一种液化天然气的储运方法及装置的制作方法

专利名称：一种液化天然气的储运方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明是液化天然气水路运输和接收终端码头卸运的一种液化天然气储运方法及装备。涉及运输或储存装置和用于物料贮存或运输的容器技术领域。
背景技术：
目前世界能源消费增长很快，其中天然气的消费和贸易量更是增长迅速。2002年液化天然气(LNG)贸易量约为1.1亿吨，已经占到全球天然气总产量的22％。2010年世界LNG贸易量予计将增长到1.8亿吨。到2020年LNG贸易量将占到总产量的1/3。而LNG的主要市场在亚洲。如我国现已成为能源消费大国，随着人口、消费和经济的增长，能源供需矛盾将愈加突出。据预测，到2010年亚太地区的LNG贸易量将达到1.3亿吨左右，其中我国将成为令人瞩目的增长快速的新兴市场。贸易量的快速增加，LNG的储运也就成为突出的问题。由于主要成分为甲烷(通常占到90％)的天然气在标准压力下温度降到-162.3℃(-260)时冷却成为液态，液化以后的体积只占到气体体积的大约1/600，因此可以比较经济地实现天然气的大规模储存和运输。由于LNG的超低温特性，采用远距离管道运输几乎没有可能，因此目前全世界的LNG运输均采用特制的LNG运输船运输的方式。据此，LNG的水路运输通常是由船载液化天然气至用户所在地的码头，在码头附近的空旷地建有LNG接收终端，由特制的管路将船中的LNG转移到接收终端的储罐，再在岸上通过汽化将LNG转变为气体天然气，通过管道向外输送给最终用户。就技术而言，LNG的运输船只和接收终端的设计、建设和运营已经有十分成熟的技术作支撑，而且其管理和运行也已经有一套成熟的模式。LNG接收终端通常是由几艘特制的LNG运输船只、码头和装卸设施、低温管线和阀门、压缩机、LNG储罐(一般采用全容罐)、汽化设施(海水汽化为主潜燃式备用)、蒸发气处理装置(天然气压缩机、再冷凝器等)、发电设备、中央控制室和其它一些辅助设施。由于储存和运输的物料为超低温介质，而且需要密闭，因此对LNG储罐和接触管路的材质要求甚高(一般采用9Ni钢)，同时有一套十分严格的设计和运行规范，安全水平要求很高，这些都导致了整个LNG工业链价值不菲。就LNG接收终端而言，往往投资在数亿美元之巨，如LNG处理量为500万吨/年的接收终端总投资大约在10亿美元左右，其中仅地面储灌所需费用就差不多占到一半。
按照现有的LNG终端工艺流程和装置情况，LNG地面储罐为整个终端最核心的部分，除耗费巨资建造外，建设周期也通常达到36个月，并且占用大量的地皮并需要大型的辅助设施，此外，在运营过程中也是最大的安全隐患之处。而基于陆地LNG接收终端的建设，由于业界已经认为现有工艺流程已经达到降低建设费用和运行成本的极限，而不再有大的改进的余地，事实上国内外所有的已有的和在建的LNG接收终端均采用这一工艺流程。LNG运输船靠岸以后，通过卸船管线将LNG输送到陆地LNG储罐，储罐中的LNG经一级二级泵输送到汽化装置进行汽化，然后往外输送到配气网络。辅助工艺包括卸船过程和储罐中LNG蒸发气的处理流程。实际上这种工艺流程是相当复杂、烦琐的，并因此而带来液化天然气接收终端建设周期长、投资大、效率低的弊端。

发明内容
本发明的目的是发明一种经济、工艺流程安全、简便、高效的液化天然气储运方法及装置。
