СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ИНЕРТИРОВАНИЯ СТЕНКИ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ТОПЛИВНОГО ГАЗА
METHOD AND SYSTEM FOR INERTING WALL OF LIQUEFIED FUEL GAS-STORAGE TANK

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к инертированию стенки непроницаемого и теплоизолированного резервуара, предназначенного для сжиженного топливного газа.
Изобретение может в частности применяться для инертирования стенок мембранных резервуаров, которые используются для хранения сжиженного природного газа (СПГ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны непроницаемые и теплоизолированные резервуары для хранения сжиженного природного газа, которые содержат стенку резервуара, имеющую последовательно, по направлению толщины, от наружной к внутренней части резервуара, первичную непроницаемую мембрану, предназначенную для контактирования со сжиженным природным газом, первичный термоизоляционный барьер, вторичную непроницаемую мембрану, вторичный термоизоляционный барьер и несущую конструкцию, определяющую общую форму резервуара.
Непроницаемые мембраны такого резервуара могут иметь протечки, которые приводят к прохождению сжиженного природного газа изнутри резервуара к первичному и вторичному термоизоляционным барьерам. Однако, когда топливный газ находится в присутствии окисляющего газа, и когда концентрация топливного газа находится в диапазоне концентрации между его нижним пределом взрываемости (НПВ) и его верхним пределом взрываемости (ВПВ), и когда окисляющий газ находится в соответствующем диапазоне концентрации, топливный газ способен воспламеняться и взрываться.
Поэтому, во избежание чрезвычайных происшествий, известно обслуживание термоизоляционного барьера в инертной атмосфере посредством создания циркуляции азота внутри этих барьеров. Таким образом, топливные и окисляющие газы, которые могут присутствовать в термоизоляционных барьерах, разбавляются так, чтобы не достигались условия взрываемости. Также предусматривается оснащение резервуара газоанализатором, который позволяет измерять концентрацию топливного газа внутри термоизоляционного барьера в целях выявления протечки сжиженного природного газа через первичный и/или вторичный непроницаемые барьеры.
Кроме того, известно содержание газовой фазы одного и/или другого термоизоляционных барьеров при абсолютном давления, более низком, чем окружающее атмосферное давление, т.е. при отрицательном относительном давлении, чтобы повысить изоляционные свойства упомянутых термоизоляционных барьеров. Такой процесс, например, описывается во французской заявке на патент FR 2535831.
Однако большинство газоанализаторов не способны обеспечивать надежные измерения при низком давлении. Следовательно, давление внутри термоизоляционных барьеров должно поддерживаться на уровне выше минимального давления, как правило, порядка 80 кПа, с тем, чтобы инертная природа термоизоляционного барьера могла надежно контролироваться. Аналогично, скорость потока для циркуляции газа внутри термоизоляционных барьеров должна также поддерживаться на уровне выше минимальной скорости потока.
Таким образом, невозможно надежно контролировать инертную природу термоизоляционного барьера, когда он содержится в условиях низкого давления.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна идея, лежащая в основе изобретения, заключается в том, чтобы предложить процесс и систему для инертирования стенки резервуара, предназначенного для содержания сжиженного топливного газа, которые были бы надежны и позволяли бы повысить изоляционные свойства резервуара.
В соответствии с одним вариантом осуществления, изобретением предлагается процесс для инертирования стенки непроницаемого и теплоизолированного резервуара, предназначенного для содержания сжиженного топливного газа, в котором стенка имеет многослойную конструкцию, содержащую два непроницаемых барьера и один термоизоляционный барьер, расположенный между двумя непроницаемыми барьерами, при этом упомянутый термоизоляционный барьер содержит изоляционные твердые материалы и газовую фазу, причем упомянутый процесс обеспечивает
выполнение первого режима инертирования, в котором газовая фаза термоизоляционного барьера помещается при отрицательном относительном давлении Р1, более низком, чем пороговое давление Ps, при этом упомянутое пороговое давление Ps, является более низким, чем давление Pi предела воспламеняемости топливного газа;
выявление, в ходе первого режима инертирования, того, не превышает ли давление газовой фазы термоизоляционного барьера вышеупомянутое пороговое давление Ps;
переключение из первого режима инертирования во второй режим инертирования в ответ на выявление давления газовой фазы термоизоляционного барьера, которое превышает пороговое давление Ps, при этом второй режим инертирования, обеспечивает продувку термоизоляционного барьера инертным газом.
