SE433257B - Forfarande for fyllande av en termiskt isolerad tank med flytande gas samt termiskt isolerad tank for forvarning av flytande gas - Google Patents

Description

lll 15 20 25 30 35 fl (l 7305493-9 ten av den flytande gasen som pumpas in i tanken är tillräckligt olika densiteten av den Flytande gasen som redan befinner sig i tanken så att det finns en naturlig tendens till att ett visst rö- relsemönster skapas inuti vätskevolymena Om exempelvis vätskan som tillföres är nagot varmare sä att dess densitet är något lägre än densitetcn av vätskevolymen som redan befinner sig i tanken och fyllningen sker från tankens botten kommer den lättare väts- kan ha tendens att stiga till den övre delen utan att väsentlig blandning sker och följaktligen kan den ge upphov till spjälkning eller obalans av vätskevolymen som i annat fall i allmänhet skul- le vara orörlig inuti tanken. En likartad effekt skulle kunna uppstå om kallare vätska tillfördes en varmare vätskevolyms övre yta. I stora slutna tankar uppvisar flytande gaser tendens till att skiktas så att ett separat stillastående skikt eller område av varmare vätska kan stängas in under den kallare vätskan med högre densitet och hållas i detta läge till följd av det högre omgivningstrycket i tankens lägre del som uppstår på grund av vätsketryckfallet. När ett sådant varmare stillastående skikt frisättes kan det snabbt stiga till toppen varvid det kallare övre skiktet simultant sjunker på ett sätt liknande en virvel som betecknas termisk överrullning.

Detta fenomen med termisk överrullníng är olämpligt efter- som det åtföijes av en snabb utveckling av en stor mängd ånga som på grund av den mängd som alstras under en mycket kort tid ej kan hanteras praktiskt genom ângåtervinningsutrustning. För undvikan- de av att tanken utsättes för tryck överstígandet det tryck den- är dimensionerad för vilket skulle kunna ge upphov till sprick- bildning eller brott är det nödvändigt att trycket snabbt frisät- tes genom luftning till atmosfären. Detta ger ej endast upphov till förlust av produkten utan kan också innebära en potentiell risk exempelvis på grund av att LNG är brännbar till naturen eller dylikt.

Tidigare har man försökt undanröja detta problem genom ett ventilsystem varigenom vätska som tillföres antingen kan utsläp- pas i tankens övre del eller i tankens bottendel. Om man antar att det ej finns någon utrustning tillgänglig för konstant över- vakning av betingelserna inuti tanken får en operatör göra en omdömcsgill gissning beträffande om en topp- eller bottenfyll- ning skall göras för att risken för termisk överrullníng inuti _ tanken skall reduceras. lll un. 35 7805493-9 Enligt uppfinningen elimineras hehovet av savül gissnings- azhett som kontroll eftersom uppfinningen minimerar risken för termisk overrullning inuti en tank för flytande gas oberoende av om Jensiteten av vätskan som redan befinner sig i tanken ar större eller lägre än densiteten för vätskan som tillföres. En anordning utnyttjas varmed vätskan som tillföres anpassas till betingelserna inuti tanken innan den blandas med huvudvolymen av vätskan och till följd därav uppnås relativt lugnt ifyllande av flytande gas i stora slutna tankar.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för fyllande av en termiskt isolerad tank med flytande gas, varvid gasen som tillföres utsättes för trycket i tanken i tankens övre hälft, kännetecknat därav, att den flytande gasen införes i en expan- sionskammare i tankens övre hälft och styres vertikalt nedåt inom ett begränsat område till ett läge inom den lägsta fjärde- delen av tankens höjd innan den införda flytande gasen tillâtes blanda sig med den flytande gasen som förefínnes i tanken utan- för det begränsade området.

