NO332142B1 - Tank heating system - Google Patents

Abstract

Et oppvarmingssystem og en fremgangsmåte for oppvarming av et flertall tanker (11), beregnet på å inneholde en væske om bord i marine installasjoner eller fartøy, basert på sirkulasjon av en termisk væske, slik som vann og/eller glykol. Hver av tankene (11) er utstyrt med minst et oppvarmingselement (17) og tilknyttet rørsystem (20,21) for tilførsel og fjerning av termisk væske, og et innløp (12) for å laste fluidet som skal lagres og et utløp (13) for lossing av det lagrede fluidet. Videre blir hver tank fortrinnsvis også utstyrt med et primært sirkulasjonssystem som inkluderer et rørsystem med minst en ventil og en pumpeenhet (14,16) tilknyttet nevnte innløp (12) og utløp (13) for sirkulasjon av væsken i tanken (11). Nevnte minst ett oppvarmingselement (17) og tilknyttet sirkulasjonsrørsystem (20,21) utgjør et lukket sirkulasjonssystem, omfattende en varmeleverende varmeveksler (23), et sirkulasjonsrørsystem (20) som leverer varme til minst et oppvarmingselement (17) i tanken (11) og en aktiverbar ventil (22) anordnet i tilførselsledningen (20) for hver tank (11) for separat styring av sirkulasjonsraten av oppvarmet væske gjennom oppvarmingselementet (17), idet oppvarmingselementet (17) omfatter minst en fjernbar oppvarmingsrørsløyfe av liten type og som gir høy effekt, og at systemet inkluderer et system for styring av volumet av varme som leveres separat til hver tank (11).

Description

Oppfinnelsens tekniske område

Foreliggende oppfinnelse vedrører et oppvarmesystem og en fremgangsmåte for oppvarming av en væske av en hvilket som helst type som oppbevares i en tank om bord i marine installasjoner eller fartøy, basert på sirkulasjon av en termisk væske, slik som vann og/eller glykol. Hver tank er utstyrt med minst et varmeelement og tilknyttet rørsystem for tilførsel av og tømming av den termiske væsken, og et innløp for å laste inn fluidet som skal lagres samt et utløp for lossing av det lagrede fluidet. Videre er hver tank fortrinnsvis utstyrt med et primærsirkuleringssystem som inkluderer et rørsystem med minst en ventil og en pumpeenhet tilknyttet nevnte innløp og utløp for sirkulasjon av fluidet i tanken, og med et inkorporert rørsystem for sekundær sirkulasjon av den termiske væsken for oppvarming av væsken i tanken.

Bakgrunn for oppfinnelsen

På fartøy og om bord i offshoreplattformer er det et behov for lagring av fluider, slik som olje eller andre typer væsker, enten for transport og lagring og/eller for forbruk. Slike væsker har en tendens til å ha høy viskositet, noe som reduserer væskens egnethet for pumping. I slike tanker er det vel kjent å anvende et primær-og sekundærsirkuleringssystem. Det primære sirkuleringssystemet blir anvendt for å fylle og tømme tanken for dens væskeinnhold og også for å sirkulere væsken mens denne lagres inne i tanken. Som en konsekvens er det også vel kjent å varme opp væsken mens denne lagres i tanken ved å sirkulere en oppvarmet væske, slik som vann, gjennom et rørsystem innvendig i tanken. Nevnte sirkuleringssystem anvender oppvarmet væske. Rørsystem for sirkulasjon i tankene fungerer følgelig som opp-varm ingselementer, idet nevnte rør utgjøres av vanlige rør, anordnet på bunnen av tanken. For å kople til nevnte rørledning til et sentralt hovedsirkuleringsrørsystem om bord i fartøyet, er tanken utstyrt med et innløp og et utløp.

