Установка для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне
Группа изобретений относится к установке для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне. Установка содержит герметичный и теплоизоляционный резервуар (2). Резервуар (2) имеет верхнюю стенку, содержащую в направлении толщины стенки от наружной стороны к внутренней стороне резервуара (2) основной теплоизолирующий барьер (11) и основную уплотнительную мембрану (10), предназначенную для контакта с криогенной текучей средой. Резервуар имеет герметичную трубу (14), проходящую через верхнюю стенку резервуара (2). Труба (14) содержит нижний участок (15), первый конец которого расположен внутри относительно верхней стенки резервуара (2), а второй конец расположен снаружи относительно верхней стенки резервуара (2) в направлении толщины верхней стенки, и верхний участок (16), прикреплённый ко второму концу нижнего участка (15). Нижний участок (15), находящийся в контакте с упомянутой криогенной текучей средой, выполнен из сплава с низким коэффициентом теплового расширения, тогда как верхний участок (16) содержит нержавеющую сталь. Сплав с низким коэффициентом теплового расширения имеет коэффициент теплового расширения меньше, чем коэффициент теплового расширения упомянутой нержавеющей стали. Основная уплотнительная мембрана (10) герметично прикреплена к нижнему участку (15) трубы (14) по периметру трубы (14). Техническим результатом является создание резервуара, в котором снижены риски образования изолированных карманов с газом в паровой фазе. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области установок для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судах, содержащих один или более герметичных и теплоизоляционных мембранных резервуаров.
Резервуар или резервуары могут быть предназначены для транспортировки криогенной текучей среды или приема криогенной текучей среды, используемой в качестве топлива для приведения в движение судна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Суда для транспортировки сжиженного природного газа имеют множество резервуаров для хранения груза. Сжиженный природный газ хранится в резервуарах при атмосферном давлении и температуре приблизительно -162°C и, следовательно, в состоянии двухфазного равновесия жидкость-пар, так что тепловой поток, проходящий через стенки резервуаров, вызывает испарение сжиженного природного газа.
Для предотвращения создания избыточного давления в резервуарах каждый резервуар соединен с герметичной трубой для отвода паров, образующихся при испарении сжиженного природного газа. Например, герметичная труба для отвода паров, в частности, описана в заявке WO2013093261. Эта труба проходит через стенку резервуара и выходит в верхней части внутреннего пространства резервуара и, таким образом, образует канал для паров между внутренним пространством резервуара и паросборником, расположенным снаружи резервуара. Затем пары, собранные таким образом, могут быть переданы в установку для повторного сжижения для дальнейшей повторной подачи текучей среды в резервуар, в установку для выработки энергии или в газоотводящую мачту, установленную на палубе судна.
В определенных условиях посадки на мель, когда уровень заполнения резервуара является максимальным, и судно село на мель, так что оно имеет значительный угол крена и/или дифферента, существует риск того, что труба для отвода паров погрузится в жидкую фазу, и, следовательно, больше не будет контактировать с паровой фазой, хранящейся в резервуаре. В таких обстоятельствах в резервуарах могут образовываться изолированные карманы с газом в паровой фазе. Такие газовые карманы могут создавать избыточное давление, которое может повредить резервуары и/или вызвать вытеснение жидкой фазы из резервуара через вышеупомянутую трубу для отвода паров.
Однако герметичные трубы для отвода газа известного уровня техники имеют большие размеры, являются достаточно сложными и не подходят в случае значительных изменений температуры.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна идея, лежащая в основе изобретения, заключается в предложении решения для прохождения герметичной трубы через стенку мембранного резервуара, которое является относительно простым, и которое выдерживает изменения температуры между температурой окружающей среды и температурой хранения криогенной текучей среды.
Другая идея, лежащая в основе изобретения, заключается в предложении решения, которое позволяет выдерживать деформации судна при транспортировке по морю, в частности, изгиб судовой балки.
Другая идея, лежащая в основе изобретения, заключается в предложении решения, которое легко адаптируется к уже существующим конструкциям резервуаров для хранения.
Другая идея, лежащая в основе изобретения, заключается в предложении установки для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне, которая позволяет снизить риски образования изолированных карманов с газом в паровой фазе в резервуаре, которые не могут быть устранены.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение обеспечивает установку для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне, причем установка содержит:
герметичный и теплоизоляционный резервуар, предназначенный для хранения криогенной текучей среды в состоянии двухфазного равновесия жидкость-пар, причем резервуар имеет верхнюю стенку, содержащую в направлении толщины стенки от наружно стороны к внутренней стороне резервуара основной теплоизолирующий барьер и основную уплотнительную мембрану, предназначенную для контакта с криогенной текучей средой;
герметичную трубу, проходящую через верхнюю стенку резервуара для образования канала для отвода паровой фазы криогенной текучей среды изнутри наружу резервуара, причем труба содержит нижний участок, первый конец которого расположен внутри относительно верхней стенки резервуара, а второй конец расположен снаружи относительно верхней стенки резервуара в направлении толщины верхней стенки, и верхний участок, прикрепленный ко второму концу нижнего участка;
в которой нижний участок выполнен из сплава с низким коэффициентом теплового расширения,
и в которой основная уплотнительная мембрана герметично прикреплена к нижнему участку трубы по периметру трубы.
