JP2002520566A - 極低温流体の搬送方法および装置 - Google Patents

極低温流体の搬送方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 沖合の受入/積荷ステーション(13)と沿岸の設備(11)との間で、例えば液化天然ガス(LNG)等の極低温流体を搬送するシステムおよび方法。海中に浸漬できる本発明のフローラインシステム(15)は、外側ジャケット内に配置される主搬送導管と、該主搬送導管内に配置される戻り導管とを有している。主導管および戻り導管の両者は、温度変化に従ってそれぞれの導管が膨張および収縮できるようにする手段を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、極低温流体(cryogenic fluids)を搬送するシステムおよび方法に
関し、一態様では、液化天然ガス(LNG)等の極低温流体を、沖合の受入/積
荷ステーションと沿岸の設備との間で、水密/断熱ライン組立体(循環ループを
形成すべく一方のラインが他方のライン内に配置されており、極低温流体が搬送
されない期間はライン組立体を極低温に維持できるライン組立体)を介して搬送
するシステムおよび方法に関する。また、水密ライン組立体は、海底中に埋設す
るか海底上に載置することにより海面下に敷設でき、この場合には、海上交通を
妨げることなく例えば1〜6kmという比較的長距離に亘って横断できる。
【0002】 (背景技術) 世界中の多くの遠隔領域で、大量の天然ガス(メタン)が産出されている。こ
のガスは、経済的に市場に搬送できる場合には大きな価値を有する。産出領域が
市場および2つのパーミッツ(鉱業権)間の領域に適度に近接している場合には
、ガスは水中および/または地上のパイプラインを介して搬送できる。しかしな
がら、パイプラインの敷設が不可能または経済的に困難である場合には、他の技
術を用いてこのガスを市場に搬送しなければならない。
【0003】 多分、最も一般的に使用されるこれらの技術は、ガスを産出現場で液化し、次
に、液化天然ガスすなわち「LNG」を、特別設計された貯蔵タンクに収容して
船舶輸送することにより市場に搬送する方法である。LNGを形成するには、天
然ガスは圧縮されかつ極低温(例えば−160℃)に冷却され、これにより、貯
蔵タンクに収容して搬送できるガスの量を非常に増大させることができる。船舶
がその目的地に到達したならば、LNGは沿岸の貯蔵タンクに降荷され、次に、
該貯蔵タンクから必要に応じて気化され、パイプライン等を介して最終使用者へ
と搬送される。
【0004】 LNGの船舶への積荷および船舶からの降荷を行うときに非常に重要なことは
、船舶と沿岸の貯蔵タンク(単一または複数)との間のLNGの搬送に使用され
るフローラインシステムが、積荷/降荷作業が開始される前に極低温に予冷却さ
れ、かつ搬送作業の間および後続の搬送作業の間(すなわち或る搬送作業の完了
と他の搬送作業の開始との間)にこの極低温に維持されることである。
【0005】 連続する2つの積荷/降荷作業(積荷および降荷の各々に約12時間を要する
)の間の期間は、比較的短時間(すなわち1日)からかなり長い時間(すなわち
3日〜7日以上)に亘って変化する。当業者には理解されようが、各搬送作業の
前にラインを再冷却しなければならないため、これらの期間中、搬送ラインの反
復暖化を防止する必要がある。これは非常に時間を要することであり、船舶への
積荷/降荷の大幅な遅延をもたらし、このためLNGの搬送コストを非常に増大
させてしまう。また、ラインの反復暖化および冷却によってラインに応力が誘起
され、この応力がシステムの早期故障を引き起こし易くする。
【0006】 この形式の既知の従来技術によるフローラインシステムでは、フローラインシ
ステムは、最初に冷却され、次に、LNGを沿岸から主搬送ラインを介して循環
させ、次に、主フローラインに沿ってその外側に配置された別の戻りラインを介
して沿岸に戻すことによって極低温に維持される。通常、LNGのこの循環は、
僅かに12時間程度継続する連続搬送作業の間で、これらのアイドル期間(一般
に3〜7日)中維持される。実際の搬送作業の間、両ラインが極低温流体を船舶
に(および船舶から)搬送することに使用されるように、両循環ラインを通る流
れを一方向にすることができる。
【0007】 一般に、常時、搬送ラインへの熱漏洩が最小になるように、両循環ラインの各
々は断熱されている。このようなフローラインシステムは知られておりかつこれ
まで首尾良く機能しているが、殆どのフローラインシステムは、多くの環境にお