For sirkulering av den varme væsken i rørsystemet innvendig i tanken, omfatter rørsystemet en pumpe og en eller flere ventiler og en sløyfe som kopler sammen innløpet og utløpet, slik at fluidet i tanken kan sirkuleres gjennom systemet, for eksempel under oppvarmingsfasen. Sirkulasjonssystemet er et lukket system som gjør det mulig å sirkulere varmt fluid til hver tank for individuell oppvarming ved å åpne og lukke ventilene som er tilknyttet hver tank. En sirkulasjonspumpe er også vanligvis introdusert i sirkulasjonssystemet og sirkulasjonsrørsystemet for tilførsel av varme fra en ekstern kilde til væsken som sirkulerer gjennom systemet. En konven-sjonell ekspansjonstank er også inkorporert i det lukkede sirkulasjonssystemet. For oppvarming av ORO-last (Oil Recovery Operation last) leveres damp fra en dampgenerator. Dette er det mest vanlige medium for oppvarming av fluid i tank, slik som damp som introduseres direkte inn i tanken.

Fra IL 63835 er det kjent et lukket tanklagringssystem for solar oppvarming med ekstern varmeveksler. Publikasjonen tilhører et helt annet teknisk område og det er ikke nærliggende for fagmannen med utgangspunkt i IL 63835 og stilt overfor det tekniske problem som løses ifølge oppfinnelsen, å komme fram til det i foreliggende patent angitte tankoppvarmingssystem.

Oppsummering av oppfinnelsen

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie et forbedret oppvarmingssystem for tanker som inneholder et fluid, og en forbedret fremgangsmåte for å varme opp fluider i tanker.

Et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie et system som anvender «grønn energi», det vil si energi som er gjenvunnet fra ett eller flere kjølesystemer ombord i marine installasjoner, slik som energi som ellers ville gått tapt eller gått til spille.

Et ytterligere formål ved foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie et system som effektivt og raskt kan installeres i og fjernes fra en tank uten noen vesentlige installasjonsaktiviteter.

Nok et formål ved foreliggende oppfinnelse er å skaffe tilveie en løsning som forbedrer renseprosessen i en tank, og som tillater at området rundt oppvarmingselementet blir grundig rengjort uten å etterlate seg noen utilgjengelige områder i tanken som skal rengjøres.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan høyt effektive spiralrørslynger anvendes for oppvarming av fluidet i tankene, idet nevnte rørslynger kan være av en type og kan være konfigurert på en slik måte at de raskt kan installeres og fjernes fra tanken på en effektiv og kostnadseffektiv måte. Rørslyngene er fortrinnsvis festet til tankveggen, for derigjennom å unngå uheldig permanente fastgjørings- eller innfestingsbraketter eller andre typer av festeinnretninger festet til tankbunnen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er videre et effektivt styresystem skaffet tilveie, noe som muliggjør bruk av «grønn energi» og individuell styring og overvåking av oppvarmingen i hver tank ved individuell regulering av åpningen i hver ventil for tilførsel og sirkulasjon av varm fluid gjennom hver oppvarmingsrørslynge på en individuell basis. Styringen av ventilene kan være på en åpen/lukket basis.

Formålene ved foreliggende oppfinnelse oppnås ved hjelp av et oppvarmingssystem og en fremgangsmåte som videre definert i de selvstendige patentkrav, mens alternativer og utførelsesformer av oppfinnelsen er definert i de uselvstendige krav.

Oppvarmingssystemet er utformet med et sekundært sirkuleringssystem i et lukket sirkuleringssystem, omfattende en varmeleverende varmeveksler, et sirkula-sjonsrørsystem som leverer varme til minst et varmeelement i en tank og en aktiverbar ventil anordnet på tilførselsledningen til hver tank for separat styring av sirkulasjonsraten for oppvarmet vann gjennom oppvarmingselementet, idet oppvarmingselementet omfatter minst en fjernbar rørsløyfe av liten størrelse og høy effektivitet, samt at systemet inkluderer et system for styring av mengden varme som leveres separat og uavhengig til hver tank.

Ifølge en utførelsesform er oppvarmingselementet i form av en enkel, glatt rør-sløyfe som er utstyrt med en flens anordnet for påmontering på tankveggen over bunnen i tanken.

En eller flere temperaturfølende sensorer er videre anordnet i systemet for å måle temperaturen på oppvarmingsfluidet, levert til tanken(e), idet ventilene fortrinnsvis er individuelt styrt av styringssystemet for individuell åpning og lukking, basert på temperaturmålinger som sammenlignes med tilsvarende settverdier lagret i styringssystemet.