Благодаря этим признакам, герметичная труба, проходящая через стенку, позволяет снизить риски образования изолированных карманов с газом в паровой фазе в резервуаре за счет обеспечения отводного канала. Кроме того, нижний участок трубы, который находится в контакте с криогенной текучей средой, выполнен из материала с низким коэффициентом теплового расширения, что позволяет гарантировать устойчивость трубы к изменениям температуры между температурой окружающей среды и температурой хранения криогенной текучей среды, предотвращая ее деформацию.
В соответствии с другими предпочтительными вариантами осуществления установка может иметь один или более следующих признаков.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба проходит через верхнюю стенку на конце верхней стенки.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба представляет собой первую трубу, и установка для хранения содержит вторую трубу, аналогичную первой трубе, причем вторая труба проходит через верхнюю стенку на конце, противоположном концу, через который проходит первая труба.
В соответствии с одним вариантом осуществления установка для хранения содержит газовый купол, расположенный в центре верхней стенки.
В соответствии с одним вариантом осуществления первый конец нижнего участка трубы представляет собой собирающий конец, выходящий внутри резервуара для сбора паровой фазы сжиженного газа. Труба для сбора паровой фазы в резервуаре может иметь относительно небольшой диаметр, например, менее 100 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления второй конец верхнего участка герметичной трубы соединен с газовым куполом резервуара и/или с главным паросборником и/или с клапанами сброса давления в резервуаре.
В соответствии с одним вариантом осуществления нижний участок трубы и основная уплотнительная мембрана выполнены из сплава железа и никеля, коэффициент теплового расширения которого составляет от 1,2 до 2,0×10-6 K-1, или из сплава железа с высоким содержанием марганца, коэффициент теплового расширения которого, как правило, составляет порядка 7×10-6 K-1.
В соответствии с одним вариантом осуществления нижний участок выполнен из сплава железа и никеля с содержанием Ni 36% по массе.
В соответствии с одним вариантом осуществления верхний участок выполнен из нержавеющей стали.
В соответствии с одним вариантом осуществления верхний участок имеет большую толщину, чем нижний участок.
В соответствии с одним вариантом осуществления нижний участок герметично приварен к основной уплотнительной мембране с помощью кольца с фланцем.
Таким образом, кольцо с фланцем обеспечивает герметичное соединение между нижним участком трубы и основной уплотнительной мембраной.
В соответствии с одним вариантом осуществления верхняя стенка резервуара также содержит в направлении толщины стенки снаружи основного теплоизолирующего барьера вспомогательный теплоизолирующий барьер и вспомогательную уплотнительную мембрану.
Благодаря этим признакам, теплоизоляция и герметичность резервуара для хранения обеспечивается двумя слоями уплотнительных мембран, основной и вспомогательной, и двумя слоями теплоизолирующих барьеров, основного и вспомогательного.
В соответствии с одним вариантом осуществления основная и вспомогательная мембраны выполнены из сплава железа и никеля с содержанием Ni 36% по массе, коэффициент теплового расширения которого составляет от 1,2 до 2,0×10-6 K-1, или из сплава железа с высоким содержанием марганца, коэффициент расширения которого, как правило, составляет порядка 7×10-6 K-1.
В соответствии с одним вариантом осуществления каждый из основного теплоизолирующего барьера и вспомогательного теплоизолирующего барьера состоит из множества коробчатых секций, причем труба проходит прямо через одну из коробчатых секций множества коробчатых секций каждого из основного и вспомогательного теплоизоляционных барьеров.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба проходит через коробчатую секцию в центральной области коробчатой секции.
В соответствии с одним вариантом осуществления коробчатая секция из множества коробчатых секций выполнена из листов фанеры, образующих решетку, причем коробчатая секция внутри решетки заполнена вспученным перлитом, стекловатой или другим изоляционным материалом.
В соответствии с одним вариантом осуществления основная уплотнительная мембрана и/или вспомогательная уплотнительная мембрана содержат множество удлиненных планок с выступающими краями, приваренными встык в продольном направлении планки, причем каждая планка содержит плоскую область между двумя продольными выступающими краями, при этом труба проходит через основную уплотнительную мембрану и/или вспомогательную уплотнительную мембрану через плоскую область удлиненной планки.
В соответствии с одним вариантом осуществления планка основной уплотнительной мембраны и/или вспомогательной уплотнительной мембраны, через которую проходит труба, содержит усиленный участок, причем усиленный участок имеет большую толщину, чем остальная часть планки, и содержит плоскую область между двумя продольными выступающими краями, при этом труба проходит через усиленный участок.
Таким образом, усиленный участок позволяет придать жесткость и усилить соединение между основной или вспомогательной уплотнительной мембраной и герметичной трубой или кожухом соответственно.
Например, в случае, когда планка имеет толщину менее 1 мм, например, 0,7 мм, усиленный участок имеет толщину, большую или равную 1 мм, например, 1,5 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления герметичная труба проходит через усиленный участок основной уплотнительной мембраны и/или вспомогательной уплотнительной мембраны через плоскую область усиленного участка.
