用于液化气体的存储液舱的液体圆顶

技术领域

本发明涉及用于液化气体的存储设施的领域，该存储设施包括密封且隔热的薄膜型液舱。特别地，本发明涉及用于在低温下储存和/或运输液化气体的密封隔热液舱的领域，诸如用于运输例如在-50℃到0℃之间的温度下的液化石油气(liquefied petroleumgas，GPL)的液舱，或者用于运输在大气压下大约在-162℃下的液化天然气(liquefiednatural gas，GNL)的液舱。这些液舱可以被安装在陆地上或浮动结构上。在浮动结构中，液舱可以用于输送或接收用作燃料以驱动浮动结构体的液化气体。

背景技术

文献FR2991430描述了一种用于液化气体的存储设施，该存储设施包括内置在承载结构中的密封隔热液舱，该承载结构包括船舶的双层船体。液舱的每个壁包括次级隔热屏障、次级密封薄膜、初级隔热屏障和初级密封薄膜。

在液舱的顶部具有被称为液体圆顶的伸出的井道状部分。在该区域中，承载结构被局部地中断，以限定将由流体装载/卸载管线穿过的装载/卸载开口。被称为液体圆顶的该装载/卸载开口包括隔热件或隔热屏障，以及形成初级密封薄膜的元件。

期望的是降低这种液体圆顶的生产成本，特别是通过使用成本较低的材料，然而，这些成本较低的材料具有的特性可能不太适合液舱和这种液体圆顶所经受的非常低的温度。此外，液舱被安装在承受非常高的机械应力的结构(诸如船)中，其中，该结构根据其环境条件发生弯曲和扭曲，这些机械应力对液体圆顶的结构是特别有害的，其中，该液体圆顶相对较窄并且像井道一样竖直地延伸到包含液化气体的实际液舱的上方。

各种实验和测试已经证明，液体圆顶管道可以由成本较低的金属材料制成，只要提供特定的结构以使液体圆顶能够承受施加到其上的高应力就可以。

发明内容

本申请首先旨在提出一种成本较低但是能够承受施加到其上的所有应力，同时确保容纳在液舱中的极冷流体的理想物理和热密封的液体圆顶。

因此，本发明涉及一种用于液化气体的存储设施，包括承载结构和布置在所述承载结构内的密封隔热液舱，

所述密封隔热液舱具有由多个液舱壁形成的主体结构，所述多个液舱壁相互连接并且紧固到所述承载结构，所述主体结构限定出内部存储空间，所述主体结构包括至少一个密封薄膜和至少一个隔热屏障，所述隔热屏障定位在所述密封薄膜和所述承载结构之间，

所述承载结构具有大致平整的上部承载壁，

所述密封薄膜、所述主体结构的所述隔热屏障和所述上部承载壁被局部地中断以限定出管道，管道形成井道的承载壁，所述井道沿着竖直轴线延伸至上部端部，所述上部端部包括用于由流体装载/卸载管线穿过的装载/卸载开口，其中，所述液舱具有布置在所述装载/卸载开口中的盖，并且其中，所述盖包括上部盖壁、下部盖壁以及位于所述下部盖壁与所述上部盖壁之间的隔热结构。

本发明的特征在于，所述管道和所述上部盖壁由不同的铁基合金制成，并且从所述上部盖壁突出的至少一个第一紧固凸耳密封地紧固到所述密封薄膜上。

多项试验和分析表明，可以使用低成本的碳钢管道，只要实施特殊的构造以牢固地固定液体圆顶的初级密封薄膜，同时具有一定的自由度来吸收热膨胀。

因此，本发明在液体圆顶的构造中节省了大量的钱，同时确保或保持液化气体的完美密封和液体圆顶抵抗该区域通常受到的所有应力的优异机械强度。

术语“管道”意味着该元件形成液体圆顶的外壁，更准确地说是形成容纳液化气体的液舱中的开口的井道的壁。术语“井道”指的是液体圆顶的一般形状，该井道从液舱本身的内部空间竖直地延伸。

