TWI652432B - 高壓液化氣體傳輸系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種高壓液化氣體傳輸系統，主要係設有原容器槽體、空容器槽體、傳輸管路及熱交換器，其中於容裝有液化氣體的原容器槽體之出口端導接傳輸管路，該傳輸管路另一端連結至空容器槽體之進口端，並於該傳輸管路上設有熱交換器，該熱交換器內導入冷卻流體，並透過冷卻流體交換液化氣體之熱能，使流經熱交換器之液化氣體進、出口端之溫度差，形成蒸氣壓變化導致熱交換器管側進、出口壓力差；藉此，利用溫度差造成蒸氣壓變化，產生壓力差，使液化氣體由高壓往低壓方向傳輸的動能，達到安全進行液化氣體移槽作業的傳輸功效。

Description

高壓液化氣體傳輸系統

本發明係有關於一種高壓液化氣體傳輸系統，尤指一種不需對槽體加壓之移槽方式，以利用熱交換器兩端溫差造成液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能，以能安全地進行液化氣體移槽作業為其應用發明者。

按，現今製程設備及技術的不斷研發創新，一般傳統及高科技產業需要大量且多元化的應用原(物)料、溶劑及化學品。然，國內化學品經由港埠進出口前之集散方式包含管線泵送、鐵路運輸以及公路運輸，以下詳細說明各方式的運用與優缺點：

(1)管線泵送是陸地運輸主要工具之一，尤其是在石化工業區內廠與廠間，或是廠區內各項作業之間，因其機動性高、運送時間短，但因管線泵送是利用壓力差輸送，並不適用於長程運輸。

(2)鐵路運輸具有運輸量大與長程運輸成本低等特性，但因臺灣鐵路運輸網路有限，且必須有支線網路才能運送到廠，否則仍需另外以公路槽車接運，故便利性較低。

(3)公路運輸槽車是目前國內化學品運輸最為普遍的方式(張承明，2005)。

國內較常看見的是利用公路運輸槽車來配合製程生產，因現今公路交通網相當便利，但隨著公路貨物量與運輸頻次的增加，使化學品槽車運送過程中事故次數相對提升，若發生運輸化學品之槽車洩漏或火災、爆炸等事故型態，將導致整個社會大眾的潛在危害風險更為嚴重。化學品洩放至環境中之影響範圍及程度與其形態、特性有關，一般而言，影響範圍以氣態最廣，液態次之，後為固態。而液化氣體於運送過程中為液體，倘若因事故造成儲存槽體破裂，將可能以氣體形態逸散之環境中，且其氣態體積遠大於液態體積，以氯氣為例，液氯與氣氯之體積比約為1：460，影響之劇，不可不慎。因此，當液化氣體槽車發生事故時，在無其它立即性危害時，均須考量移槽之必要性，以避免造成二次事故，如民國101年高雄市發生液化氣體槽車翻覆事故，翻覆時並未造成槽體破損，且未經移槽即於槽體滿載時進行吊掛扶正作業，由於重量過重壓縮操作工具之使用空間，最終導致槽體破損、化學品外洩之二次事故。

然而，現行之液化氣體之移槽技術係將事故槽體及支援槽體形成一密閉迴路系統，並以串接動力來源之方式，提供化學品移槽時所需動能以達移槽目的，一般分為抽送式、推送式以及負壓抽引式等三種類型，進一步說明如下：抽送式移槽-係於事故槽體液相管路串接一液化氣體幫浦，抽送事故槽體內之液化氣體至支援槽體，此方式優點為所需時間較短，但受地形因素影響大，且液化氣體幫浦(或是其動力)為一明顯引火源，將提高移槽作業之風險。

推送式移槽-係於支援槽車氣相管路串接一氣體壓縮機製造氣體壓力送至事故槽體內推送化學品經由液相管路至支援體槽，易於建立系統壓力，對受損之事故槽體不適用，且其氣體壓縮機(或是其動力)為一明顯引火源。

負壓抽引式移槽-係於事故槽車氣相管路串接一氣體壓縮機，抽引氣態之液化氣體並壓縮液化之，再經由液相管路至支援槽體，此方式耗時長，且事故槽可能因負壓而毀損。

上述推送式、抽送式及負壓抽引式移槽，可同時應用於槽體傳輸系統中，但液化氣體槽體間傳輸均是透過外加壓力方式進行，普遍存在於對系統加壓，造成槽體壓力負荷、增加作業風險；另外，氣體壓縮機或液化氣體幫浦本身或其動力來源也成為引起火源的問題之一。

今，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構再予以研究改良，提供一種高壓液化氣體傳輸系統，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種高壓液化氣體傳輸系統，尤其是指一種不需對槽體加壓之移槽方式，以利用降溫手段讓進出口兩端溫差造成液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能，以能安全地進行液化氣體移槽作業為其目的。