Благодаря этим признакам, труба проходит через усиленный участок в области, где легче обеспечить герметичное соединение между трубой и планкой. Кроме того, это также исключает пересечение выступающих краев планок герметичной трубой.
В соответствии с одним вариантом осуществления установка содержит кожух, окружающий трубу с зазором в радиальном направлении и прикрепленный к верхнему участку трубы, причем кожух протяжен от верхнего участка, по меньшей мере, до вспомогательной уплотнительной мембраны, и вспомогательная уплотнительная мембрана герметично прикреплена к кожуху по всему периметру кожуха.
Таким образом, крепление вспомогательной уплотнительной мембраны выполнено на кожухе, окружающем трубу, причем сам кожух прикреплен к верхнему участку, что позволяет образовать двойную стенку вдоль всего нижнего участка трубы, что предотвращает утечку криогенной текучей среды из резервуара для хранения в случае разрыва трубы. Следовательно, кожух служит для обеспечения непрерывности вспомогательной уплотнительной мембраны. Кроме того, крепление кожуха к верхнему участку трубы позволяет упростить операции по техническому обслуживанию. Наконец, радиальный зазор между кожухом и трубой позволяет учесть большую деформацию кожуха из-за его гибкости, которая также больше по сравнению с трубой.
В соответствии с одним вариантом осуществления кожух протяжен от верхнего участка, по меньшей мере, до вспомогательной уплотнительной мембраны и за ее пределы.
В соответствии с одним вариантом осуществления вспомогательная уплотнительная мембрана герметично приварена к кожуху по всему периметру кожуха.
В соответствии с одним вариантом осуществления между кожухом и герметичной трубой расположен наполнитель из изоляционного материала.
В соответствии с одним вариантом осуществления кожух приварен к вспомогательной уплотнительной мембране с помощью кольца с фланцем.
Таким образом, кольцо с фланцем обеспечивает герметичное соединение между нижним участком трубы и вспомогательной уплотнительной мембраной.
В соответствии с одним вариантом осуществления кольцо с фланцем или кольца с фланцами имеют толщину больше, чем планки. Например, в случае, когда планка имеет толщину менее 1 мм, например, 0,7 мм, кольцо с фланцем имеет толщину от 1 до 2 мм, предпочтительно 1,5 мм.
Таким образом, кольцо с фланцем позволяет придать жесткость и усилить соединение между основной или вспомогательной уплотнительной мембраной и трубой или кожухом соответственно.
В соответствии с одним вариантом осуществления кольцо с фланцем состоит из основания, предпочтительно кольцевой плоской формы, и фланца, выступающего от основания. Основание может иметь толщину больше, чем планки, предпочтительно толщину от 1 до 2 мм, предпочтительно 1,5 мм. Фланец может иметь толщину больше, чем планки, предпочтительно толщину от 1 до 2 мм, предпочтительно 1,5 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления кожух выполнен из сплава железа и никеля с содержанием Ni 36% по массе, коэффициент теплового расширения которого составляет от 1,2 до 2,0×10-6 K-1, или из сплава железа с высоким содержанием марганца, коэффициент теплового расширения которого, как правило, составляет порядка 7×10-6 K-1.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение предлагает судно, содержащее установку в соответствии с изобретением, причем верхняя стенка прикреплена к нижней поверхности промежуточной палубы судна.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба содержит сильфонный компенсатор на конце верхнего участка, удаленном от нижнего участка, причем компенсатор выполнен с возможностью обеспечения крепления трубы к верхней поверхности верхней палубы судна, при этом компенсатор имеет гофры, выполненные с возможностью обеспечения теплового сжатия трубы.
Благодаря этим признакам, сильфонный компенсатор позволяет трубе, в частности, верхнему участку, иметь на уровне его крепления соединительный зазор, обеспечивающий возможность теплового сжатия/расширения без риска разрыва трубы или соединения.
В соответствии с одним вариантом осуществления сильфонный компенсатор выполнен из нержавеющей стали.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба содержит изоляционную муфту, окружающую часть верхнего участка трубы и расположенную между промежуточной палубой судна и верхней палубой судна.
Таким образом, изоляционная муфта позволяет термически изолировать часть верхнего участка, чтобы низкие температуры криогенной текучей среды не распространялись в межпалубное пространство, вызывая риск повреждения оборудования, расположенного в нем.
В соответствии с одним вариантом осуществления промежуточная палуба и верхняя палуба содержат отверстие, причем отверстие имеет диаметр больше, чем наружный диаметр верхнего участка трубы, при этом труба проходит через промежуточную и верхнюю палубы через отверстие в промежуточной палубе и отверстие в верхней палубе соответственно.
Благодаря этим признакам, между трубой и отверстием в верхней палубе и отверстием в промежуточной палубе имеется зазор, что позволяет обеспечить монтажный зазор между трубой и двумя палубами. Монтажный зазор, в частности, позволяет упростить установку и воспринимать деформации палуб без повреждения трубы.
