ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
LIQUEFIED GAS STORAGE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области герметичных и теплоизоляционных резервуаров мембранного типа. Настоящее изобретение, в частности, относится к области герметичных и теплоизоляционных резервуаров для хранения и/или транспортировки сжиженного газа при низкой температуре, таких как резервуары для транспортировки сжиженного углеводородного газа (СУГ) при температуре, например, от -50°C до 0°C включительно, или для транспортировки сжиженного природного газа (СПГ) при температуре приблизительно -162°C при атмосферном давлении. Такие резервуары могут быть установлены на суше или на плавучей конструкции. В случае плавучей конструкции резервуар может быть предназначен для транспортировки сжиженного газа или для приема сжиженного газа, служащего в качестве топлива для приведения в движение плавучей конструкции.
В одном варианте осуществления сжиженный газ представляет собой СПГ, то есть смесь с высоким содержанием метана, хранящуюся при температуре приблизительно -162°C при атмосферном давлении. Также возможны другие сжиженные газы, в частности, этан, пропан, бутан или этилен.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В документе WO2013124556 описан герметичный и теплоизоляционный резервуар, теплоизолирующий барьер которого образован из множества смежных изоляционных блоков. Изоляционные блоки включают в себя последовательно в направлении толщины стенки резервуара нижнюю пластину, нижний конструкционный изоляционный вспененный материал, промежуточную пластину, верхний конструкционный изоляционный вспененный материал и покрывную пластину. Пластины в изоляционных блоках удерживаются на расстоянии друг от друга в направлении толщины стенки резервуара за счет конструкционного изоляционного вспененного материала.
При загрузке и разгрузке СПГ изменение температуры, а также состояние заполненности резервуаров оказывают высокую нагрузку на мембраны резервуара. Подобным образом во время движения по морю перемещение судна оказывает значительные усилия на барьеры резервуара. Для предотвращения ухудшения герметизирующих и теплоизоляционных характеристик резервуара по меньшей мере вспомогательная уплотнительная мембрана прикреплена к несущей конструкции с помощью соединительной конструкции на уровне углов между поперечной стенкой и продольной стенкой резервуара.
Крепление соединительных конструкций к несущей конструкции, с одной стороны, и соединение их с уплотнительными мембранами, с другой стороны, обеспечивает передачу усилий между мембранами и корпусом судна, что усиливает общую конструкцию резервуара.
Соединительная конструкция, в частности, обеспечивает поглощение растягивающих усилий, возникающих в результате теплового сжатия металлических элементов, образующих герметизированные барьеры, деформации корпуса в море и состояния заполненности резервуаров.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Некоторые аспекты изобретения являются результатом наблюдения, что, когда резервуар подвергается значительному изменению температуры, например, при загрузке сжиженного газа в резервуар, теплоизолирующий барьер, собранный с использованием соединительной конструкции, может создавать разницу в толщине стенки резервуара. Фактически, если теплоизолирующий барьер сжимается сильнее, чем соединительная конструкция, которая поддерживает уплотнительную мембрану, это приводит к смещению уплотнительной мембраны от теплоизолирующего барьера. Однако теплоизолирующий барьер также поддерживает уплотнительную мембрану. Следовательно, такое смещение ослабляет уплотнительную мембрану и повышает вероятность повреждения.
В оставшейся части описания смещение между теплоизолирующим барьером и уплотнительной мембраной во время значительного изменения температуры будет называться смещением между барьером и мембраной.
Идея, лежащая в основе изобретения, заключается в ограничении этого смещения.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение предлагает хранилище для сжиженного газа, содержащее несущую конструкцию и герметичный и теплоизоляционный резервуар, расположенный в несущей конструкции, причем резервуар содержит по меньшей мере первую стенку резервуара, прикрепленную к первой несущей стенке несущей конструкции, и вторую стенку резервуара, прикрепленную ко второй несущей стенке несущей конструкции, каждая стенка резервуара содержит по меньшей мере одну уплотнительную мембрану и, по меньшей мере, один теплоизолирующий барьер, теплоизолирующий барьер расположен между уплотнительной мембраной и несущей конструкцией, хранилище содержит соединительную конструкцию, выполненную с возможностью крепления уплотнительной мембраны к несущей конструкции вдоль ребра между первой и второй несущей стенками,
соединительная конструкция содержит основную балку, состоящую из первой панели, параллельной первой несущей стенке и герметично прикрепленной к уплотнительной мембране первой стенки резервуара, и второй панели, параллельной второй несущей стенке и герметично прикрепленной к уплотнительной мембране второй стенки резервуара, причем соединительная конструкция также содержит по меньшей мере одну первую соединительную пластину, прикрепленную к первой панели и протяженную параллельно первой панели в направлении второй несущей стенки, и по меньшей мере одну вторую соединительную пластину, прикрепленную ко второй панели и протяженную параллельно второй панели в направлении первой несущей стенки,
несущая конструкция содержит, по меньшей мере, один первый крепежный фланец, выступающий от второй несущей стенки параллельно первой стенке резервуара на расстоянии от стыка, и, по меньшей мере, один второй крепежный фланец, выступающий от первой несущей стенки параллельно второй стенке резервуара на расстоянии от стыка,
в котором первая соединительная пластина прикреплена к первому крепежному фланцу, а вторая соединительная пластина прикреплена ко второму крепежному фланцу,
-6
-6
-1
-6
-6
-1
-6
-6
-1
и в котором уплотнительная мембрана и основная балка выполнены из металлического сплава, коэффициент теплового расширения которого составляет от 0,5×10 до 7,5×10 K включительно, по меньшей мере первая и вторая соединительные пластины выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 60×10 K включительно, и теплоизолирующий барьер выполнен из материала, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 60×10K включительно, так что первый узел, протяженный между второй несущей стенкой и второй панелью основной балки, содержащий первый крепежный фланец и первую соединительную пластину, имеет тепловое сжатие, по существу равное тепловому сжатию теплоизолирующего барьера второй стенки резервуара при охлаждении резервуара от температуры окружающей среды в пустом состоянии до равновесной температуры в заполненном состоянии, а второй узел, протяженный между первой несущей стенкой и первой панелью основной балки, содержащий второй крепежный фланец и вторую соединительную пластину, имеет тепловое сжатие, по существу равное тепловому сжатию теплоизолирующего барьера первой стенки резервуара при охлаждении резервуара от температуры окружающей среды в пустом состоянии до равновесной температуры в заполненном состоянии.
