专利名称：底部结构中具有中心毂的液化气体罐的制作方法
底部结构中具有中心毂的液化气体罐导言世界范围的能源需求要求将大量燃料从其被发现的地方运输给消费者。当今在实 践中使用的其中一种最清洁最丰富的能源形式为天然气。主要的气田所在地通常与主要的 消费市场相距较远，从而需要将气体从气田运输至消费者。管道运输是可以考虑的运输方 式之一，然而管道系统非常昂贵并且难以用于长距离运输。因此船舶运输仍然是气体运输 (尤其是液化气体运输)应用中的实用解决方案。本发明通常涉及液化气体罐，例如LNG罐或LPG罐，但是在本说明书中通常采用术 语“低温罐(cryogenic tank)”。LNG通常以大气压下约_163°C的沸点保存在罐中，不断地 蒸发甲烷。为了减少蒸发，可以通过围绕罐壁设置绝热层来减少经过罐壁的热流。罐壁在 结构上必须得到支撑并且稳定，但是所有这些结构支撑部件都可以将热量导入罐中，从而 导致不希望的蒸发。因此为了降低热流，需要减少结构支撑部件穿过绝热层的总横截面积。 LNG罐和其它低温罐的通常问题在于在初始冷却和罐填充时发生的热收缩，以及如果LNG 因蒸发或排空而从罐中移除而可能发生的罐的热膨胀。LNG罐通常装设到预先建造好的船舶或油轮上，但是也可以直接安装到安装装置 上,例如浮式生产储油装置(FPSO，floating production and storage unit)和浮式储油 再气化单元(FSRU, floating storage and regasification unit)。对于这些应用，安装 简单作为甲板空间的可用性对于成本的降低是关键的。此外在工业应用中还有多种低温罐 的在岸应用。各种应用中存在不同的待解决问题，其中一些主要问题是气体的温度、挥发性 和毒性。针对这些应用提出了多种罐设计，所有这些设计都具有优点和缺点。进行低温填充过程时，当罐从环境温度冷却时，罐的底板结构和罐壁结构会在收 缩。在向罐填充液化天然气时，底板结构和罐壁结构的周缘下部会首先收缩，然后通过导热 性和通过引导液体和蒸发气体与罐壁的接触，罐壁会冷却并收缩。尤其对于LNG船舶罐(当 然对于一些陆地罐也一样)，需要防止罐在冷却过程中相对于基板侧向移动。对于船舶罐， 该侧向稳定性在航行过程中非常重要。低温内罐需要设计成能够容忍罐相对于支撑件的热 收缩。该热收缩是由于低温流体的低温而发生的，该低温流体会自然地降低罐本身和该罐 所固定于的支撑件的温度。除了在向罐填充低温流体时发生的罐收缩之外，在对罐进行清 空时罐也会相应地发生膨胀。热收缩的差异会导致在罐壁衬垫(liner plate)和罐壁桁梁式结构(girder structure)中以及在支撑舱结构中产生应变。LNG罐衬垫中的应变可能会导致裂缝的产 生，裂缝可能会导致LNG泄漏，而由于导致火灾、爆炸的风险和由于甲烷的毒性，LNG泄漏是 非常危险的。罐破裂及其导致的船中低温气体的泄漏可能还会导致船的灾难性损失，这是 因为这种船的结构钢并非设计用于暴露于这种低温中。对于海船和其它船，具有与因船的波浪作用或因船本身的运动而产生的LNG晃动 有关的主要问题。晃动可能导致罐的故障，因此罐应当设计为能够承受晃动作用。本发明 描述了应对上述一些挑战的使用方案。
背景技术：
US2905352显示了形成设置用于布置在船体中的稳定的罐系统的较早尝试，其中 该罐系统在船中静止的同时还允许罐根据稳定变化而收缩和膨胀。在罐下方布置有位于船 地板中的引导件，该引导件包括纵向布置的槽，该槽在船中沿长度方向延伸，而罐具有固定 在其底板上的相应的键，该罐布置为放置在船地板上，罐的键安装到槽中。US3612333在上述US2905352所示原理的基础上提供了进一步的改进，其中键、键 槽和支架位于容器的底部，并且其中键位于主要与罐的纵向中心线和横向中心线相应的线 上。授予Stafford、标题为“Support for LNG ship tanks”的美国专利 4013030 描述 了围绕罐的圆形水平部分布置的罐支撑系统。该支撑系统包括围绕罐的圆形水平部分间隔 设置的多个相同的支撑单元。每个支撑单元与罐连接，并且也与基部连接。每个支撑单元 具有底毂(bottom hub)，用于放置在相应的圆柱形轴套上。该轴套布置在船的基础上，并允 许相对于罐进行径向移动但不允许侧向移动。这允许罐进行收缩和膨胀，同时防止罐整体 侧向移动。授予Abe等人、标题为"Support structure for self-standing storage tank in liquefied gas carrier ship”的美国专利5531178描述了一种用于液化气棱柱罐，其中所 述罐布置在罐舱(tank compartment)中，并且罐的下方具有底部支撑件，允许罐在侧向进 行膨胀和收缩。