按照惯例，参照液舱的内部和外部，术语“外部”和“内部”用于确定一个元件相对于另一个元件的相对位置。

以下简要地列出了本发明的其他有利特征：

有利地，所述密封薄膜从所述内部存储空间或所述管道的内部到所述液舱的外部包括：初级薄膜以及随后是次级薄膜，并且从所述上部盖壁伸出的至少一个第二紧固凸耳密封地紧固至所述次级薄膜。

在该实施例中，优选地但不是排他性地，所述第一紧固凸耳和所述第二紧固凸耳彼此独立。

因此，不仅第一紧固凸耳密封地连接到液体圆顶的初级密封薄膜，而且第二紧固凸耳也连接到隔热密封结构，在这种情况下是连接到第二密封薄膜。这种构造使得液舱的主体结构能够牢固且柔性地紧固到盖的上部壁，所述盖及其紧固凸耳由特别耐机械和热的材料制成。

有利地，所述第一紧固凸耳和/或所述第二紧固凸耳具有L形横截面和线性近端部分，从所述上部盖壁伸出的所述线性近端部分通过远端部分延伸，所述远端部分从所述近端部分以90±10°的角度延伸，所述初级密封薄膜或次级密封薄膜分别紧固到所述近端部分。

根据一优选实施例，所述第一紧固凸耳和/或所述第二紧固凸耳的所述远端部分具有Γ形或C形轮廓。这种横截面为第一紧固凸耳提供了有利的弹性程度，并且也有利地为第二紧固凸耳提供了有利的弹性程度，否则第一紧固凸耳和第二紧固凸耳将由具有固有低弹性质量但优异的机械和热机械强度特性的材料制成。

根据本发明的一优选实施例，结构性隔热件被设置在所述第一紧固凸耳和所述第二紧固凸耳之间，所述结构性隔热件的耐热性至少为200℃，优选地至少为120℃，并且更具体地至少为80℃，并且优选地，所述结构性隔热件被设置在所述第二紧固凸耳和所述管道之间。

因此，当操作者在盖的上部壁处或附近进行焊接时，第一紧固凸耳和可能地第二紧固凸耳有助于对该隔热件进行热保护，该隔热件本身具有耐热性能。因此，在液体圆顶及其不同部件的组装过程中，位于液舱的主体结构和液体圆顶盖之间的连接处的该隔热件不太可能被损坏。

因此，根据一有利的实施例，耐热的结构性隔热件包括：

-由提供热保护的结构性覆盖物包围的玻璃棉或聚氨酯泡沫，

-由提供热保护的多个胶合板隔件包围的玻璃棉或聚氨酯泡沫，

-包含提供热保护的玻璃棉或聚氨酯泡沫的胶合板箱，

-包含至少部分地由陶瓷纤维、铝或钢覆盖物包围的玻璃棉或聚氨酯泡沫的胶合板箱，

-由至少部分地包括陶瓷纤维、铝或钢覆盖物的多个胶合板隔件包围的玻璃棉或聚氨酯泡沫。

在本发明的上下文中，耐热的“结构性隔热件”的表述被理解为意味着这种隔热件具有抵抗压力和通常施加到其上的所有应力的机械强度特性，以使隔热件具有非常显著的抗破损性，而没有或几乎没有塑性变形。例如，这种结构性隔热件能够承受至少1MPa(兆帕)的压力。相反，非结构性隔热件不具备这些机械强度特性或质量。

以上列出的示例性实施例不是穷尽的，但是这种隔热件必须具有以下技术功能中的至少一种，以下技术功能按重要性的递减顺序排列，优选地至少具有两种所述功能，并且甚至更优选具有所有这些技术功能：