В соответствии с одним вариантом осуществления промежуточная палуба содержит комингс на верхней поверхности промежуточной палубы, причем комингс окружает отверстие в промежуточной палубе, и через него проходит труба, и труба прикреплена к комингсу.
Таким образом, комингс позволяет сместить крепление трубы к промежуточной палубе, что обеспечивает гибкость крепления. Смещение крепления позволяет трубе лучше противостоять деформациям промежуточной палубы для предотвращения повреждения трубы.
В соответствии с одним вариантом осуществления труба герметично приварена по всему периметру комингса.
В соответствии с одним вариантом осуществления комингс содержит верхнюю часть и боковую часть, соединяющую верхнюю часть с промежуточной палубой, причем крепление трубы выполнено в верхней части комингса.
В соответствии с одним вариантом осуществления комингс выполнен из металла, в частности, из нержавеющей стали.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение предлагает способ загрузки или разгрузки судна в соответствии с изобретением, в котором криогенную текучую среду подают по изолированным трубопроводам из плавучего или берегового хранилища в резервуар судна или из резервуара судна в плавучее или береговое хранилище.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение предлагает систему передачи криогенной текучей среды, причем система содержит судно в соответствии с изобретением, изолированные трубопроводы, расположенные так, чтобы соединять резервуар, установленный в двойном корпусе судна, с плавучим или береговым хранилищем, и насос для подачи потока криогенной текучей среды по изолированным трубопроводам из плавучего или берегового хранилища в резервуар судна или из резервуара судна в плавучее или береговое хранилище.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение станет более понятным, и другие задачи, детали, признаки и преимущества станут более очевидными из следующего далее описания нескольких конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных исключительно в качестве примера, а не ограничения, со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.1 представляет схематическое изображение с вырезом судна, содержащего резервуар для хранения криогенной текучей среды.
Фиг.2 представляет местное схематическое изображение установки для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне.
Фиг.3 представляет увеличенный вид области III установки для хранения, показанной на фиг.2.
Фиг.4 представляет увеличенный вид области IV установки для хранения, показанной на фиг.2.
Фиг.5 представляет разобранный вид стенки резервуара, в частности, вспомогательного теплоизолирующего барьера и вспомогательной уплотнительной мембраны.
Фиг.6 представляет разобранный вид стенки резервуара, в частности, основного теплоизолирующего барьера и основной уплотнительной мембраны.
Фиг.7 представляет схематический вид в разрезе наклоненного резервуара для хранения криогенной текучей среды.
Фиг.8 представляет схематическое изображение с вырезом судна, содержащего резервуар для хранения криогенной текучей среды, и терминала для загрузки/разгрузки этого резервуара.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Условно выражения «верхний», «нижний», «выше» и «ниже» используются для определения относительного положения элемента или части элемента относительно другого элемента в направлении от резервуара 2 к верхней палубе 9 судна 1.
Фиг.1 иллюстрирует судно 1, оснащенное установкой для хранения и транспортировки криогенной текучей среды, в частности, сжиженного природного газа, которая содержит множество герметичных и теплоизоляционных резервуаров 2. Каждый резервуар 2 соединен с газоотводящей мачтой 4, которая установлена на верхней палубе 9 судна 1 и обеспечивает отвод газа в паровой фазе при возникновении избыточного давления в соответствующем резервуаре 2.
На кормовом конце судна 1 находится машинное отделение 3, которое, как правило, содержит гибридную паровую турбину, выполненную с возможностью работы либо за счет сжигания дизельного топлива, либо за счет сжигания испаряющегося газа, поступающего из резервуаров 2.
Резервуары 2 имеют продольный размер вдоль продольного направления судна 1. Каждый резервуар 2 ограничен на каждом из его продольных концов парой поперечных перегородок 5, образующих герметичное промежуточное пространство, известное как «коффердам» 6.
Таким образом, резервуары отделены друг от друга поперечным коффердамом 6. Таким образом, видно, что каждый из резервуаров 2 образован внутри несущей конструкцией, которая образована, с одной стороны, двойным корпусом 7 судна 1, а, с другой стороны, одной из поперечных перегородок 5 каждого из коффердамов 6, ограничивающих резервуар 2.
Фиг.2 схематически иллюстрирует трубу 14, позволяющую образовать канал для отвода паровой фазы криогенной текучей среды изнутри наружу резервуара 2, причем труба 14 последовательно проходит через резервуар 2, промежуточную палубу 8 судна 1 и верхнюю палубу 9 судна 1.
Герметичный и теплоизоляционный резервуар 2 имеет верхнюю стенку, прикрепленную к промежуточной палубе 8, причем стенка содержит в направлении толщины стенки снаружи внутрь резервуара 2: вспомогательный теплоизолирующий барьер 13, вспомогательную уплотнительную мембрану 12, основной теплоизолирующий барьер 11 и основную уплотнительную мембрану 10.
Труба 14 состоит из нижнего участка 15 и верхнего участка 16. Нижний участок 15 образован из сплава железа и никеля, коэффициент расширения которого, как правило, составляет от 1,2×10-6 до 2×10-6 K-1, или из сплава железа с высоким содержанием марганца, коэффициент расширения которого, как правило, составляет порядка 7×10-6 K-1, т.е. имеет низкий коэффициент теплового расширения. Нижний участок 15 имеет первый конец, расположенный внутри резервуара 2, и второй конец, расположенный снаружи резервуара 2.
