使用液化气体推进的船舶的制作方法

本发明涉及运输液化石油气体的罐的领域，这些罐被载在船舶上或其他浮式结构上以对船或其他浮式结构特别是用液化天然气推进的船舶的推进系统进行供应。液化天然气或lng主要由甲烷构成。

背景技术：

液化天然气可以被载在船上以形成确保任何类型的船舶的推进的燃料或其中的至少一种，上述船舶例如为lng运输器或甲烷运载船以及集装箱船。因此，这些被称为“lng燃料船”或lfs。本发明更具体地应用于这种类型的浮式结构。

当船舶是甲烷运载船时，货物罐具有非常大的容量，例如，约从100,000m³到200,000m³。

当船舶运载另一货物并且罐仅用于燃料时，根据船舶的大小和待进行的旅程的长度，容量相当小，例如从5,000m³到25,000m³。

因为液化天然气具有完全的燃烧，因此液化天然气的污染效果比常规燃料诸如石油或柴油燃料小的多。液化天然气具有显著的比能，并且由于其带来显著压缩的液化而具有显著的体积能。因此，液化天然气正在成为用于推进船舶的有利替代方案。

为了排空含有lng的船舶，已知使用浸入式固定泵作为主泵。在该泵的整个使用寿命，该泵都浸入lng中，并被永久固定在桅杆结构上的罐中。需要在特定的使用小时数例如15,000小时之后对这些泵进行维护，以验证它们的正常运行。

但是，这些浸入式泵很难检修和维护，因为它们需要罐被彻底清洗罐，这使罐在维护期间无法使用。

技术实现要素：

本发明所基于的一个概念是使对用于lng或另一液化石油气体的罐的维护便利。

更具体地，本发明所基于的概念是提供一种船舶，该船舶通过液化石油气体的燃烧来推进，并且包括用于液化气体的密封且绝缘的罐，该密封且绝缘的罐使用可缩回泵对液化气体推进系统进行供应。这是因为这样的泵可以容易地从罐中缩回以容易地进行维护，而不必清洗或停止罐。

此外，本发明的优点在于，在水平低时使用相对于主泵被放置在罐的较低水平处的辅助泵来促进对罐的排空。

本发明所基于的另一个概念是使得在可缩回泵的维护期间仍能够使用辅助泵来使用罐。

本发明所基于的另一个概念是使得通过液化石油气体的燃烧进行推进的船舶即使在可缩回泵正进行维护的情况下也能够继续航行。

根据实施方式，本发明提供一种船舶，该船舶包括推进系统和用于液化石油气体的密封且绝缘的罐，其中，该罐包括：

-井筒，该井筒设置有被布置在该井筒的下端处的阀，该井筒延伸穿过罐的上壁并被引导朝向罐的基部壁；

-主燃料泵，该主燃料泵是可缩回泵，其被布置在井筒中，并且能够在无需排空罐的情况下在罐内部的于其处泵启用井筒的阀的位置与罐外部的一位置之间移动，主泵在罐内部的上述位置处被配置成将液化气体从罐向推进系统排出；

-辅助燃料泵，该辅助燃料泵是固定在罐内部的泵并且该辅助燃料泵被配置成汲取相对于主泵位于罐的较低水平处的液化气体，该辅助泵被配置成将液化气体从罐向推进系统排出。

由于这些特征，该船舶使得可缩回泵能够用作主泵，因此在达到使用小时数之后，使得能够容易移除以进行维护。与辅助泵相比，可缩回泵还具有不需要为了移除该可缩回泵而清洗罐的优点。

为了使这种罐的操作性能最大化，期望优化可以从罐卸载的有用货物体积。但是，使用从罐向上汲取液体的泵使得需要在罐的基部维持特定的液体深度，否则泵的抽吸构件将与气相连通，这耗尽和/或损坏泵。考虑到膨胀引起的货物的颠簸，所需液体的深度难以最小化。

因此，辅助泵相对于主泵被放置在罐的较低水平处，以便能够在主泵由于抽吸气相而耗尽或损坏之前监测罐的排出。这是因为可缩回泵插入固定到桅杆结构的井筒中，该井筒包括关闭其下端的阀。当将可缩回泵放置在下端时，该可缩回泵通过重力推动阀，以便打开井筒，因此使泵能够汲入液化气体。因此，由于其设计，不可以将可回缩泵放置在罐的基部，因为需要留出用与打开阀和用于阀的厚度的间隙。因此，通过使用位于井筒的下端下方的辅助泵，该辅助泵是固定在罐内部并且不在井筒中的泵，本发明能够使剩余在罐中的液化气体被汲取。

