УСТРОЙСТВО ИНЕРТИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕЗЕРВУАРА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА СУДНА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ СЖИЖЕННОГО ГАЗА
INERTING DEVICE FOR LIQUEFIED GAS STORAGE TANK OF VESSEL FOR TRANSPORTATION OF LIQUEFIED GAS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится устройству инертирования для резервуара для хранения сжиженного газа судна для перевозки сжиженного газа, а также к судну, содержащему, по меньшей мере, одно такое устройство. Изобретение может применяться, в частности, для инертирования мембранного резервуара, используемого для хранения сжиженного природного газа (СПГ).
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известный уровень техники включает в себя документы FR-A1-3 014 197 и FR-A1-2 317 159.
Судно для перевозки сжиженного газа включает в себя один или более герметичных и теплоизоляционных резервуаров для хранения сжиженного природного газа. Каждый резервуар включает в себя стенку резервуара, имеющую последовательно в направлении толщины от внутренней стороны к наружной стороне резервуара основную уплотнительную мембрану, предназначенную для контакта со сжиженным природным газом, основной теплоизолирующий барьер, вспомогательную уплотнительную мембрану, вспомогательный теплоизолирующий барьер и несущую конструкцию, определяющую общую форму резервуара.
Основная и вспомогательная уплотнительные мембраны ограничивают между ними основное пространство, которое содержит основной изолирующий барьер, и которое предназначено для заполнения инертным газом, как правило, азотом. Инертный газ также подаётся во вспомогательное пространство, образованное вспомогательной уплотнительной мембраной.
Несущая конструкция резервуара образована, с одной стороны, герметичными поперечными перегородками, называемыми «коффердамом», расположенными с, по меньшей мере, двух противоположных сторон резервуара, и днищем резервуара, которое расположено под резервуаром и образует с ним проход, в котором могут течь текучие среды, например, водоконденсат или СПГ в случае утечки. Эти текучие среды, как правило, стекают под действием силы тяжести в дренажный короб перед откачкой.
Уплотнительные мембраны такого резервуара могут иметь протечки, вызывающие прохождение сжиженного природного газа изнутри резервуара в направлении основного и вспомогательного теплоизолирующих барьеров. Однако, когда горючий газ находится в присутствии окисляющего газа, и концентрация горючего газа находится в диапазоне концентрации между его нижним взрывоопасным пределом (LEL) и верхним взрывоопасным пределом (UEL), и окисляющий газ находится в соответствующем диапазоне концентрации, горючий газ может воспламениться и взорваться.
Инертирование основного и вспомогательного пространств, т.е. помещение их в инертную атмосферу, позволяет избежать аварийных ситуаций. Таким образом, горючие и окисляющие газы, которые могут присутствовать в теплоизолирующих барьерах, разбавляют таким образом, чтобы они не достигали взрывоопасных условий.
В существующей технологии каждое из основного и вспомогательного пространств соединено с линией подачи азота, которая позволяет подавать азот в пространство, а также откачивать азот из него. Следовательно, имеется двунаправленная линия, которая соединена с пространством на одном или двух отверстиях для сообщения по текучей среде.
Существует несколько технологий размещения резервуара. Резервуар может быть полностью «утоплен» и покрыт двойной палубой судна. В другой конфигурации внутренняя и внешняя оболочки резервуара выступают из двойной палубы судна для образования паровых и жидкостных куполов в виде двух колонн или вытяжных труб, предназначенных для прохождения оборудования для перекачки груза для перекачки жидкой фазы и паровой фазы сжиженного газа, содержащегося в резервуаре.
Благодаря этой технологии, проще получить доступ к основному и вспомогательному пространствам в куполах и подключить их к линиям подачи азота. Это не относится к первой технологии, в которой линии подачи азота должны пересекать двойную перемычку для соединения с пространствами, подлежащими инертированию. Проблема также относится к управляемым предохранительным клапанам, которыми оснащены резервуары.