本發明高壓液化氣體傳輸方法之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：其主要係運用本發明系統所達成的液化氣體傳輸方法，為將一容裝液化氣體之原容器槽體出口端經一傳輸管路連結至一空容器槽體進口端，並於該傳輸管路上經一降溫手段，讓進口端溫度低於出口端的溫差效應，造成液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能進行液化氣體移槽作業。

本發明高壓液化氣體傳輸系統之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：主要係設有原容器槽體、空容器槽體、傳輸管路及熱交換器，其中於容裝有液化氣體的原容器槽體之出口端導接傳輸管路，該傳輸管路另一端連結至空容器槽體之進口端，並於該傳輸管路上設有熱交換器，該熱交換器內導入冷卻流體，並透過冷卻流體交換液化氣體之熱能，使流經熱交換器之液化氣體進、出口端之溫度差，形成蒸氣壓變化導致熱交換器管側進、出口壓力差，達到液化氣體傳輸安全的功效。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中該熱交換器連結一冷卻單元，該冷卻單元供應冷卻流體至熱交換器者。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中該熱交換器為採用一管殼式熱交換器，該管殼式熱交換器包含有一殼體，該殼體具有一空間，並於空間兩端分別設擋板，且於兩擋板的空間內設有數中空管，再於該殼體一端設有進口部，該進口部與傳輸管路連結，該傳輸管路另一端導接原容器槽體之出口端，而該殼體另一端設有出口部，該出口部與傳輸管路連結，該傳輸管路另一端導接空容器槽體之進口端，續於該殼體上設有進、出水管，該進、出水管導接一冷卻單元，以經進、出水管輸送冷卻流體形成冷卻循環者。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中該原容器槽體之出口端需低於空容器槽體之進口端。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中於該原容器槽體之出口端、該空容器槽體之進口端及該殼體之進、出口部與進、出水管處均設有溫度壓力計者。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中於該空容器槽體下方可進一步設有地磅設備者。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中於該熱交換器外部，以及空容器槽體與熱交換器間之傳輸管路包覆有保溫材，該保溫材用以減少熱損失者。

本發明高壓液化氣體傳輸系統的較佳實施例，其中該原容器槽體之出口端及該空容器槽體之進口端與該傳輸管路的連結處分別設置有控制閥門者。

(1)‧‧‧原容器槽體

(11)‧‧‧出口端

(2)‧‧‧傳輸管路

(3)‧‧‧空容器槽體

(31)‧‧‧進口端

(4)‧‧‧熱交換器

(41)‧‧‧殼體

(42)‧‧‧空間

(43)‧‧‧擋板

(44)‧‧‧中空管

(45)‧‧‧進口部

(46)‧‧‧出口部

(47)‧‧‧進水管

(48)‧‧‧出水管

(5)‧‧‧冷卻單元

(6)‧‧‧溫度壓力計

(7)‧‧‧控制閥門

(8)‧‧‧地磅設備

(A)‧‧‧冷卻流體

第一圖：本發明系統示意圖

第二圖：常見物質蒸氣壓示意圖

第三圖：本發明系統採用管殼式熱交換器示意圖

第四圖：本發明熱交換器局部分解示意圖

第五圖：本發明熱交換器各端出口溫度變化曲線示意圖

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請參閱第一、三~四圖所示，為本發明高壓液化氣體傳輸系統示意圖，本發明進一步運用(適用)於槽罐車之槽體內液化氣體傳輸的移槽作業，規劃使用於槽車緊急事故中，提供另一種不需對受損槽體加壓之移槽方式，以安全地進行高壓液化氣體移槽作業。請參閱第一圖所示，其主要為將一容裝液化氣體之原容器槽體(1)出口端(11)經一傳輸管路(2)連結至一空容器槽體(3)進口端(31)，並於該傳輸管路(2)上施予一降溫手段， 讓進口端(31)溫度低於出口端(11)的溫差效應，造成液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能進行液化氣體移槽作業。然而其運用的傳輸動能原理為：一開始原容器槽體(1)內部容裝有液化氣體係屬高壓狀態，而空容器槽體(3)中並未填入任何物質為屬一低壓狀態的空間，在常態下，因壓力差的關係會讓高壓狀態之原容器槽體(1)內的液化氣體往低壓狀態的空容器槽體(3)流通，但當到達一平衡壓力時則無法持續流動，故本發明利用此溫度效應之原理，於傳輸管路(2)上施予一降溫手段，讓空容器槽體(3)端保持低溫低壓的狀態，持續讓進口端(31)溫度低於出口端(11)的溫差效應，造成液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而流動傳輸，進行液化氣體移槽作業。