いてこれらの経済的使用を損なうという欠点を有している。
【0008】 例えば、現在知られている極低温流体(LNG)搬送システムは海水中に浸漬
することはできず、従って、沿岸のタンク(単一または複数)と沖合の受入/積
荷ステーションとの間に特別に建造される橋脚または桟道上に敷設しなければな
らない。これらの橋脚は海面より充分に高くして、搬送ラインが海面に露出され
るのを防止し、或る場合には、海面上の既存の海上交通を妨げないようにしなけ
ればならない。橋脚の建造に関連するコストは、しばしば、受入ステーションを
沿岸の近く(例えば、1500m程度)に配置することを必要とし、このため、
新しいアクセスチャンネルの浚渫および喫水の大きなLNG搬送船舶の安全通行
を保証するための付加港湾設備の建造を必要とする。
【0009】 また、アイドル期間中にLNGの循環に使用される戻りラインが形成されかつ
フローラインシステムの主搬送ラインから別々に絶縁され、このため、搬送シス
テムのコスト、複雑さおよび安全性懸念が大きくなる。従って、海面下に敷設で
き、これにより海上交通を妨げることがなく、このため、より遠方の沖合で船舶
に積荷/降荷でき、従ってこのような作業中に公の安全性を高めることができる
極低温フローラインシステムに対する要望が存在する。また、いかなる橋脚も設
ける必要がないので、このようなシステムの資本コストは大幅に低減される。
【0010】 (発明の開示) 本発明は、沖合の受入/積荷ステーションと沿岸の設備との間で、極低温流体
例えば液化天然ガス(LNG)を搬送するシステムおよび方法を提供する。本発
明のフローラインシステムは、海中に敷設でき、従って受入/積荷ステーション
を沿岸からより遠方に配置でき、このため、喫水の大きな船舶を扱うのに要する
領域に、アクセスチャンネルを浚渫しかつ高価な港湾設備を建造する必要がない
フローラインシステムである。
【0011】 基本的には、本発明のフローラインシステムは、耐久性のある耐摩耗性材料(
例えば炭素鋼)からなる外側ジャケット内に配置される主搬送導管を有し、かつ
ジャケットと主搬送導管との間に形成される環状空間を断熱する手段を有してい
る。環状空間を断熱する手段は、任意の適当な断熱材(例えば、プラスチック発
泡体、多層断熱材、エーロゲル等)で構成するか、環状空間を真空引きするか、
これらの両方法を組み合わせることができる。
【0012】 主搬送導管内には該導管より小径の戻り導管が配置され、該戻り導管は主搬送
導管のほぼ全長に亘って配置される。主搬送導管および戻り導管の両者は、温度
変化により膨張/収縮を受ける材料で作られるときは、各導管が相互におよびジ
ャケットに対して膨張および収縮できるようにする手段を有している。これらの
手段として、主搬送導管および戻り導管を構成するそれぞれの隣接導管の間で導
管が膨張および収縮することを可能にする任意の適当な連結手段、例えばベロー
ズおよび滑り継手等がある。これらの導管が、LNGの温度に冷却されてもライ
ン組立体に殆ど応力が誘起されない材料(例えば、インバー(Inver)として知
られる36%ニッケル鋼)で構成されるときは、いかなる膨張継手も不要である
【0013】 作業に際し、フローラインシステムは、沖合の受入/積荷ステーションと沿岸
の設備との間で流体的に連結されかつ海水中に浸漬される。次に、主搬送導管お
よび該主搬送導管内に配置される戻り導管が極低温に到達するまで、極低温流体
が両導管を通って循環される。この循環は、船舶と沿岸設備との間での極低温流
体の搬送が開始されるまで続けられる。この搬送時点で、戻り導管を通る流れ方
向が反転され、これにより、搬送される極低温流体は、搬送作業中に両導管を通
って同方向に流れることになる。ひとたび作業が完了したならば、戻り導管を通
る流れが再び反転され、極低温流体はシステムを通って循環され、搬送作業が全
く行われない間(すなわち、2隻の連続LNG船舶の積荷および降荷を行う間の
期間)もシステムを所望温度に維持する。
【0014】 (発明を実施するための最良の形態) 本発明の実際の構造、作動および明らかな長所は、添付図面を参照することに
より一層良く理解されるであろう。添付図面は正確な縮尺で描かれていないが、
同じ参照番号は同類の部品を示すものである。
【0015】 特に図1を参照すると、ここには、海上の船舶10と沿岸の貯蔵タンク(単一
または複数)11との間で極低温流体例えば液化天然ガス(LNG)を搬送する
ための一般的な従来技術のシステムを示す。船舶10は、LNGを貯蔵するため
の特別設計された複数のタンク12を備えた形式の船舶である。船舶10は、沿
岸から或る距離を隔てた位置に建造されかつ支持された永久構造物である受入/