该支撑结构设置有纵向移动限制件和侧向移动限制件，所述纵向移动限制 件沿横线布置，防止整个罐沿船的前后方向移动，所述侧向移动限制件沿船的中心线布置， 防止罐沿右舷-左舷方向移动。布置有多个用于承载罐的支撑点，该设计使得罐的安装相 当复杂。该支撑件会增加设计的重量，此外该支撑件看起来还以非对称的方式布置。缺乏 对称性会导致在冷却过程中应力分布不均勻。该设计还会将力矩荷载(moment load)传递 到船结构。US6971537描述了用于半膜罐壁的支撑布置，其中支撑组件为罐壁提供垂直支 撑，同时允许在水平方向的相对运动。该设计会导致在整个罐壁上出现实质上的集中载荷 (point load)，这是不必要的。该设计复杂且昂贵，从而增加了安装时间和成本，并增加了 将旧船只转化为LNG油轮的困难。德国专利1506761描述了一种运输LNG的方法，其中多个罐作为单个单元布置在 船体内，并且其中所述单元由多个柱座支撑，其中一些柱座围绕罐的周缘布置，并且其中具 有至少一个中心柱座。该设计使得横跨船只的舱壁必须能够处理罐顶上的滚动载荷(roll load)。这会增加重量、成本，并使得罐的建造复杂化。标题为“Tankschiff zum Transport von Fliissiggasen”的德国专利 1781041 描 述了用于棱柱罐的类似的支撑结构，其中在罐中心的下方布置有纵向移动限制件，在罐的 前后中心部分的下方布置有侧向移动限制件。限制件的支撑结构部分与限制件的罐底结构 之间的空间适于容纳锁止垫，当在向罐填充液化气时的冷却过程中罐收缩时，该锁止垫锁 定在适当位置。沿着罐舱的右舷侧和左舷侧布置有侧向移动限制件，该侧向移动限制件也 设置有锁止垫，用于在冷却时使罐与支撑结构结合。这是极其复杂的设计，并且需要非常精 细的加工来实现所要求的公差。从而该罐将非常昂贵。此外，该设计会将载荷从罐传递至 船结构，该载荷是不可控制的，并且在某些程度上是不可预测的。如果锁止垫被加热到高于罐的欲冷却操作温度以上的温度，则锁止垫将脱离结合，罐可能会以不可控制的方式在罐 舱内滚动。
发明内容
本发明旨在解决至少一些上述技术问题，本发明包括用于液化气的罐，该罐具有 支撑罐壁结构的罐底结构，所述罐壁结构围绕所述罐底结构的周缘布置，其中所述罐底结 构设置有中心罐底毂，该中心罐底毂适于被罐支撑结构基底上的底毂保持件保持，其中所 述中心罐底毂设置用于提供与所述罐底结构平行方向的径向支撑力。从属权利要求中给出了本发明的其它实施方式。本发明的第一个优点在于，液化气罐在侧向的所有支撑都通过所述中心毂引导， 从而无需对低温罐进行侧向支撑，从而不会产生穿过围绕罐壁的绝热层的“冷桥”，从而绝 热层更连续而且更易于安装。此外，必要时，例如为了观察罐或罐舱、或者为了对罐进行维 修或改造，绝热层的拆卸更方便。本发明的第二个优点在于，因为罐通过中心毂固定在单个原点上，在低温罐的冷 却过程中，罐相对于罐舱的所有收缩都发生在相对于该单个毂的大致径向。为罐底结构设 置的垂直保持件能够允许径向膨胀或收缩，从而有利于低温罐对罐舱的机械适应性，并且 便于将低温罐加热至常温。无需像现有技术中的低温罐那样麻烦地为了沿低温罐的罐壁设 置侧向支撑而进行特殊的考虑。由于具有沿着罐底结构的周缘布置的垂直保持件，本发明的第三个优点在于，因 货物晃动、船摇晃(rolling)、偏斜(pitching)甚至搁浅或碰撞而导致的来自罐壁的垂直 力(这些力来自于壁结构的下部)通常直线向下穿过底板结构的周缘，并且向下进入固定 于船的罐支撑基础的垂直保持件上。从而很大程度上避免了现有技术的罐会产生的罐底结 构(以及罐壁结构)中的不希望的剪切力。对于具有在罐底结构的梁的外端的周缘布置垂直保持件的实施方式，本发明的第 四个优点在于，罐底结构可以具有布置在底衬垫顶部的梁结构，与具有外部梁结构的罐相 比，使得船中的低温罐的重心降低，并且能够增大罐容量。根据本发明的棱柱形罐的还另一个优点在于，与垂直圆柱形罐相比，能够显著地 增加罐容量。通常的圆柱形罐可以容纳约18000立方米，而棱柱形罐可以设置为利用船的 横截面并且还可以沿着沿船的主轴线的更大的部分建造，从而在限于船的相同横截面的情 况下，棱柱形罐通常可以构造为容纳约35000立方米。