Заполненное состояние соответствует состоянию, в котором резервуар частично или полностью заполнен.
Благодаря вышеописанным признакам соединительная конструкция имеет соединительные пластины, коэффициент расширения которых намного выше, чем коэффициент расширения основной балки, и того же порядка, что и коэффициент расширения теплоизолирующего барьера, что позволяет соединительной конструкции и, следовательно, уплотнительной мембране, повторять смещение в направлении толщины во время теплового сжатия теплоизолирующего барьера. Таким образом, состав несущей конструкции, выполненной из разных материалов, позволяет эффективно управлять явлением изменения толщины стенок герметичного и теплоизолирующего резервуара после значительного изменения температуры для предотвращения слишком большого смещения между мембраной и барьером.
Варианты осуществления вышеописанного хранилища могут иметь один или более следующих признаков.
В соответствии с одним вариантом осуществления крепление между первой соединительной пластиной и первым крепежным фланцем и/или крепление между второй соединительной пластиной и вторым крепежным фланцем может быть выполнено путем сварки, склеивания, заклепочного или болтового соединения.
В соответствии с одним вариантом осуществления крепление между первой соединительной пластиной и первой панелью и/или крепление между второй соединительной пластиной и второй панелью может быть выполнено путем сварки, склеивания, заклепочного или болтового соединения.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая панель герметично приварена к уплотнительной мембране первой стенки, то есть с помощью непрерывного сварного шва между двумя элементами.
В соответствии с одним вариантом осуществления вторая панель герметично приварена к уплотнительной мембране второй стенки, то есть с помощью непрерывного сварного шва между двумя элементами.
Следовательно, соединительная конструкция обеспечивает непрерывность уплотнительной мембраны в области пересечения между первой стенкой резервуара и второй стенкой резервуара.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления уплотнительная мембрана выполнена из сплава железа и никеля, коэффициент теплового расширения которого составляет от 0,5×10 до 2×10 K включительно.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления уплотнительная мембрана выполнена из сплава железа и марганца, коэффициент теплового расширения которого составляет от 6,5×10 до 7,5×10 K включительно, например, с содержанием марганца от 18 до 22% по массе.
В соответствии с одним вариантом осуществления соединительная конструкция содержит множество первых соединительных пластин, прикрепленных к первой панели и расположенных на одинаковом или разном расстоянии друг от друга вдоль ребра, и соединительная конструкция содержит множество вторых соединительных пластин, прикрепленных ко второй панели и расположенных на одинаковом или разном расстоянии друг от друга вдоль стыка.
Благодаря вышеописанным признакам крепление между уплотнительной мембраной и несущей конструкцией выполнено с промежутками за счет соединительных пластин, расположенных на расстоянии друг от друга. Такое распределенное крепление позволяет предотвратить нежелательный изгиб между этими элементами и, следовательно, предотвратить повреждение.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления первый и второй крепежные фланцы выполнены из нержавеющей стали, коэффициент теплового расширения которой составляет от 12×10 до 16×10 K включительно.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления теплоизолирующий барьер выполнен из армированного волокнами вспененного материала, коэффициент теплового расширения которого составляет от 35×10 до 60×10 K включительно.
В соответствии с одним вариантом осуществления вспененный материал представляет собой пенополиуретан.
В соответствии с одним вариантом осуществления теплоизолирующий барьер первой стенки резервуара и, соответственно, второй стенки резервуара выполнен из армированного волокнами вспененного материала, причем волокна ориентированы параллельно первой несущей стенке и, соответственно, второй несущей стенке.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления первая и вторая соединительные пластины выполнены из металлического справа железа и никеля, например, железа, никеля и марганца или железа, никеля и хрома, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 30×10 K включительно.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления первая и вторая соединительные пластины выполнены металлического сплава алюминия и цинка, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 30×10 K включительно.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления первая и вторая соединительные пластины выполнены из сплава с высоким содержанием марганца, например, с содержанием марганца, по меньшей мере, 50%, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 30×10 K включительно.
-6
-6
-1
В соответствии с одним вариантом осуществления первая и вторая соединительные пластины выполнены из полимерного материала, опционально, армированного волокнами, коэффициент теплового расширения которого составляет от 20×10 до 60×10 K включительно.