Резервуар оснащён такими клапанами для предотвращения избыточного давления в основном и вспомогательном пространствах. В первой технологии, описанной выше, клапаны должны пересекать двойную верхнюю палубу для соединения с пространствами.
Как правило, пересечения двойной палубы и несущей конструкции резервуара должны быть исключены, поскольку они могут приводить к протечкам и значительным дополнительным затратам на проектирование и конструирование резервуара.
Настоящее изобретение обеспечивает простое, эффективное и экономически выгодное улучшение, которое обеспечивает инертирование вспомогательного пространства резервуара любого типа без специального пересечения его несущей конструкции.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение предлагает устройство инертирования для резервуара для хранения сжиженного газа судна для перевозки сжиженного газа, содержащее:
резервуар для хранения сжиженного газа, включающий в себя последовательно в направлении от внутренней стороны к наружной стороне резервуара основную уплотнительную мембрану, предназначенную для контакта со сжиженным газом, основной теплоизолирующий барьер, вспомогательную уплотнительную мембрану, вспомогательный теплоизолирующий барьер и несущую конструкцию, определяющую общую форму резервуара, причём упомянутые основная и вспомогательная уплотнительные мембраны определяющие между ними основное пространство, содержащее упомянутый теплоизолирующий барьер, образуют внутреннюю оболочку вокруг резервуара, и упомянутая вспомогательная уплотнительная мембрана и упомянутая несущая конструкция, определяющие между ними вспомогательное пространство, содержащее упомянутый вспомогательный теплоизолирующий барьер, образуют внешнюю оболочку вокруг резервуара, причём каждое из пространств включает в себя изолятор и предназначено для заполнения инертным газом, и упомянутый резервуар для хранения сжиженного газа расположен между двумя герметичными перегородками и над днищем резервуара, при этом упомянутые герметичные перегородки и упомянутое днище резервуара являются частью упомянутой несущей конструкции,
дренажный короб, расположенный под резервуаром для хранения сжиженного газа, причём дренажный короб соединён с каналом, проходящим между днищем резервуара и внешней оболочкой так, что текучие среды могут стекать под действием силы тяжести из днища резервуара в дренажный короб,
средство для подачи азота в основное и вспомогательное пространства и/или откачки азота из основного и вспомогательного пространств,
отличающееся тем, что упомянутый дренажный короб сообщается по текучей среде с упомянутым каналом и упомянутым вспомогательным пространством, и тем, что упомянутое средство для подачи и/или откачки азота из упомянутого вспомогательного пространства включает в себя линию подачи азота, которая соединена с упомянутым дренажным коробом так, что азот, подаваемый по линии подачи азота во вспомогательное пространство и/или откачиваемый из вспомогательного пространства, циркулирует через дренажный короб.
Таким образом, изобретение предлагает соединить линию подачи азота со вспомогательным пространством через дренажный короб. Дренажный короб соединён с каналом, проходящим между днищем резервуара и внешней оболочкой, для обеспечения возможности сбора текучих сред, которые могут протекать через этот канал. Дренажный короб также соединён со вспомогательным пространством для обеспечения сообщения по текучей среде между линией подачи азота и вспомогательным пространством. В связи с этим вспомогательное пространство не должно быть оснащено отверстиями, предназначенными для соединения с линией подачи азота, что упрощает конструкцию резервуара. Линия подачи азота может иметь двойную функцию, а именно функцию подачи азота во вспомогательное пространство для его инертирования, а также функцию подачи азота в дренажный короб. Это предотвращает случайные взрывы, как во вспомогательном пространстве, так и в дренажном коробе, в который может попадать СПГ в случае утечки.
Подача азота во вспомогательное пространство через дренажный короб также облегчает откачку газа, например, метана, из вспомогательного пространства. Этот газ вытесняется из вспомогательного пространства азотом, который из-за своей лёгкости по сравнению с метаном стремится вытеснить метан в верхнюю часть резервуара, в которой обычно имеется отверстие для сообщения по текучей среде.
