專利名稱：用來防止儲藏在不滲透的等溫儲罐中的液化氣的蒸發的方法,和實現該方法的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來防止儲藏在不滲透的等溫隔熱的儲罐，該儲罐可能或可能不建造在船舶，特別是甲烷油輪，的支撐結構中，中的液化氣，特別是液體甲烷，的蒸發的方法，并涉及實現此一方法的裝置。
液體甲烷通常以液體形式在接近于大氣壓的壓力下和大約-163℃的溫度下儲藏。為了在運輸期間限制液體甲烷的蒸發，已經提出，用法國專利申請2 535 831、2 586 082、2 629 897和2 683 786，所有這些都是以申請人公司的名義，中所描述的各種方法來改進儲罐的等溫隔熱。對儲罐的等溫隔熱的改進已經使得有可能把每儲藏日的標稱蒸發率從0.30％降低到大約0.15％，但是難以進一步改進。
在一艘甲烷油輪上，每個儲罐連接于在該船舶的主甲板上的一根立管，以便讓所蒸發的氣體逃逸，因為否則此一氣體將在該儲罐中產生不能允許的過高壓力。為了避免把所蒸發的氣體排放到大氣中，該氣體構成污染物排放，這在當船舶靠近港口時是更加不能接受的，以及為了避免從而損失一部分貨物，公知的做法是用所蒸發的氣體來推進船舶。為此目的，船舶的機艙一般配備一種適合于既用所蒸發的氣體來運行又用柴油或燃油來運行的汽輪機。然而，具有低效率的汽輪機和渦輪機的雙重功能招致機艙的加長，而這意味著船舶的加長或減小儲罐的尺寸。進而，在0.15％左右的蒸發率下，所蒸發的氣體僅供應汽輪機所需能量的40到80％，因而該汽輪機還必須始終用柴油或燃油來運行。
為了避免與燃燒所蒸發的氣體相關聯的缺點并避免在卸貨之前消耗一部分貨物，還提出在船舶的甲板上設置再次液化設備以便再次液化所蒸發的氣體并使其返回儲罐。然而此一解決方案實施起來極其麻煩，因為再次液化設備的創始費用非常高而且再次液化設備的所需功率也很大。進而，因為甲烷貨物一般并不純凈，有必要提供貨物的各種組分的分別液化，這招致分離柱的使用，在日益加大的船舶上，這是難以處置的事。
本發明的目的在于消除上述缺點并提供一種用來防止儲藏在不滲透的等溫隔熱的儲罐，該儲罐可能或可能不包括在船舶的支撐結構中，中的液化氣的蒸發的方法，而且該方法實施起來和操作起來是簡單而經濟的。
為此目的，本發明的主題在于一種用來防止儲藏在不滲透的等溫隔熱的儲罐，該儲罐建造在船舶的支撐結構中或者布置在一組浮動的或岸邊的儲罐中，中的液化氣的蒸發的方法，其特征在于，是使一種流體致冷劑穿過液化氣團以便把所述液化氣團冷卻到稍低于其基準儲藏溫度的溫度，從而補償作為在其運輸或儲藏期間熱泄漏的結果對所述液化氣團的加熱。于是，防止，或者起碼限制，液化氣的蒸發。所發生的是，如果液化氣開始向位于儲罐中液化氣團的頂部的氣相體積中蒸發，則流體致冷劑的環流將通過在液化氣與所蒸發的氣體之間的分界面處的熱交換引起所蒸發的氣體的自動再次液化。
本發明的目的還在于用來實現上述方法的裝置，其特征在于，它包括，針對每一個儲罐，一個淹沒在將要被冷卻的該液化氣團中的熱交換器，一個用來在熱交換器出口處壓縮流體致冷劑的壓縮機，以及一個用來把所壓縮的流體致冷劑在其進入熱交換器之前冷卻到其致冷溫度的致冷單元。
最好是，該裝置包括一個用來使海水環流以便把所壓縮的流體致冷劑在其進入致冷單元之前冷卻的單元。此一海水環流單元可以連接于船舶的壓艙水收集器。