Ifølge fremgangsmåten foreslått her blir «grønn energi» i form av varme levert fra varmeproduserende enheter, slik som kjølevæske for kjøling av motorer, eksosgass, brennere eller avfallsbrennere benyttet for oppvarming av væsken i nevnte tank(er).

Nevnte oppvarmede væske blir fortrinnsvis sirkulert i et lukket system der varme blir levert fra en varmeveksler som leverer varme fra nevnte kjølevæske til nevnte tanker individuelt. Mengden av oppvarmet væske som sirkulerer gjennom en eller flere tanker kan fortrinnsvis styres individuelt ved å regulere åpningen på en aktiverbar ventil, basert på signaler fra en styringsenhet, idet enheten sammenligner temperaturmålinger fra en eller flere temperatursensorer og sammenligner nevnte registrerte temperaturer med forhånddefinerte settverdier for ønsket temperatur.

Ifølge en utførelsesform av fremgangsmåten beskrevet blir ventilåpningen regulert, slik at volumet av varmeenergi som tilføres alle tankene, blir lik.

Ved å anvende en eller flere temperaturmålingssensorer i hovedsirkulerings-ledningen er det mulig å styre stillingene til de ulike ventilene, idet slike ventiler fortrinnsvis, men ikke utelukkende , er av en åpen/lukket type, og/eller å regulere hastigheten på hovedsirkuleringspumpen, basert på sammenligning av registrerte verdier med settverdier. Følgelig er det oppnådd et automatisk styrt system.

Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse kan være koplet direkte til hoved-oppvarmingssystemet om bord i fartøyet for å gjøre det mulig tilføre varme fra varmegjenvinningssystemet, det vil si å anvende varme som ellers ville gått til spille.

Det skal anføres at det ikke alltid er nødvendig å sirkulere væsken innvendig i tanken under oppvarmingen, om væsken er av en type med lav viskositet. Ifølge foreliggende oppfinnelse er det videre ikke nødvendig å anvende et stort antall temperaturmålingssensorer inne i tanken. Når temperaturen måles, kan sirkulasjonspumpen bli stoppet i en viss tidsperiode og også stopp i oppvarmingen av tanken, for å tillate den oppvarmede væsken å blandes med den omliggende væske, hvoretter sirkulasjonen startes opp igjen, for måling av temperaturen i sirkluleringsrørledningen.

Kort beskrivelse av tegningene

I det følgende skal en utførelsesform av oppfinnelsen bli beskrevet i detalj, idet det vises til de medfølgende tegninger der: Figur 1 viser et systemdiagram av en utførelsesform av et tankoppvarmingssystem ifølge oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Figur 1 viser et systemdiagram for en utførelsesform av et tankoppvarmingssystem 10 ifølge oppfinnelsen. Systemet omfatter et flertall tanker 11 utstyrt med et innløp 12 for å laste et fluid, slik som olje, inn i tanken. Det skal anføres at systemet ifølge foreliggende oppfinnelse også kan være anvendbart i tilknytning til kun en tank 11. Tanken 11 kan videre også være utstyrt med et utløp 13 for lossing av væske fra tanken 11. Innløpet 12 og utløpet 13 i hver tank 11 kan være tilknyttet et hovedrør-system (ikke vist) for lasting og lossing av fra tanksystemet 11. Ifølge den viste utførelsesform er hver tank også utstyrt med en utløps- og sirkulasjonspumpe 14 og en sirkulasjonsrørledning 15, konfigurert for å tillate at væsken som er lagret i tanken sirkuleres i en lukket krets fra tanken 11, gjennom utløpet 12, sirkulasjonspumpen 14, sirkulasjonsledningen 15, innløpet 12 og tilbake til tanken 11. En ventil 16 er anordnet i sirkulasjonsrørledningen 15. Et slikt sirkulasjonssystem er ikke alltid nød-vendig, om væsken inne i tanken har lav viskositet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er tanken utstyrt med et oppvarmingssystem som omfatter to varmeelementer 17 anordnet inne i tanken 11. Tankoppvarmings-systemet ifølge den viste utførelsesformen omfatter et lukket trykksatt oppvarmingssystem for marine installasjoner, basert på sirkulasjon av termisk fluid (vann) med en arbeidstemperatur på opp mot 100 "C. Arbeidstrykket er normalt opp til 2 bar. Selv om to oppvarmingselementer 17 er vist i figuren, kan antallet varmeelementer 17 være en eller flere , avhengig av størrelsen på tanken og typen på fluider som lagres i tanken 11 og nødvendigheten av oppvarming for å fremskaffe en pumpbar væske.