Таким образом, первый режим инертирования позволяет, с одной стороны, обеспечить инертную природу газовой фазы, присутствующей в термоизоляционном барьере, так как она помещается при давления, более низком, чем давление предела воспламеняемости топливного газа, и, с другой стороны, повысить изоляционное свойство резервуара путем содержания упомянутого термоизоляционного барьера в условиях пониженного давления. Кроме того, инертная природа надежно обеспечивается благодаря тому, что, в случае потери непроницаемости одной из непроницаемых мембран, не позволяющей поддерживать давление, более низкое, чем давление воспламеняемости, процесс обеспечивает, при достижении порогового давления Ps, переключение во второй рабочий режим, в котором термоизоляционный барьер продувается инертными газом для достаточного разбавления топливного и/или окисляющего газа, с тем чтобы не достигались условия взрываемости.
Следует отметить, что в рамках содержания настоящего описания, под процессом для инертирования термоизоляционного барьера понимается процесс, позволяющий обеспечивать, чтобы газовая фаза, содержащаяся в упомянутом термоизоляционном барьере, не помещалась в условия взрываемости или воспламеняемости топливного газа.
В соответствии с вариантами осуществления, такой процесс может включать в себя один или более следующих признаков:
- в первом режиме инертирования, устройство управления запускает насосное устройство, чтобы поместить газовую фазу термоизоляционного барьера при заданном значении отрицательного относительного давления Р1;
- пороговое давление Ps составляет менее 17000 Па;
- пороговое давление Ps является более низким, чем парциальное давление упомянутого топливного газа при атмосферном давлении в газовой смеси, содержащей концентрацию топливного газа, соответствующую нижнему пределу взрываемости упомянутого топливного газа в воздухе, при 25°С;
- пороговое давление Ps находится в пределах между 20% и 35% парциального давления упомянутого топливного газа, при атмосферном давлении, в газовой смеси, содержащей концентрацию топливного газа, соответствующую нижнему пределу взрываемости упомянутого топливного газа в воздухе, при 25°С;
- пороговое давление Ps составляет 30% парциального давления упомянутого топливного газа, при атмосферном давлении, в газовой смеси, содержащей концентрацию топливного газа, соответствующую нижнему пределу взрываемости упомянутого топливного газа в воздухе, при 25°С;
- пороговое давление Ps является более низким, чем парциальное давление воздуха при атмосферном давлении в газовой смеси, содержащей концентрацию воздуха, соответствующую концентрации кислорода, равной минимальной концентрации кислорода, допускающей воспламеняемость топливного газа;
- во втором режиме инертирования, термоизоляционный барьер продувается инертным газом при атмосферном давлении;
- топливный газ выбирают из группы, состоящей из метана, этана, n-бутана, пропана, этилена или их смесей;
- резервуар предназначен для хранения топливного газа в жидком состоянии;
- топливный газ хранится в резервуаре при температуре от -163°С до 0°С, и в частности при температуре порядка -163°С в резервуаре, когда топливный газ представляет собой сжиженный природный газ, хранящийся при атмосферном давлении;
- инертный газ выбирают из группы, состоящей из диазота, гелия, аргона и их смесей;
- один из непроницаемых барьеров состоит из несущей конструкции, другой непроницаемый барьер состоит из вторичной металлической мембраны, и термоизоляционный барьер представляет собой вторичный термоизоляционный барьер, многослойную конструкцию, дополнительно содержащую первичную металлическую мембрану, предназначенную для контактирования с топливным газом, хранящимся внутри резервуара, и первичный термоизоляционный барьер, расположенный между первичной металлической мембраной и вторичной металлической мембраной, упомянутый первичный термоизоляционный барьер содержит изоляционные материалы и газовую фазу, причем процесс дополнительно обеспечивает:
выполнение первого режима инертирования основного термоизоляционного барьера, в котором устройство управления запускает насосное устройство, чтобы поместить газовую фазу первичного термоизоляционного барьера при заданном отрицательном относительном давлении Р1', более низкого, чем пороговое давление Ps', упомянутое пороговое давление Ps', являющееся более низким, чем давление Pi предела воспламеняемости топливного газа;
выявление, в ходе первого режима инертирования первичного термоизоляционного барьера, того, не превышает ли давление газовой фазы в упомянутом первичном термоизоляционном барьере упомянутое пороговое давление Ps';
переключение из первого режима инертирования во второй режим инертирования первичного термоизоляционного барьера в ответ на выявление давления газовой фазы первичного термоизоляционного барьера, которое превышает пороговое давление Ps', второй режим инертирования, обеспечивающий продувку первичноготермоизоляционного барьера инертным газом;
- пороговое давление Ps является переменным и назначение для порогового давления Ps первого значения в ходе реализации первого режима инертирования первичного термоизоляционного барьера, и назначение для порогового давления Ps второго значения в ответ на выявление давления газовой фазы первичного термоизоляционного барьера, которое превышает пороговое значение Ps'.