而如上述方法，所述降溫手段能於傳輸管路(2)上設置有低溫物質，利用低溫物質包覆傳輸管路(2)外部、或將傳輸管路(2)浸泡於低溫物質內、或採用熱交換降溫等等，只要能達到降溫的工藝手段均屬本發明範疇，進一步所述低溫物質可為固態形式、液態形式、氣態形式，如冰塊、冷凍液、冷卻流體(A)、低溫氣體等等者。

本發明實際運用技術與手段，本發明於一開始所採用之系統形態如第一圖所示，即包含有：一原容器槽體(1)，為容裝有液化氣體的槽體，係設有出口端(11)；一傳輸管路(2)，其一端係與原容器槽體(1)出口端(11)連結；一空容器槽體(3)，係設有進口端(31)，且該進口端(31)連結傳輸管路(2)另一端； 一熱交換器(4)，係設置安裝於傳輸管路(2)上，該熱交換器(4)內導入冷卻流體(A)，透過該冷卻流體(A)交換液化氣體之熱能，使進、出口端(31)、(11)產生溫度差者。

於該原容器槽體(1)〔視為事故槽罐車之槽體〕之出口端(11)與空容器槽體(3)〔視為承接液化氣體的槽體〕之進口端(31)間導接該傳輸管路(2)；然而，每一槽體上原本就具有出口端與進口端，因本發明欲說明兩槽體的一進一出關係，故僅敘述該原容器槽體(1)之出口端(11)與空容器槽體(3)之進口端(31)。進一步當傳輸管路(2)組接時，其該原容器槽體(1)之出口端(11)需低於該空容器槽體(3)之進口端(31)；然而，主要係考量所傳輸物質之狀態，因本發明傳輸之目標物為高壓液化氣體，因此，原容器槽體(1)出口端(11)選定為液相管，所傳輸物質狀態為液態，流經熱交換器移除熱能製造壓差，以較低溫、低壓之液態進入空容器槽體(3)，而為有效利用已降溫之液化氣體冷卻空容器槽體以及減少因重力額外形成之壓力，故由空容器槽體(3)之氣相管路做為進口端(31)。而實施例中係以噸級桶裝容器[槽罐車之槽體]做為範例，於噸級桶裝容器其上方閥件為氣相管、下方閥件為液相管，因此設定為”原容器槽體之出口端需低於空容器槽體之進口端”之用意。當然，若在非上述實施狀態下，其原容器槽體(1)之出口端(11)與該空容器槽體(3)之進口端(31)之間不作高低之限定。

接著，在傳輸管路(2)上設置安裝一熱交換器(4)[降溫手段]，本發明之熱交換器(4)採用如第一圖所示，在熱交換器(4)殼體(41)中注入有冷卻流體(A)，讓此段的傳輸管路(2)浸入於冷卻流體(A)形成低溫線圈狀態，讓該原容器槽體(1)之出口端與空容器槽體(3)之進口端(3 1)兩端產生溫差，造成高壓液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能，以能安全將事故槽罐車之槽體內的液化氣體輸送傳導至承接槽體中；由此可知，本發明利用溫度差造成蒸氣壓變化，產生壓力差，使液化氣體由高壓往低壓方向傳輸。

進一步可知在給定的溫度下，物質之氣態與其凝聚態之間會在某一個壓力下存在動態平衡，此時單位時間內由氣態轉變為凝聚態的分子數與由凝聚態轉變為氣態的分子數相等，而此壓力即為物質在此溫度下的飽和蒸氣壓，任何物質的蒸氣壓均隨著溫度非線性增加，以上為本發明所運用之原理，請參閱第二圖所示，係列舉數種常見物質蒸氣壓，於圖中表示出丁烷、丁二烯、氯乙烯、氯、丙烷、氨、丙烯等物質的蒸氣壓作為參考。

本發明熱交換器另一實施例，請參閱第三~四圖所示，該熱交換器(4)為採用一管殼式熱交換器，該管殼式熱交換器包含有一殼體(41)，該殼體(41)具有一空間(42)，並於該空間(42)兩端分別設擋板(43)，且於上述兩擋板(43)的該空間(42)內設有供液化氣體流通的數中空管(44)，再於該殼體(41)一端設有進口部(45)，該進口部(45)與該傳輸管路(2)連結，該傳輸管路(2)另一端導接該原容器槽體(1)之出口端(11)，而該殼體(41)另一端設有出口部(46)，該出口部(46)與該傳輸管路(2)連結，該傳輸管路(2)另一端導接該空容器槽體(3)之進口端(31)，再於該殼體(41)上設有進、出水管(47)、(48)，該進、出水管(47)、(48)對應導接該冷卻單元(5)，以經該進、出水管(47)、(48)穩定輸送低溫冷卻流體(A)形成冷卻循環者。