В соответствии с одним вариантом осуществления теплоизолирующий барьер имеет размер в направлении толщины стенки резервуара от 250 до 800 мм включительно.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая и вторая соединительные пластины имеют размер в направлении толщины стенки резервуара более 150 мм, предпочтительно от 200 мм до 500 мм включительно, более предпочтительно от 300 до 400 мм.
Благодаря вышеописанным признакам первая и вторая соединительные пластины имеют достаточный размер, чтобы соответствующее тепловое сжатие первого узла и второго узла были по существу равны тепловому сжатию теплоизолирующего барьера.
В соответствии с одним вариантом осуществления первый и второй крепежные фланцы имеют размер в направлении толщины стенки резервуара более 30 мм, предпочтительно от 40 мм до 80 мм включительно.
Благодаря вышеописанным признакам первый и второй крепежные фланцы имеют размер, достаточный, чтобы обеспечивать возможность крепления, например, путем сварки с помощью сварочной горелки, первого и второго крепежных фланцев к первой соединительной пластине и второй соединительной пластине соответственно.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая соединительная пластина прикреплена к первой панели между основным теплоизолирующим барьером первой стенки и вспомогательным теплоизолирующим барьером первой стенки, а вторая соединительная пластина прикреплена ко второй панели между основным теплоизолирующим барьером второй стенки и вспомогательным теплоизолирующим барьером второй стенки.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая соединительная пластина включает в себя первый конец, второй конец и центральный участок между первым концом и вторым концом, причем первый конец прикреплен к первому крепежному фланцу, второй конец прикреплен к первой панели, сечение центрального участка отличается от сечения первого и второго концов, и сечение центрального участка предпочтительно меньше, чем сечение первого и второго концов.
В соответствии с одним вариантом осуществления вторая соединительная пластина включает в себя первый конец, второй конец и центральный участок между первым концом и вторым концом, причем первый конец прикреплен ко второму крепежному фланцу, второй конец прикреплен ко второй панели, сечение центрального участка отличается от сечения первого и второго концов, и сечение центрального участка предпочтительно меньше, чем сечение первого и второго концов.
Таким образом, различие в сечениях центрального участка и концов позволяет уменьшить тепловые потоки между вспомогательным теплоизолирующим барьером и несущей стенкой, а также повысить механическую усталостную прочность.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая панель содержит первый анкерный участок, протяженный между второй несущей стенкой и уплотнительной мембраной второй стенки, а вторая панель содержит второй анкерный участок, протяженный между первой несущей стенкой и уплотнительной мембраной первой стенки, причем первая соединительная пластина прикреплена к первому анкерному участку, а вторая соединительная пластина прикреплена ко второму анкерному участку.
В соответствии с одним вариантом осуществления упомянутый первый участок панели и упомянутый второй участок панели имеют размер в направлении толщины герметичного и теплоизоляционного резервуара более 30 мм, предпочтительно от 40 мм до 80 мм включительно.
Благодаря вышеописанным признакам упомянутый первый участок панели и упомянутый второй участок панели имеют размер, достаточный, чтобы обеспечивать возможность сварки с помощью сварочной горелки упомянутого первого участка панели и упомянутого второго участка панели с первой соединительной пластиной и второй соединительной пластиной соответственно.
В соответствии с одним вариантом осуществления упомянутый первый участок панели и упомянутый второй участок панели представляют собой соответственно первый анкерный участок панели и второй анкерный участок, причем первая панель содержит первый принимающий участок панели, прикрепленный к уплотнительной мембране первой стенки, а вторая панель содержит второй принимающий участок панели, прикрепленный к уплотнительной мембране второй стенки.
В соответствии с одним вариантом осуществления первая панель и вторая панель прикреплены друг с другу под прямым углом с помощью сварного соединения, причем первый принимающий участок панели и первый анкерный участок панели расположены на соответствующих противоположных сторон сварного соединения, и второй принимающий участок панели и второй анкерный участок панель расположены на соответствующих противоположных сторон сварного соединения.
В соответствии с одним вариантом осуществления теплоизолирующий барьер представляет собой вспомогательный теплоизолирующий барьер, а уплотнительная мембрана представляет собой вспомогательную уплотнительную мембрану, и первая стенка резервуара и вторая стенка резервуара дополнительно включают в себя в направлении толщины снаружи внутрь резервуара вспомогательный теплоизолирующий барьер, вспомогательную уплотнительную мембрану, основной теплоизолирующий барьер, поддерживаемый вспомогательной уплотнительной мембраной, и основную уплотнительную мембрану, поддерживаемую основным теплоизолирующим барьером.
В соответствии с одним вариантом осуществления вспомогательный теплоизолирующий барьер включает в себя множество смежных изоляционных блоков параллелепипедной формы, а вспомогательная уплотнительная мембрана включает в себя множество параллельных поясов обшивки, причем пояс обшивки включает в себя плоский центральный участок, опирающийся на верхнюю поверхность изоляционных панелей вспомогательного теплоизолирующего барьера, и два приподнятых края, выступающих в направлении основной уплотнительной мембраны относительно центрального участка, при этом пояса обшивки расположены смежно друг с другом с повторяющимся рисунком и герметично приварены друг к другу на приподнятых краях, причем анкерные фланцы, прикрепленные к изоляционным блокам вспомогательного теплоизолирующего барьера, расположены между смежными поясами обшивки для удержания вспомогательной уплотнительной мембраны на вспомогательном теплоизолирующем барьере.