В соответствии с одним вариантом осуществления, изобретением также предлагается система для инертирования стенки непроницаемого и теплоизолированного резервуара, предназначенного для содержания сжиженного топливного газа, при этом стенка имеет многослойную конструкцию, содержащую два непроницаемых барьера и один термоизоляционный барьер, расположенный между двумя непроницаемыми барьерами, при этом упомянутый термоизоляционный барьер содержит изоляционные твердые материалы и газовую фазу, причем система инертирования содержит:
- насосное устройство, предназначенное для того, чтобы помещать газовую фазу термоизоляционного барьера при отрицательном относительном давлении Р1, более низкого, чем пороговое давление Ps, упомянутое пороговое давление Ps является более низким, чем давление Pi предела воспламеняемости топливного газа;
- датчик давления, способный передавать сигнал, предоставляющий данные о давлении газовой фазы внутри термоизоляционного барьера;
- оборудование для закачивания инертного газа, подключенное, с одной стороны, к емкости для хранения инертного газа и/или генератору инертного газа, и, с другой стороны, к подающей трубе для подачи инертного газа внутрь термоизоляционного барьера; и
- блок управления, способный:
выявлять, не превышает ли давление газовой фазы термоизоляционного барьера упомянутое пороговое давление Ps; и
генерировать сигнал для запуска оборудования для закачивания инертного газа в ответ на выявление давления газовой фазы термоизоляционного барьера, которое превышает пороговое давление Ps.
В соответствии с вариантами осуществления, такая система инертирования может содержать один или более следующих признаков:
- оборудование для закачивания инертного газа подключено к генератору диазота - система инертирования содержит газоанализатор для измерения концентрации топливного газа в газовой фазе.
В соответствии с одним вариантом осуществления, изобретением также предлагается непроницаемый и термоизоляционный резервуар, предназначенный для содержания сжиженного топливного газа, содержащий стенку, имеющую многослойную конструкцию, имеющая два непроницаемых барьера и один термоизоляционный барьер, расположенный между двумя непроницаемыми барьерами, при этом упомянутый термоизоляционный барьер содержит изоляционные твердые материалы и газовую фазу, и вышеупомянутую систему инертирования.
В одном варианте осуществления, один из непроницаемых барьеров состоит из несущей конструкции, а другой непроницаемый барьер состоит из вторичной металлической мембраны, многослойная конструкция, дополнительно содержащая первичную металлическую мембрану, предназначенную для контактирования с топливным газом, хранящимся внутри резервуара, и термоизоляционный барьер, расположенный между первичной металлической мембраной и вторичной металлической мембраной.
Такой резервуар может являться частью наземного хранилища, например для хранения СПГ, или может быть установлен на береговом или глубоководном плавучем сооружении, в частности танкере-метановозе, плавучей установке для регазификации и хранения газа (FSRU), плавучей установке для добычи, хранения и отгрузки (FPSO) и подобных сооружениях.
В соответствии с одним вариантом осуществления, танкер для транспортировки жидкости содержит вышеупомянутый резервуар.
В соответствии с одним вариантом осуществления, изобретением также предлагается процесс для загрузки или разгрузки такого танкера, при этом жидкость подается по изолированным трубам из плавучего или наземного хранилища или в них, в резервуар танкера или из него.
В соответствии с одним вариантом осуществления, изобретением также предлагается система перекачки холодного жидкого продукта, которая содержит вышеупомянутый танкер, изолированные трубы, расположенные таким образом, чтобы соединять резервуар, установленный в корпусе танкера, с плавучим или наземным хранилищем, и насос для перекачки потока холодного жидкого продукта по изолированным трубам из плавучего или наземного хранилища или в них, в резервуар танкера или из него.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Изобретение будет более понятно, и его дальнейшие цели, детали, признаки и преимущества станут более очевидными в ходе представленного ниже описания нескольких конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных исключительно в целях неограничивающей иллюстрации, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 - схематическое изображение резервуара, оборудованного системой инертирования.