-隔热，以承受焊接所产生的热量，

-足够地机械结构性，以被安装和紧固在指定空间，

-隔热，以使货物保持低温，

-反射辐射的影响。

结构性隔热件的实施方式的实际元件可以与特定的焊接方法相结合，特别是在焊接期间的冷惰性气体注射和/或铜棒焊接期间的外部散热器。

有利地，所述下部盖壁未紧固或连接到所述第一紧固凸耳。换句话说，在这种情况下，下部盖壁被定位在距离第一紧固凸耳的与上部盖壁相对的端部一定距离的位置处。

优选地同样关于该特征，所述下部盖壁不是由金属或金属基合金制成，并且所述下部盖壁优选地由胶合板制成。实际上，在对本发明的具体技术背景进行分析之后，申请人已经注意到，该下部盖壁相对于容纳在液舱中的流体不需要具有密封性能。

有利地，所述管道由铁基合金制成，所述铁基合金按照重量包括：0％

优选地，所述管道由根据本领域技术人员公知的国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则(International Code for the Construction and Equipment of ShipsCarrying Liquefied Gases in Bulk，IGC)的A、B、D、AH、DH、EH、FH或E级钢制成。

有利地，所述上部盖壁以及所述第一紧固凸耳和可选地所述第二紧固凸耳由铁基合金制成，所述铁基合金包括奥氏体钢，所述奥氏体钢按重量具有：0

按照惯例，元素周期表中的下列元素被考虑在内：

C：碳，Mn：锰，Cr：铬，Si：硅，Ni：钴镍：Co钴，P：磷，O：氧，N：氮，Mo：钼，S：硫，以及Ti：钛。

本发明涉及一种用于运输冷液体产品的船舶，所述船舶具有双层船体和如上所述的布置在所述双层船体中的存储设施。

本发明还涉及一种用于冷液体产品的传输系统，所述系统包括如上所述的船舶、绝缘管道以及泵，所述绝缘管道被布置为将安装在所述船舶的所述船体中的所述液舱连接到外部陆上或浮动存储设施，所述泵用于通过所述绝缘管道将冷液体产品流从所述外部陆上或浮动存储设施驱动至所述船舶上的所述液舱或从所述船舶的所述液舱中驱动至所述外部陆上或浮动存储设施。

最后，本发明还涉及一种用于向如上所述的船舶装载或从所述船舶卸载的方法，其中，通过绝缘管道将冷液体产品从外部陆上或浮动存储设施引导至所述船舶上的所述液舱或从所述船舶上的所述液舱引导至所述外部陆上或浮动存储设施。

附图说明

参照附图，在以下仅作为非限制性示例给出的本发明的多个具体实施例的详细描述中，可以更好地对本发明进行理解，并且更清楚地对本发明的附加目的、细节、特征和优点进行阐述。

[图1]图1是根据本发明的一个实施例的开放的液体圆顶的示意图，其中管道和井道的两个面或隔板是可见的。

[图2]图2是液体圆顶的管道和井道的一个面以及液体圆顶的盖的放大的横截面图。

[图3]图3是盖与管道以及液体圆顶井道之间的角部的横截面图，特别示出了第一紧固凸耳和第二紧固凸耳。

[图4]图4是在功能上示出了盖与管道以及液体圆顶井道之间的角部部分的示意性横截面视图。

[图5]图5是图4所示角部部分的放大视图。

[图6]图6是与图1的示意图，其中第一紧固凸耳和第二紧固凸耳是特别可见的。

[图7]图7是对图6进行补充的示意图，在其中添加了一些部件。

[图8]图8是对图6进行补充的示意图，在其中添加了一些部件。

[图9]图9是液化天然气运输船中的存储设施和用于该液舱的装载/卸载集散站的剖切示意图。

具体实施方式

本文中的术语“竖直”是指在地球重力场的方向上延伸。本文中的术语“水平”是指在垂直于竖直方向的方向上延伸。

当存储设施1位于船舶(诸如液化天然气运输船)上时，承载结构(附图中未示出)由船舶的双层船体形成。上部外承载壁5被称为船舶的外甲板5。

液舱71包括主体结构，该主体结构由底壁(未示出)、顶壁和两个围堰壁(未示出)、两个侧壁(未示出)以及可选地两个至四个斜面壁(未示出)，所述围堰壁将底壁连接到顶壁，并且当存储设施1位于船舶中时所述围堰壁位于前部和后部，两个至四个斜面壁将侧壁连接到底壁或顶壁。液舱71的壁由此彼此连接，以形成多面体结构并且限定内部存储空间9。