В соответствии с одним вариантом осуществления основная уплотнительная мембрана состоит из гофрированных металлических пластин.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение обеспечивает способ изготовления хранилища для сжиженного газа, содержащего несущую конструкцию и герметичный и теплоизоляционный резервуар, расположенный в несущей конструкции, причем резервуар содержит по меньшей мере первую стенку резервуара, прикрепленную к первой несущей стенке несущей конструкции, и вторую стенку резервуара, прикрепленную ко второй несущей стенке несущей конструкции, каждая стенка резервуара содержит по меньшей мере одну уплотнительную мембрану и, по меньшей мере, один теплоизолирующий барьер, причем теплоизолирующий барьер расположен между уплотнительной мембраной и несущей конструкцией, хранилище содержит соединительную конструкцию, выполненную с возможностью крепления уплотнительной мембраны к несущей конструкции вдоль ребра между первой и второй несущими стенками,
соединительная конструкция содержит основную балку, состоящую из первой панели, параллельной первой несущей стенке и герметично прикрепленной к уплотнительной мембране первой стенки резервуара, и второй панели, параллельной второй несущей стенке и герметично прикрепленной к уплотнительной мембране второй стенки резервуара, причем соединительная конструкция также содержит по меньшей мере одну первую соединительную пластину, прикрепленную к первой панели и протяженную параллельно первой панели в направлении второй несущей стенки, и по меньшей мере одну вторую соединительную пластину, прикрепленную ко второй панели и протяженную параллельно второй панели в направлении первой несущей стенки,
несущая конструкция содержит, по меньшей мере, один первый крепежный фланец, выступающий от второй несущей стенки параллельно первой стенке резервуара на расстоянии от стыка, и, по меньшей мере, один второй крепежный фланец, выступающий от первой несущей стенки параллельно второй стенке резервуара на расстоянии от стыка,
первая соединительная пластина прикреплена к первому крепежному фланцу, а вторая соединительная пластина прикреплена ко второму крепежному фланцу,
-6
-6
-1
уплотнительная мембрана и основная балка выполнены из металлического сплава, коэффициент теплового расширения которого составляет от 0,5×10 до 7,5×10 K включительно,
причем способ включает в себя этапы, на которых:
-6
-6
-1
выбирают материал, по меньшей мере, первой и второй соединительных пластин, имеющий коэффициент теплового расширения от 20×10 до 60×10 K включительно,
-6
-6
-1
выбирают материал теплоизолирующего барьера, имеющий коэффициент теплового расширения от 20×10 до 60×10 K включительно,
при этом выбор осуществляют так, что первый узел, протяженный между второй несущей стенкой и второй панелью основной балки, содержащий первый крепежный фланец и первую соединительную пластину, имеет тепловое сжатие, по существу равное тепловому сжатию теплоизолирующего барьера второй стенки резервуара при охлаждении резервуара от температуры окружающей среды в пустом состоянии до равновесной температуры в заполненном состоянии, а второй узел, протяженный между первой несущей стенкой и первой панелью основной балки, содержащий второй крепежный фланец и вторую соединительную пластину, имеет тепловое сжатие, по существу равное тепловому сжатию теплоизолирующего барьера первой стенки резервуара при охлаждении резервуара от температуры окружающей среды в пустом состоянии до равновесной температуры в заполненном состоянии.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ включает в себя этап, на котором выбирают размер теплоизолирующего барьера в направлении толщины герметичного и теплоизоляционного резервуара, например, от 250 до 500 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ включает в себя этап, на котором выбирают размер первой и второй соединительных пластин в направлении толщины герметичного и теплоизоляционного резервуара, например, более 150 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ включает в себя этап, на котором выбирают размер первого и второго крепежных фланцев в направлении толщины герметичного и теплоизоляционного резервуара, например, более 50 мм.
В соответствии с одним вариантом осуществления способ включает в себя этап, на котором выбирают размер упомянутого первого участка панели и упомянутого второго участка панели в направлении толщины герметичного и теплоизоляционного резервуара, например, более 50 мм.
Вышеописанное хранилище может представлять собой наземное хранилище, например, для хранения СПГ, или плавучее прибрежное или глубоководное хранилище, в частности, установленное на танкере-метановозе, плавучей установке для регазификации и хранения газа (FSRU), плавучей установке для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO) и т.д. Такое хранилище также может служить в качестве топливного резервуара на судне любого типа.
В соответствии с одним вариантом осуществления судно для транспортировки холодного жидкого продукта включает в себя двойной корпус и хранилище, описанное выше, причем часть двойного корпуса образует несущую конструкцию хранилища.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение также предлагает способ загрузки или разгрузки такого судна, в котором холодный жидкий продукт подают по изолированным трубопроводам из плавучего или наземного хранилища в резервуар судна или из резервуара судна в плавучее или наземное хранилище.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретение также предлагает систему передачи холодного жидкого продукта, причем система включает в себя вышеупомянутое судно, изолированные трубопроводы, расположенные так, чтобы соединять резервуар, установленный в корпусе судна, с плавучим или наземным хранилищем, и насос для подачи потока холодного жидкого продукта по изолированным трубопроводам из плавучего или наземного хранилища в резервуар судна или из резервуара судна в плавучее или наземное хранилище.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение станет более понятным, и другие задачи, детали, признаки и преимущества станут более очевидными из следующего далее описания конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных исключительно в качестве неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг. 1 представляет вид в разрезе резервуара на уровне угла, образованного двумя стенками резервуара.