Верхний участок 16 выполнен из нержавеющей стали и приварен первым концом ко второму концу нижнего участка 15 для обеспечения непрерывности трубы 14. Второй конец верхнего участка 16 соединен с трубопроводом судна 1. Верхний участок 16 имеет большую толщину стенки, чем нижний участок 15.
Нижний участок 15 трубы 14 сначала проходит через основную уплотнительную мембрану 10 и основной теплоизолирующий барьер 11. Основная уплотнительная мембрана 10 герметично приварена по всему периметру нижнего участка 15 для обеспечения сплошности герметичности основной уплотнительной мембраны 10.
Кожух 21 окружает трубу 14 с зазором в радиальном направлении и прикреплен к верхнему участку 16 трубы 14. Кожух протяжен от верхнего участка 16, по меньшей мере, до вспомогательной уплотнительной мембраны 12. Вспомогательная уплотнительная мембрана 12 герметично приварена по всему периметру кожуха 21 для обеспечения сплошности герметичности вспомогательной уплотнительной мембраны 12. Следовательно, труба 14 проходит через вспомогательную уплотнительную мембрану 12 и вспомогательный теплоизолирующий барьер 13 в кожухе 21.
Следовательно, нижний участок 15 приварен к верхнему участку 16 в кожухе 21, так что кожух 21 обеспечивает герметичность и непроницаемость вспомогательной мембраны в случае разрыва нижнего участка 15, например, на сварном шве.
Следовательно, нижний участок 15 служит в качестве части основной уплотнительной мембраны 10, тогда как кожух 21 служит в качестве части вспомогательной уплотнительной мембраны 12. Таким образом, всегда имеется два мембранных слоя даже на уровне трубы 14.
Затем труба 14 проходит через промежуточную палубу 8 судна 1 через отверстие 27 в промежуточной палубе. Диаметр отверстия 27 в промежуточной палубе превышает наружный диаметр кожуха 21, так что имеется соединительный зазор, обеспечивающий возможность деформации промежуточной палубы 8 без деформации кожуха 21 и трубы 14.
Промежуточная палуба 8 содержит на своей верхней поверхности комингс 22. Комингс 22 содержит верхнюю часть 23 и боковую часть 24, соединяющую верхнюю часть 23 с промежуточной палубой 8. Верхний участок 16 трубы 14 проходит через верхнюю часть 23 комингса 22. Верхний участок 16 трубы 14 герметично приварен по всему периметру верхней части 23 комингса 22.
Затем труба 14 проходит через пространство, расположенное между промежуточной палубой 8 и верхней палубой 9, называемое межпалубным пространством, в котором труба покрыта изоляционной муфтой 26, так что низкие температуры криогенного газа, содержащегося в трубе 14, не приводят к значительной утечке тепла в межпалубное пространство.
Наконец, труба 14 проходит через верхнюю палубу 9 судна 1 через отверстие 28 в верхней палубе. Диаметр отверстия 28 в верхней палубе превышает наружный диаметр трубы 14, так что имеется соединительный зазор, обеспечивающий возможность деформации верхней палубы 9 без деформации трубы 14.
Труба 14 содержит сильфонный компенсатор 25 на втором конце верхнего участка 16, удаленном от нижнего участка 15. Компенсатор обеспечивает крепление трубы 14 к верхней поверхности верхней палубы 9 судна 1. Сильфонный компенсатор 25 имеет гофры, выполненные с возможностью обеспечения теплового сжатия трубы 14, в частности, верхнего участка 16, который выполнен из нержавеющей стали, материал которого имеет высокий коэффициент расширения по сравнению со сплавом нижнего участка 15.
Фиг. 3 и 4 представляют увеличенные области III и IV, показанные на фиг.2.
Фиг.3 позволяет увидеть крепление основной уплотнительной мембраны 10 к трубе 14 и крепление вспомогательной уплотнительной мембраны 12 к кожуху 21. Фактически, крепление основной уплотнительной мембраны 10 к трубе 14 выполнено с использованием кольца 17 с фланцем, снабженного основанием и фланцем. Фланец кольца 17 приварен к трубе 14, а основание кольца 17 приварено к основной уплотнительной мембране 10, что обеспечивает герметичное крепление.
Подобным образом крепление вспомогательной уплотнительной мембраны 12 к кожуху 21 выполнено с использованием кольца 17 с фланцем, снабженного основанием и фланцем. Фланец кольца 17 приварен к кожуху 21, а основание кольца 17 приварено к вспомогательной уплотнительной мембране 12, что обеспечивает герметичное крепление.
Основание кольца 17 с фланцем, в частности, может иметь плоскую кольцевую форму, имеющую внутренний диаметр и наружный диаметр. Фланец кольца 17 с фланцем выступает от внутреннего диаметра основания кольца 17 с фланцем. Основание и фланец кольца с фланцем имеют толщину 1,5 мм, превышающую толщину основной и вспомогательной уплотнительных мембран 10, 12, составляющую 0,7 мм.