本发明同已有技术一样也是由液化天然气运输船13将液化天然气从产地或中转地运到用户的接收终端码头，把液化天然气输入到接收终端进行汽化后送入用户管道，但本方法是将液化天然气运输船13中的LNG储舱与接收终端的LNG储罐合二为一，省掉陆地LNG储罐，只用LNG储舱。具体如图1所示由液化天然气运输船13将液化天然气舱罐1分开卸下停泊在液化天然气接收终端码头兼作液化天然气接收终端的液化天然气储罐，直接从液化天然气舱罐1由外输泵5将液化天然气经低温管道7送入汽化设施6汽化后入用户管道12。这种方法要求在接收终端码头至少保证有一艘液化天然气舱罐1停泊并后续液化天然气舱罐1要在泊于码头的最后一艘液化天然气舱罐1即将外输完液化天然气之前到达停泊，待该液化天然气舱罐1输空后由卸下液化天然气舱罐1的运输船13与卸空的液化天然气舱罐1连接返航。而运输船13与液化天然气舱罐1的连接方法视不同航路情况可有不同的方法。如果是风浪不大的航路，可采用常规的用拖船拖拉办法。如果风浪一般，可将液化天然气舱罐1连于运输船13侧带动，此种方法因双船的阻力大而航行速度较慢，而且一旦遇有大风浪，液化天然气舱罐1对运输船13的冲击大，安全性差。既要航行速度快，又要安全性好的办法就是将运输船13与液化天然气舱罐1刚性连为一体，仍成为一艘船。为了保证接收终端能连续向用户提供天然气，要求接收终端至少要停泊一艘液化天然气舱罐1，一般来说以停泊两艘液化天然气舱罐1为好，一艘向接收终端外输液化天然气，另一艘备输。如果万一不能同时停泊两艘液化天然气舱罐1，那么在接收终端外输液化天然气的液化天然气舱罐1在离输完之前12～24小时期间，后续液化天然气舱罐1应到接收终端码头停泊备输。同时，去掉接收终端复杂的蒸发气处理装置而由汽化后的天然气减压成常压后用连有天然气缓冲储罐10和向上的放空口9的天然气管道8反输回液化天然气舱罐1的上部空间，以调节液化天然气舱罐1上部空间的压力。当液化天然气舱罐1外输速度快时，蒸发的天然气不足以使液化天然气舱罐1上部空间的压力达到常压，经减压的常压天然气予以补充；而当液化天然气舱罐1上部蒸发气过多，超过常压时即可存入天然气缓冲储罐10以作它用，万一天然气缓冲储罐10存入过量，还可由放空口9放空点燃。用液化天然气舱罐1替代接收终端的液化天然气储罐对接收终端不但大大简化了整体工艺流程，而且更安全、高效。对运输船13来说仅是与液化天然气舱罐1的分开和连接问题，却省下了两个液化天然气储罐，显然是合适的。
按上述液化天然气储运方法所用的一种液化天然气储运装置也和已有技术一样包括液化天然气的运输船13、接收终端的码头和装卸设施、外输泵5、汽化设施6、低温管道7和其它辅助设施。但本装置如图1所示那样，其特点是液化天然气的运输船13与其上的液化天然气舱罐1为分体式，泊于码头的液化天然气舱罐1替代接收终端的液化天然气储罐，由液化天然气舱罐1中潜液泵经液化天然气输出口3、低温鹤管2和低温管道7直接与汽化设施6前的外输泵5连接，汽化设施6的输出分两路，一路接用户管道12，一路接减压装置11，该减压装置11的输出由天然气管道8一路经天然气输入口4与液化天然气舱罐1上部相通，一路接一天然气缓冲储罐10，还有一路接放空口9。这是用来调节液化天然气舱罐1上部的气压的。当液化天然气舱罐1外输液化天然气时，其上部会产生空间，液化天然气会气化进入这个空间。如果外输速度慢，液化天然气气化可使液化天然气舱罐1上部空间保持正压，但如果外输速度快而液化天然气气化速度跟不上，就会在液化天然气舱罐1上部空间产生负压，这当然是危险的，而此时由减压装置11产生的常压天然气就会补入液化天然气舱罐1上部，使之保持常压；反之，如果液化天然气舱罐1上部气压高于常压就会进入天然气缓冲储罐10储存另作别用，如该天然气缓冲储罐10还容不下，就通过放空口9放空点燃。而液化天然气舱罐1是有与运输船13连接的连接机构而无驱动动力、控向系统和导航系统的船形液化天然气储罐，它也同样外包有足够的绝热层。