Uppfinningen avser även en termiskt isolerad tank för för- varing av flytande gas och innefattande en ledning för till- försel av flytande gas till tanken, som slutar pá ett ställe inom tankens övre hälft, kännetecknad därav, att ett sugrör är anordnat inuti tanken, som utsträcker sig generellt verti- kalt från ett läge inuti den övre fjärdedelen av tankens höjd till ett läge inuti den lägre fjärdedelen av tankens höjd, varvid tillförselledningens utlopp är beläget inuti sugröret och den övre änden av sugröret står i vätskeförbíndelse med rankens övre del.

Uppfinningen förklaras närmare med hänvisning till en före- dragen utföríngsform av en kryogen tankanordning och med hänvis- ning till bifogade ritningar varpå fig 1 visar en sidovy med de- lar bortbrutna av en sfärísk tankanordning innefattande olika kännetecken enligt uppfinningen; fig 2 visar en förstorad tvär- sníttsvy av tanken som visas i fíg 1 tagen längs linjen 2-2 i fig 1; och fig 3 visar en ytterligare förstorad tvärsníttsvy ta- gen löngs linjen 3-3 i fig Z.

Pa ritningarna visas en stor sfärisk tank ll av den typ som är utformad så att den utgör en del av ett LNG-transportfartyg av allmän typ, exempelvis sasom beskrives i den amerikanska patent- skriften 3 oSU 323. En sådan tank kan exempelvis uppvisa en dia- 10 15 25 S0 7805493-9 meter av 36 m och vara utformad sa att den rymmer cirka 25 000 ms av en kryogen vätska, exempelvis flytande naturgas (LNG).

Tanken ll är utformad för att fästas i skeppsskrovet via en om- givande bärarring eller -kant 13 som är integrerad med tanken ungefär vid dennas mittparti. Tanken 11 innefattar en allmänt sfärisk metallbehållare som exempelvis framställts av aluminium- plât som kan variera med avseende på tjockleken från cirka 3,5 cm till 17,5 cm varpå en generellt cylindrisk huv 15 är monterad.

Metallbehållaren och huven är termiskt isolerade medelst ett lämpligt isoleringsmaterial 16, exempelvis flera skikt av polyuretanskum. I den belysta tanken är den termiska isoleringen 16 anordnad utanpå metallväggarna; emellertid finns det ett för- slag på att den termiska isoleringen skall placeras inuti en me- talltank och innefatta ett vätske- och ångtätt membran på inner- ytan av isoleringen för att läckage av den transporterade väts- kan in i isoleringen skall förhindras.

En LNG-tillförselledning 17 genomtränger tankväggen nära huvens 15 övre ände och innehåller en anslutning 19 i sin yttre ände för anslutning till lastningsrörsystemet ombord på fartyget.

Tillförselledningen omfattar en 900-krök och fortsätter nedåt vertikalt nedanför huvens nivå där den slutar vid en punkt cir- ka 17 m ovanför sfärens ekvator. Inuti behållaren på dess cent- rumlinje är ett stort ihåligt torn eller sugrör 21 anordant verti- kalt som kan ha en diameter av cirka 2,6 m. Såsom visas utsträcker sig den lägre änden av vätsketillförselröret 17 cirka 0,3 m ne- danför den övre änden av sugröret 21 så att LNG som tillföres släpps ut i den övre änden av sugröret 0Ch följaktligen måste strömma vertikalt nedåt genom sugrörets längd innan den kan blan- das med LNG som redan finns i tanken 11.

Den övre änden av sugröret 21 är funktionellt öppen och i våtskeförbindelse med den översta delen av tanken 11; en perfo- rerad styrplât 23 finns emellertid för ett ändamål som beskrivas närmare i det följande. Botten av sugröret 21 uppbäres på lämp- ligt sätt genom konstruktionsanslutningar (ej visade) till me- tallbehållaren och utsträcker sig till ett avstånd av cirka 2 m från tankens botten. Företrädesvís är resten av rörledníngarna anordnade inuti och uppbäres i sugröret 21 varigenom området mellan sugrörets ytteryta och den sfäriska tankens ínnoryta läm- nas fullständigt fritt och tillgängligt för förvaring av LNG.