Фиг. 2 - кривая, иллюстрирующая влияние давления и температуры на пределы воспламеняемости метана в воздухе.
Фиг. 3 - схематическое изображение, показывающее разрез резервуара танкера-метановоза, который может быть оборудован системой инертирования и терминалом для загрузки/разгрузки такого резервуара.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 схематически изображен резервуар 1, предназначенный для хранения топливного газа. Каждая стенка резервуара 1 содержит многослойную конструкцию, содержащую, по направлению от наружной к внутренней части резервуара 1, несущую конструкцию 2, которая определяет общую форму резервуара 1, вторичный термоизоляционный барьер 3, который содержит изоляционные элементы, упирающиеся в несущую конструкцию 2, вторичную непроницаемую мембрану 4, первичный термоизоляционный барьер 5, который содержит изоляционные элементы, упирающиеся во вторичную непроницаемую мембрану 4, и первичную непроницаемую мембрану 6, предназначенную для контактирования со сжиженным топливным газом, содержащимся в резервуаре 1.
Несущая конструкция 2 может в частности представлять собой самоподдерживающийся металлический лист и/или формироваться корпусом или двойным корпусом танкера.
Термоизоляционные барьеры 3, 5 содержат изоляционные твердые материалы и газовую фазу. В соответствии с одним вариантом осуществления, термоизоляционные барьеры 3, 5 формируются теплоизоляционными коробами, которые не показаны. Коробы содержат базовую панель и панель-крышку, например выполненные из фанеры, и множество расположенных на расстоянии друг от друга элементов, вставляемых между базовой панелью и панелью-крышкой. Между расположенными на расстоянии друг от друга элементами выполнены камеры для размещения теплоизоляционной набивки. Изоляционная набивка может быть выполнена из любого материала, обладающего подходящими термоизоляционными свойствами. Например, теплоизоляционная набивка выбирается из таких материалов, как перлит, стекловата, полиуретановый пенопласт, полиэтиленовый пенопласт, поливинилхлоридный пенопласт, аэрогели или др.
Первичная и вторичная непроницаемые мембраны 6, 4 состоят из, например, сплошного слоя металлических поясов обшивки с отбортованными кромками, упомянутые пояса обшивки привариваются своими отбортованными кромками к параллельным приварным опорам, прикрепленным к крышке коробов.
Первичная и вторичная непроницаемые мембраны 6, 4 являются непроницаемыми для газов и жидкостей. Несущая конструкция 2 также непроницаема. Поэтому в рамках содержания настоящего описания и формулы изобретения, термин "непроницаемый барьер" относится как к непроницаемым мембранам 4, 6, так и к несущей конструкции 2. Таким образом, вторичный термоизоляционный барьер 3 расположен в непроницаемом пространстве, которое изолировано от окружающего давления, с одной стороны, первым непроницаемым барьером, состоящим из вторичной непроницаемой мембраны 4, и, с другой стороны, вторичным непроницаемым барьером, состоящим из несущей конструкции 2.
Топливный газ представляет собой сжиженный газ, то есть химическое вещество или смесь химических веществ, которые были помещены в жидкую фазу при низкой температуре, и которые находились бы в паровой фазе в условиях нормальной температуры и давления. Сжиженный газ 3 может, в частности, представлять собой сжиженный природный газ (СПГ), то есть газовую смесь, преимущественно содержащую метан, а также один или более других углеводородов, таких как этан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан и азот в небольшой пропорции. Сжиженный природный газ хранится при атмосферном давлении при температуре приблизительно -162°С.
Топливный газ может также представлять собой этан или сжиженный углеводородный газ (СУГ), то есть смесь углеводородов, получаемых вследствие переработки нефти, в основном содержащую пропан и н-бутан. Топливный газ также может представлять собой этилен.
Температуры хранения при атмосферном давлении различных топливных газов приведены в таблице ниже:
Чтобы избежать, вследствие протечек сжиженного природного газа через непроницаемые мембраны 4, 6 и/или воздуха через несущую конструкцию 2, присутствия газовой смеси во взрывоопасных пропорциях внутри стенок резервуара 1, эти стенки подвергаются процессу инертирования, который будет подробно описан ниже.