Устройство в соответствии с изобретением может включать в себя одну или более следующих характеристик, взятых отдельно друг от друга или в сочетании друг с другом:
упомянутый дренажный короб соединён с трубопроводом дренажа и циркуляции азота, который ведёт в упомянутый канал и упомянутое вспомогательное пространство,
устройство дополнительно содержит, по меньшей мере, один предохранительный клапан, предпочтительно управляемый, который непосредственно соединён с упомянутой линией подачи азота; это означает, что предохранительный клапан или клапаны, перекрывающие вспомогательное пространство, могут быть установлены непосредственно на линии подачи азота, а не на резервуаре; следовательно, имеется меньшее количество пересечений резервуара, что является предпочтительным по описанным выше причинам; кроме того, размещение клапана (клапанов) на линии подачи азота имеет очевидное преимущество с точки зрения скорости реакции по сравнению с технологией известного уровня техники, что будет объяснено более подробно ниже,
упомянутый, по меньшей мере, один предохранительный клапан включает в себя основную линию, включающую в себя основную задвижку, и управляющую линию, включающую в себя управляющую задвижку, причём, по меньшей мере, одна из упомянутых основной и управляющей линий непосредственно соединена с упомянутой линией подачи азота,
устройство включает в себя два управляемых предохранительных клапана, причём, по меньшей мере, одна из упомянутых основной и управляющей линий каждого из этих клапанов непосредственно соединена с упомянутой линией подачи азота,
основная и управляющая линии клапана или каждого клапана непосредственно соединены с упомянутой линией подачи азота,
устройство дополнительно включает в себя, по меньшей мере. один предохранительный клапан, предпочтительно управляемый, который непосредственно соединён с упомянутым вспомогательным пространством; этот предохранительный клапан обеспечивает дополнительную безопасность путём предотвращения чрезмерного повышения давления во вспомогательном пространстве,
на верхнем конце резервуара внешняя оболочка полностью располагается над внутренней оболочкой,
альтернативно на верхнем конце резервуара внутренняя и внешняя оболочки выступают на двойной перемычке, покрывающей резервуар, для образования куполов.
Настоящее изобретение также относится к судну для перевозки сжиженного газа, включающему в себя, по меньшей мере, одно устройство, как описано выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение станет более понятным, и другие детали, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения следующего далее описания, обеспеченного в качестве примера и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет очень схематический вид устройства инертирования резервуара для перевозки сжиженного газа,
фиг. 2 представляет схематический вид дренажного короба и участка резервуара и иллюстрирует вариант осуществления изобретения,
фигуры 3-5 представляют очень схематические виды других вариантов осуществления изобретения для резервуара одного типа,
фигуры 6 и 7 представляют очень схематические виды других вариантов осуществления изобретения для резервуара другого типа,
фиг. 8 представляет схематический вид в разрезе управляемого предохранительного клапана, и
фигуры 9 и 10 представляют очень схематические виды резервуара, оснащённого управляемым предохранительным клапаном.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Со ссылкой на фиг. 1 схематически изображён резервуар 1 для хранения сжиженного газа. Каждая стенка резервуара 1 включает в себя многослойную конструкцию, содержащую в направлении от внутренней стороны к наружной стороне резервуара 1 несущую конструкцию 2, определяющую общую форму резервуара 1, вспомогательный теплоизолирующий барьер 3, включающий в себя изоляционные элементы, опирающиеся на несущую конструкцию 2, вспомогательную уплотнительную мембрану 4, основной теплоизолирующий барьер 5, включающий в себя изоляционные элементы, опирающиеся на вспомогательную уплотнительную мембрану 4, и основную уплотнительную мембрану 6, предназначенную для контакта со сжиженным горючим газом, содержащимся в резервуаре 1.