附图中示出了本发明，在附图中图Ia是根据本发明的液化气罐(下文中称为低温罐)的圆柱形实施方式的草图， 并且是稍微从罐的侧部和罐底结构的下方观察该罐；图Ib是根据本发明的低温罐的棱柱形实施方式的透视图，并且是稍微从罐上方 朝罐的侧部和船的纵轴线观察该罐；图Ic是根据本发明的低温罐的棱柱形实施方式的简视图，并且是稍微从下方观 察的等轴测视角观察该罐，显示了这种棱柱形罐的底板结构的主要元件；
图2a是根据本发明的罐的底部结构的垂直截面简视图，并且该罐放置在罐舱中 的罐支撑结构基底上。在该实施方式中，底部罐结构为所谓的外部机械结构，其中底部衬垫 布置在底部结构的梁的顶部。与图2a类似，图3a是穿过本发明的罐的垂直截面简视图，其中圆柱形壁衬垫由设 置在罐底结构的径向梁(radial beam)的端部上的垂直桁梁支撑，圆柱形壁和底壁结构与 罐舱底部和罐舱壁隔绝。图3b是与图2相对应的透视图，并且示出了直立在所谓的外部结构罐底结构 (external structure tank bottom structure)上白勺内部梁壁结构(internal beam wall structure)0图4以简化的根据本发明的罐的下部的垂直横截面视图显示了径向布置的垂直 保持件，该垂直保持件设置用于防止罐底结构的周缘从形成罐舱底部的罐支撑结构升起。图5a是垂直保持件的实施例的透视图，该垂直保持件具有臂，该臂设置用于围绕 底部结构的径向梁的下凸缘进行保持。图5b是垂直保持件的实施例的相应的透视图，该垂直保持件形成倒置的U型托梁 夹(bridle clamp)垂直保持件，连接与罐支撑基础上，并布置在罐底结构的水平梁的外端 部上方，并且其端部延伸超过罐壁的周缘。图6a是从根据本发明的罐的实施方式的水平面下方观察的透视图，并且具有用 于罐的径向梁结构的防转动保持件。此处，防转动保持件布置在从圆柱形罐中心相距大约 一半径向距离的位置。图6b是类似的从根据本发明的罐的另一种实施方式的水平面下方观察的透视 图，并且具有布置在从圆柱形罐中心径向相距整个梁长度的位置附近的防转动保持件。图7a是船体的透视图和横截面视图，并且垂直圆柱形罐舱位于中心纵向舱壁的 中心，并且具有根据本发明的绝热的低温圆柱形罐的截面。图7b是船体的透视图和横截面视图，并且具有沿船的中心线布置的一系列棱柱 形罐舱，并且具有根据本发明的绝热的低温棱柱形罐的截面。图8示出了，如果受到作用在直立于梁的端部的壁上的未补偿的上升力，而底结 构则固定在沿着罐底结构的其它位置，则现有技术的罐底结构中的水平梁中可能产生的剪 切力。通过本发明很大程度上消除了罐底结构中的这种未补偿的剪切力。图9a是梁的臂型垂直保持件的特写视图，该图与图5a中的臂型垂直保持件相对 应，梁仅以下部凸缘的截面部分地显示。图9b是梁的臂型垂直保持件的特写视图，该图与图5b中的倒置的U型托梁夹垂 直保持件相对应，显示了梁的外部，梁的其余部分的以虚线绘制。图10是径向梁的防转动支撑件的视图。图Ila是根据本发明的实施方式的圆柱形罐的底部结构的设计简视图，图中显示 了罐底结构的中心毂、支撑罐的底衬垫的径向H型梁、以及在底部结构的径向梁的外端附 近上方延伸的圆柱形壁结构，并且接近周缘地延伸并跨在径向梁之间的H型梁。臂型垂直 保持件布置在外端附近，并且保持水平梁，径向位置更短的多组所述臂型垂直保持件布置 得更接近于中心毂。图lib是根据本发明的实施方式的圆柱形罐的底部结构的几乎类似的设计视图，仅使用倒置的U型托梁夹垂直保持件来保持罐底结构的梁的外端。该设计是与如图4和图 5b所示内容相对应的本发明的更简单更简略的实施方式。图Ila和图lib的垂直保持件也 可以用作防转动保持件，防止围绕穿过中心毂或罐的垂直轴线的转动。图Ilc是沿中心径向梁并稍微从根据本发明的低温罐的底部结构下方观察的透 视图。该罐为棱柱形，但是罐底梁结构和垂直保持件很大程度上与图Ila所示的罐底结构 相对应。图12a和图12b是罐(白色箭头)产生的作用力以及罐支撑系统产生的相应的反 作用力的透视示意图。中心毂传递沿罐底结构的梁作用的力，防转动保持件传递转动力矩， 垂直保持件传递垂直力。图13示出了海运船的不同的平移运动和转动。图14a以底视图和放大侧视图示出了本发明的实施方式，显示了臂型周缘垂直支 撑件(arm-type peripheral vertical support)。图14b以底视图和放大侧视图示出了本发明的实施方式，显示了倒置的U型托梁 夹周缘垂直支撑件。图15a示出了根据本发明的优选实施方式的罐底结构的简化垂直截面，并且凹型 (female type)中心毂焊接在径向梁的内端之间，中心毂插入凸型(male type)中心毂保持 件，该中心毂保持件固定在支撑梁基础的支架中，用于保持罐。图15b示出了根据本发明的可选实施方式的罐底结构的简化垂直截面，并且凸型 中心毂焊接在径向梁的内端之间，中心毂插入凹型中心毂保持件，该中心毂保持固定在支 撑梁基础的支架中，用于保持罐。