Необходимо отметить, что в описанном и представленном варианте осуществления, процесс инертирования в частности нацелен на выполнение инертирования вторичного термоизоляционного барьера 3.
Система и процесс инертирования, которые будут подробно описаны ниже, обладают отличительным признаком, заключающимся в способности работать в соответствии с двумя определенными режимами инертирования.
В соответствии с первым режимом инертирования, газовая фаза, содержащаяся в термоизоляционном барьере 3, поддерживается приблизительно при заданном давлении Р1, более низком, чем давление Pi предела воспламеняемости топливного газа. В частности, существует давление Pi предела воспламеняемости, ниже которого топливный газ более не является воспламеняемым. Заданное давление Р1 представляет собой абсолютное давление, более низкое, чем окружающее атмосферное давление, то есть отрицательное относительное давление.
На фиг. 2 показаны, например, пределы воспламеняемости метана в воздухе как функция давления и температуры. Таким образом, видно, что давление Pi предела воспламеняемости метана в воздухе составляет, при 25°С, порядка 130 мм ртутного столба, т.е. 17331 Па. Таким образом, независимо от пропорций топливного газа и кислорода в газовой фазе термоизоляционного барьера 3, эта газовая фаза не способна воспламеняться или взрываться, когда она помещается при таком заданном давлении Р1, более низом, чем давление Pi предела воспламеняемости топливного газа. Первый режим инертирования также имеет преимущество, заключающееся в повышении изоляционного свойства термоизоляционного барьера 3.
Например, в таблице ниже представлены порядки величин давлений предела воспламеняемости в воздухе при 25°С различных топливных газов.
Для выполнения такого режима инертирования, система инертирования содержит насосное устройство 7, подключенное посредством трубы 8 к термоизоляционному барьеру 3. Насосное устройство 7 содержит один или более вакуумных насосов, подходящих для обеспечения возможности содержания термоизоляционного барьера 3 в условиях низкого давления, порядка нескольких сотен или тысяч паскалей. Вакуумное насосное устройство представляет собой, например, размещенный ступенчато или каскадно узел лопастных насосов или насосов Рутса.
Система также содержит датчик 9 давления, который позволяет передавать сигнал, предоставляющий данные о давлении газа внутри термоизоляционного барьера 3. Датчик 9 давления подключен к устройству управления давлением, которое позволяет управлять насосным устройством 7 в зависимости от функции заданного давления Р1. Устройство управления способно запускать насосное устройство 7, когда давление, измеряемое датчиком 9 давления, выше заданного давления Р1, и останавливать насосное устройство 7, когда измеряемое давление ниже заданного давления Р1. Преимущество обеспечивается, если устройство управления обладает гистерезисом, который позволяет улучшить стабильность управления. Устройство управления может интегрироваться в насосное устройство 7 или интегрироваться в блок 10 управления системы инертирования.
Кроме того, система инертирования также подходит для работы во втором режиме, в котором выполняется инертирование термоизоляционного барьера 3, при атмосферном давлении, посредством продувки инертным газом. Этот второй режим инертирования соответствует рабочему режиму ослабленной интенсивности, который в частности подходит для случаев, когда происходит потеря непроницаемости одного из непроницаемых барьеров 2, 4, граничащих с термоизоляционным барьером 3. В действительности, в таком случае, термоизоляционный барьер 3 более не является изолированным от окружающего давления, и, таким образом, становится невозможно поддерживать отрицательное относительное давление, более низкое, чем пороговое давление Ps.
В целях реализации такого второго режима инертирования, система инертирования содержит оборудование 11 для закачивания инертного газа, которое позволяет продувать термоизоляционный барьер 3 инертным газом. Оборудование 11 для закачивания содержит емкость 12 для сжатого инертного газа, соединенную с трубой 14 подачи инертного газа, которая открывается в термоизоляционный барьер 3. Емкость 12 для сжатого инертного газа соединяется с трубой 14 посредством клапана 16, который позволяет управлять скоростью потока и/или давлением для закачивания инертного газа в термоизоляционный барьер 3. Размер емкости 12 для сжатого инертного газа должен быть достаточным для того, чтобы, в случае потери непроницаемости одного и/или другого из непроницаемых барьеров 2, 4, граничащих со вторичным термоизоляционным барьером 3, оборудование 11 для закачивания было способно обеспечивать достаточное разбавление топливного газа и/или окисляющего газа, чтобы он не достиг концентраций предела взрываемости. Емкость 12 должна, в частности, быть способна хранить количество инертного газа, по существу эквивалентное количеству газа, содержащегося при атмосферном давлении в термоизоляционном барьере 3.