对于运输船13拖拉液化天然气舱罐1船的方法，其装置是在液化天然气舱罐1船头和运输船13的船尾各设拖挂机构并由连接杆连接，运输船13尾的拖挂机构为固连于船尾的钢柱顶部与连接杆成水平方向的万向节连接，连接杆与液化天然气舱罐1船船头连接端为圆环，液化天然气舱罐1船船头的拖挂机构为固连于船头的涨合环，该涨合环是在固连有下半环的环座上绞链连接上半环，且上半环有锁合机构，运输船13船尾装置有吊装连接杆的设备，液化天然气舱罐1船舷有舷梯，以便操作人员上下。此种连接方式当运输船13要拖挂液化天然气舱罐1船时，由运输船13上的吊装设备吊起连接杆对向液化天然气舱罐1船上的涨合环，使连接杆头的圆环套入事先由人打开的涨合环内锁死即可。此连接方式虽然可以避免液化天然气舱罐1船对运输船13的碰撞，但如遇大风浪，液化天然气舱罐1船对运输船13的影响大，不太安全。至于在内河航运中常用的缆绳拖船和运输船13位于液化天然气舱罐1旁带的连接方式在海运中也不适用，前者安全性也差，后者前进阻力大，航行速度慢，耗能大。较好的连接方式如图2、图3所示，是运输船13与液化天然气舱罐1船刚性连接成一整体船，运输船13作船尾，液化天然气舱罐1作船头，其具体构成有两种，一是平头连接(见图2)，即运输船13与液化天然气舱罐1连接部为平面，其连接机构是在液化天然气舱罐1尾两边及中间各有一条竖向长连接槽14(见图4)，其长度要大于液化天然气舱罐1满载与空载吃水之差值，连接槽14截面(见图6)成向外面开小口的“口”字形，而运输船13前端平头上对应液化天然气舱罐1尾部三条连接槽14的位置有三个连接头15，该连接头15为“T”形，如图6和图7所示，它是在一圆形柱外端固连一长方形板块，该板块的短边要比液化天然气舱罐1上的连接槽14向外的开口窄，圆柱后部有螺纹，端头成方头，“T”形连接头15从运输船13外插入连接头座16上的孔后旋进手轮螺母18，在方端头上套一搬手19；当运输船13与液化天然气舱罐1对连时，先旋转连接头15使连接头15外端的窄向对准连接槽14并插进后再用搬手19使连接头15旋转90°，令连接头15卡在连接槽14里，最后用手轮螺母18拧紧，即可将运输船13与液化天然气舱罐1紧紧固连在一起；运输船13与液化天然气舱罐1分离时相反操作即可。这种连接机构结构简单，但运输船13就只能运液化天然气舱罐1，用途单一，且运输船13移位困难，也很难单独航行，因其平头阻力太大。第二种连接方式如图3，是运输船13仍为完整的船，除了运液化天然气舱罐1外还可作别用，也可方便地移位甚至单独航行。具体结构是尾部成“V”形的液化天然气舱罐1为船前身，船形的运输船13为后身，连接时运输船13船头进入液化天然气舱罐1尾部的“V”口内，在液化天然气舱罐1尾部尖顶部和两叉的两内侧面也各有一竖向长连接槽14(见图5)，该槽的截面(见图6)也是口小里大的向外小开口的“口”字形，该三槽与运输船13头及两舷固连的三个“T”形连接头15配合，将运输船13与液化天然气舱罐1连接，此三点连接机构均是连接头15(见图6)进入到连接槽14并旋转90°后由手轮螺母18拧紧固连的。液化天然气舱罐1上的长连接槽14的长度取决于液化天然气舱罐1满载与空载吃水之差值，这个差值一般有几米，有的可能更长。之所以要这么长就是保证无论液化天然气舱罐1是满载还是空载，连接头15均能进入连接槽14内实施连接。但如果运输船13与液化天然气舱罐1在连接状态时为液化天然气舱罐1加载或卸载时，吃水在不断变化，所以此时连接头15要拧松，以使连接头15在连接槽14内随着吃水的变化而上下滑动，一但装满或卸完再拧紧。为了保证两种连接方式的运输船13与液化天然气舱罐1连接过程的安全，不发生金属碰撞，在连接头15外露的长方形钢板及圆形柱外半段的外表均复盖有隔离层17，它可以是塑料、塑胶或橡胶。调节液化天然气舱罐1上部空间压力的减压装置11为常用的减压器或减压阀。至于液化天然气舱罐1由于要存储-162℃的液化天然气，其结构与现有技术一样，也需要有足够厚的绝热层和防碰撞的外壳，在此就不再赘述。