具体实施例方式本发明包括用于液化气体(例如液化甲烷(LNG)、液化乙烷、液化丙烷(LPG)或者 其它液化气体)的罐1。根据本发明的罐1用于船(Ship)或其它海运船(marine vessel) 0 本说明书中采用的术语“船”或“海运船”还包括浮式和半潜式采油船或贮存船(floating and semisubmersib1e petroleumproduction or storage vessels)。此外，f艮据本发明的 罐可以布置在固定式船舶结构上。所描述的罐设计用于在大气压下使用，但是加压罐也在 考虑范围之内。根据本发明的罐在下文中通常称为低温罐1，但是本发明并不限于低温范围 内的罐，而是用于诸如上述气体的液化气。用于液化气的罐1设置有罐底结构10和罐壁结 构11，该罐壁结构11围绕所述罐底结构10的周缘15布置。壁柱梁12布置为用于构成罐 壁结构11的一部分。罐壁结构11通常支撑罐顶。罐底结构10设置有大致中心布置的罐 底毂2，所述底毂2适于由罐支撑结构基底(tank support structural floor)23上的底毂 保持件20来保持。罐毂20可以提供大致与所述罐底结构10的平面平行方向的支撑力。根据本发明的罐1允许罐通过罐底结构10的单个点的毂2来保持，所述毂2由罐 底支撑结构23上的毂保持件20保持。大型海船罐从常温至低温的热收缩运动可以具有相当大的尺寸。通过一个中心毂 将罐侧向固定来防止罐侧向移动的一个实质优点在于，由于罐仅在一个点上被限制，而其 余结构(例如罐底结构10的梁3)在穿过该中心毂2的方向上延伸或收缩，因此在向罐初 始地填充液化气时，不会或几乎不会在冷却过程中建立热应变。自由度对于转动运动的摇晃(roll)、偏斜 (pitch)和偏航(yaw)，对于平移运动的起伏(heave)、浪涌(surge)和横移(gear)，请参见 图13。因而，根据本发明，毂2会提供对于作用在罐的侧向平面内的力的支撑，其中所述 毂2单独向罐支撑结构23上的罐毂保持件20提供必要的侧向平面力。这在先前的具有多 个键、槽等类似物并且其中每个键或槽设置用于仅在单个方向上提供支撑的设计上进行了 改进。毂2应当通常布置为接近罐底结构10的中心，从而避免毂中的不平衡。该设计的另 一优点在于，最多仅沿罐底结构的一半尺寸发生热膨胀/收缩平移，而不是沿着罐底结构 的整个长度或直径发生该热膨胀/收缩平移。罐底结构10可以构造为一个紧凑的材料件， 例如混凝土件，或者罐底结构10可以优选地构造为采用径向梁3，如下文所述。在本发明的优选实施方式中，梁3从中心毂2水平地或径向地延伸，并且支撑或保 持罐1的防流体底衬垫113。垂直的桁梁12从径向梁3的外端附近向上延伸，并且支撑罐 1的罐壁结构11的支撑衬垫111。径向梁3为罐基底和作用在整个罐船的罐上的分布力提 供支撑。这在罐处于部分填充的情况下非常重要，因为作用在罐1上的力可能会导致剧烈 的晃动例如摇晃或偏斜。当罐1安装在浮动式船例如FPSO或FSRU或LNG油轮上时尤其会 出现该问题。在地面固定式低温罐中以及由于地震可能会导致晃动，对于地面罐，提供能够 承受地震产生的力(由于地震加速该力在水平方向上可能接近Ig)及其导致的晃动的罐是 至关重要的。海运船30的罐支撑基底23与LNG流体载荷之间因摇晃、偏斜、浪涌和横移而产生 的相对加速所导致的侧向力必须通过罐壁结构11进行传递，并且LNG货物会由于晃动以及 摇晃和偏斜加速而产生响应力。如上文所述，这对于海运船尤其是个问题。在大范围内的 摇晃、偏斜、浪涌和横移，由罐支撑结构23上的毂保持件20保持的底毂2会将罐1保持在 适当位置。否则，罐底结构10将在垂直方向上由罐下方的常规基础(即罐支撑底部23)进 行支撑。支撑底部23可以由纵向中心支架舱壁和船的侧向布置的纵支架与横向舱壁支架 一起构成。舱底23设置有所述罐毂保持件20。舱底23还应当包括支架上的底衬垫、用于 支撑LNG罐下方的底部绝热层的底衬垫、由毂保持件20穿过的绝热层和中心毂2、下文中具 体提到的其它类型的可能的保持件以及可能的管道。如图Ia和图Ib所示，低温罐1可以布置在具有壁24的罐槽舱中。虽然图Ia中显 示了圆柱形罐，但是应当认为其它几何形状的罐也落在本发明的范围内，例如任何类型的 棱柱形，尤其是如图lb、图Ic和图Ilc所示的矩形。