在一種具體的實施例中，流體致冷劑在它進入熱交換器時處于液相，最好是液態氮，并且隨著它穿過該液化氣團而蒸發，該致冷單元被設計成每一循環使流體致冷劑再次液化。此一交替形式特別有效，因為液體致冷劑的潛熱被用來給貨物致冷。當然，流體致冷劑可以處于氣相，而在此一場合氣體致冷劑隨著它在熱交換器中被加熱而經受壓力降低，例如按公知的Joule-Thomson循環。
根據另一個特征，該致冷單元被設計成把流體致冷劑在其進入熱交換器之前降溫到大體上比液化氣團的基準溫度低30℃的致冷溫度。
根據本發明的又一個特征，每個儲罐配裝一個壓力表，用以監測位于儲罐中液化氣團的頂部的氣相體積中的壓力變化。在此一場合，當由該壓力表檢測到的壓力超過第1預定的壓力閾值，例如比通常為1060mmbar[sic]左右的基準儲藏壓力高出5mmbar[sic]，時，該壓力表可以立即起動流體致冷劑的環流，并且當檢測到的壓力低于第2預定的壓力閾值，例如比所述儲藏壓力要低5mmbar[sic]，時，立即停止該環流。
最好是，熱交換器靠一個用來裝貨/卸貨液化氣的塔，該塔設置在儲罐的一個豎直橫壁上，支撐在儲罐內部。
熱交換器可以包括一個或多個發夾管，它們的端部穿過儲罐的頂部。在此一場合，每個發夾管或者發夾管組可以在其旁邊由一個空心管所包圍，形成一個在其兩個豎直端部敞開的對流井，以便穿過每個井在該液化氣團中產生對流運動。
最好是，壓縮機和致冷單元設置在船舶的甲板上，與每個儲罐的裝貨/卸貨塔對齊。
為了給出對本發明的主題更好的理解，下面將借助于純粹說明性的和非限制性的例子來描述附圖中所示的本發明的一個實施例。
在這些附圖中
圖1是具有常規結構的甲烷油輪的示意立面和局部剖視圖，以及圖2是本發明的一個實施例中的，圖1的船舶的一個儲罐的放大的和部分剖視的局部視圖。
圖1表示一艘具有常規結構的甲烷油輪N，該甲烷油輪帶有4個用來儲藏貨物的儲罐1，每個儲罐配有一個設置在船舶的主甲板3上的立管2，以便當儲罐內壓力升高時氣體可以逃逸。在船舶N的尾部，有一個機艙14，該機艙按常規方式包括一個汽輪機，該汽輪機用柴油和/或來自儲罐的所蒸發的氣體來運行。
儲罐1靠被稱為隔離艙的雙層橫艙壁4彼此隔離。每個儲罐的底部由船舶的雙層船體的內表面5形成，雙層船體的內表面5與外表面6之間的空間用作壓艙水。按原本公知的方式，每個儲罐1包括一個裝貨/卸貨塔7，用以在運輸之前把貨物裝進儲罐，和一旦已經運到時用以把貨物卸出。
從圖2中可以很好地看到，該塔7在儲罐1的整個高度上延伸，靠近隔離艙4的橫艙壁，并且在其下部有一個泵8，用以卸出貨物。按原本公知的方式，該塔7包括一個裝貨管線和一個卸貨管線，該塔有可能為三腳架式，也就是說帶有三個支撐用來裝貨和卸貨的所有管線的立柱。
按原本公知的方式，每個儲罐1包括固定于船舶的支撐結構，確切地說是雙層船體的內表面5和橫艙壁4，的第2隔熱層10，以及附著于所述第2隔熱層10的兩層，第2層11和第1層12，防水層。在第2防水層11與第1防水層12之間通常設有一層第1隔熱層13或者以申請人公司的名義的1998年7月10日的法國專利申請98/08196中所述的耐沖擊機械防護層。
圖2示出儲罐1內液化氣團L與氣相G中的貨物體積之間的分界面S。
在圖2中已經用一個總塊體20來表示與一個壓縮機，例如用以使液態氮環流，配套的致冷單元。該致冷單元可以被設計成使離開儲罐的液態氮再次液化。該塊體20安裝在船舶的主甲板3上。
一個進口管線21和一個出口管線33連接于塊體20，用以使源于，例如，船舶的壓艙水收集器的海水環流。