För avlägsnande av LNG från tanken 11 är ett centralt av- lU p _» if. 30 b! *_11 7805493-9 tappningsrör 25 anordnat koaxiellt inuti sugröret ll eller pa nagot annat lämpligt ställe däri. En dränkbar pump 27 är fäst till den lägre anden av avtappningsröret 25, vilken pump drivcs medelst en elektrisk motor. För anpassning till rörledniugens ter- miska sammandragning som sker när temperaturen reduceras från omgivningstemperatur till kryogena temperaturer är en förskjut- bar bärlageranordníng 29 för den dränkbara pumpen anordnad på en bas som är fäst på lämpligt sätt vid botten av den sfäriska be- hållaren och som innefattar vertikala styrbanor 31. Denna för- skjutbara anordning medger att pumpen 27 rör sig fritt i verti- kal riktning när temperaturen sjunker och avtappníngsröret 25 ut- sättes för termisk kontraktion. Den övre änden av avtappningsrö- ret 25 är bockad 900 och utsträcker sig genom huvens 15 vägg till en anslutning 32 som ger en förbindelse till ett rörsystem för avtappning av lasten som utsträcker sig genom hela fartyget.

Inuti sugröret Zl är också ett första rörsystem 33 anordnat som står i förbindelse med en mindre dränkbar pump 35 som uppbäres av basen 29. Detta rörsystem 33 kan ha en diameter av cirka 4 cm och innefattar ett antal krökar så att man förlitar sig på rörets inneboende böjlighet för anpassning till termisk expansion och kontraktion. Detta rörsystem 33 löper ut igenom huvens vägg och slutar vid en ventil 37 som är ansluten till ett sprutrörsystem (ej visat). Två samlingsrör 39 uppbäres inuti sugröret 21 och upp- visar sprutmunstycken 41 som är anordnade vid sugrörets Zlytter- yta i ett läge ungefär mittemellan tankens övre del och mittparti.

Samlingsrören 39 är anslutna till ett andra rörsystem 43 som ut- stracker sig uppåt genom huvens vägg till en ventil 45 som lika- ledes är ansluten till fartygets sprutrörsystem. Följaktligen kan den lilla pumpen 35 i vilken som helst tank användas för pump- ning av LNG från botten av denna tank uppåt genom rörsystemet 33 och därefter tillbaka ned och ut ur sprutmunstyckena 41 för åstad- kommande av en snabbare nedkylníng av denna tank innan den fylls fullständigt med LNG eller alternativt under barlasttransport för att den önskvärda låga omgivningstemperaturen skall upprätthållas däri på önskvärt sätt. Eftersom varje pump 35 är ansluten genom sprutrörsystemet till rörsystemen 43 i övriga tankar i fartyget kan en enda pump 35 användas för sprutning av LNG från botten av en tank in i Flera av de relativt tomma lasttankarna under resor med harlast. l fartygets laströrsystem finns ocksa anordningar för äter- 10 25 b! 'JV 10 7805493-9 U förande av duga från tanken till den behållare varifran LNG till- föres sa att angan pd nytt kan överföras till vätska. Följaktli- gen är ett angutlopp 49 anordnat från tanken ll som passerar ge- nom huvcns 15 övre yta där en lämplig anslutning 51 är fastsatt för anslutning till fartygets laströrsystem. Den lägre änden av äntutloppet 49 slutar i ett kort tvärgäende rör S3 som är till- slutet i bägge ändar genom lämpliga cirkulära plåtar och som uppvisar ett borrhâlsmönster SS som uppfyller hela dess lägre- halva. Denna inloppskonstruktion i form av ett tvärgående rör minimerar mängden av innesluten LNG som kan transporteras med ångan som avlägsnas från tanken eftersom sådan ínnesluten vätska kommer att Visa tendens till att bilda små droppar på den per- forerade ytan och droppa nedåt i sugröret 21.