该几何形状的选择是设计问题，该设计 问题虽然是船本身设计的中心，但不是本发明的中心。例如可以想到球形罐，其中罐壁结构 的底部被移除，并用大致平面的罐底结构替代。在该罐底结构10上可以布置根据本发明的 实施方式的中心毂2和可能的径向布置的梁3。图2a、图7a、图7b、图11a、图lib和图Ilc 中显示了布置在海运船中的低温罐1的详细布置。图2a进一步示出了图1所示的一些细 节，例如船的罐槽的船罐底部23上的罐毂保持件20。图3进一步示出了一些细节，例如底 部绝热件8、圆柱形壁绝热件18和垂直罐轴线9。船的罐槽底部23用于各种目的，但是使 用该系统的一个主要优点在于，罐可以在岸上进行预制，并且简单地在一个简单步骤中将 该预制好的罐提升和下降到船的罐槽上的毂保持件20上。这可以显著地简化船中低温罐 的安装。一个重要的优点就是很多FPSU和FSRU船都是由水面船(surface vessel)改装
9而成。因此船的改装和低温罐的建造可以同时进行，而不是依次进行。以相同的方式，如果 需要将罐移除以进行维护，可以简单地将低温罐吊离船。这与从背景技术中得知的LNG罐 昂贵且维修困难形成鲜明的对比。如图Ib所示的罐底结构中的内梁结构的重要优点在于，底衬垫位置较低，因此增 加了罐容量的同时可以降低罐的重心，提供了经济性和稳定性的优点。利用本发明，船与液化气之间的通过中心毂2径向传递的侧向力穿过整个底部结 构10，作为穿过底板结构的压力和/或张力，所述船与液化气之间的侧向力还作为剪切力 从罐底结构10传递至围绕底板结构10的周缘直立的罐壁结构11。认为根据本发明的罐结 构传递的力在整个罐结构上得以更好地分布，从而防止裂缝的形成，尤其是防止在罐底衬 垫113与罐壁衬垫111之间过渡的下部周缘处形成裂缝。因此，与现有技术相比，根据本发 明的罐可以降低尤其由摇晃、偏斜及其导致的晃动所产生的应变。根据本发明的一种实施方式，罐底结构10包括至少三个优选为四个或更多个径 向梁3，该径向梁3的径向内端与所述中心毂2连接。在本发明的优选实施方式中，径向梁 3应当支撑从所述径向梁3的外端附近延伸的垂直桁梁12。不可渗透的衬垫131、111优选 地形成罐底结构10和罐壁结构11的防渗罐衬。衬垫连接于梁结构3和桁梁结构12。罐 壁结构11、12可以在周缘方向上通过杆、带或金属丝进行强化，或者罐壁结构11、12可以设 置由金属丝、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维等类似物制成的环向缠绕件，并且罐可以 设置有具有与底部周缘相对应的周缘的顶部。根据本发明的罐的顶部不需要任何侧向限制 件，因为平移和转动的作用力_反作用力传递都通过底板结构进行。中心毂2实质上不是设置用于将罐1保持为不在垂直轴线方向移动。虽然可以想 象到通过该中心毂2来实现垂直保持功能，例如图8所示，但是该操持功能相对于罐壁结构 11是间接的，并且会导致将来自罐壁结构11的垂直力通过底板结构11的梁3中的不希望 的垂直剪切力来传递。中心罐毂2及其相应的罐毂保持件20优选地仅处理船的中间(neutral)位置 的水平面中的力。根据本发明的一种实施方式，罐壁结构11、12上的相对于船的罐槽 (recess)底部23的向上力的传递通过垂直力保持件4来实现，该垂直力保持件4设置在罐 支撑槽底部支撑结构(tank support recess bottom support structure) 23 与罐底结构 的周缘15之间，优选地设置在罐支撑槽底部支撑结构23与罐底结构10的梁3的外部35 之间。在本发明的一种实施方式中，垂直力保持件4包括基板，该基板焊接或以其它方式连 接于基础23，并且直立支撑板焊接到该基板上，所述直立支撑板设置有臂41，用于环抱所 述径向梁3的平放H型梁横截面的下方侧凸缘。这如图5a、图9a、图11a、图11c、图12a和 图14a所示。可以在将罐下降到罐舱中的毂保持件20的适当位置上之后再将具有臂41的 板焊接到适当位置。虽然图示了 H型梁，但是显然可以采用任何适当的梁结构。在本发明的另一种实施方式中，垂直力保持件4包括基板，该基板焊接或以其它 方式连接于基础23，并且直立支撑板焊接到该基板上，所述直立支撑板包括倒置的U型托 梁(bridle)或拱形件(arc) 42，用于环抱水平径向梁3的外部35。这如图5b、图％、图lib、 图12b和图14b所示。也可以在将罐下降到罐舱中的毂保持件20的适当位置上之后再将 倒置的U型垂直保持件板42焊接到适当位置。