根据实施方式，这样的罐可以包括以下特征中的一个或多个。

根据实施方式，罐包括桅杆结构，该桅杆结构包括经由基部板彼此连接的多个柱以及在罐的基部壁与基部板之间延伸的基部，并且其中，井筒被形成在桅杆结构的柱中的一个柱中。

由于这些特征，桅杆结构使得井筒能够牢固地固定到罐，因此使可缩回泵能够稳固地访问罐的内侧。

应当注意，鉴于液化气体的温度非常低，在包括井筒在内的整个桅杆结构上都发现了热收缩现象，这有使罐中组件升高并因此使可缩回泵略微较远离地移动的趋势，从而增加了对在较低水平处的辅助泵的需要，以便汲取罐的基部处的液体。

根据实施方式，桅杆结构包括格构系统，该格构系统连接成对的柱。

根据实施方式，桅杆具有约600mm的截面尺寸。

根据实施方式，辅助泵固定到桅杆结构的基部板。

根据实施方式，辅助泵固定到桅杆结构的基部。

以此方式，辅助泵到桅杆结构的固定使得泵能够被稳定，并且使得辅助泵能够被固定到与主泵相同的元件，这防止了辅助元件被添加到罐内部。

根据实施方式，辅助泵使用固定臂被固定到桅杆结构。

由于这些特征，固定臂使得辅助泵能够从桅杆结构偏移，从而使得辅助泵的抽吸构件能够远离桅杆结构的基部移动。

根据实施方式，阀被配置成在主泵被定位在井筒的下端处时打开，主泵的抽吸构件从井筒的下端伸出，并且阀被配置成在主泵没有处于下端处的情况下通过关闭装置关闭，当阀处于关闭位置时，井筒的下端被密封。

以此方式，当主泵从井筒的下端移除以例如进行维护时，阀移动到关闭位置，因此关于液化气体密封井筒，这防止了液化气体与罐的外部的任何连通。

根据实施方式，关闭装置可以是恢复装置，例如弹簧。

根据实施方式，阀在其圆周上包括接头，并且当阀处于关闭位置时，接头移动成抵靠井筒。

以此方式，由于接头，改善了当阀处于关闭位置时井筒的密封。

根据实施方式，罐包括集液槽，并且辅助泵包括抽吸构件，该辅助泵的抽吸构件被放置在集液槽中。

由于这些特征，辅助泵的抽吸构件被放置在集液槽中罐的最低点处。以此方式，可以优化罐的排出，因此辅助泵能够将液化气体汲取到集液槽中。

优选地，这样的集液槽被布置在距桅杆结构的基部足够的距离处，使得不引起可能使桅杆结构不稳定的结构问题。当井筒太靠近基部时，不可以将集液槽放置成与泵的井筒对准，可以使用固定臂作为用于将辅助泵固定成与远离桅杆基部的集液槽对准的装置。

根据实施方式，罐包括水平传感器，该水平传感器测量罐的填充水平，该传感器优选地是光学传感器，或雷达系统或热传感器。

以此方式，可以监测罐的填充水平，以便能够在出现任何排水问题之前停用泵。

根据实施方式，该船舶包括控制单元，该控制单元被配置成：当水平传感器指示罐的填充水平大于预定义的阈值时，使用主泵将容纳在罐中的液化气体向推进系统排出，并且其中，控制单元被配置成当水平传感器指示罐的填充水平小于预定义的阈值时，使用辅助泵将容纳在罐中的液化气体向推进系统排出。

由于这些特征，可以根据特定的填充水平自动地控制泵的启用，这使得泵在其使用寿命和维护阶段方面能够具有较大的灵活性。

以此方式，辅助泵在主泵由于缺少液体而被耗尽之前接管主泵。根据罐的设计(例如，在存在下部倒角、波状板的情况下)和可缩回泵(阀)的设计，可能需要在不同的填充水平切换到辅助泵。

根据实施方式，预定义的阈值在罐的总体积的2％至10％之间，优选地在罐的总体积的2％至5％之间，优选地等于罐的总体积的3.7％。

在棱柱形罐的情况下，由于内部倒角，体积的3.7％的阈值基本上与深度的5％的阈值对应。

根据实施方式，预定义的阈值在罐的深度的200mm至1000mm之间，优选在罐深度的200mm至500mm之间，优选地等于罐深度的350mm。

如果将主泵的耗尽风险用作确定辅助泵接管的填充阈值的标准，则结果是一种操作方法，该操作方法使辅助泵的使用最小化并因此使其维护最小化。此标准不是唯一可能的标准。特别地，其可能导致过密集地使用主泵。