Från säkerhetssynpunkt är ett annat utloppsrör 59 anordnat som penetrerar huvens 15 sidovägg i ett övre läge och är anslu- tet till en övertrycksventíl 61. Såsom påpekats tidigare är tan- ken 11 ej dimensionerad för att arbeta vid de höga tryck som fly- tande gaser naturligtvis kan alstra när de uppvärmes och över- trycksventilen 61 är inställd så att den öppnas om trycket inuti tanken exempelvis når cirka 1,2 at absolut vilket garanterar att tanktrycket förblir nära atmosfärstrycket både under fyllnings- och avtappningsoperationer såväl som under resor. Om övertrycks- ventilen öppnas avges LNG-ångan som utsläpps genom en ledning (ej visad) längs fartygets mast och utsläpps i atmosfären på ett stäl- le gott och väl ovanför fartygets huvuddäck där den kommer att skingras i atmosfären utan att skada fartygets personal. Om far- tygssystemen arbetar på avsett sätt kommer naturligtvis normalt övertrycksventilens tryck ej att uppnås. Åtgärder vidtages för bibehållande av LNG inuti tankarna 11 i jämvikt vid lastens kokpunkt varvid hänsyn tages till en viss värmeinströmning från den omgivande atmosfären. Exempelvis kan en kylningsutrustning tillhandahållas för uppvägande av värmein- flödet i tanken. Om emellertid värmeinflödet hâlles vid ett mini- mum medelst ett effektivt ísoleringssystem kan en viss avdunst- ning av LNG medges och ångutloppet 49, anslutningen 51 och last- rörsystemet användes för uttagande av ånga från tankarna med en hastighet ungefär lika med den med vilken ångan bildas genom av- dunstning. I allmänhet är ångsystemet anslutet till sugsidan av en eller flera kompressorer som arbetar för upprätthållande av angrrycket inuti tankarna vid cirka 0,7 at absolut som är lägre 7805493-9 10 i» H1 30 35 ill (LUÅUTY än det inställda värdet för övertrycksventilen. Den uttagna na- turgasen hrünnes antingen sasom bränsle i fartygets Framdrivnings- panna eller kan pa nytt överföras till vätska medelst vätskeöver- föringsutrustning som fartyget är utrustat med och slutligen ator- Föras till de individuella tankarna.

Eftersom LNG-tillförselledníngen l7 i allmänhet slutar nära sugrörets Zl övre del utsättes följaktligen ínträdande LNG ome- 4 delbart för tryckbetingelserna inuti tanken vid en tidpunkt långt innan den blandas med LNG som redan finns i tanken. Detta inne- bär att sugrörets Zl inre område tjänar såsom en expansionskamma- re vari inkommande LNG utsläppes och vari den själv anpassar sig termiskt till ångtrycksbetingelserna i lasttanken. Eftersom dess- utom inströmmande LNG måste strömma hela vägen ned i sugröret 21 innan den kan inträda i huvuddelen av den sfäriska tanken utan- för sugröret och börja blandas med redan befintlig LNG finns det gott om tid för inkommande LNG att uppnå termisk jämvikt.

Om inkommande LNG skulle vara något varmare kan följaktligen av- dunstning ske omedelbart och bildad ånga kommer att stiga uppåt i sugröret, kyla inkommande LNG ovanför ångan och vara omedelbart tillgänglig för uttagande och återföring till apparatur i land för förnyad överföring till vätska. När vätskan långsamt faller till botten av sugröret 21 ändras dess densitet gradvis och till följd därav uppvisar den väsentligen samma densitet som LNG vid botten av tanken när den börjar strömma utåt från botten av sug- röret. Följaktligen elimineras väsentligen risken för termisk överrullning och i stället äger ett relativt lugnt fyllningsför- lopp rum varvid inkommande vätska förblir vid eller nära botten av tanken och helt enkelt undantränger vätskan som redan finns i tanken uppåt.