Фиг. 2 представляет схематический вид в перспективе резервуара, показанного на фиг. 1, на котором представлены только соединительная конструкция и несущая конструкция.
Фиг. 3 представляет график, показывающий допустимый коэффициент теплового расширения соединительной пластины в зависимости от допустимого смещения между мембраной и барьером для множества вариантов осуществления теплоизолирующего барьера.
Фиг. 4 представляет график, показывающий допустимый коэффициент теплового расширения соединительной пластины в зависимости от коэффициента теплового расширения теплоизолирующего барьера для множества значений смещения между мембраной и барьером.
Фиг. 5 представляет схематическое представление с вырезом танкера-метановоза, включающего в себя герметичный и теплоизоляционный резервуар, и терминала для загрузки/разгрузки этого резервуара.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Стенка резервуара прикреплена к несущей стенке несущей конструкции. Условно выражение «над» или «выше» относится к положению ближе к внутренней области резервуара, а выражение «под» или «ниже» относится к положению ближе к несущей конструкции, независимо от ориентации стенки резервуара относительно поля силы тяжести.
На фиг. 1 показана многослойная конструкция двух стенок 1 и 101 герметичного и теплоизоляционного резервуара для хранения сжиженного газа, например, сжиженного природного газа (СПГ). Каждая стенка 1, 101 резервуара включает в себя последовательно в направлении толщины снаружи внутрь резервуара вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102, удерживаемый на несущей стенке 3, 103, вспомогательную уплотнительную мембрану 4, 104, опирающуюся на вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102, основной теплоизолирующий барьер 5, 105, опирающийся на вспомогательную уплотнительную мембрану 4, 104, и основную уплотнительную мембрану 6, 106, предназначенную для контакта со сжиженным природным газом, содержащимся в резервуаре.
Несущая конструкция, в частности, может быть образована корпусом или двойным корпусом судна. Несущая конструкция включает в себя множество несущих стенок 3, 103, определяющих общую форму резервуара, обычно многогранную форму. Две несущие стенки 3 и 103 соединены на стыке 100, образуя двугранный угол, который может иметь различные значения. В данном случае показан угол 90°.
Вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102 включает в себя множество вспомогательных изоляционных панелей 7, 107, прикрепленных к несущей стенке 3, 103 с помощью известных удерживающих устройств (не показаны).
Вспомогательная изоляционная панель 7, 107 включает в себя нижнюю пластину, покрывную пластину и, при необходимости, дополнительную промежуточную пластину, например, из фанеры. Вспомогательная изоляционная панель 7, 107 также включает в себя один или более слоев изоляционного вспененного полимерного материала, расположенных между нижней пластиной, покрывной пластиной и, при необходимости, дополнительной, промежуточной пластиной и приклеенных к ним. Изоляционный вспененный полимерный материал, в частности, может представлять собой пенополиуретан, при необходимости, дополнительно армированный волокнами.
-6
-6
-1
-6
-1
Вспомогательная уплотнительная мембрана 4, 104 включает в себя непрерывный слой металлических поясов обшивки с приподнятыми краями. Пояса обшивки приварены своими приподнятыми краями к параллельным опорам для присоединения сваркой, закрепленным в пазах, образованных в покрывных пластинах вспомогательных изоляционных панелей 7, 107. Пояса обшивки выполнены, например, из инвара, то есть сплава железа и никеля, коэффициент расширения которого обычно составляет от 1,2×10 до 2×10 K включительно. Также могут использоваться сплавы железа и марганца, коэффициент расширения которых обычно составляет порядка 7×10 K.
Основной теплоизолирующий барьер 5, 105 включает в себя множество основных изоляционных панелей 8, 108, которые могут быть изготовлены в соответствии с различными известными конструкциями.
Основная уплотнительная мембрана 6, 106 может быть изготовлена различными способами. На фиг. 1 она включает в себя непрерывный слой листового металла, который имеет два ряда взаимно перпендикулярных гофров. Первый ряд гофров 9, 109 протяжен перпендикулярно стыку 100. Второй ряд гофров 10, 110 протяжен параллельно стыку 100. Два ряда гофров могут иметь регулярный интервал или периодический нерегулярный интервал.
Далее со ссылкой на фигуры 1 и 2 будет более подробно описана конструкция вспомогательного элемента резервуара на уровне соединения между двумя стенками 1 и 101 резервуара.
Вспомогательная уплотнительная мембрана 4 первой стенки 1 резервуара и вспомогательная уплотнительная мембрана 104 второй стенки 101 резервуара прикреплены к несущей конструкции с помощью соединительной конструкции 11 на уровне угла резервуара, то есть вблизи ребра 100, на котором соединяются две несущие стенки 3 и 103.
Соединительная конструкция 11 содержит металлическую основную балку 12, расположенную параллельно ребру 100. Основная балка 12 включает в себя первую панель 13, протяженную параллельно несущей стенке 3, и вторую панель 14, протяженную параллельно несущей стенке 103. Две панели 13, 14 соединены под углом, соответствующим углу, образованному между двумя несущими стенками 3 и 103, то есть, в данном случае, под прямым углом, с помощью сварного соединения. Например, вторая панель 14 может быть образована из двух пластин, приваренных на соответствующих противоположных сторон первой панели 13, которые могут быть выполнены за одно целое или в виде множества пластин, приваренных друг к другу. Таким образом, основная балка 12 имеет крестообразную форму.