Фиг.4 позволяет увидеть стык между нижним участком 15 и верхним участком 16 трубы 14 и крепление кожуха 21 к верхнему участку 16. Фактически, сварку второго конца нижнего участка 15 и первого конца верхнего участка 16 трубы 14 выполняют при одинаковой толщине двух участков 15, 16 трубы 14. Для этого толщина первого конца верхнего участка 16 уменьшается, например, линейно, от толщины верхнего участка 16 до толщины нижнего участка 15 для облегчения сварки этих участков 15, 16 и повышения прочности крепления.
Крепление кожуха 21 к верхнему участку 16 выполнено путем сварки по всему периметру верхнего участка 16 сразу после первого конца верхнего участка 16, так что кожух 21 прикреплен к верхнему участку 16 в месте, где его толщина является максимальной, а также вблизи первого конца верхнего участка 16 для минимизации длины кожуха 21 там, где нет необходимости, чтобы он служил в качестве вспомогательной уплотнительной мембраны 12.
Фиг. 5 и 6 иллюстрируют схематические виды основной 10 и вспомогательной 12 уплотнительных мембран и основного 11 и вспомогательного 13 теплоизоляционных барьеров. Уплотнительные мембраны 10, 12 и теплоизолирующие барьеры 11, 13 изготовлены в соответствии с технологией NO96, в частности, описанной в документе WO2012072906 A1.
Таким образом, теплоизолирующие барьеры 11, 13, например, образованы изоляционными коробчатыми секциями 18, содержащими нижнюю панель и покрывную панель, которые параллельны друг другу и расположены на расстоянии друг от друга в направлении толщины изоляционной коробчатой секцией 18, несущими элементами 19, проходящими вдоль направления толщины, дополнительно предусмотренными периферийными перегородками и теплоизоляционным наполнителем, размещенным внутри изоляционных коробчатых секций. Нижняя и покрывная панели, периферийные перегородки и несущие элементы 19, например, выполнены из дерева, например, из фанеры, или из композитного термопластичного материала. Теплоизоляционный наполнитель может состоять из стекловаты, ваты или вспененного полимерного материала, например, полиуретанового вспененного материала, полиэтиленового вспененного материала или поливинилхлоридного вспененного материала, или из гранулированного или порошкообразного материала, например, перлита, вермикулита или стекловаты, или из нанопористого материала типа аэрогеля. Также основная 10 и вспомогательная 12 уплотнительные мембраны содержат непрерывный лист металлических планок 20 с выступающими краями, причем упомянутые планки 20 приварены своими выступающими краями к параллельным сварочным опорам, закрепленным на изоляционных коробчатых секциях 18. Металлические планки 20, например, выполнены из сплава Инвар®: то есть из сплава железа и никеля, коэффициент расширения которого, как правило, составляет от 1,2×10-6 до 2×10-6 K-1, или из сплава железа с высоким содержанием марганца, коэффициент расширения которого, как правило, составляет порядка 7×10-6 K-1.
Фигуры 5 и 6 позволяют увидеть место, где труба 14 проходит через уплотнительные мембраны 10, 12 и теплоизолирующие барьеры 11, 13. Фактически, для предотвращения ослабления конструкции коробчатой секции 18 предпочтительно исключить прохождение трубы 14 через коробчатую секцию на концах коробчатой секции 18. Предпочтительно труба 14 проходит через основной теплоизолирующий барьер 11 и вспомогательный теплоизолирующий барьер 13 в центральной области коробчатой секции 18 между множеством несущих элементов 19.
Для облегчения герметичного крепления основной уплотнительной мембраны 10 и трубы 14 и герметичного крепления вспомогательной уплотнительной мембраны 12 и кожуха 21 предпочтительно исключить прохождение трубы 14 через уплотнительные мембраны на уровне выступающих краев планок 20. Фактически, область выступающих краев имеет геометрически сложную форму и уже подверглась сварке для соединения двух смежных планок и опорной перегородки. Поэтому труба 14 проходит через уплотнительные мембраны 10, 12 в плоской области планки 20 между двумя выступающими краями.
Планки 20 основной уплотнительной мембраны 10 и вспомогательной уплотнительной мембраны 12, через которые проходит труба 14, содержат усиленный участок 32 для сохранения непрерывности основной и вспомогательной уплотнительных мембран. Фактически, усиленный участок 32 представляет собой участок планки 20, через которую проходит труба 14.
Усиленный участок 32 имеет толщину больше, чем остальная часть планки 20, например, толщину 1,5 мм по сравнению с толщиной планки, составляющей 0,7 мм. Усиленный участок 32 содержит плоскую область между двумя продольными выступающими краями. Труба 14 проходит через усиленный участок 32 основной уплотнительной мембраны 10 и усиленный участок 32 вспомогательной уплотнительной мембраны 12 через плоскую область. Кожух 21 проходит через усиленный участок 32 вспомогательной уплотнительной мембраны 12 также через плоскую область.
Фиг.7 представляет герметичный и теплоизоляционный резервуар 2, заполненный сжиженным газом и транспортируемый на судне 1, причем судно имеет угол крена пятнадцать градусов, например, вследствие посадки на мель.