För att detta önskade syfte skall uppnås förmodas det att inkommande LNG bör inträda i en expansionskammare vid ett läge inuti den övre vertikala fjärdedelen av tanken och företrädes- vis i ett läge inom de översta 10 procenten av tankens höjd. När följaktligen ett sugrör Zl användes för åstadkommande av expan- sionskammaranordningen bör det utsträcka sig uppåt till en nivå åtminstone ungefär lika med tillförselledningens 17 utmynnings- punkt, vilket rör bör sluta vid en vertikal nivå inom tankens övre hälft så att det finns tid för expansion och termisk stabi- liscring att äga rum innan blandning sker. Likartat bör sugröret ll utsträcka sig nedåt till ett avstand inom den understa fjärde- ll) 15 20 25 30 35 10 7sos49s¿9 delen av rankens vertikala höjd och företrädesvis till ett av- stand fran tankbotten som ej överstiger mer än cirka 10 procent av kärlets höjd.

I den visade anordningen uppvisar tillförselledningen 17 en väsentligen konstant innerdiameter av cirka 35 cm och den utmyn- nar i ett sugrör 21 uppvisande en inre diameter av cirka 2,6 m.

Följaktligen är sugrörets Zlyta mer än 50 gånger tillförselled- ningens 17 yta och därför finns det inget som hämmar LNG när den uttömmes ur tillförselledningen. För uppnående av detta önskvär- da syfte bör expansionskammarområdets yta vara åtminstone cirka 10 gänget tillförselledningens yta och företrädesvis mer än 20 gånger dess yta.

Eftersom den öppna översta delen av sugröret 21 står i vätske- förbindelse med ångan i tanken 11 utsättes den fallande strömmen av LNG intimt för tryckbetingelserna inuti tanken. Dessutom inne- bär det faktum att LNG-volymen inuti sugröret Zl behöver en viss ändlig tid för att sjunka nedåt till botten där den kan strömma utåt in i reservoaren av LNG som redan befinner sig inuti tanken tillräckligt med tillfällen för att termisk utjämning skall ske.

Till följd därav är densiteten av inkommande LNG vid botten av röret mycket nära anpassat till densiteten av LNG i reservoaren så att icke önskvärda církulationsmönster ej kommer att alstras.

Man kan förmoda att det kan vara nödvändigt att en gång om året evakuera tanken för att medge fysikalisk inspektion därav från insidan och avsikten är att all LNG inuti tanken kommer att för- ångas genom införandet av varm naturgas antingen genom påfyll- ningsröret 19 eller ångröret 51 och uttagas genom det andra.

För att vägen mellan dessa rör ej skall kortslutas genom botten av sugröret Zl är den perforerade plåten 23 försedd med ett fler- tal hål uppvisande en total yta ungefär lika med den för en öpp- ning med 15-cm diameter.

Fastän uppfinningen har beskrivits med hänvisning till en föredragen utföringsform som belyses i ritningarna är det uppen- bart att ändringar eller modifikationer kan genomföras vilket är uppenbart för fackmannen. Exempelvis skulle tillförselled- ningen i stället för att LNG fritt uttömmes i ett vertikalt rör med större diameter kunna utsträckas nedåt och vara försedd med en expansíonskammaranordning som fastän den fortfarande begrän- sar LNG fysikaliskt skulle utsätta den för tryckbetingclscrna_ inuti bchallaren sasom genom en bälg eller någon annan typ av 10 20 7805493-9 tryckkompenserande anordning och/eller användningen av ett rör- system för en sadan expanslonskammare som skulle stå i vätske- förbindelse med tankcns övre del. Genom införandet av en sådan cxpansíonskammaranordning skulle själva påfyllningsröret kunna utsträckas till ett läge nära botten av tanken så att efter tryckkompensation inuti kärlets övre del termisk stabilísering skulle kunna äga rum såsom en följd av värmeöverföring över själ- va pâfyllningsröret när inkommande vätska sjunker nedåt genom vätskereservoaren som omger den i behållaren.