Участок первой панели 13, протяженный между несущей конструкцией и сварным соединением панелей 13, 14, представляет собой анкерный участок 15, позволяющий соединять соединительную конструкцию 11 с несущей стенкой 103 для поглощения растягивающего усилия во вспомогательной уплотнительной мембране 4. Подобным образом участок второй панели 14, протяженный между несущей конструкцией и сварным соединением панелей 13, 14, представляет собой анкерный участок 16 для соединения соединительной конструкции 11 с несущей стенкой 3 для поглощения растягивающего усилия во вспомогательной уплотнительной мембране 104.
Участок первой панели 13, протяженный за сварным соединением двух панелей 13, 14 и между вспомогательным теплоизолирующим барьером 2 и основным теплоизолирующим барьером 5, представляет собой принимающий участок 17, к которому приварен край вспомогательной уплотнительной мембраны 4. Подобным образом участок второй панели 14, протяженный за сварным соединением двух панелей 13, 14 и между вспомогательным теплоизолирующим барьером 102 и основным теплоизолирующим барьером 105, представляет собой принимающий участок 18, к которому приварен край вспомогательной мембраны 104.
Соединительная конструкция 11 также содержит, по меньшей мере, одну первую соединительную пластину 19, прикрепленную к анкерному участку 15 первой панели 13 и протяженную параллельно первой панели 13 в направлении несущей стенки 103. Подобным образом, соединительная конструкция 11 содержит, по меньшей мере, одну вторую соединительную пластину 20, прикрепленную к анкерному участку 16 второй панели 14 и протяженную параллельно второй панели 14 в направлении несущей стенки 3.
Несущая конструкция содержит первый крепежный фланец 21, выступающий от несущей стенки 103 параллельно стенке 1 резервуара на расстоянии от ребра 100, и второй крепежный фланец 22, выступающий от несущей стенки 3 параллельно стенке 101 резервуара на расстоянии от ребра 100.
Первая соединительная пластина 19 прикреплена к первому крепежному фланцу 21 для соединения анкерного участка 15 первой панели 13 с несущей стенкой 103. Подобным образом, вторая соединительная пластина 20 прикреплена ко второму крепежному фланцу 22 для соединения анкерного участка второй панели с несущей стенкой 3. Таким образом, вспомогательные уплотнительные мембраны 4, 104 прикреплены к несущей конструкции посредством промежуточной соединительной конструкции 11.
Крепление между соединительной конструкцией и несущими стенками 3, 103 может быть выполнено прерывисто. Анкерный участок 15 первой панели 13 прикреплен к первому крепежному фланцу 21 посредством множества первых соединительных пластин 19, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль стыка 100. Подобным образом анкерный участок 16 второй панели 14 прикреплен ко второму крепежному фланцу 22 посредством множества вторых соединительных пластин 20, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль стыка 100.
Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе крепления между соединительной конструкцией и несущими стенками 3, 103 в соответствии с другим вариантом осуществления. Как в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, и как можно увидеть на фиг. 2, крепление между соединительной конструкцией и несущими стенками 3, 103 может быть выполнено прерывисто. Первая панель 13 прикреплена к первому крепежному фланцу 21 посредством множества первых соединительных пластин 19, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль стыка 100. Подобным образом вторая панель 14 прикреплена ко второму крепежному фланцу 22 посредством множества вторых соединительных пластин 20, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль стыка 100.
Кроме того, в этом варианте осуществления вторая панель 14 образована только одной пластиной, и первая панель 13 образована только одной пластиной, в результате чего первая панель 13 и вторая панель 14 либо приварены друг к другу одним из краев, либо изготовлены путем сгибания под углом, равным углу между первой несущей стенкой 3 и второй несущей стенкой 103. Таким образом, первая панель 13 и вторая панель 14 протяжены только между вспомогательным теплоизолирующим барьером 2, 102 и основным теплоизолирующим барьером 5, 105. Следовательно, в данном случае соединительные пластины 19, 20 прикреплены к основной балке 12 между вспомогательным теплоизолирующим барьером 2, 102 и основным теплоизолирующим барьером 5, 105. Таким образом, в показанном примере основная балка 12 имеет L-образную форму.
Кроме того, первые соединительные пластины 19 и вторые соединительные пластины 20 могут чередоваться вдоль стыка 100, как проиллюстрировано на фиг. 2. Соединительные пластины 19, 20 также могут быть прикреплены к первой панели 13 и второй панели 14 на одном уровне относительно стыка 100.
Первые соединительные пластины 19 и вторые соединительные пластины 20 могут включать в себя первый конец, приваренный к первому крепежному фланцу 21 и второму крепежному фланцу 22 соответственно, второй конец, приваренный к первой панели 13 и второй панели соответственно, и центральный участок между первым концом и вторым концом. Следовательно, центральный участок может иметь сечение, отличное от сечений приваренных концов, и, например, сечение центрального участка меньше, чем сечения концов. Предпочтительно это позволяет уменьшить тепловые потоки между вспомогательным барьером 104, 4 и несущей стенкой 3, 103 и улучшить механическую усталостную прочность.