В следующем далее описании выражение «основное пространство» относится к пространству, содержащему основной теплоизолирующий барьер 5, а выражение «вспомогательное пространство» относится к пространству, содержащему вспомогательный теплоизолирующий барьер 3. Как показано на чертежах, основное пространство образует внутреннюю оболочку, которая окружена внешней оболочкой, образованной вспомогательным пространством, которая сама окружена несущей конструкцией 2.
Несущая конструкция 2, в частности, может представлять собой самонесущий металлический лист и/или может быть образована корпусом или двойным корпусом судна.
Теплоизолирующие барьеры 3, 5 включают в себя изоляционные твёрдые вещества и газовую фазу. В соответствии с вариантом осуществления теплоизолирующие барьеры 3, 5 состоят из теплоизоляционных коробов, которые не показаны. Короба включают в себя нижнюю панель и покрывную панель, выполненные, например, из фанеры, и множество разделителей, расположенных между нижней и покрывной панелями. Между разделителями имеются отделения для размещения теплоизоляционной прокладки. Теплоизоляционная прокладка может быть выполнена из любого материала, обладающего подходящими теплоизоляционными свойствами. Например, теплоизоляционная прокладка выбрана из таких материалов, как перлит, стекловата, полиуретановый вспененный материал, полиэтиленовый вспененный материал, поливинилхлоридный вспененный материал, аэрогели или другие материалы.
Основная и вспомогательная уплотнительные мембраны 4, 6 являются герметичными для газа и жидкости. Несущая конструкция 2 также является герметичной. В связи с этим, в целях настоящего описания и формулы изобретения выражение «герметичный барьер» охватывает обе уплотнительные мембраны 4, 6 и несущую конструкцию 2. Таким образом, вспомогательный теплоизолирующий барьер 3 расположен в герметичном пространстве, которое изолировано от давления окружающей среды, с одной стороны, первым герметичным барьером, состоящим из вспомогательной уплотнительной мембраны 4, а, с другой стороны, вторым герметичным барьером, состоящим из несущей конструкции 2.
Сжиженный газ включает в себя химическое вещество или смесь химических веществ, которые переходят в жидкую фазу при низкой температуре, и которые находятся в паровой фазе в условиях нормальной температуры и давления. Сжиженный газ 3, в частности, может быть сжиженным природным газом (СПГ), т.е. газовую смесь, включающую в себя в основном метан и один или более других углеводородов, например, этан, пропан, н-бутан, изобутан, н-пентан, изопентан и азот в небольшой пропорции. Сжиженный природный газ хранится при атмосферном давлении и температуре приблизительно -162°C.
Сжиженный газ также может быть этаном или сжиженным нефтяным газом (СНГ), т.е. смесь углеводородов, полученных в ходе переработки нефти, включающую в себя в основном пропан и н-бутан. Горючий газ также может быть этиленом.
Для предотвращения того, что из-за протечек сжиженного природного газа через уплотнительные мембраны 4, 6 и/или воздуха через несущую конструкцию 2 газовая смесь присутствует в стенках резервуара 1 во взрывоопасных пропорциях, они подвергаются способу, известному специалисту в данной области техники и описанному, например, в заявке WO-A1-2015/124536.
В показанном примере устройство инертирования специально предназначено для инертирования вспомогательного пространства. Устройство инертирования также включает в себя оборудование 11 для подачи инертного газа для продувания теплоизолирующего барьера 3 инертным газом. Оборудование 11 для подачи включает в себя генератор 12 сжатого инертного газа, соединённый с трубопроводом 14 подачи инертного газа, ведущим во вспомогательное пространство. Генератор 12 сжатого инертного газа соединён с трубопроводом 14 с помощью задвижки 16 для регулировки расхода и/или давления подачи инертного газа внутри теплоизолирующего барьера 3. Инертный газ предпочтительно представляет собой азот, а точнее молекулярный азот или смесь, включающую в себя этот газ.