在另一实施方式中，阈值被定义成以便优化泵的维护周期。这是因为，通过使预定义的阈值适应特定量，可以量化主泵和辅助泵中的每者的使用小时数，从而根据预定义的周期提供维护操作。

例如，阈值可以被选择为以获得在五年的时间段内需要两次维护操作的主泵的使用水平，以及在五年结束时需要单次维护操作的辅助泵的使用水平。

根据实施方式，以此方式预定义的阈值在罐的总体积的20％至35％之间。

根据实施方式，本发明还提供一种上述船舶的使用方法，其中，该方法包括涉及以下的步骤：

-当罐的填充水平大于预定义的阈值时，使用主泵将罐中容纳的液化气体向推进系统排出；

-当罐的水平小于预定义的阈值时，使用辅助泵将罐中容纳的液化气体向推进系统排出。

由于这些特征，该方法使得在考虑罐的填充水平的情况下能够容易地排空罐，此外，可以使用预定义的阈值来防止对泵的任何损坏。

根据实施方式，该方法包括涉及以下的步骤：当罐的水平小于预定义的阈值时，停止主泵。

以此方式，可缩回泵在达到临界阈值之前被停止，在该临界阈值，该泵由于缺少要汲入的流体而有被损坏的风险。

根据实施方式，该方法包括涉及以下的步骤：当启动液化气体的排出时，确定罐的填充水平是否大于启动阈值，该启动阈值大于预定义的阈值，在罐的深度的1000mm至2000mm之间，优选地等于罐的深度的1500mm；以及如果此测试为肯定的，则启动主泵，否则启动辅助泵。

这是因为，为了在不损坏主泵的情况下启动主泵，可能需要将主泵足够地浸入液化气体中以便均匀冷却，以能够在没有气蚀的情况下发挥作用。

根据实施方式，本发明还提供了一种用于给这样的船舶装料的方法，其中，将液化石油气体通过绝缘管从浮式或基于地面的储存设施运送到船舶的罐。

根据实施方式，本发明还提供了一种用于液化石油气体的转移系统，该系统包括：上述的船舶；绝缘管，这些绝缘管布置成用以将安装在船舶的船体中的罐连接到浮式或基于地面的储存设施；以及泵，该泵用以驱动液化石油气体通过绝缘管从浮式或基于地面的储存设施向船舶的罐流动。

附图说明

从以下仅通过非限制性示例的方式给出的本发明的几个特定实施方式的描述，参考附图，将更好地理解本发明，并且将更清楚地理解本发明的其他目的、细节、特征和优点，其中：

图1是使用液化天然气推进的船舶的剖面侧视图。

图2是具有桅杆结构和可缩回泵的船舶的内侧的示意图。

图3是具有桅杆结构、可缩回泵和位于集液槽中的浸入式固定泵的罐的内侧的示意图。

图4是桅杆结构的顶视图，该桅杆结构包括用于可缩回泵和固定到其基部的辅助泵的井筒。

图5是示出根据罐的填充水平的泵的使用的图。

图6是设置有用于液化天然气的密封且绝缘的罐的船舶和供应有用于该船舶的推进的液化气体的一件能源生产装备以及用于罐的装料码头的示意图。

具体实施方式

图1示出了船舶1，该船舶包括船体4并且该船舶可以在其甲板3上支撑货物2。该船舶使用推进系统5推进，该推进系统使用液化天然气作为燃料。

为了储存足够量的液化气体以进行操作，船舶1包括密封且绝缘的罐6，该密封且绝缘的罐可以运输特定量的液化气体。密封且绝缘的罐6可以是例如膜罐或自支撑罐。

为了向推进系统5供应液化气体，需要在罐6中布置至少一个主泵11，该主泵能够使用抽吸构件使液化气体转移到推进系统5。

在该实施方式中陈述的船舶1还包括在罐6中的辅助泵12，该辅助泵特别地在维护主泵11、主泵11发生故障的情况下被提供，或者被提供以在主泵不能有效地汲入罐6的基部处的液化气体时对主泵进行补充。