В случае нормальной эксплуатации, когда судно имеет нулевой угол крена, резервуар 2 выпускает испаряющийся сжиженный газ для предотвращения создания избыточного давления внутри резервуара 2 через газовый купол 29, проходящий через верхнюю стенку резервуара 2 по центру.
В случае вышеупомянутой посадки на мель, когда судно имеет угол крена пятнадцать градусов, газовый купол 29 полностью погружается в сжиженный газ и больше не может выполнять функцию отвода испаряющегося сжиженного газа. Для предотвращения повреждения резервуара 2 вследствие избыточного давления в резервуаре 2 предусмотрены две трубы 14, расположенные на концах верхней стенки по обе стороны от газового купола 29, проходящие через верхнюю стенку. Трубы 14 соединены с главным паросборником 30 судна 1, который подает газ в машинное отделение 3 и/или в установку для повторного сжижения. Трубы 14 также соединены с клапанами 31 сброса давления, которые открываются, если давление становится слишком высоким, таким образом, перенаправляя часть газа в отводные колонны 4.
Предпочтительно трубы 14 соединены с главным паросборником 30 и клапанами 31 сброса давления через газовый купол 29 снаружи двойного корпуса 7.
Другую информацию, касающуюся количества и положения труб для отвода газа, можно найти в публикации WO2016120540 A1.
Обратимся к фиг.8, вид с вырезом танкера-метановоза 1 иллюстрирует герметичный и теплоизоляционный резервуар 2, в общем, призматической формы, установленный в двойном корпусе 7 судна 1.
Как известно, трубопроводы 40 загрузки/разгрузки, расположенные на верхней палубе 9 судна 1, могут быть соединены с помощью соответствующих соединителей с морским или портовым терминалом для передачи сжиженного газа в резервуар 2 или из него.
Фиг.8 представляет пример морского терминала, содержащего станцию 42 загрузки и разгрузки, подводный трубопровод 43 и береговое сооружение 44. Станция 42 загрузки и разгрузки представляет собой прибрежное стационарное сооружение, содержащее подвижную стрелу 41 и вертикальную трубу 45, которая поддерживает подвижную стрелу 41. Подвижная стрела 41 поддерживает связку изолированных гибких труб 46, которые могут быть соединены с трубопроводами 40 загрузки/разгрузки. Регулируемая подвижная стрела 41 может быть адаптирован к танкерам-метановозам всех размеров. Внутри вертикальной трубы 45 проходит соединительный трубопровод (не показан). Станция 42 загрузки и разгрузки позволяет выполнять загрузку и разгрузку танкера-метановоза 1 из берегового сооружения 44 и на него. Последнее содержит резервуары 47 для хранения сжиженного газа и соединительные трубопроводы 48, соединенные подводным трубопроводом 43 со станцией 42 загрузки или разгрузки. Подводный трубопровод 43 позволяет передавать сжиженный газ между станцией 42 загрузки или разгрузки и береговым сооружением 44 на большое расстояние, например, 5 км, что позволяет останавливать танкер-метановоз 1 на большом расстоянии от берега во время операций загрузки и разгрузки.
Для создания давления, необходимого для передачи сжиженного газа, используются насосы, установленные на борту судна 1, и/или насосы, установленные в береговом сооружении 44, и/или насосы, установленные на станции 42 загрузки и разгрузки.
Хотя изобретение описано со ссылкой на несколько конкретных вариантов осуществления, очевидно, что оно никоим образом не ограничивается ими, и что оно включает в себя все технические эквиваленты описанных средств и их сочетания при условии, что последние находятся в пределах объема изобретения.
Использование глагола «содержать» или «включать в себя» и производных форм не исключает наличия элементов или этапов, отличных от указанных в формуле изобретения.
В формуле изобретения любая ссылочная позиция в скобках не должна интерпретироваться как ограничение формулы изобретения.
1. Установка для хранения и транспортировки криогенной текучей среды на судне (1), содержащая
герметичный и теплоизоляционный резервуар (2), предназначенный для хранения криогенной текучей среды в состоянии двухфазного равновесия жидкость-пар, причём резервуар (2) имеет верхнюю стенку, содержащую в направлении толщины стенки от наружной стороны к внутренней стороне резервуара (2) основной теплоизолирующий барьер (11), и основную уплотнительную мембрану (10), предназначенную для контакта с криогенной текучей средой,
герметичную трубу (14), проходящую через верхнюю стенку резервуара (2) для образования канала для отвода паровой фазы криогенной текучей среды изнутри наружу резервуара (2), причём труба (14) содержит нижний участок (15), первый конец которого расположен внутри относительно верхней стенки резервуара (2), а второй конец расположен снаружи относительно верхней стенки резервуара (2) в направлении толщины верхней стенки, и верхний участок (16), прикреплённый ко второму концу нижнего участка (15),
в которой нижний участок (15), находящийся в контакте с упомянутой криогенной текучей средой, выполнен из сплава с низким коэффициентом теплового расширения, тогда как верхний участок (16) содержит нержавеющую сталь, причём сплав с низким коэффициентом теплового расширения имеет коэффициент теплового расширения меньше, чем коэффициент теплового расширения упомянутой нержавеющей стали,
и в которой основная уплотнительная мембрана (10) герметично прикреплена к нижнему участку (15) трубы (14) по периметру трубы (14).