Трубопровод 14 также может быть оснащён возможным дополнительным насосом 13 для подачи инертного газа из генератора 12 инертного газа.
Изобретение обеспечивает улучшение этой технологии, заключающееся в подаче молекулярного азота во вспомогательное пространство резервуара через дренажный короб 20 этого резервуара (смотри фиг. 2).
Дренажный короб 20 расположен под резервуаром 1 и соединён с каналом 22, проходящим между днищем 2a резервуара несущей конструкции 2 и внешней оболочкой так, что текучие среды могут стекать под действием силы тяжести из днища резервуара в дренажный короб. Таким образом, короб 20 соединён с концом первого трубопровода 24, противоположный конец которого выходит на верхней поверхности днища резервуара. Короб 20 также соединён с концом второго трубопровода 26 для откачки собранных текучих сред наружу короба, причём второй трубопровод может быть оснащён задвижкой 28.
Ссылочная позиция 23 относится к периферийной направляющей, которая размещена в пространстве, и которая направляет текучие среды в дренажный короб 20. Например, направляющая выполнена из полимеризуемой смолы и может непрерывно проходить по всей периферии днища 2a резервуара, так что текучие среды, стекающие по периферийным стенкам несущей конструкции 2, затем подаются в дренажный короб. Альтернативно направляющая может быть выполнена из металлических профилей.
Ссылочная позиция 30 относится к линии подачи азота вспомогательного пространства, т.е. линии, которая обеспечивает как подачу азота во вспомогательное пространство, так и откачку азота из этого пространства, т.е. другими словами, циркуляцию азота во вспомогательном пространстве. Таким образом, линия 30 подачи азота является двунаправленной и, следовательно, может рассматриваться как выполняющая функции трубопроводов 8 и 14, показанных на фиг. 1.
Линия 30 подачи азота ведет непосредственно в дренажный короб 20, и её соединительный трубопровод 24 с каналом 22 также выполнен с возможностью сообщения по текучей среде со вспомогательным пространством. На практике конец трубопровода 24, расположенный в канале 22, может быть удлинён и может иметь первое отверстие, ведущее в канал 22, и второе отверстие, ведущее во вспомогательное пространство. Альтернативно вспомогательное пространство может сообщаться по текучей среде с каналом 22 через, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное во внешней оболочке и ведущее во вспомогательное пространство.
Фигуры 3-7 иллюстрируют другие варианты осуществления изобретения.
Фигуры 3-5 относятся к резервуару первого типа, известному как «NO96», а фигуры 6 и 7 относятся к резервуару второго типа, известному как «Mark».
Верхняя двойная палуба 2b несущей конструкции 2 резервуара NO96 покрывает весь резервуар, который также изолирован от других резервуаров или остальной части судна поперечными герметичными перегородками 2c, называемыми «коффердамом».
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, вспомогательное пространство резервуара 1 оснащено двумя управляемыми предохранительными клапанами 32 для предотвращения избыточного давления в пространстве. Хотя не показано, основное пространство резервуара 1 также оснащено одним или двумя управляемыми предохранительными клапанами.
С функциональной точки зрения классы, верфи и судовладельцы чётко признают, что основной причиной избыточного давления во вспомогательном пространстве резервуара является отказ регулировочной задвижки 28, 34, расположенной на линии 30 подачи азота. Другая возможная причина избыточного давления связана с фазой нагрева пространств.
Проблема технологии известного уровня техники связана с расстоянием между источником избыточного давления (линией 30 подачи азота) и клапанами 32. Внезапный высокий расход азота (неисправность задвижки 34) может вызвать некоторую задержку из-за падения давления, так что клапан не сразу обнаружит избыточное давление. В таком случае клапан откроется недостаточно быстро, и во вспомогательном пространстве вблизи линии подачи азота возникнет быстрое избыточное давление.