Fastän beskrivningen har centrerats omkring transport av LNG finns likaledes andra kryogena vätskor som transporteras i tillräckligt stora mängder genom att överföras till vätska och att bibehållas vid låga temperaturer för att behandling på detta sätt skall vara berättigat. Man kan förmoda att denna typ av på- fyllningsanordning exempelvis skulle vara speciellt fördelaktig vid transport av flytande gaser uppvisande en normal kokpunkt unge- fär lika med den för ammoniak eller lägre som vid tillämpning av föreliggande uppfinning i allmänhet betraktas såsom kryogena väts~ kor. Dessutom avses med hänvisningen till stora slutna tankar me- delstora tankar som kan rymma åtminstone cirka 5000 m3 vätska.

Claims (10)

7895493-9 .w Patentkrav _. _

1. Pörfarande för fyllande av'en termiskt isolerad tank med flytande gas, varvid gasen som tillföres utsättes för trycket i tanken i tankens övre hälft, k ä n n e t e c k n a t därav, att den flytande gasen införes i en expansionskammare i tankens övre hälft och styres vertikalt nedåt inom ett begränsat område till ett läge inom den lägsta fjärdedelen av tankens höjd innan den införda flytande gasen tillåtes blanda sig med den flytande gasen som förefinnes i tanken utanför det begränsade omrâdet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att ånga uttages från behällarens övre del under det att den flytande gasen tillföres.

3. 5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den flytande gasen uppvisar en kokpunkt av cirka -160°C eller lägre vid 1 at och varvid ett absolut tryck av ej mer än cirka 1,2 at upprätteshålles i tanken under fyllningsope- rationen.

4. Termiskt isolerad tank för förvaring av flytande gas och innefattande en ledning för tillförsel av flytande gas till' tanken, som slutar pâ ett ställe inom tankens övre hälft, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett sugrör (21) är anordnat inuti tanken U1), som utsträcker sig generellt vertikalt från ett läge inuti den övre fjärdedelen av tankens höjd till ett läge inuti den lägre fjärdedelen av tankens höjd, varvid till- förselledningens (17) utlopp är beläget inuti sugröret (21) och den övre änden av sugröret (21) står i vätskeförbindelse med tankens övre del.

5. Tank enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den är försedd med en ângledning (49) som utsträcker sig genom tanken (11) och som står i förbindelse med tankens övre del.

6. Tank enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att ángledningen uppvisar ett horisontellt tíllförselrör (55) uppvisande en icke perforerad övre hälft samt ett flertal hål (SSL med en diameter ej överstigande 1,3 cm,i den lägre hälften därav. '

7. Tank enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att sugrörets (21) tvärsnittarea är åtminstone cirka 10 gånger så stor som trärsnittsarean av tillförselledningen (17) vid daums mynning. M I W 7sas49s-9

8. Tank enligt något av kraven 4-7, k-ä n n e t e c k - n a d därav, att mynningen av tillförselledningen (17) befinner sig på en höjd inom de övre 10 procenten av tankens (11) vertikala höjd.

9. Tank enligt något av knnæn 4-8, k ä n n e t e c k - n a d därav, att den lägre änden av sugröret (21) är belägen på ett avstånd från tankens botten av cirka 10 procent eller mindre av tankens vertikala höjd.

10. Tank enligt något av kraven 4-9, k ä n n e t e c k - n a d därav, att ett väskeutloppsrör (25) utsträcker sig uppåt genom sugröret och utträder ur behållaren i ett övre läge, vilket utloppsrör är anslutet till en dränkbar pump (27) vid dess lägre ände.