2. Установка по п. 1, в которой нижний участок (15) трубы (14) и основная уплотнительная мембрана (10) выполнены из сплава железа и никеля, коэффициент теплового расширения которого составляет от 1,2 до 2,0×10-6 K-1.
3. Установка по п. 1 или 2, в которой нижний участок (15) герметично приварен к основной уплотнительной мембране (10) с помощью кольца (17) с фланцем.
4. Установка по любому одному из предыдущих пунктов, в которой верхняя стенка резервуара (2) также содержит в направлении толщины стенки снаружи основного теплоизолирующего барьера (11) вспомогательный теплоизолирующий барьер (13) и вспомогательную уплотнительную мембрану (12).
5. Установка по п. 4, в которой каждый из основного теплоизолирующего барьера (11) и вспомогательного теплоизолирующего барьера (13) состоит из множества изоляционных коробчатых секций (18), причём труба (14) проходит прямо через один из коробчатых секций (18) множества коробчатых секций (18) каждого из основного и вспомогательного теплоизолирующих барьеров.
6. Установка по п. 4 или 5, в которой основная уплотнительная мембрана (10) и/или вспомогательная уплотнительная мембрана (12) содержат множество удлинённых планок (20) с выступающими краями, приваренными встык в продольном направлении планки, причём каждая планка (20) содержит плоскую область между двумя продольными выступающими краями, при этом труба (14) проходит через основную уплотнительную мембрану и/или вспомогательную уплотнительную мембрану (12) через плоскую область вытянутой планки (20).
7. Установка по п. 6, в которой планка (20) основной (10) и/или вспомогательной (12) уплотнительных мембран содержит усиленный участок (32), причём усиленный участок (32) имеет большую толщину, чем остальная планка (20), и содержит плоскую область между двумя продольными выступающими краями, при этом труба (14) проходит через плоскую область усиленного участка (32).
8. Установка по любому одному из пп. 4-7 содержит кожух (21), окружающий трубу (14) с зазором в радиальном направлении и прикреплённый к верхнему участку (16) трубы (14), причём кожух (21) протяжён от верхнего участка (16) по меньшей мере, до вспомогательной уплотнительной мембраны (12), и вспомогательная уплотнительная мембрана (12) герметично прикреплена к кожуху (21) по всему периметру кожуха (21).
9. Установка по п. 8, в которой кожух (21) приварен к вспомогательной уплотнительной мембране (12) с помощью кольца (17) с фланцем.
10. Установка по п. 6 или 9, в которой кольцо или кольца (17) с фланцем имеют толщину больше, чем планки (20).
11. Судно (1), содержащее установку по любому одному из пп. 1-10, в котором верхняя стенка прикреплена к нижней поверхности промежуточной палубы (8) судна (1).
12. Судно (1) по п. 11, в котором труба (14) содержит сильфонный компенсатор (25) на конце верхнего участка (16), удалённом от нижнего участка (15), причём компенсатор (25) выполнен с возможностью обеспечения крепления трубы (14) к верхней поверхности верхней палубы (9) судна (1), при этом компенсатор (25) имеет гофры, выполненные с возможностью обеспечения теплового сжатия трубы (14).
13. Судно (1) по п. 11 или 12, в котором труба (14) содержит изоляционную муфту (26), окружающую часть верхнего участка (16) трубы (14) и расположенную между промежуточной палубой (8) судна (1) и верхней палубой (9) судна (1).
14. Судно (1) по п. 13, в котором промежуточная палуба (8) и верхняя палуба (9) содержат отверстие (27, 28), в котором отверстие (27, 28) имеет диаметр больше, чем наружный диаметр верхнего участка (16) трубы (14), причём труба (14) проходит через промежуточную палубу (8) и верхнюю палубу (9) через отверстие (27) в промежуточной палубе и отверстие (28) в верхней палубе соответственно.
15. Судно (1) по п. 14, в котором промежуточная палуба (8) содержит комингс (22) на верхней поверхности промежуточной палубы (8), причём комингс (22) окружает отверстие (27) в промежуточной палубе, и через него проходит труба (14), и в котором труба (14) прикреплена к комингсу (22).
16. Способ загрузки или разгрузки судна (1) по любому одному из пп. 11-15, в котором криогенную текучую среду подают по изолированным трубопроводам (40, 43, 46, 48) из плавучего или берегового хранилища (44) в резервуар (2) судна (1) или из резервуара судна в плавучее или береговое хранилище.
17. Система передачи криогенной текучей среды, содержащая судно (1) по любому одному из пп. 11-15, изолированные трубопроводы (40, 43, 46, 48), расположенные так, чтобы соединять резервуар (2), установленный в двойном корпусе (7) судна (1), с плавучим или береговым хранилищем (44), и насос для подачи потока криогенной текучей среды по изолированным трубопроводам из плавучего или берегового хранилища в резервуар (2) судна (1) или из резервуара судна в плавучее или береговое хранилище.