为了对装有液化气体的液舱71进行装载和卸载，存储设施1包括装载/卸载开口10，该装载/卸载开口10局部地中断液舱71的上部外承载壁5、上部内承载壁和顶壁，以特别是使得装载/卸载管线(附图中未示出)能够穿过该开口10到达液舱71的底部。

存储设施1还包括装载/卸载塔(附图中未示出)，该装载/卸载塔位于与开口10水平的位置，并且位于液舱71的内部，以形成用于在液舱71的整个高度上的装载/卸载管线以及用于泵(未示出)的承载结构。

此外，存储设施1具有设置在装载/卸载开口10中的盖12，以在所述开口10处对内部存储空间进行封闭。盖12包括用于使装载/卸载管线穿过盖12的孔。

液舱71在开口处具有位于主体结构上的井道15，使得液舱壁能够在所述壁被装载/卸载开口10中断的位置处从内甲板连续延伸到外甲板5。在液化气体液舱中，设置有所述盖12的所述井道15被称为液体圆顶。

装载/卸载开口10和井道15通常具有矩形轮廓。井道15由此包括四个壁，一个壁是后部围堰壁8的延伸部分(如图1所示)，而其他三个壁连接到顶壁以与顶壁形成90°角。

根据本发明，盖12位于外甲板5上以对井道15进行封闭。液舱71是用于储存液化气体的薄膜型液舱71。液舱71的主体结构具有多层结构，该多层结构从外向内包括次级隔热屏障16、次级密封薄膜17、初级隔热屏障18、初级密封薄膜19，其中，该次级隔热屏障16包括抵靠承载结构的隔热元件，次级密封薄膜17抵靠次级隔热屏障16，该初级隔热屏障18包括抵靠次级密封薄膜17的隔热元件，初级密封薄膜19被设计为与液舱71中包含的液化气体接触。

根据一个实施例，液舱71的主体结构使用Mark

在这种主体结构中，次级隔热屏障16、初级隔热屏障和次级密封薄膜17大体是在承载结构上并列的面板，该承载结构可以是内部承载结构或者是在开口10处将上部内承载壁连接到上部外承载壁5的结构。次级密封薄膜17由复合材料制成，该复合材料包括夹设在两片玻璃纤维织物之间的铝片。初级密封薄膜19通过组装多个金属板来获得，这些金属板沿着其边缘被焊接在一起，并且具有沿两个垂直方向上延伸的槽纹。这些金属板例如由不锈钢或铝板通过弯曲或冲压成型而制成。初级密封薄膜19特别是在图3和图4中示出。

这种槽纹金属膜的进一步细节特别是在FR2861060A中进行了描述。

在井道15中，初级密封薄膜19的上部端部紧固到紧固凸耳50上，并且更具体地说，紧固到所述紧固凸耳50的远端部分52。紧固凸耳50和初级薄膜19之间的连接有利地通过密封焊接，或者可能地通过胶合形成。

盖12还包括多层结构，该多层结构从外到内包括上部盖壁23、下部盖壁22以及位于下部盖壁22和上部盖壁23之间的隔热结构24。盖12还具有位于上部盖壁23上的加强构件25。

盖12布置在装载/卸载开口10中，使得上部盖壁23被布置在上部外承载壁5或外甲板5的平面中。因此，在这种情况下，存储设施1不具有圆顶基座，并且盖12不会伸出于外甲板5之上。

上部盖壁23围绕整个开口10密封地紧固到外甲板5，使得上部盖壁23在盖12处充当次级密封薄膜17，或者更简单地充当密封薄膜，因为申请人已经确定了在盖12中使用单个密封薄膜的可行性。上部盖壁23由金属材料制成，例如不锈钢。