图1一种液化天然气储运的接收终端构成和工艺流程2运输船与液化天然气舱罐平头连接3运输船与液化天然气舱罐叉形连接4平头连接的连接槽位置5叉形连接的连接槽位置6连接头与连接槽的连接7连接头结构图其中1-液化天然气舱罐2-低温鹤管3-液化天然气输出口 4-天然气输入口5-外输泵6-汽化设施7-低温管道 8-天然气管道9-放空口10-天然气缓冲储罐11-减压装置 12-用户管道13-运输船 14-连接槽15-连接头 16-连接头座17-隔离层 18-手轮螺母19-搬手具体实施方式
实施例.此例为可运载10万立方米液化天然气的一种液化天然气储运方法及其装置。运输船13与液化天然气储罐1为平头连接，连为一体后，运输船13作整体船的后半身，液化天然气储罐1作整体船的前半身(如图2)。液化天然气储罐1长200m、宽30m、高22m，自重1万吨，满载与空载吃水差值为16m，运输船13长50m、宽30m、高15m，吃水深10m，运输船13与液化天然气储罐1连接面为平面，在液化天然气储罐1连接面竖向中心线及两边距船舷边2m处各有一竖向长8.5m的连接槽14(如图4所示)，槽截面(见图6)的空腔尺寸为600×300mm，向外的开口槽缝宽200mm，槽边厚100mm；在运输船13前端连接面的竖向中心线距船甲板6m处及两边距船舷边2m、距船上甲板6m处各有一连接头15，该连接头15(如图7所示)是在Φ180mm、长400mm钢柱外端头焊接一180×400×100mm钢块成“T”形并在其外复盖有30mm厚的橡胶，在连接头15后半部有长160mm的螺纹，尾端有长40mm、120×120mm的方头，连接头15从固连在运输船13连接面上的连接座16之Φ210mm、长200mm孔穿进后由外径500mm、轮毂直径250mm的手轮螺母18旋入，连接头尾端的搬手19为长400mm、宽100mm、厚20mm钢板两端磨角并根部中心有120×120mm方孔与连接头尾端的方头配合。在汽化设施6输出接一旁通管至减压装置11，减压装置11输出经一个4通一路由天然气管8经天然气输入口4到液化天然气舱罐1上部，一路接向一个100立方米的天然气缓冲储罐10，还有一路接向放空口9。如此的液化天然气储罐1两艘配一艘运输船，运输船13将一艘液化天然气舱罐1运到接收终端的码头停泊，返程连接一卸完液化天然气的液化天然气舱罐1再到液化天然气产地灌装，在接收终端码头始终保持1～2艘液化天然气舱罐1，一艘由外输泵5通过液化天然气输出口3、低温鹤管2和低温管道7向汽化设施6输送液化天然气，另一艘备输，保证不间断地外输液化天然气。如果是只停泊一艘液化天然气舱罐1，须在该液化天然气舱罐1离外输完液化天然气还有12～24个小时内运输船13要将后续液化天然气舱罐1运到并停泊备输。总之，既要使接收终端码头始终有液化天然气舱罐1能外输液化天然气，保证不间断，又要使运输船13到接收终端码头后很快能连接上己卸空的液化天然气舱罐1返航。这其中当然有生产调度要正确的问题。
采用本发明方法和装置有如下优点(1)降低LNG接收终端的建设和运营费用，由于不需要在陆地上建罐，因而可大大减少终端站陆地面积，并可将汽化设施6靠近码头，大大降低卸船管线长度，而海上储罐的费用也大大低于陆地建罐的费用，整体费用将可节约20％以上；(2)大大降低LNG接收站建设周期，由于罐的建设周期一般在36个月，是花费时间最长的建设项目，而LNG储舱的建设周期也就基本上是LNG运输船的建造周期，并且在LNG船动力部分建好以后，只需要建造LNG储舱，在运营前期还可以直接租赁现有LNG运输船作为LNG储舱；(3)利用现有技术就可以办到，不需要额外的技术开发和研究，也不需要额外增加大型设备和设施，相反不再需要再冷凝器、回流鼓风机、蒸发气压缩机这样的设备，对LNG汽化和外输没有任何影响；(4)避免了危险的二次卸货，以往LNG运输船13来了以后，需要将LNG从船上储罐转移到岸上储罐，再从岸上储罐进入汽化设施6，而采用本方法则可直接将LNG从浮动储罐输送到汽化设施6，实施起来也更方便灵活；(5)避免了为保证卸船管线保持低温而进行的LNG循环保冷过程；(6)蒸发气的处理更加简单，蒸发气的量小，蒸发气的来源只在LNG储舱，避免了以往卸船时候蒸发气大量增加的情况，也不存在以前岸上储罐在进料时可能发生的“翻滚”的危险情况。