Oppvarmingselementene 17 i tanken 11 er fortrinnsvis laget av «small size oppvarmingsrørsløyfer med høy ytelse og kapasitet normalt opp til 200 kW. Ele-mentene er utstyrt med flenser for innfesting på tanken 11 nær sugeutløpsledningen 13 for enkel og rask montering og demontering. Om væsken i tanken 11 er av en type med lav viskositet kunne pumpen 14 være koplet til tanken 11 for bruk for sirkulasjon innvendig t tanken 11. Dette ville gi en mer effektiv varmeveksling. For eksempel kan to rørsløyfer med 200 kW bli anvendt for hver tank 11, utstyrt med flensarrangement for å muliggjøre sveising til tankveggen og med bruk av fleksible slanger for å muliggjøre rask og kostnadseffektiv tilkopling.

Som vist er oppvarmingselementene 17 forbundet med innløpsrørledningen 19 og utløpsrørledningen 19 og alle oppvarmingselementene 17 blir koplet til en hovedsirkuleringsrørledning 20 og utløpsrørledningen 21.1 innløpsrørledningen 18 med en avg ren ing fra hovedinnløpsrørledningen 19 er det anordnet en aktiverbar ventil 22 for strømningsstyring til individuelle oppvarmingsrørsløyfer 17/tank 11.

Det termiske fluidet som sirkulerer gjennom systemet blir varmet opp av en varmeveksler 23, koplet til det sentrale oppvarmingssystemet (ikke vist). Dette gir en mulighet til å anvende «grønn energi» fra gjenvinningssystemet i HT-kjølings-systemet og/eller eksosgassøkonomisereren i eksosgass-systemet. Slikt sentralt oppvarmingssystem er vist og beskrevet i søkerens samtidige norske patentsøknad inngitt samtidig med foreliggende søknad, idet innholdet i denne søknaden herved inkluderes ved referansen. En ekspansjonstank 24 for termisk ekspansjon mellom 10 og 100 grader Celsius og en termisk fluidsirkulasjonspumpe 25 er koplet til hovedinnløpet og utløpet i sirkulasjonssystemet. En eller flere styrte ventiler 28 er også inkorporert i hovedsirkuleringssystemet. To like pumper 25, montert på skid, kan fortrinnsvis bli anvendt, der én løper, mens den andre er i en stand-by-modus. Hver pumpe 25 kan fortrinnsvis ha kapasitet for å levere tilstrekkelig med termisk fluid for å møte det totale varmeforbruket som kreves. Ved innløps- og utløpssiden av varmeveksleren kan det være anordnet sensorer for å måle temperaturen på det termiske fluidet i den lukkede sløyfen som kommer inn i og som forlater varmeveksleren. Den målte temperaturen blir sent til et styringskabinett 28 gjennom et signalledningssystem 29.

Systemet ifølge oppfinnelsen blir automatisk styrt og overvåket av et styresystem på en på/av-basis fra styringskabinettet 28 og kan ha grensesnitt med hovedcomputersystemet (IAS). Manuell styring er standard. Styringssystemet styrer også tilførsel av kraft til de aktiverbare ventilene 22,26 og status og stillingen til de aktiverbare ventilene 22,26 blir også styrt og overvåket fra kontrollkabinettet 28. Styringskabinettet kan for eksempel være i form av en 5,7 tommers touchscreen som vise mimikkdiagram for hovedrørledningen 20,21 og alle hovedkomponentene. Systemet kan også ha brukergrensesnitt for setting av systemoperasjon og parametere, samt også vise temperaturer og ventilstatus.

Videre kan systemet også ha en alarmvisning og et bekreftelsessystem som er i grensesnitt med det integrerte automasjonssystemet (IAS) ombord i fartøyet.

Systemet er automatisk styrt og overvåket av et styringssystem og kan ha grensesnitt mot hovedcomputersystemet (IAS). Manuell styring er et standard.