根据本发明的一个重要方面，下部盖壁22有利地由非金属材料或金属合金制成。实际上，申请人已经确定这种壁22不一定必须是密封薄膜。此外，下部盖壁22有利地由胶合板制成，但是该壁22也可以由塑料或复合材料(例如“夹层”结构)制成，优选地由热固性塑料制成，只要该材料可以在机械上和化学上承受与容纳在液舱71中的冷流体的简单接触即可。

如图4和图5所示，在下部盖壁22和第一紧固凸耳50或初级密封薄膜19之间没有连接。因此，在下部盖壁22和初级密封薄膜19之间可能存在开口或间隙。同样，申请人已经确定在下部盖壁22和初级密封薄膜19之间不需要连接。

盖12的隔热结构24包括彼此并列的多个隔热元件，这些隔热元件可以具有相似或不同的结构。在一个优选的实施例中，这些与下部盖壁22平齐的隔热元件是结构性隔热元件，而围绕隔热结构24定位的隔热元件(即没有位于壁22和23之间的隔热元件)是非结构性隔热元件。当然，如果考虑到组件的机械应力需要，结构性绝热元件也可以设置在壁22和23之间。结构性隔热元件可以是高密度聚合物泡沫块(可选地通过纤维进行增强)，或者胶合板或填充有绝缘填料(诸如玻璃棉或珍珠岩)的复合箱。非结构性隔热元件可以是低密度聚合物泡沫块或玻璃棉。

然而，本发明的一个重要方面涉及隔热件40、41，隔热件设置在以下之间：

-首先，设置在第一紧固凸耳50和第二紧固凸耳55之间，被称为隔热件40，以及

-其次，设置在第二紧固凸耳55和管道30之间，被称为隔热件41。

该隔热件40、41是结构性隔热件。此外，该隔热件40、41对于至少200℃(摄氏度)的温度是耐热的，优选地对于至少80℃的温度是耐热的。这意味着当暴露于这种温度时，该隔热件40、41的机械性能不改变或几乎不改变。因此，上述可能的类型和功能的该隔热件40、41本质上完全能够抵抗由附近进行的焊接工作所引起的高温。当然，如上所述，焊接工作在焊接期间可以伴随着特别是对该隔热件40、41进行热保护的措施，特别是通过在焊接期间注入冷惰性气体和/或通过在铜棒焊接期间提供外部散热器的方式。

紧固凸耳50从上部盖壁23伸出，竖直地延伸，并且包括竖直的近端部分51和远端部分52，该远端部分52大致水平延伸，或者该远端部分52在这种情况下形成C形钩状件，然而该远端部分52也可以具有Γ轮廓。紧固凸耳50有利地由与上部盖壁23相同的材料制成。因此，该紧固凸耳50由金属材料(通常是铁基合金)制成，当环境温度大致低于0℃，或者甚至等于或小于-40℃时，金属材料具有比传统碳钢(诸如管道30的碳钢)更好的机械强度。

本发明的另一个重要方面是，具有同样从壁23伸出的第二紧固凸耳55，该第二紧固凸耳55用于密封地紧固第二密封薄膜17。因此，在本发明的范围内，两个密封薄膜17、19中的每一个薄膜通过特别有利的紧固凸耳50、55与上部盖壁23具有独立的密封连接，其中，该紧固凸耳50、55提供高机械强度和一定程度的柔性，从而使得所述凸耳能够容易地吸收存在于非常特定的区域(即液体圆顶)中的各种热机械应力。

与第一紧固凸耳50一样，第二紧固凸耳55包括近端部分56和远端部分57，远端部分57对近端部分56进行延伸，其中，第二密封薄膜17紧固到远端部分57。第二紧固凸耳55的远端部分57具有C形钩状轮廓，但是该远端部分52也可以具有Γ轮廓。远端部分57有利地在形状和/或尺寸上与第一紧固凸耳50的远端部分52相同或可以相同。

有利地，第二紧固凸耳55的近端部分56的长度至少是第一紧固凸耳50的近端部分51的两倍。该特征使得壁23与初级密封薄膜19的连接相比壁23与次级密封薄膜17的连接更加刚性，即在壁23与次级密封薄膜17之间的连接中提供比壁23与初级密封薄膜19之间的连接更大的柔性。通常，重要的是近端部分56比近端部分51更长，以使得能够进行组装。