在此情况下，主泵11和辅助泵12配置成将液化气体从罐6的底部汲取到顶部。

图2示出了根据本发明的实施方式的罐6的内侧的示意图。罐6特别地包括由船舶1的船体4支撑的基部壁8和上壁7，液化气体通过该上壁被传输到推进系统5。

罐6还包括井筒9，该井筒设置有布置在井筒9的下端处的阀10，井筒延伸穿过罐6的上壁7并且被引导朝向罐6的基部壁8。主燃料泵11布置在该井筒9中。在此情况下，主燃料泵11是可缩回泵11，该可缩回泵能够在无需排空罐6的情况下在罐6内部的一位置与罐6外部的一位置之间移动以进行泵的维护，在罐内部的该位置，主泵11启用井筒9的阀10。

这是因为，当可缩回泵11下降到井筒9中直到井筒9的下端时，该可缩回泵将其重量压在在阀10上，因此使阀10移动到打开位置。当阀10打开时，可缩回泵11的抽吸构件从井筒9延伸并且因此可以将液化气体汲取到罐6的内部空间中。

阀10设置有关闭装置，例如弹簧系统，该关闭装置在可缩回泵11从井筒9的下端被移除时使得阀能够通过回复力移动到关闭位置。在关闭位置，阀10阻塞井筒9的下端，使井筒9关于液化气体密封，从而防止在可缩回泵11被移除时液化气体在井筒9内部上升。

阀10还包括在其圆周上的接头，当阀10处于关闭位置时，该接头移动成抵靠井筒9。然后，阀10变成关于液化气体完全密封。阀10在图2中被示出成处于关闭位置，在图3中被示出成处于打开位置。

如图2所示，罐6包括桅杆结构13，该桅杆结构包括通过固定梁19彼此连接的多个柱14。基部板16使得每个柱14能够被连接。此外，基部15在罐6的基部壁与基部板16之间延伸，基部15用于支撑桅杆结构13。柱14中的一个柱配置成容纳井筒9。

当主泵11位于井筒9的下端时，该主泵不能粘接到罐6的基部壁8。这是因为需要为阀10的打开及其厚度留出空间。此外，基部壁8通常由波状板构成，因此需要将主泵11放置成远离波状部的峰。由于液化气体非常冷，所以热收缩现象特别地作用在井筒9上，这使井筒的下端更加远离罐6的基部壁8移动。

最后，由于井筒9非常靠近桅杆结构13的基部15，因此出于结构原因不容易将主泵11放置在集液槽18中。所有这些约束导致主泵11足够远离罐6的基部壁8，从而使得不可能从罐6的特定填充阈值汲入液化气体。

图3是根据本发明的另一实施方式的罐6的内侧的示意图。

在该配置中，作为罐6内部的固定泵的辅助泵12已经相对于主泵11被放置在罐6的较低水平处。特别地，辅助泵12已经被放置在集液槽18中，也就是说，被放置在罐6的基部壁8中的凹部中。以此方式，辅助泵12可以汲入液化气体直到非常低的水平。因此，可以对主泵进行补充，以便汲入罐6中容纳的所有液化气体。

此外，辅助泵12是固定泵，该固定泵不在井筒9中，并且其承受的应力不如可缩回泵11承受的应力那么多，这使得其能够在罐6中非常低的水平处优化其位置。然而，固定泵难以维护，因此期望限制其使用以便将其维护阶段间隔开。例如，辅助泵12的使用持续时间被设置用于在5年时间内——与辅助泵12的两个维护阶段之间的时间段对应——与主泵交替运行。

图3还示出了水平传感器21，该水平传感器测量罐6的填充水平。该传感器21位于罐6的内部。传感器21可以是光学类型的传感器、雷达类型的传感器、热类型的传感器或能够获取液化气体水平的任何其他类型的传感器。传感器21将填充水平信息传输到位于罐6的外侧的控制单元20。控制单元20接收由传感器21提供的水平信息，并发送指令以启用或停用主泵11和辅助泵12中的一个或另一个。

在另一实施方式中，传感器21将填充水平信息传输到用于操作员的显示装置。泵的启用或停用也可以由操作员根据可以在显示装置上看到的信息被手动执行。

图4是桅杆结构13的顶视图，在实施方式中，可以更清楚地看到辅助泵12和集液槽18的位置。

这是因为，在该实施方式中，集液槽18远离桅杆结构13的基部15，以便遵守整个罐体6的结构平衡。因此，辅助泵12经由固定臂17连接到桅杆结构13的基部15，该固定臂使得该泵的固定能够偏移。