Инертный газ выбирается из группы, состоящей из диазота, гелия, аргона и их смесей. В одном варианте осуществления, используемый инертный газ представляет собой диазот.
В соответствии с одним вариантом осуществления, который не представлен, система инертирования содержит генератор инертного газа в дополнение к емкости 12 для сжатого инертного газа или в качестве ее замены. Генератор инертного газа может в частности представлять собой генератор диазота, который обеспечивает возможность выделения диазота из окружающего воздуха.
При необходимости, труба 14 может также быть оборудована дополнительной, стыкующейся с ней трубой 13 в целях выполнения закачивания инертного газа, в частности, когда оборудование для закачивания оборудовано генератором инертного газа.
Система инертирования также содержит блок 10 управления, подключенный к датчику 9 давления, к насосному устройство 7 и к оборудованию 11 для закачивания инертного газа. Блок 10 управления в частности выполняет роль автоматической активации второго режима инертирования, когда первый режим инертирования более не может реализовываться в удовлетворительных условиях безопасности, вследствие потери непроницаемости одного и/или другого из непроницаемых барьеров 2, 4, граничащих с термоизоляционным барьером 3.
Для этого, блок 10 управления способен принимать и обрабатывать сигнал, предоставляющий данные о давлении газовой фазы термоизоляционного барьера 3, генерируемый датчиком 9 давления. При первом режима инертирования, блок 10 управления сравнивает давление Р газовой фазы внутри термоизоляционного барьера 3 с пороговым давлением Ps, превышающим заданное давление Р1. Как только давление Р газовой фазы превышает пороговое давление Ps, блок 10 управления автоматически переключается из первого режима инертирования во второй режим инертирования. Иными словами, блок 10 управления генерирует сигнал для запуска оборудования 11 для закачивания инертного газа и сигнал для отключения насосного устройства 7. Кроме того, в соответствии с одним вариантом осуществления, блок 10 управления также способен генерировать предупредительный сигнал, когда выявляется превышение порогового давления Ps.
Пороговое давление Ps, и следовательно заданное давление Р1 насосного устройства 7, должно разумно выбираться в зависимости от типа топливного газа, содержащегося в резервуаре 1, чтобы обеспечивать безопасность возврата газовой фазы к атмосферному давлению под действием закачивания инертного газа. Пороговое давление Ps должно в частности определяться таким образом, чтобы, в случае когда происходит потеря непроницаемости, газовая фаза в термоизоляционном барьере 3 не могла содержать топливный газ и/или окисляющий газ в пропорциях, которые могли бы находиться в диапазоне взрываемости, когда газовая фаза возвращается к атмосферному давлению под действием закачивания инертного газа.
Для этого, предусматривается, чтобы пороговое значение Ps было ниже, чем парциальное давление топливного газа, при атмосферном давлении, при концентрации, соответствующей нижнему пределу взрываемости упомянутого топливного газа в воздухе, при 25°С.
Например, нижний предел взрываемости метана составляет 5% по объему при атмосферном давлении (101325 Па) и при 25°С. Парциальное давление метана, соответствующее по объему 5% метана при атмосферном давлении составляет, следовательно, приблизительно 5066 Па. Иными словами, если бы всю газовую фазу, содержащуюся в термоизоляционном барьере 3, составляло только количество метана, соответствующее нижнему пределу взрываемости метана, при атмосферном давлении, его давление составляло бы 5066 Па. Следовательно, до тех пор, пока в ходе первого режима инертирования давление Р газовой фазы в термоизоляционном барьере 3 составляет менее 5066 Па, отсутствует риск достижения концентрацией метана, после возвращения к атмосферному давлению, составляющему 101325 Па, нижнего предела взрываемости, учитывая полное и мгновенное разбавление топливного газа в азоте.