如图5a和图5b所示，罐壁结构11、12中形成的垂直方向的上升力将被垂直力保持件4抵消，该垂直力保持件4布置在罐壁结构11的正下方，并且引导至船的支撑基础23 上。因此，在狂狼状态或者由于移位载荷或者由于事故而可能导致很严重的晃动力、摇晃力 和摇晃加速度，这些力可以至少抵消至对于整个罐的预先限定的静态角度，例如龙骨后端 相对于左舷侧或右舷侧达到30度。到目前为止，基于上述说明，根据本发明的罐可以简单的表述成通过使用底板结 构中的中心毂可以保持在适当的侧向位置，并且通过采用垂直力保持件将圆柱形罐壁的下 边缘向下保持，该圆柱形罐壁的下边缘朝向下方罐支撑结构，这能够防止根据本发明的罐 脱离基础或者甚至倾倒，如图4所示。这能够防止因船的摇晃、偏斜、浪涌和横移运动(包 括因碰撞和搁浅导致的作用力和反作用力)而导致的对罐的破坏。图9中粗略显示的具体设计将允许因梁3的径向热收缩而导致梁的纵向移动，并 且还可以用于防止不希望出现的罐底结构10相对于下方的支撑基础23的相对转动。这种 转动加速可能会因为船转弯以及因为波浪导致的偏航(即船围绕垂直轴线转动)而产生。 罐1相对于船的这种转动可以通过应用防转动保持件16来抵消，请参见图6、图10 (以及图 11a、图lib和图11c)。作用在海运船上的各种力如图13所示。反作用力以及罐如何起作 用的原理如图12所示。防转动保持件16包括垂直布置并且与径向梁3平行地延伸的侧向保持件表面板 17，所述表面板用于抵靠在径向梁3的侧向表面上，并且具有用于垂直支撑梁3的下凸缘14 的底部滑动支撑件28，该滑动支撑件28应当还具有绝热特性。如图6a所示的实施方式的优点在于，防转动保持件16与罐毂2相互独立，它们的 作用是独立的罐毂2用于防止罐1与船的结构罐支撑基底23上的毂保持件20之间的任 何平移，防转动保持件16用于防止罐相对于船转动。这种转动力可能因为船的转弯，因为 通过海浪引起的偏航而导致的船的间歇性转弯，或者因为晃动而产生。如图6b所示的本发明的实施方式的优点在于如图6a所示的防转动保持件16的 位置可以移动至超过罐底板13的下边缘15。梁结构是内部的，从而基底可以布置为焊接至 水平梁3的下部内，从而仅留下罐毂2形成底板中的槽口。此外，如图6b布置的防转动保持件16提供了两个额外优点首先，该防转动保持 件16布置在罐的最大半径上，从而提供了可实现的最大防转动力矩，并且不需要像图6a 中所示地设计为刚性，图6a中所示的防转动保持件提供了所述防转动力矩的大致一半；第 二，该防转动保持件16布置在梁的端部附近的点上，与罐中心之间相距为几乎相同的主径 向距离(Rmaj)，并且位于包括垂直梁12的罐壁11的正下方，这些将罐的转动力矩的大部分 表现出来。因此，与如图6a所示的将防转动保持件16布置在径向梁3的中间附近的较小 的径向距离(Rmin)的布置方式相比，通过如图6b所示的防转动保持件16位于径向梁3的 径向端附近所实现的转动力矩的保持会向径向梁3引入较少的弯曲力矩。相同的理由对于 如图lib所示的垂直保持件4、42也有效当垂直保持件4、42位于相距罐底结构中心(即 管部2)最大径向距离时，与布置在更接近于罐中心的其它罐支撑或保持结构相比，该垂直 保持件4、42能够承受更大的转动力矩，尤其是围绕船的纵轴线的转动力矩。因此，如图lib 所示的这种垂直罐保持件与布置在罐壁任意侧的位于更上方的罐保持件一样地为罐提供 相同的力矩，但是没有如布置在壁的更上方的这种保持件那样的在机械方面和热方面的缺 点ο
通常，位于超过罐壁11和罐底13的径向距离(Rmaj)的防转动保持件16的布置 可以使得罐底板结构设置得较低，从而能够增加罐的容量并降低重心，并且比布置得更靠 近中心毂2的防转动保持件提供更好的防转动力矩，而且对罐底下方的绝热层的结构穿透 量更少。通常，如图6b所示，防转动保持件16通常沿径向相反地成对布置，从而不会在罐 毂2、20中产生力矩。图lib中的倒置的U型垂直保持件进一步降低了罐底衬垫113，从而 呈现出内部结构的底板结构10，从而以与上文所述相同的方式增加了罐的容量。图8示出了为什么需要将垂直保持件布置在罐的周缘，从而来自罐壁的垂直力和 作用在底部结构上的保持垂直力之间的力矩臂变短。如果通过罐壁作用在罐底结构上的力 矩臂不必要地变大，如图所示，则可能会由于剪切力而导致罐底结构发生故障，并且形成裂 缝并可能导致泄漏。上文所述的根据本发明的罐应当具有海运操作优势。由于所有支撑块或保持件仅 需要围绕罐的底板，并且没有结构部件需要跨过位于罐的底板上方的绝热层，从而围绕整 个壁结构11的绝热层可以是连续的，因此可以使得热传递保持在较低的水平。