В варианте осуществления, который не показан, крепление между соединительной конструкцией 11 и несущими стенками 3, 103 может быть выполнено непрерывным образом. Фактически, анкерный участок 15 первой панели 13 прикреплен к первому крепежному фланцу 21 посредством одной первой соединительной пластины 19, имеющей размер, эквивалентный размеру первого крепежного фланца 21, или посредством множества первых соединительных пластин 19, расположенных встык вдоль ребра 100. Подобным образом анкерный участок 16 второй панели 14 прикреплен ко второму крепежному фланцу 22 посредством одной второй соединительной пластины 20, имеющей размер, эквивалентный размеру второго крепежного фланца 22, или посредством множества вторых соединительных пластин 20, расположенных встык вдоль стыка 100.
Далее будут описаны способы выбора материалов, используемых для изготовления соединительной конструкции 11, для ограничения смещения между барьером и мембраной. Для этого материал соединительных пластин 19, 20 может быть выбран в зависимости от материала вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102, чтобы соединительная конструкция 11 и вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102 сжимались по существу аналогичным образом.
В следующих примерах размеры и материалы соединительной конструкции 11, вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102 и крепежных фланцев 21, 22 заданы следующим образом:
Размер в направлении толщины вспомогательного теплоизолирующего барьера 2 - 102: 400 мм.
Размер в направлении толщины крепежных фланцев 21, 22 - 50 мм.
Размер в направлении толщины анкерных участков 15, 16 первой и второй панелей 13, 14: - 50 мм.
-6
-1
Материал основной балки 12: инвар, имеющий коэффициент теплового расширения 1,2×10 K.
-6
-1
Материал крепежных фланцев 21, 22: сталь, имеющая коэффициент теплового расширения 15×10 K.
Также предполагается, что тепловой градиент в используемых материалах является по существу линейным. Также предполагается, что изменение температуры между вспомогательной уплотнительной мембраной 4, 104 и несущей стенкой 3, 103 равно 130 K.
-1
На фиг. 3 показан график, на котором по оси абсцисс отложено смещение между барьером и мембраной в мм, а по оси ординат отложен допустимый коэффициент теплового расширения для материала соединительных пластин 19, 20 в K. Построено множество кривых 23-28 для разных видов вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102.
-6
-1
Кривая 23 иллюстрирует допустимый коэффициент теплового расширения соединительных пластин 19, 20 в зависимости от смещения между барьером и мембраной для вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102, изготовленного из фанерных коробов, коэффициент теплового расширения которых составляет порядка 6×10 K. Кроме того, линия 34 представляет коэффициент теплового расширения инвара. Следовательно, пересечение между линией 34 и кривой 23 представляет сочетание соединительных пластин 19, 20, выполненных из инвара, и вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102, выполненного из фанеры.
Соответственно, как видно на фиг. 3, известная комбинация фанеры и инвара дает смещение между барьером и мембраной менее 0,1, следовательно, значение находится в допустимом диапазоне.
Необходимо отметить, что для предотвращения повреждения вспомогательной уплотнительной мембраны 4, 104 предпочтительно ограничить смещение между барьером и мембраной значением от 0 до 1 мм, более предпочтительно от 0 до 0,8 мм. Фактически, при смещении, превышающем 1 мм, вспомогательная уплотнительная мембрана 4, 104 подвергается так называемому «ступенчатому» эффекту, при котором она недостаточно поддерживается вспомогательным теплоизолирующим барьером 2, 102 и подвергается значительному изгибающему усилию. Кроме того, в случае отрицательного смещения между барьером и мембраной, т.е. когда соединительная конструкция 11 сжимается сильнее, чем вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102, вспомогательная уплотнительная мембрана 4, 104 оказывает нежелательное сжимающее усилие на вспомогательный теплоизолирующий барьер 2, 102. Соответственно, идеальное значение смещения между барьером и мембраной максимально близко к 0 мм при положительных значениях. Однако материал, выбранный для соединительных пластин 19, 20, также должен выдерживать усилия, которым подвергается вспомогательная уплотнительная мембрана 4, 105, и, следовательно, должен быть достаточно прочным, в частности, в отношении растяжения/сжатия при относительно низких температурах.
-6
-1
-6
-1
-6
-1
-6
-1
-6
-1
Кривые 24, 25, 26, 27 и 28 показывают допустимый коэффициент теплового расширения для соединительных пластин 19, 20 в зависимости от смещения между барьером и мембраной для вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102, коэффициент теплового расширения которого составляет соответственно 20×10 K, 30×10 K, 40×10 K, 50×10 K и 60×10 K, например, выполненного из изоляционного вспененного материала.
-6
-6
-1
-6
-1
Поэтому из этих примеров видно, что инвар для соединительных пластин 19, 20 не является наиболее подходящим в случае изоляционных вспененных материалов, коэффициент теплового расширения которых составляет от 20×10 до 60×10 K включительно. Фактически, допустимое смещение превышает 0,8 мм при значениях коэффициента теплового расширения более 40×10 K.
-6
-1
-6
-1
-6
-1
-6
-1
Например, в случае пенополиуретана, армированного волокнами, ориентированными в направлении, ортогональном направлению толщины, имеющего коэффициент теплового расширения 50×10 K, точка 30 на кривой 27 показывает, что материал соединительных пластин 19, 20 должен иметь коэффициент теплового расширения приблизительно 25×10 K для получения смещения между барьером и мембраной 0,8 мм. Кроме того, чтобы смещение между барьером и мембраной оставалось в допустимом диапазоне от 0 до 0,8 мм коэффициент теплового расширения соединительных пластин 19, 20 должен составлять приблизительно от 25×10 K до 65×10 K.