至少一個發夾管23在其進口23a和在其出口23b處連接于塊體20。發夾管23延續到熱交換器，該熱交換器豎直地向下延伸進入儲罐1，大體上達到從其底部算起的中途。雖然這未畫出，但是每個發夾管23最好是由前述塔7的一個立柱來支撐。為此目的，每個發夾管23靠近該塔7延伸。
在每個發夾管23周圍，有一個在儲罐1內部形成一個對流井的空心管24。此一管24在其兩個豎直端部敞開以便引起儲藏在儲罐1中的貨物的對流運動。
下面將描述本發明的一個實施例的工作。
液相L中的甲烷和氣相G中的小體積在大約-163℃的溫度下儲藏在儲罐1中。
致冷單元20使液態氮在大約-196℃下穿過發夾管23，而這有冷卻所述發夾管23周圍的液體甲烷L的作用。假定這樣被冷卻的液體甲烷變得密度更大，它在儲罐1中下沉，而尚未被冷卻的液體甲烷卻上升。液體甲烷L的此一對流運動經由對流井24，從而造成此一對流運動遍及儲罐1。例如，空心管24的直徑大約為1m。當然，熱交換器可能包括若干個發夾管23，或者帶有若干個直角彎頭的管子，連同若干個對流管24。空心管24在其上端大體上為漏斗形24a，向外擴展，以便促進此一對流運動。
液態氮隨著它穿過發夾管23而蒸發，而這通過利用氮的潛熱使得液體甲烷L被更有效地冷卻。情況是這樣，還有可能使用處于氣相的氮，氣態氮在它流過熱交換器時經受壓力降低。氮當它離開發夾管23的出口23b時，處于大約-163℃的溫度下。然后氮流過壓縮機20，例如三級壓縮機，該壓縮機使氮升溫到例如大約+130℃的溫度。這樣被壓縮的氮首先被海水環流管線21、22冷卻，使氮降溫到大約30℃的最高溫度，也就是海水的溫度。最后這樣被冷卻的壓縮氮氣在致冷單元中經受再次液化，使它降溫到-196℃的溫度。
假定致冷單元和壓縮機20布置在塔7的豎直上方，有可能使用卸貨泵8所用的動力，因為后者在運輸期間不工作，僅在卸貨期間工作。
塊體20最好是配備一個布置在儲罐1的氣相體積G中的壓力表25，以便檢測此一氣相體積中的壓力變化。例如，針對氣相體積G中大約1060mmbar[sic]的基準儲藏壓力，壓力表25能檢測高于或低于此一基準壓力5mmbar[sic]的變化，以便分別起動致冷單元和壓縮機或者把它們切斷。假定每個儲罐中的貨物具有很大的熱慣量，致冷單元帶有在實現所儲藏的貨物的小量冷卻之前，以及在能夠在與液化氣L的分界面S處再次液化所蒸發的甲烷之前，通常工作若干小時的壓縮機20。同樣，致冷單元和壓縮機20在液化氣能夠開始再次蒸發之前保持不工作若干小時。
實際上，由于熱損失是由主要在白天出現的日照所致，有可能使壓縮機和致冷單元20在白天自動運行而在夜間切斷。
根據本發明，有可能省去用來推進船舶的汽輪機而使用用柴油來運行的柴油發動機，該柴油發動機具有較高的效率并占據較小的空間，這使得有可能減小機艙的尺寸。機艙的尺寸可以減小大約10％，這相當于短了若干米的長度。于是，從機艙節省的每一米都使儲罐的體積得以增加，這是非常重要的，給出了儲罐的尺寸。
本發明的另一個優點在于，省去了用來使所蒸發的氣體向機艙或向任何再次液化設備環流的所有管線。
最后，當流體致冷劑為氮時，氮的資源可以在每個儲罐的管線中被利用，并且可以排出到壓艙水儲罐中來限制可燃性氧組分，以便避免對壓艙水儲罐的沖擊，例如當受其他船舶碰撞時，引起起火。
雖然已經結合具體的實施例描述了本發明，但是十分明顯的是，本發明決不限于此，它包括所述機構及其組合的所有技術等效物，如果這些技術等效物落在本發明的范圍之內的話。