積荷ステーション13に繋留されている。理解されようが、2つのフローライン
14、16は沿岸設備11から船舶10まで延びており、両フローラインとも橋
脚17によって海面から上方に支持されている。例えばLNGのような極低温流
体はライン14、16を通って循環され、搬送作業の間のこれらの時間中、ライ
ンを所望温度に維持する。搬送作業中、LNGは両ライン14、16を通って所
望の方向に流れることができる。
【0016】 この形式の従来技術によるフローラインシステムは、2つの別々のラインすな
わちライン14、16の敷設および維持を必要とする。また、両ラインとも大気
に露出されているため、過度の熱漏洩を防止するため充分に断熱されなくてはな
らない。橋脚16の建造および維持に含まれるコストはかなり大きい。また、殆
どの位置における一般的な橋脚の長さは、含まれるコストだけでなく、当該領域
の海上交通によっても制限される。すなわち、橋脚は海上交通を妨げることなく
沖合はるか遠方まで延長させることはできず、従ってどのような領域にも設置が
許容されるものではない。
【0017】 また、この形式の従来技術による既知の搬送システムにおいてフローライン1
4、16が構成されている態様から、沿岸と受入ステーションとの間でフローラ
インを海中に浸漬することは実際的にも技術的にも不可能であった。断熱された
外面は、海水への露出に対するいかなる保護機能もなく、海水への露出は許容さ
れた場合には、断熱体として有効であるレベルを超えて断熱性を劣化させる。
【0018】 ここで図2を参照すると、船舶10が受入/積荷ステーション13に繋留され
、船舶に装備されたタンク12が本発明によるフローラインシステム15により
沿岸設備11に流体的に連結されているところが示されている。図示のように、
システム15は、特別に掘削した溝(図示せず)内に埋めた後に土砂を被せるか
、埋めることなく単に海底上に載置することにより海底上に敷設される。より完
全に後述するように、LNGは、船舶10と沿岸19の設備11との間で、フロ
ーラインシステム15を介して積荷または降荷される。
【0019】 図3に示すように、極低温フローラインシステム15は主搬送ラインすなわち
導管20を有し、該導管20は外側ジャケット21内に同心状に配置されて、両
者の間に環状空間22を形成する。導管20は、該導管20に沿って間隔を隔て
て配置される心出し具22a等(明瞭化のため、1つのみが示されている)を用
いてジャケット21内に心出しすることができる。主搬送導管20内には、これ
を貫通するようにして戻りラインすなわち導管23が配置される。図示のように
、戻り導管23は導管20の下方内面上に配置され、導管20の中心に配置する
必要はない。
【0020】 ジャケット21は主搬送導管20および戻り導管23から受ける温度変化から
有効に隔絶されているため、ジャケット21が大きな膨張または収縮を受けるこ
とはない。従って、ジャケット21は強靭で耐食性に優れた或る長さの材料(例
えば、直径40〜42インチの炭素鋼ケーシング等からなる材料)で作ることが
でき、これらは溶接、ねじ連結等により結合される。しかしながら、主搬送導管
20および戻り導管23は極低温流体を搬送するので、各導管は、温度変化に応
答して相互におよびジャケット21に対して独立して膨張および収縮できる必要
がある。
【0021】 従って、各導管21、23は、或る長さの導管またはチューブ(例えば、ステ
ンレス鋼等からなるそれぞれ32インチおよび10インチの内径をもつ導管)で
作られ、これらの導管は、各導管が破裂または座屈することなく互いに独立して
膨張および収縮することを可能にする膨張継手により一体に連結される。必要な
膨張を可能にする任意の継手を使用できる。例えば、当業者には理解できるであ
ろうが、導管20または導管23の隣接継手間にはベローズ24を溶接その他の
方法で固定するか、簡単な「滑り継手」25、25aを使用することもできる。
重要なことは、両導管20、21が膨張および収縮できること、および互いに独
立して膨張および収縮できることだけである。導管23から主搬送導管20への
少量の漏洩は許容できるが、導管20からジャケット21へは漏洩すべきではな
い。
【0022】 導管21、23は、温度変化に応答して極く僅かの膨張/収縮を受けるに過ぎ
ない材料(例えば、インバーとして知られた36%ニッケル鋼および或る複合材
料)で構成できる。このような材料で形成されるときには、導管21、23に膨
張継手を設ける必要はなく、その代わりに、それぞれの隣接導管を単に溶接する
ことにより組み立てることができる。
【0023】 導管20とジャケット21との間の環状空間22は、周囲の環境からシステム