Кривые, показанные на фиг. 3, иллюстрируют способ выбора материала, используемого для соединительных пластин 19, 20. Специалисту в данной области техники будет понятно, как определить подобные кривые при других допущениях, например, для разной толщины изоляционного барьера.
Фактически, следующее уравнение позволяет определить коэффициент теплового расширения соединительной пластины 19, 20 в зависимости от различных параметров:
где
α
p
- коэффициент теплового расширения соединительных пластин 19, 20,
L
p
- размер соединительных пластин 19, 20 в направлении толщины стенки резервуара,
L
i
- размер анкерных участков 15, 16 в направлении толщины,
L
a
- размер крепежных фланцев 21, 22 в направлении толщины,
α
m
- коэффициент теплового расширения вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102,
ΔT
max
- изменение температуры между вспомогательной уплотнительной мембраной 4, 104 и несущей стенкой 3, 103,
E
ad
- допустимое смещение между барьером и мембраной.
-1
-1
На фиг. 4 показан график, на котором по оси абсцисс отложен коэффициент теплового расширения вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102 в K, а по оси ординат отложен коэффициент расширения материала соединительных пластин 19, 20 в K, при тех же допущениях, что были использованы на фиг. 3. Построено множество кривых для разных значений смещения между барьером и мембраной.
Кривые 31, 32 и 33 показывают допустимый коэффициент теплового расширения соединительных пластин 19, 20 в зависимости от коэффициента теплового расширения вспомогательного теплоизолирующего барьера 2, 102 для смещения между барьером и мембраной 0,1 мм, 0,8 мм и 1,2 мм соответственно.
В таблице ниже приведены различные примеры A, B, C выбора, показанные точками A, B и C на фиг. 3, в которых материал вспомогательного теплоизолирующего барьера в комбинации с материалом соединительной пластины позволяет получить смещение между барьером и мембраной в допустимом диапазоне.
<b>Пример</b>
<b>Вспомогательный теплоизолирующий барьер</b>
<b>Соединительная пластина</b>
<b>Смещение между барьером и мембраной</b>
A
Пенополиуретан, армированный волокнами, ортогональными направлению толщиныα=50×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
Сплав Fe/Ni с содержанием Ni от 15 до 25% по массе и Mn в количестве нескольких % по массеα=30×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
0,7 мм
B
Пенополиуретанα=60×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
Полиэфиримидная смолаα=56×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
0,5 мм
C
Пенополиуретан, армированный волокнами в направлении толщины стенки резервуараα=30×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
Сплав Fe/Ni с содержанием Ni от 15 до 25% по массе и Cr в количестве нескольких % по массеα=25×10<sup>-6</sup> K<sup>-1</sup>
0,3 мм
Примеры выбора материалов для вспомогательного теплоизолирующего барьера
и соединительной пластины
Обратимся к фиг. 10, вид с вырезом танкера-метановоза 70 иллюстрирует герметичный и изолированный резервуар 71 в общем призматической формы, установленный в двойном корпусе 72 судна. Стенка резервуара 71 включает в себя основной уплотнительный барьер, предназначенный для контакта с СПГ, содержащимся в резервуаре, вспомогательный уплотнительный барьер, расположенный между основным уплотнительным барьером и двойным корпусом 72 судна, и два теплоизолирующих барьера, расположенных соответственно между основным уплотнительным барьером и вспомогательным уплотнительным барьером и между вспомогательным уплотнительным барьером и двойным корпусом 72.
Как известно, загрузочно-разгрузочные трубопроводы 73, расположенные на верхней палубе судна, могут быть соединены с помощью соответствующих соединителей с морским или портовым терминалом для передачи СПГ в резервуар 71 или из него.
Фиг. 10 иллюстрирует пример морского терминала, включающего в себя загрузочно-разгрузочную станцию 75, подводный трубопровод 76 и наземное хранилище 77. Загрузочно-разгрузочная станция 75 представляет собой стационарное прибрежное сооружение, включающее в себя подвижную стрелу рукав 74 и башню 78, которая поддерживает подвижную стрелу 74. Подвижная стрела 74 удерживает связку изолированных гибких шлангов 79, которые могут быть соединены с загрузочно-разгрузочными трубопроводами 73. Ориентируемая подвижная стрела 74 может быть адаптирована к танкерам-матановозам всех размеров. Внутри башни 78 проходит соединительный трубопровод (не показан). Загрузочно-разгрузочная станция 75 позволяет выполнять загрузку и разгрузку танкера-метановоза 70 из наземного хранилища 77 или на него. Последнее включает в себя резервуары 80 для сжиженного газа и соединительные трубопроводы 81, соединенные подводным трубопроводом 76 с загрузочно-разгрузочной станцией 75. Подводный трубопровод 76 позволяет передавать сжиженный газ между загрузочно-разгрузочной станцией 75 и наземным хранилищем 77 на большое расстояние, например, 5 км, что позволяет останавливать танкер-метановоз 70 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 70, и/или насосы, установленные в наземном хранилище 77, и/или насосы, установленные на загрузочно-разгрузочной станции 75.
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 и сочетания описанных средств, если они находятся в пределах объема изобретения, определенного формулой изобретения.
Использование глагола «включать в себя» или «содержать» и производных форм не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в пункте формулы изобретения.
В формуле изобретения ни одна ссылочная позиция в скобках не должна интерпретироваться как ограничение пункта формулы изобретения.