这还简化了 低温罐的结构设计。如上文所述，在建造设置有用于容纳根据本发明的罐的舱槽(compartment recess)的船的同时，可以同时建造一个或多个根据本发明的罐，因此可推断具有额外的优 势。可以将根据本发明的罐1下降到槽中，中心毂2用于插入毂保持件20中。垂直力保持 件4和可能的防转动保持件16可以准备用于容纳径向梁3，并且可以通过焊接用于环抱径 向梁3的臂41或倒置的U型托梁来完成。作为采用垂直力保持件4来环抱径向梁3的外部的替代方案，基底结构10和梁3 可以由径向的轨道19环绕，用于与垂直保持件4接合。这种布置可以允许低温罐的相对转 动，图4中示出了可能的结构。根据本发明的一种实施方式，垂直保持件4可以以罐舱25的壁24中楔块42 (如 图4所示)的形式布置，楔块43能够枢转至舱壁内或枢转出舱壁，用于当罐1到位时阻挡 罐底结构10的梁3的外端35。可以从罐舱25周围的外部空间来控制该楔块42，从而便于 船中的罐的安装和拆卸。这可以进一步降低罐壁结构11和罐底结构10周缘的空间需求， 并且提高了下降至船的罐槽中的内部结构罐的可用罐空间。本发明的一个优点在于，与罐底结构10的广度相比，罐的中心毂2的广度更小。因 此当罐冷却或受热时，与整个罐底结构相对于舱底引起的广泛的收缩或膨胀相比，中心毂2 在冷却或受热过程中的总的热收缩或膨胀相对而言可以忽略。罐毂2的小的广度允许罐毂 即使在受热时也可以保持在单点保持件20中，这允许船与空罐一起航行，根据DE1781041 的低温罐是不能实现这种操作的。因此，根据本发明的罐解决了涉及低温罐的热收缩、侧向保持、纵向保持、晃动载 荷力、摇晃导致的力的分布、以及稳定性的一些问题。通常，低温罐中布置有内部的塔，该塔保持垂直的管道，该管道用于通过采用内部 的泵或阀来将LNG或其它流体填充至罐中或者从罐中排出。所述其它流体可以为氮、二氧 化碳、液化石油气和气体冷凝液。在本发明的一种实施方式中，底毂2和毂保持件20本身 可以设置有低温流体的入口和/或出口的通道，从而提供了用于填充或清空罐的更方便的 方式。
图14a和图14b示出了本发明的实施方式的底视图和放大视图，图中显示了沿罐 的周缘布置的用于环抱径向梁3的下凸缘的放大的周缘垂直支撑件4，这可以去除多余的 上述防转动保持件16。这种布置易于制造、检查和安装，并且允许罐舱具有平底。图15a示出了根据本发明的优选实施方式的罐底结构的简化垂直截面，并且凹型 (female type)中心毂20焊接在径向梁3的内端之间，中心毂插入凸型(male type)中心 毂保持件20，该中心毂保持件20固定在支撑梁基础23的支架中，用于保持罐1。如图15a 所示的凹型中心毂2的优点在于，与下文中如图15b所示的替代的凸型中心毂2’相比，该 凹型中心毂2在罐底结构10中产生更少的弯曲力矩。图15b示出了根据本发明的可选实施方式的罐底结构的简化垂直截面，并且凸型 中心毂2'焊接在径向梁3的内端之间，中心毂2'插入凹型中心毂保持件20'，该中心毂 保持件20'固定在支撑梁基础23的支架中，用于保持罐1。
权利要求
用于液化气的罐(1)，该罐(1)具有支撑罐壁结构(11)的罐底结构(10)，其特征在于，所述罐底结构(10)中具有中心毂(2)，该中心毂(2)适于被罐支撑结构基底(23)上的相应的毂保持件(20)保持，所述毂保持件(20)大致为所述罐底结构(10)的平面中的所述中心毂(2)提供径向的保持力。
2.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述中心毂⑵与径向结构梁⑶连接，该径 向梁(3)还设置用于支撑所述罐壁结构(11)。
3.根据权利要求2所述的罐(1)，其中，通过垂直保持件(4)来防止所述径向梁(3)的 垂直移动。
4.根据权利要求2所述的罐(1)，其中，所述罐壁结构(11)包括从所述径向梁(3)的 外端附近延伸的桁梁(12)，该桁梁(12)大致平行于垂直罐轴线(9)。
5.根据权利要求4所述的罐(1)，其中，所述径向梁(3)支撑罐底衬垫(131)。
6.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述罐壁结构(11)从所述罐底结构(10)的周 缘(15)延伸并围绕所述罐底结构(10)的周缘(15)，所述罐壁结构(11)设置为通过布置在 所述罐支撑结构基底(23)上的垂直方向保持件(4)保持，以免因摇晃和/或偏斜而上升脱 离所述罐支撑结构基底(23)。
7.根据权利要求3所述的罐(1)，其中，所述垂直保持件(4)还被设置用于防止所述罐(I)围绕所述中心毂(2)的转动。