15への熱漏洩を大幅に低減させるべく断熱される。これは、種々の方法で達成
できる。例えば、環状空間22は、(a)真空引きして、該空間22内に真空を
維持するか、(b)例えば多層断熱プラスチック発泡体26等の断熱材を充填す
るか、(c)これらの2つの断熱技術を組み合わせたものを採用することができ
る。すなわち、環状空間22は、通気性連続発泡断熱材26を充填するか、スト
リップ状断熱材27(図6)で包むことができ、この構成は、依然として環状空
間22の真空引きが可能である。
【0024】 例えば多層断熱材、エーロゲル、緩充填断熱材、連続または独立プラスチック
発泡体等の任意の適当な断熱材を使用できる。しかしながら、環状空間22内に
配置されるいかなる断熱材も、依然として、ジャケット21に対する導管20の
膨張を可能にするものでなくてはならない。また、或る実施形態では、ジャケッ
ト21をコンクリート28の層(図3、図4)で包囲し、波、潮流、浮力その他
の力に対するシステム15に対する安定性を付与することもできる。
【0025】 図5に示す実施形態では、ジャケット21は、長手方向に延びた通路30が形
成された例えば構造用プラスチック等の円筒状部材29で置換されている。円筒
状部材29は主搬送導管20の周囲に配置されかつ通路30を通して真空引きさ
れる。
【0026】 作業に際し、極低温フローラインシステム15は、極低温流体を2つの地点間
で搬送すべき場所に敷設する。図2に示すように、水中に浸漬されかつ海底上に
敷設されるシステム15は、沖合の受入/積荷ステーション13と沿岸19の設
備11との間に連結される。理解されようが、フローラインシステムは、ひとた
び敷設されたならば、そこに残される。主搬送導管20および戻り導管23の外
端部は、沖合ステーション13に配置される適当な弁装置(図7)により流体的
に連結され、システム15を通る流れのループを形成する。図示のように、主導
管20の外端部はキャップ40等により閉じられ、キャップ40等には、弁42
が設けられた供給ライン41が連結される。弁42が閉じられると、LNGは主
導管20から戻りライン23の開端部に流入して、LNGの循環経路を形成する
。弁42が開かれると、LNGが、供給ライン41から主導管20および戻りラ
イン23の両方に流れる。
【0027】 次に、LNGまたは他の極低温流体が、設備11から導管20を通して流され
かつ内側の戻り導管23を通って設備11に戻され、フローラインシステム15
を極低温に冷却しかつこの温度に維持する。また、或る場合には、本発明から逸
脱することなくLNGのこの循環をは反転させることができる。すなわち、LN
Gは戻りライン23を通って流されかつ主導管20を通って戻される。
【0028】 フローラインシステム15がその所望温度に到達すると、主搬送導管20およ
び戻り導管23の両者を通る流れが同方向になるように、システム内の適当な弁
装置が切り換えられる。すなわち、船舶10から降荷される場合には、LNGは
、両導管20、23を通って沿岸19の設備16へと流れる。積荷を行う場合に
は、全ての流れは設備16から船舶10へと向かう。戻り導管23を主導管20
内に配置することにより、搬送ラインシステムの構造およびメインテナンスは、
戻り導管23の別個の断熱および敷設が不要になるため大幅に簡単化される。ま
た、本発明のシステム15は、単一の主導管20への全熱漏洩の方が、従来技術
の2つの別個のラインへの熱漏洩よりも小さいため、従来技術に比べて作業コス
トを低減できるという他の長所を有している。
【0029】 本発明のフローラインシステムは、海中に浸漬され、従って沿岸からより遠方
の位置に受入/積荷ステーションを配置できるシステムであると説明したが、本
発明のシステムは、受入/積荷ステーションが沿岸の近くに配置される場合には
橋脚等の上に取り付けて、海面より上方に敷設できることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 海上の船舶と沿岸の設備との間で極低温流体を搬送するのに使用される従来技
術のフローラインシステムを示す図面である。
【図2】 海上の船舶と沿岸の設備との間で極低温流体を搬送するのに使用される本発明
のフローラインシステムを示す図面である。
【図3】 本発明の極低温フローラインシステムの一部を破断した側面図である。
【図4】 図3の4−4線に沿う断面図である。
【図5】 本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図6】 本発明の更に別の実施形態の一部を破断した斜視図である。