權利要求
1.一種用來防止儲藏在不滲透和隔熱的儲罐(1)中的液化氣的蒸發的方法，該儲罐建造在船舶(N)的支撐結構中或者布置在一組浮動的或岸邊的儲罐中，其特征在于，使一種流體致冷劑穿過液化氣團(L)，以便把所述液化氣團(L)冷卻到稍低于其基準儲藏溫度的溫度，從而補償作為在運輸或儲藏期間熱泄漏所導致的對所述液化氣團的加熱。
2.用來實現權利要求1的方法的裝置，其特征在于，它包括，針對每一個儲罐(1)，有一個淹沒在將要被冷卻的該液化氣團(L)中的熱交換器(23)，一個用來在該熱交換器出口處壓縮該流體致冷劑的壓縮機(20)，以及一個用來把所壓縮的流體致冷劑在其進入該熱交換器之前冷卻到其致冷溫度的致冷單元(20)。
3.根據權利要求2的裝置，其特征在于，它包括一個用來使海水環流以便把所壓縮的流體致冷劑在其進入致冷單元(20)之前冷卻的單元(21、22)。
4.根據權利要求3的裝置，其特征在于，該海水環流單元(21、22)連接于船舶的壓艙水(ballast)收集器。
5.根據權利要求2至4之一的裝置，其特征在于，該流體致冷劑在它進入熱交換器(23)時處于液相，最好是液態氮，并且隨著它穿過該液化氣團(L)而蒸發，該致冷單元(20)被設計成每一循環使流體致冷劑再次液化。
6.根據權利要求2至5之一的裝置，其特征在于，該致冷單元(20)被設計成把流體致冷劑在其進入熱交換器(23)之前降溫到大體上比液化氣團(L)的基準溫度低30℃的致冷溫度。
7.根據權利要求2至6之一的裝置，其特征在于，每個儲罐(1)配裝一個壓力表(25)，用以監測位于儲罐中液化氣團的頂部的氣相體積中的壓力變化。
8.根據權利要求7的裝置，其特征在于，當由該壓力表(25)檢測到的壓力超過第1預定的壓力閾值，例如比通常為1060mmbar[sic]左右的基準儲藏壓力高出5mmbar[sic]，時，該壓力表(25)立即起動該流體致冷劑的環流，并且當檢測到的壓力低于第2預定的壓力閾值，例如比所述基準壓力低5mmbar[sic]，時，立即停止該環流。
9.根據權利要求2至8之一的裝置，其特征在于，該熱交換器(23)靠一個用來裝貨/卸貨液化氣的塔(7)支撐在儲罐(1)內部，該塔設置在儲罐的一個豎直橫壁(4)上。
10.根據權利要求9的裝置，其特征在于，該熱交換器(23)包括一個或多個發夾管(23)，它們的端部穿過儲罐(1)的頂部。
11.根據權利要求10的裝置，其特征在于，每個發夾管或者發夾管(23)組在其旁邊由一個空心管(24)所包圍，形成一個在其兩個豎直端部敞開的對流井，以便穿過每個井在該液化氣團(L)中產生對流運動。
12.根據權利要求9至11之一的裝置，其特征在于，該壓縮機和該致冷單元(20)設置在船舶的甲板(3)上，與每個儲罐(1)的裝貨/卸貨塔(7)對齊。
全文摘要
本發明涉及用來防止儲藏在建造在船舶的支撐結構中或者布置在一組浮動的或岸邊的儲罐中不滲透的等溫隔熱的儲罐(1)中的液化氣的蒸發的方法,該方法是使一種流體致冷劑穿過一團液化氣(L)以便把所述液化氣團冷卻到稍低于其基準儲藏溫度的溫度,從而補償作為在其運輸或儲藏期間熱泄漏的結果對所述液化氣團的加熱。
文檔編號F17C3/02GK1252370SQ9912312
公開日2000年5月10日 申請日期1999年10月21日 優先權日1998年10月23日
發明者雅克斯·德萊姆 申請人:氣體運輸技術公司