8.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述低温罐(1)封装在罐舱(25)中，该罐舱 (25)具有布置在所述罐底结构(10)与所述第一舱底(23)之间以及布置在所述罐壁结构(II)与所述舱壁(24)之间的绝热材料层(8，18)。
9.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述罐支撑结构基底(23)位于罐舱(25)内。
10.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述罐支撑结构基底(23)位于海运船(30)内。
11.根据权利要求10所述的罐(1)，其中，所述罐支撑结构基底(23)为所述海运船 (30)的甲板。
12.根据权利要求10或11所述的罐(1)，其中，所述毂保持件(20)固定在水平的船罐 支撑结构基底(23)上。
13.根据权利要求1所述的罐，其中，所述罐壁结构(11)为圆柱形，所述罐底结构(10) 大致形成圆形平面。
14.根据权利要求1所述的罐，其中，所述罐(1)为棱柱形。
15.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述低温罐设置用于容纳LNG、LPG或任何低 温的流体。
16.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述罐底结构(10)设置有底衬垫(131)，所述 罐壁结构(11)设置有壁衬垫(111)。
17.一种用于生产和贮存LNG的海运船，该海运船包括用于所述LNG的罐(1)，该罐(1) 具有支撑罐壁结构(U)的罐底结构(10)，其特征在于，所述罐底结构(10)具有连接于径向结构梁(3)的中心毂(2)，该径向梁(3)还设置用 于支撑所述罐壁结构(11)，所述中心毂(2)适于被所述船中的罐支撑结构基底(23)上的相应的毂保持件(20)保 持，所述毂保持件(20)大致为所述罐底结构(10)的平面中的所述中心毂(2)提供径向的 保持力。
18.
19.
20. 一种用于贮存和再气化LNG的海运船，该海运船包括用于所述LNG的罐(1)，该罐 (1)具有罐底结构(10)和布置在该罐底结构(10)上的罐壁结构(11)，其特征在于，所述罐底结构(10)具有连接于径向结构梁(3)的中心毂(2)，该径向梁(3)还设置用 于支撑所述罐壁结构(11)，所述中心毂(2)适于被所述船中的罐支撑结构基底(23)上的相应的毂保持件(20)保 持，所述毂保持件(20)大致为所述罐底结构(10)的平面中的所述中心毂(2)提供径向的 保持力。
21.一种用于运输LNG的船，该船包括用于所述LNG的罐(1)，该罐(1)具有大致垂直 的罐轴线(9)以及罐底结构(10)和布置在该罐底结构(10)上的罐壁结构(11)，其特征在 于，所述罐底结构(10)具有连接于径向结构梁(3)的中心毂(2)，该径向梁(3)还设置用 于支撑所述罐壁结构(11)，所述中心毂(2)适于被所述船中的罐支撑结构基底(23)上的相应的毂保持件(20)保 持，所述毂保持件(20)大致为所述罐底结构(10)的平面中的所述中心毂(2)提供径向的 保持力。
22.根据权利要求1所述的罐(1)，其中，所述罐底毂(20)设置有一个或多个用于为所 述罐填充或清空低温流体的通道。
23.在船中安装用于液化气的罐(1)的方法，其中，所述罐(1)包括罐底结构(10)和位 于所述罐底结构(10)的周缘的罐壁结构(11)，其中，所述罐底结构(10)设置有大致中心的罐底毂(2)，该罐底毂(2)适于被罐支撑结 构基底(23)上的底毂保持件(20)保持，其中，所述方法包括将所述罐(11)吊起并直接下 放到所述底毂保持件(20)上。
全文摘要
本发明包括用于液化气的罐或者所谓的低温罐(1)，该罐具有罐底结构(10)和围绕所述罐底结构(10)的周缘布置的罐壁结构(11)，所述罐底结构(10)设置有罐底毂(2)，该罐底毂(2)适于由罐支撑结构基底(23)上的底毂保持件(20)保持。该罐易于安装，生产成本低廉，并且以改进的方式来处理作用在其上的力。
文档编号F17C1/00GK101932867SQ200880125527
公开日2010年12月29日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者C·S·尼古拉森, H·H·诺尔 申请人:Nli创新公司