【図7】 図3のフローラインシステムの一端を示す一部を破断した側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H036 AA02 AB25 AB33 AC06 AD09 AE05 AE07 3H104 JA08 JA12 JA16 JB02 JC05 JD06 KA02 KC02 LB04 LB16 LB18 LB25 LB30 LB32 LG08 LG22 MA06 3J106 AA01 AA02 AA04 AA06 AB02 AB09 BA01 BB01 BC03 BC11 BE16 BE33 CA07 DA03 DA06 DA17 EA03 ED41 FA01 FA06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主搬送導管と、 該主搬送導管の周囲に配置されかつ該主搬送導管との間に環状空間を形成する
    ジャケットと、 主搬送導管とジャケットとの間の環状空間を断熱する手段と、 主搬送導管内に配置されかつ主搬送導管のほぼ全長に亘って延びている戻りラ
    インとを有することを特徴とする極低温流体を搬送するフローラインシステム。
  2. 【請求項2】 前記環状空間を断熱する手段は、環状空間の全体に亘る真空
    であることを特徴とする請求項1記載のフローラインシステム。
  3. 【請求項3】 前記環状空間を断熱する手段は、環状空間をほぼ充満する断
    熱材からなることを特徴とする請求項1または2記載のフローラインシステム。
  4. 【請求項4】 前記断熱材は、多層断熱材、エーロゲル、緩充填断熱材、連
    続プラスチック発泡体および独立プラスチック発泡体からなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項3記載のフローラインシステム。
  5. 【請求項5】 前記主搬送導管および戻り搬送導管は、主搬送導管が、温度
    変化に応答して前記ジャケットに対して膨張および収縮することを可能にする手
    段を有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載のフローライ
    ンシステム。
  6. 【請求項6】 前記主搬送導管および戻り搬送導管は或る長さの導管からな
    り、各膨張および収縮手段は、隣接する搬送導管の間に連結されるベローズから
    なることを特徴とする請求項5記載のフローラインシステム。
  7. 【請求項7】 前記主搬送導管および戻り搬送導管は或る長さの導管からな
    り、各膨張および収縮手段は、隣接する搬送導管を連結する滑り継手からなるこ
    とを特徴とする請求項5記載のフローラインシステム。
  8. 【請求項8】 沖合の海中に配置される受入/積荷ステーションと沿岸の設
    備との間に配置され、沿岸の設備と沖合の受入/積荷ステーションとを流体的に
    連結し、かつ海中に浸漬され、 主搬送導管の周囲に配置されかつ該主搬送導管との間に環状空間を形成するジ
    ャケットと、 主搬送導管とジャケットとの間の環状空間を断熱する手段と、 主搬送導管内に配置されかつ主搬送導管のほぼ全長に亘って延びている戻りラ
    インとを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の極低温流体
    を搬送するシステム。
  9. 【請求項9】 沖合の海中に配置される受入/積荷ステーションおよび沿岸
    の設備から極低温流体を搬送する方法において、 受入/積荷ステーションと沿岸の設備との間に、断熱された主搬送導管を流体
    的に連結し、 断熱された主搬送導管を海中に浸漬し、 極低温流体を、沿岸設備と受入/積荷ステーションとの間で、主搬送導管およ
    び該主搬送導管内に配置された戻りラインを通して、主搬送導管および戻り導管
    が極低温に到達するまで循環させ、 極低温流体の搬送が開始されるときに、戻り導管内の流れ方向を反転させて、
    極低温流体が、極低温搬送が完了するまで、主搬送導管および戻りラインの両方
    を通って同方向に流れるようにすることを特徴とする搬送方法。
  10. 【請求項10】 前記搬送が完了したときに、戻り導管内の流れ方向を反転
    させて、主搬送導管を通る循環を再確立し、これにより、極低温流体の搬送の間
    の時間中に主搬送導管を極低温に維持することを特徴とする請求項9記載の搬送
    方法。
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