Преимущество обеспечивается, если пороговое давление Ps выбирается путем взятия запаса по надежности, относящегося к вышеупомянутому давлению, в частности для учета явления неоднородного смешивания газовой фазы в термоизоляционном барьере 3 и времени, необходимого для закачивания количества инертного газа достаточного для того, чтобы вернуть газовую фазу к атмосферному давлению.
Поэтому выбирается пороговое давление Ps, составляющее от 20% до 35% и предпочтительно порядка 30% парциального давления топливного газа, при атмосферном давлении, при концентрации топливного газа, соответствующей его нижнему пределу взрываемости. Следовательно, в случае с резервуаром для хранения метана, выбирается пороговое давление Ps, составляющее от 1013 до 1773 Па и предпочтительно порядка 1520 Па.
В качестве примера, в таблице ниже приведены нижние пределы воспламеняемости различных топливных газов и содержатся значения порогового давления Ps, соответствующего 30% парциального давления топливных газов, при атмосферном давлении, при концентрации, соответствующей их нижнему пределу взрываемости.
Нужно отметить, что для некоторых топливных газов, пороговое давление Ps может определяться не как функция предела нижней взрываемости топливного газа, а как функция минимальной концентрации окислителя, допускающей воспламеняемость топливного газа. В частности, это является случаем, когда минимальная концентрация воздуха, допускающая воспламеняемость топливного газа, является более низкой, чем концентрация топливного газа, соответствующая его нижнему пределу взрываемости. Другими словами, чтобы далее повысить безопасность, рекомендуется предусматривать пороговое давление Ps, которое также является более низким, чем парциальное давление воздуха, при атмосферном давлении в газовой смеси, содержащей концентрацию воздуха, соответствующую концентрации кислорода, равной минимальной концентрации кислорода, допускающей воспламеняемость топливного газа.
Кроме того, необходимо отметить, что в представленном варианте осуществления система инертирования содержит газоанализатор 15 для измерения концентрации топливного газа в газовой фазе. Здесь газоанализатор 15 расположен на выходе насосного устройства 7. Газоанализатор 15 может, в частности, содержать детектор топливного газа, выбираемый из группы, состоящей из каталитических детекторов струек, инфракрасных детекторов, в частности тех, которые работают посредством измерения поглощения и/или пропускания, и детекторов с электрохимической ячейкой. Газоанализатор 15 может использоваться в ходе первого режима инертирования для выявления протечек топливных газов, в дополнение к сравнению давления Р газовой фазы внутри термоизоляционного барьера 3 с пороговым давлением Ps. Однако, чтобы обеспечить возможность работы газоанализатора, образец газовой фазы, выделяемый из термоизоляционного барьера 3, должен быть предварительно разбавлен инертным газом перед его анализом. Кроме того, газоанализатор 15 может также использоваться для анализа газовой фазы термоизоляционного барьера 3 через равные промежутки времени, в ходе второго режима инертирования. В этом случае также может предусматриваться, чтобы блок 10 управления управлял скоростями потока закачивания инертного газа в термоизоляционный барьер 3 в зависимости от измеряемых концентраций топливных газов.
Необходимо отметить, что, хотя вышеописанный процесс инертирования в частности направлен на выполнение инертирования вторичного термоизоляционного барьера 3, изобретение не ограничивается таким вариантом осуществления. В действительности, в соответствии с другими вариантами осуществления, процесс инертирования также может реализовываться на первичном термоизоляционном барьере 5 или применяться к резервуару 1, содержащему только один термоизоляционный барьер, пролегающий между непроницаемой мембраной, предназначенной для контактирования со сжиженным природным газом и несущей конструкцией. Таким образом, как правило, процесс инертирования может применяться к любому термоизоляционному барьеру, расположенному между двумя непроницаемыми барьерами и изолированному от окружающего давления посредством упомянутых непроницаемых барьеров.
Кроме того, в одном варианте осуществления, процесс инертирования, описанный выше, применяется, независимо, как внутри вторичного термоизоляционного барьера 3, так и внутри первичного термоизоляционного барьера 5.
Следовательно, система инертирования также содержит:
- насосную систему, которая позволяет поддерживать давление газовой фазы, содержащейся в первичном термоизоляционном барьере 5, приблизительно на уровне заданного давления Р1';
- оборудование для закачивания инертного газа, которое позволяет продувать первичный термоизоляционный барьер 5 инертным газом; и
- датчик давления, который позволяет передавать сигнал, предоставляющий данные о давлении газа внутри основного термоизоляционного барьера 5.