由上可见，本发明方法非常简单，装置也不复杂，只是将原整体的运输船13改成分体，比原来多了连接机构，而该连接机构简单、可靠，连接和分开的操作也很容易。而液化天然气舱罐1本体并无特殊变化。但其效果却非常明显，使接收终端节省了液化天然气储罐及其配套设施的建设，既节省了投资，又缩短了接收终端的建设周期，并降低接收终端的运行成本。整体而言可大大提高液化天然气储存和运输的效率，是一种安全、经济、高效的方法。
权利要求
1.一种水路的液化天然气储运方法，包括由运输船[13]将装载其上船舱的液化天然气从产地运到用户接收终端的码头，把液化天然气从船舱经低温管道[7]输送到接收终端由汽化设施[6]进行汽化后送入用户管道[12]，其特征是由运输船[13]将其运载的液化天然气舱罐[1]卸下停泊在接收终端的码头兼作液化天然气接收终端储罐，直接从液化天然气舱罐[1]由外输泵[5]将液化天然气经低温管道[7]送入汽化设施[6]汽化入用户管道[12]。
2.根据权利要求1所述的一种液化天然气储运方法，其特征是在液化天然气接收终端的码头至少保证有一艘液化天然气舱罐[1]停泊并后续液化天然气舱罐[1]要在泊于码头的最后一艘液化天然气舱罐[1]即将外输完之前到达停泊，待液化天然气舱罐[1]外输空后由卸下满载液化天然气舱罐[1]的运输船[13]与卸空的液化天然气舱罐[1]连接返航。
3.根据权利要求1或2所述的一种液化天然气储运方法，其特征是运输船[13]与液化天然气舱罐[1]的连接方法为拖或带或刚性连为一体。
4.根据权利要求2所述的一种液化天然气储运方法，其特征是在液化天然气接收终端码头停泊的液化天然气舱罐[1]中最后一艘液化天然气舱罐[1]还可向汽化设施[6]输送12～24小时期间，后续液化天然气舱罐[1]应到停泊位。
5.根据权利要求1所述的一种液化天然气储运方法，其特征是液化天然气接收终端液化天然气舱罐[1]上部蒸发气压调节方法为将接收终端汽化后的天然气经减压成常压后由连有站内天然气缓冲储罐[10]和向上的放空口[9]的管道[8]与液化天然气舱罐[1]上部空间连通。
6.一种按权利要求1所述液化天然气储运方法的一种液化天然气储运装置，包括液化天然气的运输船[13]、接收终端的码头和装卸设施、汽化设施[6]、低温管线[7]、阀门、中央控制室和其它辅助设施，其特征是运输船[13]与其上的液化天然气舱罐[1]为分体式，泊于液化天然气接收终端码头由运输船[13]卸下的液化天然气舱罐[1]替代液化天然气接收终端的液化天然气储罐，由液化天然气舱罐[1]中的潜液泵经低温管道[7]直接与汽化设施[6]前的外输泵[5]连接，汽化设施[6]输出分两路，一路接用户管道[12]，一路接一减压装置[11]由天然气管道[8]和天然气输入口[4]接回到液化天然气舱罐[1]的上部，且天然气管道[8]接一天然气缓冲储罐[10]并向上接有放空口[9]。
7.根据权利要求6所述的一种液化天然气储运装置，其特征是液化天然气舱罐[1]为有与运输船[13]连接的连接机构的船形液化天然气储罐，该液化天然气舱罐[1]外包有足够的绝热层。