Claims (8)

1. Et oppvarmingssystem for å varme opp tanker (11) som er beregnet på å inneholde en væske om bord i marine installasjoner eller fartøy, basert på sirkulasjon av en termisk væske, slik som vann og/eller glykol, idet hver tank (11) er utstyrt med minst et oppvarmingselement (12) og tilknyttet rørsystem (20,21) for tilførsel og tømming av termisk fluid, og et innløp (12) for lasting av et fluid som skal lagres og et utløp (13) for lossing av det lagrede fluid, der hver tank fortrinnsvis også er utstyrt med et primærsirkulasjonssystem som inkluderer et rørsystem med minst en ventil og en pumpeenhet (14,16) tilknyttet nevnte innløp (12) og utløp (13) for sirkulering av væsken i tanken, karakterisert vedat i det minste ett oppvarmingselement (17) og tilknyttet rørsirkulasjonssystem (20,21) utgjør et lukket sirkuleringssystem som omfatter en varmeleverende varmeveksler (23), et sirkulasjonsrørledningssystem (20) som leverer varme til minst ett oppvarmingselement (17) i tanken (11) og en aktiverbar ventil (22) anordnet i tilførselsledningen (20) for hver tank (11) for separat styring av sirkulasjonsraten av oppvarmet fluid gjennom oppvarmingselementet (17), der oppvarmingselementet(17) omfatter minst en fjernbar oppvarmingsrørsløyfe av liten størrelse med høy yteevne, og at systemet inkluderer et system for styring av volumet av varme levert separat til hver tank (11).

2. Oppvarmingssystem ifølge krav 1, der oppvarmingselementet (17) er i form av en enkel, glatt rørsløyfe som er utstyrt med en flens anordnet for innfesting til tankveggen, over tankgulvet.

3. Oppvarmingssystem ifølge krav 1 eller 2, der en eller flere temperaturfølende sensorer (27) er anordnet i systemet for å måle temperaturen i oppvarmingsfluidet levert til tanken(e) (11).

4. Oppvarmingssystem ifølge et av kravene 1 til 3, der ventilene (22) blir individuelt styrt av styringssystemet for å åpne og lukke hver ventil (22) individuelt, basert på temperaturmålinger sammenlignet med tilsvarende settverdier lagret i styringssystemet.

5. Fremgangsmåte for oppvarming i en eller flere tanker (11) om bord i marine installasjoner eller fartøy, basert på sirkulasjon av en termisk væske, slik som vann og/eller glykol, der hver tank (11) blir utstyrt med minst ett oppvarmingselement (17) og tilknyttet rørledningssystem for tilførsel og fjerning av det termiske fluidet, og et innløp (12) for lasting av fluid som skal lagres og et utløp (13) for lossing av lagret fluid, idet hver tank (11) fortrinnsvis er utstyrt med et primærsirkulasjonssystem som inkluderer et rørsystem med minst en ventil (16) og pumpeenhet (14) tilknyttet nevnte innløp (12) og utløp (13) for sirkulering av væsken i tanken (11), og et sammenkoplet rørsystem (20,21) for sekundær sirkulasjon av den termiske væske for å varme opp væsken i tanken (11), karakterisert vedat grønn energi i form av varme levert av varmeproduserende enheter, slik som kjølevæske for kjøling av motorer, eksosgass, brennere og søppelforbrenningsenheter, blir anvendt for oppvarming av væsken i nevnte tank(er)(11).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, der oppvarmingsvæske blir sirkulert i et lukket system der varme leveres individuelt til nevnte tanker (11) av en varmeveksler (23) som tilføres varme fra nevnte kjølevæske.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, der volumet av oppvarmet væske som sirkulerer gjennom en eller flere tanker (11) blir individuelt styrt ved å regulere åpningen på en aktiverbar ventil (22), basert på signaler fra en styringsenhet (28), idet enheten 28 sammenligner de registrerte temperaturmålinger fra en eller flere temperatursensorer (27) med forhåndsdefinerte settverdier for den ønskede temperatur.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 5 til 7, der åpningen til ventilen (22) blir regulert slik at volumet av varmeenergi som tilføres alle tankene (11) blir lik.