Как было описано выше, блок 10 управления сравнивает давление газовой фазы внутри термоизоляционного барьера 5 с пороговым давлением Ps', более высоким, чем заданное давление Р1', и автоматически переключается из первого режима инертирования во второй режим инертирования первичного термоизоляционного барьера 5, когда давление газовой фазы, содержащейся в первичном термоизоляционном барьере 5 превышает пороговое давление Ps'.
Необходимо отметить, что, в соответствии с одним вариантом осуществления, возможно предусмотреть переменное пороговое давление Ps.
В действительности, пока давление в первичном термоизоляционном барьере 5 поддерживается на уровне ниже порогового давления Ps', можно считать, что первичная 6 и вторичная 4 непроницаемые мембраны надлежащим образом обеспечивают непроницаемость. Следовательно, повышение давления во вторичном термоизоляционном барьере 3 может в таких случаях быть обусловлено только потерей непроницаемости несущей конструкции 2, и газом, проникающим через вторичный термоизоляционный барьер 3, может быть только воздух. Следовательно, пока реализуется первый режим инертирования первичного термоизоляционного барьера 5, для порогового значения Ps может назначаться первое значение, определяемое исключительно как функция минимальной концентрации окислителя, которая допускает воспламеняемость топливного газа. Однако, как только блок 10 управления выявляет давление газовой фазы первичного термоизоляционного барьера 5, превышающее пороговое давление Ps', рекомендуется назначать второе значение для порогового значения Ps, значение которого также следует определять как функцию нижнего предела воспламеняемости топливного газа, как показано выше.
Аналогичным образом можно предусмотреть, чтобы пороговое давление Ps', превышение которого способно активировать второй режим инертирования первичного термоизоляционного барьера 5, было переменным как функция режима инертирования, реализованного во вторичном термоизоляционном барьере 3.
На фиг. 3, на частичном разрезе танкера-метановоза 70 показан непроницаемый и изолированный резервуар 71 в целом призматической формы, установленный в двойном корпусе 72 резервуара. Известным по существу методом, загрузочные/разгрузочные трубы 73, расположенные на верхней палубе танкера, могут соединяться с помощью подходящих соединительных элементов с морским или портовым терминалом для перекачивания груза СПГ в резервуар 71 или из него.
На фиг. 3 представлен пример морского терминала, содержащий наливную станцию 75, подводную трубу 76 и наземную установку 77. Наливная станция 75 представляет собой стационарную морскую установку, содержащую мобильный рукав 74 и башню 78, поддерживающую мобильный рукав 74. Мобильный рукав 74 имеет связку изолированных гибких шлангов 79, которые можно присоединять к загрузочным/разгрузочным трубам 73. Ориентируемый мобильный рукав 74 совместим со всеми размерами танкеров-метановозов. Соединительная труба, которая не показана, проходит внутри башни 78. Наливная станция 75 позволяет осуществлять загрузку и разгрузку танкера-метановоза 70 из наземной установки 77 или в нее. Последняя содержит резервуары 80 для хранения сжиженного газа и соединительные трубы 81, подсоединяемые с помощью подводной трубы 76 к наливной станции 75. Подводная труба 76 позволяет перекачивать сжиженный газ между наливной станцией 75 и наземной установкой 77 на большие расстояния, например 5 км, что позволяет танкеру-метановозу 70 оставаться на большом расстоянии от берега в ходе операций загрузки и выгрузки.
Чтобы создавать давление, необходимое для перекачки сжиженного газа, используются бортовые насосы в танкере 70 и/или насосы, которыми оборудована наземная установка 77, и/или насосы, которыми оборудована наливная станция 75.
Хотя изобретение описывается в связи с несколькими конкретными вариантами осуществления, очевидно, что оно никоим образом не ограничивается ими, и что оно охватывает все технические эквиваленты описанных средств и их сочетаний, если последние входят в объем притязаний формулы изобретения.
Использование глагола "содержать" или "включать в себя" и их спрягаемых форм не исключает присутствия элементов или шагов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Использование неопределенного артикля "а" или "an" для элемента или этапа не исключает наличия множества таких элементов или этапов, если не указано иное.
В пунктах формулы изобретения ссылочные позиции в круглых скобках не следует понимать как ограничивающие формулу изобретения.