Решение для устранения этой проблемы заключается в размещении, по меньшей мере, одного из двух клапанов 32 непосредственно на линии 30 подачи азота, которая определена в качестве единственного источника избыточного давления. Предпочтительно клапан (клапаны) расположен между задвижкой 34 и дренажным коробом 20. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, один клапан 32 установлен на линии 30, а другой установлен на резервуаре, пересекая двойную перемычку 2b. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, два клапана 32 установлены на линии 30.
Верхняя двойная палуба 2b опорной конструкции 2 резервуара Mark пересекается участками внутренней и внешней оболочек резервуара, которые образуют купола 33a, 33b. Двойная перемычка 2b прерывается в двух местах, где резервуар образует выступающую конструкцию в виде колонны или вытяжной трубы. Первая колонна представляет собой жидкостный купол 33a, который служит в качестве места проникновения различного оборудования для перекачки СПГ, например, линии загрузки, линии аварийной откачки, линий разгрузки, связанных разгрузочными насосами, линии распыления, линии подачи, связанной с распылительным насосом, и т.д. Вторая колонна представляет собой паровой купол 33b, который служит в качестве места проникновения, например, трубопровода для сбора паров. Работа этого оборудования также известна.
На фигурах 6 и 7 резервуар может быть оснащён выделенной линией для откачки инертного газа, содержащегося во вспомогательном пространстве (показана стрелкой 35). Линия откачки может быть соединена с дегазационной колонной для откачки инертного газа в атмосферу. Таким образом, линия 30 этого резервуара представляет собой впускную линию, а не двунаправленную. Аналогичная технология может быть использована для оснащения резервуара, показанного на фигурах 3-5.
В настоящем изобретении предохранительные клапаны 34 относятся к управляемому типу, т.е. они включают в себя основную линию 36, включающую в себя основную задвижку, и управляющую линию 38, включающую в себя управляющую задвижку (фиг. 8). Как правило, основная линия 36 включает в себя впуск и выпуск, между которыми расположена основная задвижка 36a. Впуск и выпуск основной линии соединены с трубопроводом циркуляции текучей среды, например, линией 30 подачи азота.
Управляющая линия 38 включает в себя впуск и выпуск, между которыми расположена управляющая задвижка 38a. Впуск управляющей линии соединён с вышеупомянутым трубопроводом, а выпуск соединён с основной задвижкой 36a.
1
2
0
Управляющая задвижка 38a приводится в действие высоким давлением P и противодавлением P. Контрольное давление P в управляющей задвижке 38a равно атмосферному давлению.
1
1
Основная задвижка 26a представляет собой открывающую задвижку. Высокое давление P действует на нижнюю сторону раструба 42. Давление P также проходит через поршневой шток 43 в верхнюю камеру 44 задвижки, которая оказывает давление на поршень 45. Поверхность поршня больше, чем поверхность седла задвижки, которое под действием пружины удерживает задвижку закрытой.
1
2
1
2
Когда давление P достигает заданного давления управляющей задвижки, начинается открытие. В управляющей линии и в нижней камере 46 основной задвижки повышается давление P. Давление в нижней камере ограничено расходом через отверстие 47. Когда расход через управляющую задвижку превышает пропускную способность отверстия, давление в камере 46 повышается, что вызывает открытие основной задвижки. Когда давление P уменьшается, управляющая задвижка закрывается, и давление P уравновешивается отверстием 47. Затем пружина закрывает основную задвижку.
Как показано на фигурах 9 и 10, когда предохранительный клапан 32 установлен на линии 30, обе из основной 36 и управляющей 38 линий могут быть соединены с линией 30 (фиг. 9) или только одна из них (фиг. 10). В случае, показанном на фиг. 10, основная линия 36 соединена с линией 30, тогда как управляющая линия 38 соединена со вспомогательным пространством. Это исключает влияние динамического давления, и измеряется только статическое давление в объёме.
Следовательно, изобретение позволяет упростить конструкцию резервуара для перевозки сжиженного газа путём оптимизации устройства инертирования и предохранительного клапана, связанного с этим устройством.