另外，於上述管殼式熱交換器組裝時，係於該原容器槽體(1) 之出口端(11)、該空容器槽體(3)之進口端(31)及該殼體(41)之進、出口部(45)、(46)與該進、出水管(47)、(48)處均設有溫度壓力計(6)，以掌握系統溫度、壓力變化；同時，該原容器槽體(1)之出口端(11)、該空容器槽體(3)之進口端(31)與該傳輸管路(2)的連結處也分別設置有控制閥門(7)，以控制液化氣體傳輸速度。由於整個系統的溫度差極為重要，因此，必須特別注意系統初始必須嚴格控制液化氣體流速，避免流速過大造成熱移除不及，導致系統失效；以及減少熱損失問題，所以，進一步於該熱交換器(4)外部以及空容器槽體(3)與熱交換器(4)間之傳輸管路(2)須包覆保溫材，利用包覆保溫材的技術減少熱損失。

當管殼式熱交換器使用時，先讓冷卻單元(5)輸入經由該殼體(41)之進、出水管(47)、(48)輸送冷卻流體(A)於殼體(41)空間(42)，並形成循環狀態，再經控制閥門(7)啟動將原容器槽體(1)內的液化氣體由出口端(11)經傳輸管路(2)進入熱交換器(4)進口部(45)；之後，液化氣體流經各中空管(44)，此時藉由空間(42)內的冷卻流體(A)對應中空管(44)束進行冷卻降溫，以降低液化氣體之熱能，而利用冷卻流體(A)竄流於空間(42)內的管束設計，讓冷卻流體(A)由殼體(41)側邊進水管(47)進入後會在空間(42)內的管陣中穿梭，能有效提高熱交換器(4)的熱傳作用。而此方式之優點為具有較大的傳熱面積、適合流量大流體，能增強熱傳效果。

接續，當液化氣體流至中空管(44)另一端到達熱交換器(4)出口部(46)，因經由冷卻流體(A)降溫，讓熱交換器(4)殼體(41)兩側之進、出口部(45)、(46)具有溫度差，請參閱第五圖配合表1所示：

其第五圖為熱交換器各端口的溫度變化，經由圖式中的溫度走向可知，確時讓進口部(45)與出口部(46)兩端產生溫差，造成高壓液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能，以能安全將事故槽罐車之槽體內的液化氣體輸送傳導至承接槽體。

另外，如第三圖所示，於該空容器槽體(3)下方可進一步設有地磅設備(8)，於傳輸過程能精準掌控原容器槽體(1)內的液化氣體是否有全部移轉至空容器槽體(3)。

綜上，本發明利用熱交換器(4)讓進口部(45)與出口部(46)兩端產生溫差，造成高壓液化氣體之蒸氣壓變化，形成壓力差進而產生傳輸動能，使液化氣體由高壓往低壓方向傳輸，達到安全將原容器槽體(1)內的液化氣體輸送傳導至空容器槽體(3)的功效。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符 合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

Claims (7)

1. 一種高壓液化氣體傳輸系統，其包含有：一原容器槽體，為容裝有液化氣體的槽體，係設有出口端；一傳輸管路，其一端係與原容器槽體出口端連結；一空容器槽體，係設有進口端，且該進口端連結傳輸管路另一端，而該原容器槽體之出口端需低於該空容器槽體之進口端；一熱交換器，係設置安裝於傳輸管路上，該熱交換器內導入冷卻流體，透過該冷卻流體交換液化氣體之熱能，使進、出口端產生溫度差者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中該熱交換器連結一冷卻單元，該冷卻單元供應該冷卻流體至該熱交換器內作冷卻循環者。
3. 如申請專利範圍第2項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中該熱交換器為採用一管殼式熱交換器，該管殼式熱交換器包含有一殼體，該殼體具有一空間，並於該空間兩端分別設擋板，且於上述兩擋板的該空間內設有供液化氣體流通的數中空管，再於該殼體一端設有進口部，該進口部與該傳輸管路連結，該傳輸管路另一端導接該原容器槽體之出口端，而該殼體另一端設有出口部，該出口部與該傳輸管路連結，該傳輸管路另一端導接該空容器槽體之進口端，再於該殼體上設有進、出水管，該進、出水管對應導接該冷卻單元，以經該進、出水管輸送該冷卻流體形成冷卻循環者。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中於該原容器槽體之出口端、該空容器槽體之進口端及該殼體之進、出口部與該進、出水管處均設有溫度壓力計者。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中該原容器槽體之出口端及該空容器槽體之進口端與該傳輸管路的連結處分別設置有控制閥門者。
6. 如申請專利範圍第5項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中於該熱交換器外部，以及該空容器槽體與該熱交換器間之該傳輸管路上包覆有保溫材。
7. 如申請專利範圍第6項所述之高壓液化氣體傳輸系統，其中該空容器槽體下方可進一步設有地磅設備者。