为了增加桅杆结构13的稳定性，桅杆结构由三个柱14构成，三个柱围绕基部15形成三角形，三个柱13中的一个柱包括井筒9。如该图所示，使用固定梁19将柱13相互组装。

此外，为了使结构变硬，也可以在柱13之间增加格构。

图5是根据泵使用的罐6的填充曲线的图。

使用将液体汲取到罐顶部的泵需要特定深度的液体保留在罐6的基部处，否则泵的抽吸构件将与气相连通，这可能损坏泵。在所陈述的实施方式中，主泵11是可缩回泵，其与固定的辅助泵12相比，具有易于移除以进行维护的优点。

由于这个原因，较有利的是使主泵11的使用最大化，以防止固定泵12被使用并因此推迟其维护日期。然而，如上所解释的，可缩回泵11在特定阈值之外无法在不具有受损风险的情况下再汲取液化气体。与此对照，辅助泵12由于其在集液槽18中的位置及其设计可以汲取液化气体，直到罐6被排空。

以此方式，当罐的填充水平大于该阈值时，使用主泵11将容纳在罐6中的液化气体向推进系统排出5。并且当罐6的水平低于该阈值时，停用主泵11，并且使用辅助泵12将容纳在罐6中的液化气体向推进系统排出5。

阈值的选择主要取决于罐6的大小、所使用的泵的特征，但也还根据每个泵的期望使用时间，以便计划对15,000使用小时的维护。

这是因为，在第一种情况下，阈值可以被选择成在罐总体积的2％至5％之间。因此，主泵11在大多数时间发挥作用，而辅助泵仅在罐的填充水平低时发挥作用。设想这种情况：当例如罐6足够小使得主泵11需要仅每两年半进行维护或者在两次重要维护操作之间的五年时间段期间仅需要维护一次时。以此方式，难以维护的辅助泵12仅每五年或甚至十年才需要进行维护。

在第二种情况下，可以将阈值选择成在罐6的总体积的20％至35％之间。因此，与第一种情况相比，两个泵的运行分配更加平衡。设想该第二种情况：当例如罐6具有大容量并且需要平衡每个泵的使用时间以防止主泵11相对于辅助泵12以过度循环的方式被维护时。以此方式，阈值被选择成使主泵11最多每两年半进行维护操作。

图5所示的曲线示出了根据该原理的液化气体的这种排出。曲线的第一部分示出了主泵11的使用部分，而曲线的位于阈值以下的第二部分示出了辅助泵12的使用部分。

图5的曲线以代表两个泵11和12的相等流速的恒定梯度以及也是恒定的用以供应推进系统5的液化气体的使用被示出。在另一实施方式中，设想使用具有不同的和/或非恒定的流速的泵，以此方式，曲线的梯度将不是恒定的并且将根据每个泵的流速而变化。

每个泵可以设置有变频驱动器以精细地调节其流速。

如图6所示，以本身已知的方式，可以使用适当的连接器将装料/排出管连接到海上或港口码头，以将lng货物转移到罐1。

图6示出了海上码头的实施例，该码头包括液化天然气供应站82、水下导管83和基于地面的设施81。液化天然气供应站82是固定的离岸设施，包括可移动臂84和支撑可移动臂84的塔85。可移动臂84承载柔性绝缘管80，该绝缘管可以连接到装料管。可定向的可移动臂84适于所有船舶规格。未示出的连接导管在塔85内部延伸。

液化天然气供应站82使得罐6能够从基于地面的设施81被填充。它包括液化气体储存罐86和连接导管87，该连接导管通过水下导管83连接到液化天然气供应站82。水下导管83使得液化气体能够在液化天然气供应站82与基于地面的设施81之间转移。

为了产生转移液化气体所需的压力，使用了载在船舶10上的泵和/或装配到基于地面的设施81的泵和/或装配到装料和排出站82的泵。

为了给船舶10的罐装料，海上或港口码头也可以由设置有lng储存罐的补充燃料船舶代替。

尽管已经结合几个特定的实施方式描述了本发明，但是明显的是，本发明绝不限于这些实施方式，并且明显的是，如果所描述的手段的所有技术等同物及其组合被包括在权利要求限定的范围内，则本发明包括所描述的手段的所有技术等同物及其组合。

动词“容纳(contain)”、“包括(comprise)”或“包含(include)”及其同源形式的使用不排除存在权利要求中所陈述的元件或步骤之外的元件或步骤。

在权利要求中，括号内的任何附图标记不应被解释为对权利要求的限制。