8.根据权利要求6或7所述的一种液化天然气储运装置，其特征是在液化天然气舱罐[1]船头与运输船[13]的船尾各设拖挂机构并由连接杆连接，运输船[13]船尾的拖挂机构为固连于船尾的钢柱顶部与连接杆成水平方向的万向节连接，连接杆与液化天然气舱罐[1]船头连接端为圆环，液化天然气舱罐[1]船头的拖挂机构为固连于船头部的涨合环，该涨合环是在固连有下半环的环座上铰链连接上半环，且上半环有锁合机构；运输船[13]船尾装置有吊装连接杆的设备，液化天然气舱罐[1]船舷有舷梯。
9.根据权利要求6或7所述的一种液化天然气储运装置，其特征是液化天然气的运输船[13]与液化天然气舱罐[1]船为刚性连接成一整体船，液化天然气的运输船[13]作整体船的船后半身，液化天然气舱罐[1]作船的前半身，液化天然气的运输船[13]与液化天然气舱罐[1]连接处为平面，连接机构为液化天然气的运输船[13]上的三个连接头[15]和液化天然气舱罐[1]上的三个连接槽[14]，连接头[15]位于液化天然气的运输船[13]连接面的中间及两侧，它是一后部有螺纹且尾端成方头的圆杆前端固连一长方形钢板并在外周覆盖有隔离层[17]，连接头[15]尾部从固连于液化天然气的运输船[13]连接面上的连接头座[16]的长孔中穿进后旋入手轮螺母[18]，在连接头[15]的尾端方头上连一搬手[19]；在与液化天然气的运输船[13]上三连接头[15]对应的液化天然气舱罐[1]连接面上各有一条竖向长连接槽[14]，连接槽[14]的横截面为向外开小口的 形，槽口的宽度比连接头[15]端的短边略大，连接槽[14]的长度比液化天然气舱罐[1]满载与空载之吃水差值略长；连接时，旋转连接头[15]使其窄边进入连接槽[14]内，再旋转连接头[15]90°使连接头[15]端的长方板卡在连接槽[14]里，后由手轮螺母[18]旋紧固定。
10.根据权利要求6或7所述的一种液化天然气储运装置，其特征是液化天然气的运输船[13]与液化天然气舱罐[1]船为刚性连接成一整体船，尾部成“V”形的液化天然气舱罐[1]为船前身，船形的运输船[13]为后身，连接时液化天然气的运输船[13]头进入液化天然气舱罐[1]尾部的“V”口里，在液化天然气舱罐[1]尾部的尖顶部和两叉的两内侧面各有一竖向长连接槽[14]，该连接槽[14]的横截面为向外开小口的 字形，连接槽[14]的长度比液化天然气舱罐[1]满载与空载吃水之差值略长；在运输船[13]船头尖顶部和前部两舷外对应液化天然气舱罐[1]连接面上连接槽[14]的位置上各有一连接头[15]，该连接头[15]是一后部有螺纹且端头成方头的圆杆前端固连一长方形钢板并在其外表复盖有隔离层[17]，连接头[15]从固连在运输船[13]体上的连接头座[16]的长孔中穿进后拧入手轮螺母[18]，在连接头[15]杆尾端头的方头上连接一搬手[19]；运输船[13]与液化天然气舱罐[1]连接时，连接头[15]的窄向插入连接槽[14]后旋转90°，旋紧手轮螺母[18]。
全文摘要
本发明是涉及运输或储存装置和用于物料贮存或运输的容器技术领域的水路运输液化天然气的一种液化天然气储运方法及装置。其特征是由液化天然气的运输船[13]将其运载的液化天然气舱罐[1]卸下停泊在液化天然气接收终端的码头兼作液化天然气接收终端的液化天然气储罐，直接从液化天然气舱罐[1]由外输泵[5]将液化天然气经低温管道[7]送入汽化设施[6]汽化入用户管道[12]。此液化天然气的运输船由位于后部的运输船[13]与位于前部的液化天然气舱罐[1]由可连接和分开的连接机构连接。本发明方法简单，装置也不复杂，仅多一套简单的连接机构，但却安全、经济、高效。
文档编号F17D1/04GK1912448SQ20051008779
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月10日 优先权日2005年8月10日
发明者税碧垣 申请人:中国石油天然气股份有限公司