此处应注意的是，本发明主要涉及第一紧固凸耳50及其与初级密封薄膜19的直接连接。因此，在一个替代实施例中(附图中未示出)，不存在第二紧固凸耳55，并且紧固凸耳50附加地包括臂状件或凸缘以将紧固凸耳50密封地紧固到第二密封薄膜17上。

上部盖壁23和这些紧固凸耳50、55可以由IGC规则批准的300系列不锈钢制成。换句话说，紧固凸耳50、55由根据ASTMA240的奥氏体钢制成。

本发明首先基于这样的事实，即存在第一紧固凸耳50和可能存在第二紧固凸耳55使得形成液体圆顶的井道15的管道30能够由碳钢制成，特别是根据ASTM标准A131的A、B、D、AH、DH、EH、FH或E级钢。当环境温度显著下降到0℃以下时，这种钢种的抵抗力或弹性较低，这在液化气体液舱中可能存在或确定存在风险，但这些钢比不锈钢成本低得多。

因此，这种构造减少了液体圆顶中昂贵不锈钢的量，并且为初级锚(即液体圆顶的开口10处的初级密封薄膜19)和次级锚(即次级密封薄膜17)提供了柔性。

因此，本发明的主要方面在于液体圆顶的初级密封薄膜19与紧固凸耳50的连接和紧固，并且有利地在于液体圆顶的次级密封薄膜17与紧固凸耳55的连接和紧固。

此外，如前所述，这些紧固凸耳50、55与液体圆顶的井道15的导管30偏移至少数厘米，即与管道30偏移5至60cm，优选地偏移15至40cm之间的距离。这些紧固凸耳50、55相对于管道30的这种偏移提供了薄膜17、19的柔性紧固，使得组件可以容易地承受显著的机械应力，要知道，当对液舱71进行承载的结构是船舶时，比液舱71小得多或窄得多并且竖直地布置的液体圆顶的井道15的该区域集中了强烈的机械应力和应变。

如附图中所示，紧固凸耳50与管道30的偏移减少了对结构性隔热件的需要，结构性隔热件比其他非结构性隔热更昂贵并且更难布置。仅需要分别布置在紧固凸耳50、55和隔板30之间的结构性绝热件40、41。

因此，与不包括紧固凸耳50和可能不包括紧固凸耳55的传统液体圆顶相比，在根据本发明的液体圆顶结构中可以减少结构性隔热件的量。

图9示出了包括装载/卸载点75、水下管线76和陆上设施77的示例性海运码头。装载/卸载点75是固定的海上设施，其包括可移动臂74以及支撑可移动臂74的支柱78。可移动臂74承载一系列绝缘软管79，这些绝缘软管79可以连接到装载/卸载管73。可定向的可移动臂74可以被调节以适应所有尺寸的液化天然气体运输船。连接管线(未示出)在支柱78内部延伸。装载/卸载点75可以使液化天然气体运输船70向陆上设施77装货或者从陆上设施77卸货。该设施具有液化气体液舱80和经由水下管线76连接到装载/卸载点75的连接管线81。水下管线76使得液化气体能够在装载/卸载点75和陆上设施77之间远距离(例如5km)进行传送，这使得在装卸作业期间能够将液化气体运输船70保持在离海岸较远距离处。

为了产生传送液化气体所需的压力，使用船70上携带的泵和/或安装在陆上设施77上的泵和/或安装在装载/卸载点75处的泵。

尽管已经结合多个特定实施例对本发明进行了描述，显然的是本发明并不限于此，并且在所描述的构件的技术等价物及其组合落入本发明的范围内的情况下，本发明将包括所描述的构件的所有技术等价物以及其组合。

动词“包含(comprise)”或“包括(include)”及其共轭形式的使用，并不排除权利要求中所述内容以外的其他元素或其他步骤的存在。

在权利要求中，括号内的附图标记都不应被理解为对权利要求构成限制。