还有一台小容量真空泵用来保持真空。

7、一种液化气储运罐的绝热系统，在该储运罐的波纹薄膜与内壳之间的空间里装有木板层，另有一些工字梁用来支撑上述木板层，木板层既支撑储罐又有绝热作用，

其特征是上述空间是一个密封的空间;

备有抽真空设备用来从上述密封的空间里把空气抽走以便在木板层空穴中形成真空的压力;

在上述木板层和上述内壳之间形成一个中间基础空间;

在上述薄膜波纹和上述木板层之间形成一个中间隔板空间;

用抽气管道把中间基础空间和中间隔板空间与上述真空泵设备连接起来;

备有压力传感器用来测量上述空间中的内压力以及木板层空穴中的内压力。

8、按权利要求7的绝热系统中，其特征在于真空设备包括一台用来形成真空的大容量真空泵和一台保持真空的小容量真空泵。

9、按权利要求7的绝热系统，其特征是在上述工字梁之间装有一个泡沫合成树脂件，在上述合成树脂件与内壳表面之间形成一个空隙，同时上述抽气设备包括管道，用这些管道薄膜波纹空间和上述空隙分别接到上述真空设备上。

10、按权利要求7的绝热系统中其特征在于所配备的压力传感器包括一些压力计，分别用来指示上述木板层两边的内压力以及木板层空穴中的内压力。

11、按权利要求7的绝热系统的特征是上述木板层纤维的方向与热传导方向相垂直。